本實用新型涉及3D打印設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種多自由度3D打印機(jī)器人。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的3D打印機(jī)多采用單向分層熔融沉積技術(shù)，即打印噴頭姿態(tài)固定，沿著垂直于打印噴頭方向?qū)⑷S實體分割成若干平面，逐層增加材料來獲得最終產(chǎn)品，這種方法具有軌跡規(guī)劃簡單、制造速度較快、成本低等優(yōu)點；但是這種采用單向分層熔融沉積技術(shù)的3D打印機(jī)由于受到打印頭的打印臂的自由度數(shù)目限制，打印物體時表面質(zhì)量較差，而且同一件物品不同部位的表面質(zhì)量參差不齊；而在使用現(xiàn)有3D打印機(jī)進(jìn)行實體的修補(bǔ)工作時，受到打印機(jī)噴頭位置影響往往在實體工件與打印頭之間存在干涉現(xiàn)象，影響修補(bǔ)效果；此外由于單向3D機(jī)打印出的物體均由單方向材料堆積而成，使得成形出的物體力學(xué)性能具有方向性。

與此同時，機(jī)器人技術(shù)在各行各業(yè)的普適性是其以最快的速度走入人們生活的關(guān)鍵所在，它以一種巧妙靈活的方式，解決或優(yōu)化了人們會遇到的各類生產(chǎn)生活問題。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，單純串聯(lián)機(jī)器人的靈活控制與寬廣的工作空間以及并聯(lián)機(jī)器人的高精度與快速響應(yīng)已經(jīng)不再能夠適應(yīng)生產(chǎn)生活對機(jī)器人技術(shù)的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型提供了一種多自由度3D打印機(jī)器人，其能解決采用現(xiàn)有單向3D打印機(jī)打印或修補(bǔ)實體存在的表面打印質(zhì)量不穩(wěn)定、修補(bǔ)效果差、實體的力學(xué)性能具有方向性的問題。

其技術(shù)方案為，一種多自由度3D打印機(jī)器人，其包括機(jī)架與打印頭，其特征在于：其還包括動平臺、并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)，所述打印頭通過所述串聯(lián)機(jī)構(gòu)安裝于所述動平臺，所述并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)置有結(jié)構(gòu)相同的三組，所述三組并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一端分別對應(yīng)連接一組直線傳動機(jī)構(gòu)、另一端分別與所述動平臺轉(zhuǎn)動連接，所述三組并聯(lián)機(jī)構(gòu)分別對應(yīng)連接的直線傳動機(jī)構(gòu)為X向直線傳動機(jī)構(gòu)、Y向直線傳動機(jī)構(gòu)和Z向直線傳動機(jī)構(gòu)，所述X向直線傳動機(jī)構(gòu)、Y向直線傳動機(jī)構(gòu)分別設(shè)置于所述機(jī)架頂部框架的相鄰接的一組X向橫梁和Y向縱梁上，所述Z向直線傳動機(jī)構(gòu)沿Z向設(shè)置于安裝有X向直線傳動機(jī)構(gòu)、Y向直線傳動機(jī)構(gòu)的X向橫梁、Y向橫梁的連接的角端，所述X向直線傳動機(jī)構(gòu)、Y向直線傳動機(jī)構(gòu)和Z向直線傳動機(jī)構(gòu)能夠帶動所述動平臺實現(xiàn)X向、Y向和Z向平移，所述串聯(lián)機(jī)構(gòu)能夠帶動所述打印頭實現(xiàn)繞Z軸向的旋轉(zhuǎn)、繞X軸向的旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述直線傳動機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，所述滾珠絲杠結(jié)構(gòu)包括頂板、聯(lián)軸器、步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠和光桿，所述步進(jìn)電機(jī)固裝于所述頂板上，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸軸向貫穿所述頂板后與所述聯(lián)軸器的一端軸接，所述聯(lián)軸器的另一端通過軸承裝置與所述滾珠絲杠、光桿連接，所述滾珠絲杠與光桿平行設(shè)置，所述滾珠絲杠、光桿的另一端固接于固定板，所述滾珠絲杠上配合安裝有絲杠螺母，所述絲杠螺母所述頂板、固定板分別安裝于所述機(jī)架上。

進(jìn)一步的，所述并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括一平行四邊形鉸鏈機(jī)構(gòu)，所述平行四邊行鉸鏈機(jī)構(gòu)包括兩根平行設(shè)置的長桿、兩根平行設(shè)置的短桿，相鄰的長桿與短桿之間分別通過銷軸可轉(zhuǎn)動連接，所述兩根短桿分別固接有一個連接件，兩個所述連接件分別通過轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動連接有轉(zhuǎn)接件，其中一側(cè)的轉(zhuǎn)接件與該并聯(lián)機(jī)構(gòu)對應(yīng)連接的直線傳動機(jī)構(gòu)的絲杠螺母連接、另一側(cè)的轉(zhuǎn)接件與所述動平臺固接。

進(jìn)一步的，每一個并聯(lián)機(jī)構(gòu)的兩側(cè)轉(zhuǎn)接件的轉(zhuǎn)動軸軸線、平行四邊形鉸鏈機(jī)構(gòu)的銷軸的軸線均與Y軸向平行。

進(jìn)一步的，所述串聯(lián)機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)、第二電機(jī)和電機(jī)座，所述第一電機(jī)沿Z軸軸向安裝于所述動平臺上，所述第一電機(jī)的輸出軸自上而下軸向貫穿所述動平臺并與所述電機(jī)座的頂板固接，所述第二電機(jī)安裝于所述電機(jī)座的側(cè)板上并且所述第二電機(jī)的輸出軸沿X軸軸向貫穿所述電機(jī)座的側(cè)板后與打印頭支架連接，所述打印頭固裝于所述打印頭支架上。

本實用新型的有益效果在于：其打印頭通過串聯(lián)機(jī)構(gòu)安裝于動平臺，通過串聯(lián)機(jī)構(gòu)帶動打印頭實現(xiàn)繞Z軸、繞X軸方向的轉(zhuǎn)動，同時由三組直線傳動機(jī)構(gòu)通過各自連接的并聯(lián)機(jī)構(gòu)帶動動平臺實現(xiàn)X向、Y向和Z向的直線平移，也就實現(xiàn)了打印頭三個方向的直線平移以及兩個方向的轉(zhuǎn)動的多向打印，從而保證打印頭與打印面的始終保持在垂直狀態(tài)以有效提高3D打印實體的表面質(zhì)量，同時也能保證打印實體的力學(xué)性能；而在采用本實用新型3D打印機(jī)器人在進(jìn)行實體修補(bǔ)時打印頭能夠根據(jù)實體造型進(jìn)行五個自由度方向的調(diào)整以有效避免干擾，提高修補(bǔ)效果。

附圖說明

圖1為本實用新型一種多自由度3D打印機(jī)器人的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的右視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型一種多自由度3D打印機(jī)器人中直線傳動機(jī)構(gòu)的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型一種多自由度3D打印機(jī)器人中并聯(lián)機(jī)構(gòu)的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：10-機(jī)架，11-X向橫梁，12-Y向橫梁，20-打印頭，30-動平臺，40a-并聯(lián)機(jī)構(gòu)，40b-并聯(lián)機(jī)構(gòu)，40c-并聯(lián)機(jī)構(gòu)，41-平行四邊形鉸鏈機(jī)構(gòu)，411-長桿，412-短桿，42-銷軸，431-連接件，432-連接件，441-轉(zhuǎn)接件，442-轉(zhuǎn)接件，45-轉(zhuǎn)動軸，50a-X向直線傳動機(jī)構(gòu)，50b-Y向直線傳動機(jī)構(gòu)， 50c-Z向直線傳動機(jī)構(gòu)，51-頂板，52-聯(lián)軸器，53-步進(jìn)電機(jī)，54-滾珠絲杠，55-光桿，56-軸承裝置，57-固定板，58-絲杠螺母，60-串聯(lián)機(jī)構(gòu)，61-第一電機(jī)，62-第二電機(jī)，63-電機(jī)座，64-打印頭支架。

具體實施方式

見圖1和圖2，本實用新型一種多自由度3D打印機(jī)器人，其包括機(jī)架10、打印頭20、動平臺30、并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)60，打印頭20通過串聯(lián)機(jī)構(gòu)60安裝于動平臺30，并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)置有結(jié)構(gòu)相同的三組40a、40b、40c，三組并聯(lián)機(jī)構(gòu)40a、40b、40c的一端分別對應(yīng)連接一組直線傳動機(jī)構(gòu)，另一端分別與動平臺30轉(zhuǎn)動連接，三組并聯(lián)機(jī)構(gòu)分別對應(yīng)連接的直線傳動機(jī)構(gòu)為X向直線傳動機(jī)構(gòu)50a、Y向直線傳動機(jī)構(gòu)50b和Z向直線傳動機(jī)構(gòu)50c，X向直線傳動機(jī)構(gòu)50a、Y向直線傳動機(jī)構(gòu)50b分別設(shè)置于機(jī)架10頂部框架的相鄰接的一組X向橫梁11和Y向縱梁12上，Z向直線傳動機(jī)構(gòu)50c沿Z向設(shè)置于安裝有X向直線傳動機(jī)構(gòu)50a、Y向直線傳動機(jī)構(gòu)50b的X向橫梁11、Y向橫梁12的連接的角端，X向直線傳動機(jī)構(gòu)50a、Y向直線傳動機(jī)構(gòu)50b和Z向直線傳動機(jī)構(gòu)50c能夠帶動動平臺30實現(xiàn)X向、Y向和Z向平移，串聯(lián)機(jī)構(gòu)50能夠帶動打印頭20實現(xiàn)繞Z軸向的旋轉(zhuǎn)、繞X軸向的旋轉(zhuǎn)。

其中，直線傳動機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，見圖3，滾珠絲杠結(jié)構(gòu)包括頂板51、聯(lián)軸器52、步進(jìn)電機(jī)53、滾珠絲杠54和光桿55，步進(jìn)電機(jī)53固裝于頂板51上，步進(jìn)電機(jī)53的輸出軸軸向貫穿頂板51后與聯(lián)軸器52的一端軸接，聯(lián)軸器52的另一端通過軸承裝置56與滾珠絲杠54、光桿55連接，滾珠絲杠54與光桿55平行設(shè)置，滾珠絲杠54、光桿55的另一端固接于固定板57，滾珠絲杠54上配合安裝有絲杠螺母58，頂板51、固定板57分別安裝于機(jī)架10上。

并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括一平行四邊形鉸鏈機(jī)構(gòu)41，見圖4，平行四邊行鉸鏈機(jī)構(gòu)41包括兩根平行設(shè)置的長桿411、兩根平行設(shè)置的短桿412，相鄰的長桿411與短桿412之間分別通過銷軸42可轉(zhuǎn)動連接，兩根短桿412分別固接有對應(yīng)的連接件431、432，兩個連接件431、432分別通過轉(zhuǎn)動軸45轉(zhuǎn)動連接有轉(zhuǎn)接件441、442，其中一側(cè)的轉(zhuǎn)接件441與該并聯(lián)機(jī)構(gòu)對應(yīng)連接的直線傳動機(jī)構(gòu)的絲杠螺母58連接、另一側(cè)的轉(zhuǎn)接件442與動平臺30之間固接；每一個并聯(lián)機(jī)構(gòu)的兩側(cè)轉(zhuǎn)接件的轉(zhuǎn)動軸45的軸線、平行四邊形鉸鏈機(jī)構(gòu)的銷軸42的軸線均與Y軸向平行。

串聯(lián)機(jī)構(gòu)60包括第一電機(jī)61、第二電機(jī)62和電機(jī)座63，第一電機(jī)61沿Z軸軸向安裝于動平臺30上，第一電機(jī)61的輸出軸自上而下軸向貫穿動平臺30并與電機(jī)座62的頂板固接，第二電機(jī)62安裝于電機(jī)座63的側(cè)板上并且第二電機(jī)62的輸出軸沿X軸軸向貫穿電機(jī)座的側(cè)板后與打印頭支架64連接，打印頭20固裝于打印頭支架64上。

本實用新型的多自由度3D打印機(jī)器人，三組直線傳動機(jī)構(gòu)50a、50b、50c分別通過三組并聯(lián)機(jī)構(gòu)40a、40b、40c帶動動平臺30進(jìn)行X向、Y向和Z向的移動調(diào)節(jié)，同時由于三組并聯(lián)機(jī)構(gòu)均采用了平行四邊行鉸鏈機(jī)構(gòu)故能夠適應(yīng)三個方向的同時調(diào)節(jié)。