【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔索驱动并联机器人领域，尤其涉及柔索驱动并联机构在3d打印技术的应用。
技术介绍
1、3d增材技术已经逐渐成熟，其优点在于可以在更快的周期时间内生成每个复杂的形状，比传统的生产制造方法更为方便、费用更低。由于其成形过程方便快捷，打印出的加工部件具有强度高、耐久度长等优点，被广泛应用于工业制造、航空航天、建筑等领域。
2、就3d打印机的发展趋势来看，3d打印机逐渐向轻量化、小型化、大范围、低成本发展，传统的3d打印机器采用串行或并联机制，串行机制的3d打印机具有工作空间大、成本低结构简单等特点，但其在打印过程中不可避免的存在误差积累及末端打印头的惯性问题，柔索驱动并联机机构很好的继承并弥补传统打印机构的缺点，而且柔索驱动并联机构具有重量轻、易于重构等特点，可应对不同的打印环境。
3、现有的柔索驱动并联机构，由于柔索只能受拉不能受压，在运行过程中任意一根驱动柔索力变为负值时，柔索就会松弛，失去传动作用。基于此原因，柔索驱动并联机构通常设置为冗余驱动，即电机驱动的数目大于末端执行器的自由度，这就导致基于模型的动力学控制没有实时性，因为在计算冗余驱动的柔索驱动并联机构时，动平台在轨迹上的任一点，都存在无数种可能的张力值，因此，需要通过特定的张力分布优化算法找到一个最优的满足某些优化标准的张力解，才能实现准确的控制。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术设计了一种新颖的基于柔索驱动并联机构的全约束3d打印机。
2、为了克服现有
3、为了克服现有技术的不足，本专利技术提出了一种柔索传动机构。该机构主要包括一个中心部分镂空的长方体组装框架、四根固定长度的滑动杆和滑轮。组装框架的竖直杆上装有定滑轮。滑动杆的一端有滑轮，而另一端通过轴承相连。柔索首先绕组装框架上的滑轮，再绕滑动杆上的滑轮，最后固定。通过柔索压紧滑动杆，实现四杆连接点的运动。该连接点的运动与四柔索驱动的并联机构末端执行器相似。可以认为该机构中的柔索都被能执行相同运动的旋转杆替代。
4、作为上述方案的进一步改进，本方案将柔索传动机构与四柔索驱动的并联机构相结合为新型柔索驱动并联机构。柔索驱动并联机构的末端执行器和新型机构通过相同的柔索连接，两者之间由板材隔离。通过电机的正转和反转，可以实现两驱动两自由度的平面运动，避免在张紧过程中消耗电机扭矩。通过将打印头安装在末端执行器上，便可以完成x-y平面上的打印操作。
5、作为上述方案的进一步改进，本专利技术设计了一种利用柔索实现加工床上下升降的装置，从而在z轴方向上实现3d打印。该加工床升降装置的核心在于以特定角度利用六根柔索提供六个自由度的约束。因此，所有柔索不可能完全平行于运动，而必须与之成一定角度。其有效性在于所有六根柔索长度均等，这意味着直线运动平稳。成对的柔索首先整合为三根独立柔索，这三根柔索接着又被连接成一根，并在非线性绞盘中卷绕。通过使用一个电机，即可以实现加工床在z轴方向的运动。
6、进一步，所述的末端执行器14000包括：末端执行器框架14001、握把14003、力觉传感器支架14004、第二握把支架14005、第一握把支架14006、六轴力觉传感器14007、下力觉传感器支架14008，在所述的末端执行器框架14001设置下力觉传感器支架14008，所述的下力觉传感器支架14008上固连六轴力觉传感器14007，所述的六轴力觉传感器14007上端固连第一握把支架14006，所述的第一握把支架14006与握把14003通过第二握把支架14005固连，在所述的第一握把支架14006上设置力觉传感器支架14004，所述的力觉传感器支架14004在末端执行器框架14001内，所述的握把14003设置在末端执行器框架14001外部。
7、作为上述方案的进一步改进，将电机与非线性绞盘整合的柔索之间增加了同步带，从而确保加工床运动时的精确传输和无滑动传动。
8、作为上述方案的进一步改进，本专利技术设计了一个减速驱动器，包括一个大滑轮和两个小滑轮，用以驱动到达框架底部的皮带。此设计旨在确保加工床运动的平稳性和刚度，并提升3d打印精度。
9、作为上述方案的进一步改进，本专利技术在同步带与非线性绞盘整合的柔索之间加入了防间隙弹簧，以补偿柔索在非线性绞盘中导致的直线运动误差，进而提高设备的精度与响应速度。此改进也使系统控制更为敏捷与精确。
10、作为上述方案的进一步改进，本专利技术在安装打印喷头的末端执行器上方增设滚动球体，从而降低其与隔离板的摩擦并提升控制精度。
11、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.利用反张力，通过两个驱动操作四个柔索，以此完成末端执行器在两自由度空间的运动，避免了在张紧时浪费电机扭矩。2.使柔索一直保持张紧，不会产生松弛，使得末端执行器在运行中，稳定性有所提高。3.提高了3d打印的精度与响应速度也使系统控制更为敏捷与精确。
12、本专利技术关键点：
13、1.柔索以特定顺序设置，通过拉紧柔索压缩滑动杆，模拟并联机构的柔索驱动来实现末端执行器的运动。
14、2.与传统的柔索驱动并联机构不同，其自由度数量小于驱动数量。而在本专利技术中，柔索回转机构的机械连杆在不需要额外电机的情况下，提供反向张力。该张力由两个绞盘的输入驱动所有四个绞盘，从而使3d打印机的电机数量与自由度数量一致。
15、3.本专利技术的3d打印机不依赖线性导轨，而是仅通过柔索和皮带实现末端执行器的运动和加工床的升降。实际执行z轴运动的皮带与电机旋转之间存在线性关系。特定的柔索和同步带配置确保了3d打印机的负载能力和刚性，并且实现了更简单的设计与维护，同时，不使用线性导轨对3d打印机的维护和耐用性有重要意义。
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1.一种基于柔索驱动并联机构的全约束3D打印机，其特征在于：包括固定平台、柔索回转机构和床升降装置。柔索回转机构包括隔离板、设置在隔离板下端的末端执行器、设置在隔离板上侧的组装框架座、与组装框架座相配合的组装框架盖、通过轴承安装在一起的连杆机构、设置在滑动杆末端的滑轮、设置在组装框架座与组装框架盖座之间的滑轮、设置于隔离板四角的绞盘承座与设置于此的绞盘、设置于隔离板边缘的柔索导向装置、设置在绞盘承座上侧的电机座、设置在组装框架座上侧的柔索固定装置、按照柔索固定装置-滑动杆滑轮-组装框架滑轮-柔索导向装置-绞盘-末端执行器顺序设置的柔索。床升降装置包括加工床、由铝型材安装在一起的床支撑体、设置在床支撑体上侧的加工床支撑架、设置在床支撑体左右后侧的滑轮卡套、设置在滑轮卡套上的滑轮、设置在床支撑体前侧的绞盘卡套、设置在绞盘卡套上的非线性绞盘、设置在床支撑体下侧的柔索集束装置、设置在床支撑体下侧的减速驱动器、设置在固定平台下策的同步带固定装置、设置在固定平台上侧横杆的柔索固定装置、按照柔索固定装置-滑轮-柔索集束装置-绞盘-减速驱动器顺序设置的柔索。
2.根据权利要求1所述的
3.根据权利要求1所述的一种基于柔索驱动并联机构的全约束3D打印机，其特征在于：所述柔索回转装置中，滑动杆由滑轮被柔索带动而转向，通过柔索的配置，位于隔离板上侧的滑动杆与位于隔离板下侧连接在末端执行器上的柔索始终平行。
4.根据权利要求1所述的一种基于柔索驱动并联机构的全约束3D打印机，其特征在于：所述柔索回转机构中绞盘为不同半径的绞盘同轴组合而成。
5.根据权利要求1所述的一种基于柔索驱动并联机构的全约束3D打印机，其特征在于：所述柔索回转机构中连接滑动杆的轴承为气浮轴承。
6.根据权利要求1所述的一种基于柔索驱动并联机构的全约束3D打印机，其特征在于：所述床升降装置中减速驱动器由三个滑轮与同步带配置而成。
7.根据权利要求1所述的一种基于柔索驱动并联机构的全约束3D打印机，其特征在于：所述床升降装置中设置的绞盘为非线性绞盘。
8.根据权利要求1所述的一种基于柔索驱动并联机构的全约束3D打印机，其特征在于：所述床升降装置中柔索与减速驱动器中同步带的连接件为起消除间隙并补偿装配误差作用的间隙弹簧。
...【技术特征摘要】
1.一种基于柔索驱动并联机构的全约束3d打印机，其特征在于：包括固定平台、柔索回转机构和床升降装置。柔索回转机构包括隔离板、设置在隔离板下端的末端执行器、设置在隔离板上侧的组装框架座、与组装框架座相配合的组装框架盖、通过轴承安装在一起的连杆机构、设置在滑动杆末端的滑轮、设置在组装框架座与组装框架盖座之间的滑轮、设置于隔离板四角的绞盘承座与设置于此的绞盘、设置于隔离板边缘的柔索导向装置、设置在绞盘承座上侧的电机座、设置在组装框架座上侧的柔索固定装置、按照柔索固定装置-滑动杆滑轮-组装框架滑轮-柔索导向装置-绞盘-末端执行器顺序设置的柔索。床升降装置包括加工床、由铝型材安装在一起的床支撑体、设置在床支撑体上侧的加工床支撑架、设置在床支撑体左右后侧的滑轮卡套、设置在滑轮卡套上的滑轮、设置在床支撑体前侧的绞盘卡套、设置在绞盘卡套上的非线性绞盘、设置在床支撑体下侧的柔索集束装置、设置在床支撑体下侧的减速驱动器、设置在固定平台下策的同步带固定装置、设置在固定平台上侧横杆的柔索固定装置、按照柔索固定装置-滑轮-柔索集束装置-绞盘-减速驱动器顺序设置的柔索。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔索驱动并联机构的全约束3d打印机，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋达，鹿鸣，赵雷，肖鑫磊，李刚，薛峰，张立勋，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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