可飛行的3d打印機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明同時(shí)涉及3D打印機(jī)技術(shù)領(lǐng)域與飛行機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可飛行的3D打印機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種累積制造技術(shù)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)打印一層一層的粘合材料來(lái)制造三維的物體?，F(xiàn)階段三維打印機(jī)被用來(lái)制造產(chǎn)品，逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。
[0003]由于3D打印技術(shù)可用于珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計(jì)，建筑，工程和施工(AEC)，汽車，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程，和許多其他領(lǐng)域。常常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型或者用于一些產(chǎn)品的直接制造，因此該技術(shù)正在21世紀(jì)初全行業(yè)迅速普及。小到打印出食物，人體器官，大到打印出整幢建筑，是3D打印機(jī)未來(lái)的發(fā)展方向。
[0004]然而市面上各種型號(hào)款式的3D打印機(jī)主要面向的都是工業(yè)領(lǐng)域和個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域，前者側(cè)重點(diǎn)在于打印零件的強(qiáng)度與精度，后者關(guān)注的是打印時(shí)間與價(jià)格，無(wú)論側(cè)重點(diǎn)如何變化，打印機(jī)的基本形態(tài)都是三維空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如三維笛卡爾直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，參考專利[201410083017.8]，再例如三維delta并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，參考專利[201320614957.6]和[201310246765.9])，末端固定有三維打印頭，通過(guò)數(shù)字模型文件驅(qū)動(dòng)三維空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到指定位置，運(yùn)用粉末材料粘合或塑料材料融化，通過(guò)逐層累加的方式來(lái)構(gòu)造三維物體的。這種方法的一個(gè)巨大缺陷是所打印物體理論上的最大尺寸不大于三維空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間尺寸，這對(duì)于未來(lái)打印例如整幢房屋建筑等大型物體非常不利，因?yàn)橹圃斐龃笥诜课莸?D打印機(jī)無(wú)論從成本上還是打印時(shí)間，代價(jià)都是非常昂貴的，然而制造大尺寸的3D打印機(jī)等快速成型裝置一直是科學(xué)界的目標(biāo)，其中華中科技大學(xué)研制的基于粉末床的激光燒結(jié)“立體打印”技術(shù)，獲得了 2011年國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，這一具有1.2mX1.2m工作面的世界最大“立體打印機(jī)”，入選了兩院院士評(píng)選的2011年中國(guó)十大科技進(jìn)展。[I]
綜上所述，如果能有一種新型的常規(guī)大小的3D打印機(jī)可以在XYZ三軸上全面突破打印最大尺寸束縛，勢(shì)必能為3D打印機(jī)擴(kuò)展應(yīng)用，能為3D打印市場(chǎng)帶來(lái)新的商機(jī)。
[0005]多旋翼無(wú)人飛行器，是一種能夠垂直起降、穩(wěn)定懸停能力的無(wú)人飛行設(shè)備，運(yùn)動(dòng)不受空間大小限制，運(yùn)動(dòng)靈活，穩(wěn)定懸停能力出色，定點(diǎn)定位精度高，一直是航空攝影領(lǐng)域的不二選擇，已經(jīng)成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，得到越來(lái)越多的關(guān)注。
[0006]目前已有相關(guān)專利對(duì)多選一無(wú)人飛行器有所涉及，例如，專利[201310410471.5]提供了一種四旋翼飛行器，包括機(jī)艙和設(shè)于該機(jī)艙前端的云臺(tái)，云臺(tái)的后端設(shè)有前后延伸的第一轉(zhuǎn)軸，云臺(tái)通過(guò)該第一轉(zhuǎn)軸與所述機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)連接，無(wú)論飛行器如何轉(zhuǎn)動(dòng)、傾斜、翻轉(zhuǎn)，云臺(tái)都可保持水平穩(wěn)定，具有攝得影片質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)；再例如，專利[201310512470.1]公開(kāi)了一種多旋翼無(wú)人飛行器，包括機(jī)身，機(jī)身的中心設(shè)置有中心涵道，該中心涵道的外圍呈輻射狀地周向均布η個(gè)旋翼支撐臂，每一個(gè)旋翼支撐臂上均安裝有周邊旋翼組件，具有氣動(dòng)布局新穎、懸停穩(wěn)定可靠、負(fù)載能力強(qiáng)且易于工程實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]盡管上述專利在機(jī)器人領(lǐng)域已被接受，甚至有些已有相關(guān)的產(chǎn)品出現(xiàn)，然而用于實(shí)現(xiàn)3D打印的多旋翼無(wú)人飛行器機(jī)器人還沒(méi)有類似的概念出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于徹底解決現(xiàn)有的3D打印機(jī)打印物體尺寸限制，即所打印物體理論上的最大尺寸不大于3D打印機(jī)三維空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間尺寸，提供一種可飛行的3D打印機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)大尺寸物體的3D打印，并且實(shí)現(xiàn)打印效率高、成本低，能多機(jī)協(xié)調(diào)工作的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種可飛行的3D打印機(jī)器人，包括多旋翼無(wú)人飛行器機(jī)構(gòu)、3D打印機(jī)構(gòu)和反饋/通信/控制電路，其特征在于:所述多旋翼無(wú)人飛行器機(jī)構(gòu)上固定連接3D打印機(jī)構(gòu)和反饋/通信/控制電路；所述3D打印機(jī)構(gòu)包括打印頭，連接臂，連接臂固定于多旋翼無(wú)人飛行器機(jī)構(gòu)外殼上，連接臂末端固定有打印頭，打印頭包含送料電機(jī)、加熱腔、擠出頭、打印材料，送料電機(jī)依次連接加熱腔和擠出頭,送料電機(jī)將打印材料送入加熱腔經(jīng)過(guò)加熱融化后通過(guò)擠出頭擠出進(jìn)行3D打印；所述反饋/通信/控制電路包括電源、定位傳感器電路、通信電路、控制電路，反饋/通信/控制電路安裝于多旋翼無(wú)人飛行器機(jī)構(gòu)的機(jī)殼上，電源為整臺(tái)設(shè)備提供電力，定位傳感器電路為控制電路提供位置反饋，通信電路為多機(jī)協(xié)作控制提供通信，控制電路實(shí)現(xiàn)整臺(tái)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制算法。所述定位傳感器電路包括能夠檢測(cè)多旋翼無(wú)人飛行器機(jī)構(gòu)飛行高度的高度傳感器、能夠檢測(cè)多旋翼無(wú)人飛行器機(jī)構(gòu)水平面運(yùn)動(dòng)距離的水平面定位傳感器。
[0010]進(jìn)一步地，所述3D打印機(jī)構(gòu)為活塞針筒式擠出送料機(jī)構(gòu)或者電機(jī)齒輪咬合送料機(jī)構(gòu)。
[0011]進(jìn)一步地，所述定位傳感器電路中的水平面定位傳感器為發(fā)光二極管定位傳感器或者激光定位傳感器，或者所述水平面定位傳感器安裝在3D打印機(jī)器人工作的天花板上，為攝像頭視覺(jué)傳感器。
[0012]相同的任意多臺(tái)3D打印機(jī)器人能夠通過(guò)反饋/通信/控制電路中的通信電路實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)作通信，共同打印大尺寸物體。
[0013]本發(fā)明的工作原理簡(jiǎn)述如下:
首先通過(guò)軟件將待打印的物體數(shù)字模型文件經(jīng)過(guò)分層離散，利用高靈活性，無(wú)運(yùn)動(dòng)范圍限制的多旋翼無(wú)人飛行器，帶動(dòng)3D打印機(jī)構(gòu)中的打印頭進(jìn)行3D打印，多旋翼無(wú)人飛行器完整運(yùn)動(dòng)完當(dāng)前層模型的所有平面空間，帶動(dòng)打印頭打印當(dāng)前模型層，然后多旋翼無(wú)人飛行器豎直向上運(yùn)動(dòng)一個(gè)模型層距離后，打印機(jī)器人進(jìn)入到下個(gè)模型層進(jìn)行新一輪的層模型打印。同時(shí)可以利用打印機(jī)器人中的反饋/通信/控制電路，進(jìn)行任意多臺(tái)打印機(jī)器人的協(xié)作通信，通過(guò)任務(wù)分解,共同實(shí)現(xiàn)大物體的打印目的。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有3D打印機(jī)相比有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明可飛行的3D打印機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，無(wú)傳統(tǒng)3D打印機(jī)的打印物體尺寸限制，運(yùn)動(dòng)靈活性高，打印速度快。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了任意多臺(tái)打印機(jī)器人的協(xié)作通信，進(jìn)一步增強(qiáng)了 3D打印效率。特別適合大尺寸物體，例如整幢建筑物的低成本、高效率打印。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是圖1的俯視圖。
[0017]圖3是本發(fā)明一種3D打印機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明另一種3D打印機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明一種水平面定位傳感器示意圖。
[0020]圖6是本發(fā)明多機(jī)通訊協(xié)作示意圖。
[0021]圖7是本發(fā)明反饋/通信/控制