本發(fā)明涉及一種用于3D打印的運動控制系統(tǒng)，尤其是指一種用于流體食物3D打印的運動控制系統(tǒng)。

背景技術：

近年來，3D打印技術日益成熟，其應用領域從傳統(tǒng)模具制造領域不斷擴展到建筑、工藝設計和醫(yī)療整形等領域。在食品行業(yè),3D打印食物的技術設備只能用于流體類食物，如巧克力醬，果醬，奶油等。但是現(xiàn)有3D打印食物設備通常采用直線導軌配合滑臺的運動結構，該種結構的滑臺與直線導軌之間存在空隙，使得滑臺在滑動的過程中出現(xiàn)擺動，移動不順暢，甚至移動滯后延遲的情況，并且現(xiàn)在3D打印食物設備結構復雜，體積大，且控制精確度較低，導致打印出來的食物形狀和圖案誤差較大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有3D打印食物設備存在擺動，移動不順暢，結構復雜，體積大，且控制精確度較低，導致打印出來的食物形狀和圖案誤差較大的問題，提供一種結構簡單、使用方便、控制精確高和穩(wěn)定可靠的用于流體食物3D打印的運動控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可采用以下技術方案來達到：

一種用于流體食物3D打印的運動控制系統(tǒng)，包括機架，固定安裝于機架底部的載物臺，可沿機架的Z軸方向滑動的運動架，可滑動安裝于運動架上且沿機架的Y軸方向滑動的橫桿，可滑動安裝于橫桿上且沿機架的X軸方向滑動的擠出裝置，以及用于驅動運動架、橫桿和擠出裝置滑動的驅動裝置。

進一步地，所述運動架通過滑輪夾持裝置頂壓所述機架的內側面和外側面而可沿機架的Z軸方向滑動；所述滑輪夾持裝置包括安裝板和通過銷軸可旋轉安裝于安裝板上的至少兩個滑輪，所述安裝板固定安裝于運動架上，兩個所述滑輪分別頂壓所述機架的內側面和外側面。

進一步地，所述橫桿的兩端通過滑輪夾持裝置頂壓所述運動架的上、下表面而沿機架的Y軸方向滑動；所述滑輪夾持裝置包括安裝板和通過銷軸可旋轉安裝于安裝板上的至少兩個滑輪，所述安裝板固定安裝于橫桿上，兩個所述滑輪分別頂壓所述運動架的上、下表面。

進一步地，所述擠出裝置通過滑輪夾持裝置頂壓所述橫桿的上、下表面而沿機架的X軸方向滑動。所述滑輪夾持裝置包括安裝板和通過銷軸可旋轉安裝于安裝板上的至少兩個滑輪，所述安裝板固定安裝于所述擠出裝置上，兩個所述滑輪分別頂壓所述橫桿的上、下表面。

進一步地，所述運動架和橫桿上設有滑槽，所述滑輪套設于滑槽內，且沿所述滑槽的方向運動。

作為一種優(yōu)選的方案，所述運動架的下方安裝有光電感應器，且所述光電感應器位于所述載位臺的上方。

進一步地，所述驅動裝置包括Z軸驅動機構、Y軸驅動機構和X軸驅動機構，所述Z軸驅動機構包括第一電機、螺桿和螺母，所述第一電機固定安裝于所述機架上，所述螺母固定安裝于所述運動架上，第一電機的輸出軸通過螺桿與所述螺母螺紋傳動連接；所述螺桿的中心軸線與機架的Z軸方向平行。

進一步地，所述Y軸驅動機構包括第二電機、轉軸、第一帶輪、第一同步帶、第二帶輪和第二同步帶，所述轉軸可旋轉安裝于所述運動架上，所述轉軸設于所述橫桿的下方，且與所述橫桿平行；所述第二電機通過第一帶輪和第一同步帶與轉軸傳動連接，所述轉軸通過第二帶輪與第二同步帶傳動連接；所述橫桿的底部與所述第二同步帶固定連接。

進一步地，所述X軸驅動機構包括第三電機、第三帶輪和第三同步帶，所述第三電機通過第三帶輪與第三同步帶傳動連接，所述擠出裝置與所述第三同步帶固定連接，所述第三同步帶與所述橫桿平行。

進一步地，所述擠出裝置包括安裝座，固定安裝于安裝座上的料筒，套設于料筒內且用于擠壓料筒內流體食料的活塞，固定安裝于安裝座上且活塞桿與所述活塞固定連接的伸縮電機。

實施本發(fā)明，具有如下有益效果：

1、本發(fā)明在工作時，通過控制驅動裝置驅動運動架沿機架的Z軸方向上、下運動而控制安裝于機架上的擠出裝置在Z軸方向上的坐標位置，使擠出裝置運動到載物臺上方的相應位置上；而通過控制驅動裝置驅動橫桿沿機架的Y軸方向前、后運動，則可控制安裝于橫桿上的擠出裝置在Y軸方向上的坐標位置，使擠出裝置運動到載物臺上的寬度方向上的相應位置；同樣的，通過控制驅動裝置可以控制擠出裝置在機架的X軸方向上的坐標位置，使擠出裝置運動到載物臺上的長度方向上的相應位置，實現(xiàn)對擠出裝置在三維空間上進行準確和快速運動軌跡控制的目的，具有結構簡單、使用方便、控制精確高和穩(wěn)定可靠的特點。

2、本發(fā)明在滑槽的定位作用下，位于滑槽內的滑輪只能沿著滑槽的長度方向滾動以進行直線運動，使得滑槽和滑輪能緊密配合，提高了運動架和橫桿運動軌跡的準確性和穩(wěn)定性，進而提高了擠出裝置在X和Y軸方向的運動精度和流暢性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明用于流體食物3D打印的運動控制系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明用于流體食物3D打印的運動控制系統(tǒng)的去掉機架后的結構示意圖；

圖3是圖2的俯視圖；

圖4是本發(fā)明用于流體食物3D打印的運動控制系統(tǒng)的擠出裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

參照圖1和圖3，本實施例涉及3D打印的運動控制系統(tǒng)，包括機架1，固定安裝于機架1底部的載物臺2，可沿機架1的Z軸方向滑動的運動架3，可滑動安裝于運動架3上且沿機架1的Y軸方向滑動的橫桿4，可滑動安裝于橫桿4上且沿機架1的X軸方向滑動的擠出裝置5，以及用于驅動運動架3、橫桿4和擠出裝置5滑動的驅動裝置。在工作時，通過控制驅動裝置驅動運動架3沿機架1的Z軸方向上、下運動而控制安裝于機架1上的擠出裝置5在Z軸方向上的坐標位置，使擠出裝置5運動到載物臺2上方的相應位置上；而通過控制驅動裝置驅動橫桿4沿機架1的Y軸方向前、后運動，則可控制安裝于橫桿4上的擠出裝置5在Y軸方向上的坐標位置，使擠出裝置5運動到載物臺2上的寬度方向上的相應位置；同樣的，通過控制驅動裝置可以控制擠出裝置5在機架1的X軸方向上的坐標位置，使擠出裝置5運動到載物臺2上的長度方向上的相應位置，實現(xiàn)對擠出裝置5在三維空間上進行準確和快速運動軌跡控制的目的，具有結構簡單、使用方便、控制精確高和穩(wěn)定可靠的特點。

如圖2和圖3所示，所述運動架3通過滑輪夾持裝置6頂壓所述機架1的內側面和外側面而可沿機架1的Z軸方向滑動；所述滑輪夾持裝置6包括安裝板61和通過銷軸可旋轉安裝于安裝板61上的至少兩個滑輪62，所述安裝板61固定安裝于運動架3上，兩個所述滑輪62分別頂壓所述機架1的內側面和外側面。本實施例中，機架1和運動架3為方形結構，所述滑輪夾持裝置6設于運動架3的四個直角邊上。在兩個滑輪62的夾持作用下，運動架3在機架1上的X和Y軸運動方向被約束定位，使得運動架3只能沿機架1的Z軸方向運動。

所述橫桿4的兩端通過滑輪夾持裝置6頂壓所述運動架3的上、下表面而沿機架1的Y軸方向滑動；所述滑輪夾持裝置6包括安裝板61和通過銷軸可旋轉安裝于安裝板61上的至少兩個滑輪62，所述安裝板61固定安裝于橫桿4上，兩個所述滑輪62分別頂壓所述運動架3的上、下表面。在兩個滑輪62對運動架3的上、下表面的夾持作用下，橫桿4在運動架3上的X和Z軸運動方向被約束定位，即橫桿4只能沿機架1的Z軸方向運動。

所述擠出裝置5通過滑輪夾持裝置6頂壓所述橫桿4的上、下表面而沿機架1的X軸方向滑動。所述滑輪夾持裝置6包括安裝板61和通過銷軸可旋轉安裝于安裝板61上的至少兩個滑輪62，所述安裝板61固定安裝于所述擠出裝置5上，兩個所述滑輪62分別頂壓所述橫桿4的上、下表面。在兩個滑輪62對橫桿4的上、下表面的夾持作用下，擠出裝置5在橫桿4上的Y和Z軸運動方向被約束定位，即擠出裝置5只能沿機架1的X軸方向運動。

所述運動架3和橫桿4上設有滑槽34，所述滑輪62套設于滑槽34內，且沿所述滑槽34的方向運動。在滑槽34的定位作用下，位于滑槽34內的滑輪62只能沿著滑槽34的長度方向滾動以進行直線運動，使得滑槽34和滑輪62能緊密配合，提高了運動架3和橫桿4運動軌跡的準確性和穩(wěn)定性，進而提高了擠出裝置5在X和Y軸方向的運動精度和流暢性。

所述運動架3的下方安裝有光電感應器7，且所述光電感應器7位于所述載位臺的上方。當將蛋糕放置于載物臺2上并通過擠出裝置5擠出流體食料到蛋糕表面上繪制出所需的圖案時，驅動裝置驅動運動架3向下滑動。在光電感應器7的光線被蛋糕時，驅動裝置控制運動架3停止運動，對擠出裝置5進行工作前的校準。

所述驅動裝置包括Z軸驅動機構81、Y軸驅動機構82和X軸驅動機構83，所述Z軸驅動機構81包括第一電機811、螺桿812和螺母813，所述第一電機811固定安裝于所述機架1上，所述螺母813固定安裝于所述運動架3上，第一電機811的輸出軸通過螺桿812與所述螺母813螺紋傳動連接。所述Z軸驅動機構81設為兩個，且分別設于所述機架1的兩側。所述螺桿812的中心軸線與機架1的Z軸方向平行，在第一電機811工作時，電機驅動螺桿812旋轉而使與螺桿812螺紋傳動連接的螺母813沿螺桿812的長度方向進行滑動，從而實現(xiàn)驅動與螺母813固定連接的運動架3沿機架1的Z軸方向滑動。

所述Y軸驅動機構82包括第二電機821、轉軸822、第一帶輪823、第一同步帶824、第二帶輪825和第二同步帶826，所述轉軸822可旋轉安裝于所述運動架3上，所述轉軸822設于所述橫桿4的下方，且與所述橫桿4平行；所述第二電機821通過第一帶輪823和第一同步帶824與轉軸822傳動連接，所述轉軸822通過第二帶輪825與第二同步帶826傳動連接；所述橫桿4的底部與所述第二同步帶826固定連接。第二電機821的輸出軸上安裝有主動帶輪，轉軸822的一端設有兩個從動帶輪，主動帶輪通過第一同步帶824與其中一個從動帶輪傳動連接；同時運動架3上安裝有與另一個從動帶輪相對應的帶輪，另一從動帶輪通過第二同步帶826與該帶輪傳動連接，從而使與第二同步帶826固定連接的橫桿4沿與第二同步帶826的長度方向進行直線運動，實現(xiàn)安裝于橫上的擠出裝置5進行Y軸方向的運動控制。

所述X軸驅動機構83包括第三電機831、第三帶輪832和第三同步帶833，所述第三電機831通過第三帶輪832與第三同步帶833傳動連接，所述擠出裝置5與所述第三同步帶833固定連接，所述第三同步帶833與所述橫桿4平行。第二電機821的輸出軸上安裝有主動帶輪，同時運動架3上安裝有與該主動帶輪相對應的從動帶輪，主動帶動通過第三同步帶833與從動帶輪傳動連接，從而使與第三同步帶833固定連接的擠出裝置5沿與第三同步帶833的長度方向進行直線運動，實現(xiàn)擠出裝置5的X軸方向的運動控制。

如圖4所示，所述擠出裝置5包括安裝座51，固定安裝于安裝座51上的料筒52，套設于料筒52內且用于擠壓料筒52內流體食料的活塞53，以及固定安裝于安裝座51上且活塞桿與所述活塞53固定連接的伸縮電機54。在工作時，伸縮電機54驅動活塞桿伸出而驅動活塞53向料向的出口方向運動，從而將料筒52內的食料擠出到載物臺2上的蛋糕表面上，并通過控制擠出裝置5在X、Y和Z軸方向上的運動軌跡而繪制出所需的圖案，實現(xiàn)高精度、快速和方便地進行精加工的目的。

本發(fā)明的工作原理：

如圖1和圖2所示，當載物臺2未放入蛋糕時，運動架3被第一電機811驅動并向上運動，在觸碰到Z軸原點限位開關時，運動架3停止運動。同時第二電機821驅動橫桿4運動，在觸碰到Y軸原點限位開關時，橫桿4停止運動。并且第三電機831驅動擠出裝置5運動，在觸碰到X軸原點限位開關時，擠出裝置5停止運動。在此過程中，伸縮電機不通電工作。

放入蛋糕后，第一電機811通過螺桿812驅動螺母813和運動架3沿Z軸方向向下運動，同時光電感應器7通電工作；當光電感應器7的光路被蛋糕的上表面遮擋時，第一電機811停止工作，則運動架3也停止運動，此時校準完成。

如圖3和圖4所示，將相關的圖案信息轉換為運動路徑和坐標信息，通過控制第二電機821和第三電機831的工作狀態(tài)，使擠出裝置5在平面上運動，使得料筒52的出口的坐標信息與圖案的坐標信息相對應，達到預定的運動路徑，同時控制伸縮電機54的活塞53桿的伸出速度，從而控制料筒52的食料的擠出量和流量穩(wěn)定性，從而自動、準確和穩(wěn)定地打印出所需的圖案。

打印完畢后，第一電機811驅動運動架3向上運動，并在觸碰到Z軸原點限位開關時，運動架3停止運動。同時第二電機821驅動橫桿4運動，在觸碰到Y軸原點限位開關時，橫桿4停止運動。并且第三電機831驅動擠出裝置5運動，在觸碰到X軸原點限位開關時，擠出裝置5停止運動。在此過程中，伸縮電機不通電工作。

以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范圍，因此依本發(fā)明權利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。