CN106313513B - 一种智能机器人辅助快速建模与3d打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置，该装置相比之前所提出的一些装置，具有更智能的特性，对比传统的反求工程，能够省去了大量不必要的工作，提高了加工效率，通过图像处理系统和关节控制系统，可以实时监测控制加工过程，提高了加工精度，移动平台可以实现全方位的移动与避障的功能，温度控制系统可以实时监测加工温度，提高表面加工质量，供料控制系统用于计算模型的打印所需的打印材料是否充足，并给出相应的提示，整个3D打印装置采用模块化的设计，使得制造，维护，维修与更换都比较方便。
Description
技术领域
本发明涉及3D 打印技术领域，具体涉及一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置。
背景技术
随着科技的飞速发展，3D打印技术与机器人技术的应用越来越广泛。随着德国工业4.0的提出，这两项技术在各个行业的应用已经越来越普遍。3D打印技术是非常受重视的，该技术的发展将直接推动制造业翻天覆地的变化。机器人在工业领域的应用也很广泛，目前工业机器人的发展已经很成熟。工业机器人已经能够实现制造过程中的各种加工、装配、搬运、喷涂等工作。这种应用大大的提高了生产效率，节约了生产花费。
从目前的应用来说，3D打印设备还是比较侧重于简单的三轴移动装置。虽然目前已经提出了很多新的装置，但是实践的过程中还是比较复杂，加工精度不高，加工表面质量较差。
针对目前所提出的装置的不足，本发明提出了一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置，该方案的创新点有：
1.与传统的“反求建模-3D打印”过程中繁琐的“测量-反求建模-切片与参数设定-3D打印”的流程对比，该装置在测量的过程中，便可直接实现参数设定，省去了大量不必要的工作，提高了加工效率；
2. 通过图像处理系统和关节控制系统，可以实时监测控制加工过程，提高加工精度；
3. 移动平台可以实现全方位的移动与避障的功能，实现无碰撞3D打印，并在模型较大或不在机器人可达范围内时，通过移动平台实现机器人目标可达，从而使得3D打印不受限制；
4. 温度控制系统可以实时监测加工温度，提高表面加工质量；
5. 供料控制系统用于计算模型打印所需的打印材料是否充足，并给出相应的提示，更加智能化；
6. 整个3D打印装置采用模块化的设计，使得制造，维护，维修与更换都比较方便；
7.该装置也可实现传统的三维打印流程，由于装置带有检测与控制系统，能实现加工过程的实时控制，故加工质量、加工精度都比较高。
发明内容
本发明提出一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置。该装置克服了现有装置的不足，具有更智能化的特点。
本发明是通过下述技术方案来实现的：
一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置，其特征在于，包括机器人（1）、3D打印系统（2）、测量系统（3）、数据处理系统（4）、图像处理系统（5）、控制系统（6）、移动平台（7）；所述机器人（1）固定安装于移动平台（7）上；所述3D打印系统（2）固定安装于机器人（1）的工具端，随机器人（1）的工具端同步运动；所述测量系统（3）固定安装于机器人（1）的工具端，且与3D打印系统（2）的相对位置固定，并随机器人（1）的工具端同步运动；所述测量系统（3）用于3D打印模型的快速建立；所述数据处理系统（4）固定安装于移动平台（7）上；所述图像处理系统（5）固定安装于移动平台（7）上；所述控制系统（6）固定安装于移动平台（7）上；所述移动平台（7）可在地面上任意的移动与旋转；
所述测量系统（3）用于模型的检测与测量，在所需3D打印模型参数未知的情况下，可以进行快速的测量与建模，并在测量的过程中，通过数据处理系统（4）直接实现将模型空间几何参数转换为机器人（1）的关节运动参数和3D打印系统（2）的打印参数，测量完成后便可直接进行打印工作；该装置与之前所提出的“测量-反求建模-切片与参数设定-3D打印”的流程相比较，直接实现 “反求建模与参数设定-3D打印”的过程，简化了3D打印流程；
所述数据处理系统（4）用于处理测量系统（3）所获得的数据，并转换为相应的机器人（1）关节运动参数和3D打印系统（2）的打印参数；
所述图像处理系统（5）用于空间三维模型的建立；在测量系统（3）完成测量后的，利用所获得的数据进行三维模型的建立；该建模可以精确的用于加工过程中的实时监测与控制；
所述移动平台（7）可以实现整个3D打印装置的全方位移动，在3D打印模型较大超出机器人（1）的可达范围时，移动平台（7）移动，从而实现机器人（1）的目标可达；在空间存在障碍物时，移动平台（7）移动实现避障的功能。
所述3D打印系统（2）进一步包括：供料系统（20）、储料装置（21）、喷头（22）、加热装置（23）、打印材料（24）；所述供料系统（20）进一步包括供料电机（200）、供料传动机构（201）；所述供料电机（200）带动供料传动机构（201）运动将打印材料（24）送入到加热装置（23）中进行加热，打印材料（24）受热融化后通过喷头（22）挤出进行打印。
所述测量系统（3）进一步包括测量探头（30），测量探头可收缩；在开始测量时，测量探头伸长，进行测量；在测量完成后，测量探头（30）便收回，不妨碍3D打印工作。
所述控制系统（6）进一步包括：温度控制系统（60）、机器人关节运动控制系统（61）、供料控制系统（62）；所述温度控制系统（60）用于实时监测与控制打印材料（24）在喷头（22）处的温度，实现更高的表面加工质量；所述机器人关节运动控制系统（61）用于实时监测与控制机器人（1）的运动状态并进行修正，实现实时反馈控制；所述供料控制系统（62）用于计算模型的打印所需的打印材料（24）是否充足，并给出相应的提示。
本发明所述的一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置用于“反求建模与参数设定-3D打印”过程中的工作原理为：所述测量装置进行模型的尺寸测量，测量所得的结果送入到数据处理系统中进行数据的处理；数据处理系统将所得的数据进行转换，根据测量装置与3D打印装置的相对位置的固定，将测量点的数据转换为喷头工作点的数据，然后将该参数进一步转换为机器人关节的运动参数和3D打印的相关参数；图像处理系统利用测量所得的数据进行三维建模；控制系统控制机器人及3D打印装置工作，并实时监测控制；当加热温度发生变化时，利用温度控制系统进行调节控制；当加工位置发生偏移时，机器人关节运动控制系统修正相关的机器人关节转角信息；在机器人关节运动参数处理的过程中如果发生与障碍物的碰撞，则可利用整个装置的冗余特性进行无碰撞的轨迹规划，从而避开障碍物；当加工模型过大，或不在机器人可达范围内时，可利用移动平台，实现机器人目标可达。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是本发明的3D打印系统组成示意图。
图3是本发明的控制系统组成示意图。
附图中，各数字的含义为：1：机器人；2：3D打印系统；3：测量系统；4：数据处理系统；5：图像处理系统；6：控制系统；7：移动平台；20：供料系统；21：储料装置；22：喷头；23加热装置；24：打印材料；200：供料电机；201：供料传动机构；60：温度控制系统；61：机器人关节运动控制系统；62：供料控制系统。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。
实施例一
本例的一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置，其特征在于，包括机器人（1）、3D打印系统（2）、测量系统（3）、数据处理系统（4）、图像处理系统（5）、控制系统（6）、移动平台（7）；所述机器人（1）固定安装于移动平台（7）上；所述3D打印系统（2）固定安装于机器人（1）的工具端，随机器人（1）的工具端同步运动；所述测量系统（3）固定安装于机器人（1）的工具端，且与3D打印系统（2）的相对位置固定，并随机器人（1）的工具端同步运动；所述测量系统（3）用于3D打印模型的快速建立；所述数据处理系统（4）固定安装于移动平台（7）上；所述图像处理系统（5）固定安装于移动平台（7）上；所述控制系统（6）固定安装于移动平台（7）上；所述移动平台（7）可在地面上任意的移动与旋转；
所述测量系统（3）用于模型的检测与测量，在所需3D打印模型参数未知的情况下，可以进行快速的测量与建模，并在测量的过程中，通过数据处理系统（4）直接实现将模型空间几何参数转换为机器人（1）的关节运动参数和3D打印系统（2）的打印参数，测量完成后便可直接进行打印工作；该装置与之前所提出的“测量-反求建模-切片与参数设定-3D打印”的流程相比较，直接实现 “反求建模与参数设定-3D打印”的过程，简化了3D打印流程；
所述数据处理系统（4）用于处理测量系统（3）所获得的数据，并转换为相应的机器人（1）关节运动参数和3D打印系统（2）的打印参数；
所述图像处理系统（5）用于空间三维模型的建立；在测量系统（3）完成测量后的，利用所获得的数据进行三维模型的建立；该建模可以精确的用于加工过程中的实时监测与控制；
所述移动平台（7）可以实现整个3D打印装置的全方位移动，在3D打印模型较大超出机器人（1）的可达范围时，移动平台（7）移动，从而实现机器人（1）的目标可达；在空间存在障碍物时，移动平台（7）移动实现避障的功能。
实施例二
本例所述3D打印系统（2）进一步包括：供料系统（20）、储料装置（21）、喷头（22）、加热装置（23）、打印材料（24）；所述供料系统（20）进一步包括供料电机（200）、供料传动机构（201）；所述供料电机（200）带动供料传动机构（201）运动将打印材料（24）送入到加热装置（23）中进行加热，打印材料（24）受热融化后通过喷头（22）挤出进行打印，其余同实施例一。
实施例三
本例所述测量系统（3）进一步包括测量探头（30），测量探头可收缩；在开始测量时，测量探头伸长，进行测量；在测量完成后，测量探头（30）便收回，不妨碍3D打印工作，其余同实施例一。
实施例四
本例所述控制系统（6）进一步包括：温度控制系统（60）、机器人关节运动控制系统（61）、供料控制系统（62）；所述温度控制系统（60）用于实时监测与控制打印材料（24）在喷头（22）处的温度，实现更高的表面加工质量；所述机器人关节运动控制系统（61）用于实时监测与控制机器人（1）的运动状态并进行修正，实现实时反馈控制；所述供料控制系统（62）用于计算模型的打印所需的打印材料（24）是否充足，并给出相应的提示，其余同实施例一。
Claims (4)
1.一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置，其特征在于，包括机器人（1）、3D打印系统（2）、测量系统（3）、数据处理系统（4）、图像处理系统（5）、控制系统（6）、移动平台（7）；所述机器人（1）固定安装于移动平台（7）上；所述3D打印系统（2）固定安装于机器人（1）的工具端，随机器人（1）的工具端同步运动；所述测量系统（3）固定安装于机器人（1）的工具端，且与3D打印系统（2）的相对位置固定，并随机器人（1）的工具端同步运动；所述测量系统（3）用于3D打印模型的快速建立；所述数据处理系统（4）固定安装于移动平台（7）上；所述图像处理系统（5）固定安装于移动平台（7）上；所述控制系统（6）固定安装于移动平台（7）上；所述移动平台（7）可在地面上任意的移动与旋转；
所述测量系统（3）用于模型的检测与测量，在所需3D打印模型参数未知的情况下，可以进行快速的测量与建模，并在测量的过程中，通过数据处理系统（4）直接实现将模型空间几何参数转换为机器人（1）的关节运动参数和3D打印系统（2）的打印参数，测量完成后便可直接进行打印工作；
所述数据处理系统（4）用于处理测量系统（3）所获得的数据，并转换为相应的机器人（1）关节运动参数和3D打印系统（2）的打印参数；
所述图像处理系统（5）用于空间三维模型的建立；在测量系统（3）完成测量后的，利用所获得的数据进行三维模型的建立；该建模可以精确的用于加工过程中的实时监测与控制；
所述移动平台（7）可以实现整个3D打印装置的全方位移动，在3D打印模型较大超出机器人（1）的可达范围时，移动平台（7）移动，从而实现机器人（1）的目标可达；在空间存在障碍物时，移动平台（7）移动实现避障的功能。
2.如权利要求1所述的一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置，其特征在于：所述3D打印系统（2）进一步包括：供料系统（20）、储料装置（21）、喷头（22）、加热装置（23）、打印材料（24）；所述供料系统（20）进一步包括供料电机（200）、供料传动机构（201）；所述供料电机（200）带动供料传动机构（201）运动将打印材料（24）送入到加热装置（23）中进行加热，打印材料（24）受热融化后通过喷头（22）挤出进行打印。
3.如权利要求1所述的一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置，其特征在于：所述测量系统（3）进一步包括测量探头（30），测量探头可收缩；在开始测量时，测量探头伸长，进行测量；在测量完成后，测量探头（30）便收回，不妨碍3D打印工作。
4.如权利要求1所述的一种智能机器人辅助快速建模与3D打印装置，其特征在于：所述控制系统（6）进一步包括：温度控制系统（60）、机器人关节运动控制系统（61）、供料控制系统（62）；所述温度控制系统（60）用于实时监测与控制打印材料（24）在喷头（22）处的温度，实现更高的表面加工质量；所述机器人关节运动控制系统（61）用于实时监测与控制机器人（1）的运动状态并进行修正，实现实时反馈控制；所述供料控制系统（62）用于计算模型的打印所需的打印材料（24）是否充足，并给出相应的提示。
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