CN107553687A - 3d房屋打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D房屋打印机，包括桁架组件、机械手、出料口和供料机构；所述桁架组件包括桁架、桁架行走机构、桁架升降机构、升降横梁和横梁升降机构，桁架安装在两条平行的轨道上，桁架行走机构用于控制桁架沿轨道的方向平移，桁架升降机构用于控制桁架的自拔，升降横梁连接在桁架上，升降横梁上设置有横移机构，横梁升降机构用于控制升降横梁沿桁架升降；桁架组件设置有机械手桁架组件和打印机桁架组件两组，机械手固定在机械手桁架组件的横移机构下，出料口固定在打印机桁架组件的横移机构下，供料机构用于对出料口进行供料。本发明可以自动打印建造房屋，提高了房屋建造的自动化，且能适用较高楼层的房屋打印。

Description

3D房屋打印机

技术领域

本发明涉及房屋建造技术领域，具体涉及一种3D房屋打印机。

背景技术

2013年2月，英国伦敦Softkill Design建筑设计工作室首次建立了一个3D打印房屋概念，3D打印房屋需要用尼龙搭扣或者像钮扣一样的扣合件起到固定作用，同时借助传统建造技术。然而，它并非采用固体墙壁建造，而是在骨骼基础上建造纤维尼龙结构，房屋的承载力较差，仅仅适用于底层房屋的建造，存在极大的局限性，无法根本解决房屋的自动化建造。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种3D房屋打印机，以自动打印建造房屋，提高房屋建造的自动化，且能适用较高楼层的房屋打印。

本发明提供了一种3D房屋打印机，包括桁架组件、机械手、出料口和供料机构；所述桁架组件包括桁架、桁架行走机构、桁架升降机构、升降横梁和横梁升降机构，所述桁架的两对侧均设置有伸缩支架，桁架通过两侧的伸缩支架安装在两条平行的轨道上，所述桁架行走机构用于控制桁架沿轨道的方向平移，所述桁架升降机构用于控制伸缩支架的伸缩以控制桁架的高度，所述升降横梁连接在桁架两侧的伸缩支架之间，升降横梁上设置有横移机构，所述横梁升降机构用于控制升降横梁沿桁架两侧的伸缩支架升降；所述桁架组件设置有机械手桁架组件和打印机桁架组件两组，所述机械手固定在机械手桁架组件的横移机构下，所述出料口固定在打印机桁架组件的横移机构下，所述供料机构用于对出料口进行供料。

采用上述结构，机械手桁架组件可以带动机械手纵向移动，横移组件可以带动机械手横向移动，同时，升降横梁可以上下移动，因而机械手可在施工区域的空间上任意移动，这样即可通过控制机械手完成预制板的拿取和安装以及钢筋的安装和焊接等操作，同样地，打印机的出料口也可以在施工区域的空间上任意移动，这样即可通过控制出料口完成房屋的混凝土浇筑，因此，通过程序即可控制该3D房屋打印机自动打印建造房屋，提高了房屋建造的自动化；此外，本发明还可以通过控制伸缩支架的伸缩来控制桁架的高度，实现桁架高度的自拔，能适用较高楼层的房屋打印。

进一步地，每个伸缩支架的底端均设置有桁架行走机构，所述桁架行走机构包括与伸缩支架相连的第一移动小车，所述第一移动小车的下侧安装有可在轨道上滑动的第一导向轮，第一移动小车的一侧连接有电机座，所述电机座的上部安装有第一驱动电机，电机座的下部安装有第一齿轮，所述第一驱动电机的输出轴与第一齿轮传动连接，沿所述轨道设置有第一齿条，所述第一齿轮与第一齿条啮合。采用上述结构，即可通过第一驱动电机控制桁架在轨道上平移，运行安全可靠。

进一步地，所述桁架行走机构的两侧沿轨道安装有可自由伸缩的防护罩。保护罩可以防止杂质进入轨道而影响桁架的正常移动。

进一步地，所述桁架升降机构包括滑轮、钢丝绳和卷扬机，每个伸缩支架均设置有两固定单元，每个固定单元对应设置有可相对于该固定单元升降的升降单元，每个升降单元的上部和下部均设置有滑轮以形成滑轮组，每个桁架两侧的四组滑轮组通过所述钢丝绳依次串联，钢丝绳的一端固定在一侧的固定单元上，钢丝绳的另一端与安装在另一侧的固定单元上的卷扬机的输出轴相连。本发明的桁架升降机构利用滑轮组的原理来实现桁架的自拔，升降单元利用滑轮组组成为一个整体组装单元，便于运输，四个升降单元的滑轮组用钢丝串联起来，通过卷扬机收放钢丝绳即可实现四个升降单元的同步上升或下降，升降方便，运行可靠，并且，该结构利用滑轮组减速的关系，可以使与卷扬机配套的减速比大大降低。

进一步地，每个升降横梁的两端均设置有横梁升降机构，所述横梁升降机构包括第二导向轮、第二齿条、第二齿轮和第二驱动电机，所述伸缩支架的升降单元的内侧沿长度方向设置有导轨，所述升降横梁的端部通过第二导向轮与导轨连接，所述第二齿条沿导轨设置，所述第二齿轮安装在升降横梁的端部，第二齿轮与第二齿条啮合，所述第二驱动电机固定在升降横梁上，第二驱动电机的输出轴与第二齿轮传动连接。采用上述结构，即可通过第二驱动电机控制升降横梁的升降，运行安全可靠。

进一步地，所述横移机构包括第二移动小车，所述升降横梁的下侧沿长度方向安装有两条相对的C型钢，两条C型钢之间安装有第三齿条，所述第二移动小车的上部安装有第三导向轮，第二移动小车通过第三导向轮与两条C型钢相连并悬挂在两条C型钢的下方，第二移动小车的上部安装有第三齿轮和第三驱动电机，所述第三齿轮与第三齿条啮合，所述第三驱动电机的输出轴与第三齿轮传动连接。采用上述结构，即可通过第三驱动电机驱动第二移动小车在升降横梁上移动，运行安全可靠。

进一步地，所述机械手包括机械手本体，所述机械手桁架组件的横移机构上安装有第四齿轮和第四驱动电机，所述第四驱动电机的输出轴与第四齿轮传动连接，第四齿轮的下侧连接有导向杆，所述导向杆与机械手本体滑动连接，所述机械手本体的中部设置有螺母，所述螺母螺纹连接有丝杆，所述丝杆的上端与横移机构连接，丝杆通过第五驱动电机驱动转动。采用上述结构，第四驱动电机驱动第四齿轮转动时，机械手本体会随第四齿轮一起转动，第五驱动电机驱动丝杆转动时，机械手本体会沿导向杆上下移动，这两个运动的组合可以满足不同方位的预制板、踢踏步、钢筋安装，同时还可以安装焊枪按照程序指令进行现场焊接作业。

进一步地，所述打印机桁架组件的升降横梁上设置有两组横移机构，每组横移机构上对应连接有一个出料口，所述供料机构包括泥浆泵、供料主管和两条供料支管，所述泥浆泵安装在地面上，泥浆泵的输出端与供料主管的一端相连，供料主管的另一端与设于升降横梁中间的异型三通的一接口相连，该异型三通的另外两个接口分别与对应的供料支管连接，两供料支管分别与对应的出料口相连。本发明的打印机桁架组件上设计有两个出料口，各自单独由电机驱动，可同时打印了两个不同的位置，这种打印机打印速度是其它打印机工作量的两倍。

进一步地，所述出料口内安装有旋转叶片，所述旋转叶片在第三驱动电机的驱动下旋转。旋转叶片旋转时，可以把浆料推挤出来，有利于出料。

进一步地，所述供料主管的地面段沿轨道铺设，所述供料支管沿升降横梁铺设，供料主管的地面段和供料支管均安置在拖链内。拖链可以保持供料主管和供料支管确定的移动规律。

本发明的有益效果是：(1)通过程序即可控制该3D房屋打印机自动打印建造房屋，提高了房屋建造的自动化；(2)通过滑轮组实现桁架的自拔，省时省力，运行可靠，能适用较高楼层的房屋打印；(3)打印机桁架组件上设计有两个出料口，可同时打印了两个不同的位置，提高了混凝土浇筑的速度；(4)机械手本体可旋转和上下移动，这两个运动的组合可以满足不同方位的预制板、踢踏步、钢筋安装，同时还可以安装焊枪按照程序指令进行现场焊接作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的桁架行走机构的结构示意图；

图3为本发明实施例的桁架升降机构的结构示意图；

图4为本发明实施例的卷扬机的安装示意图；

图5为本发明实施例的横梁升降机构的结构示意图；

图6为本发明实施例的出料口的结构示意图；

图7为本发明实施例的机械手的结构示意图；

图8为本发明实施例的供料管道的布置图。

附图中，1表示桁架组件；11表示机械手桁架组件；12表示打印机桁架组件；2表示桁架；21表示伸缩支架；211表示固定单元；212表示升降单元；22表示轨道；3表示桁架行走机构；31表示第一移动小车；32表示第一导向轮；33表示电机座；34表示第一驱动电机；35表示第一齿轮；36表示第一齿条；37表示防护罩；4表示桁架升降机构；41表示滑轮；42表示钢丝绳；43表示卷扬机；5表示升降横梁；6表示横梁升降机构；61表示第二导向轮；62表示第二齿条；63表示第二齿轮；64表示第二驱动电机；65表示导轨；7表示横移机构；71表示第二移动小车；72表示C型钢；73表示第三齿条；74表示第三导向轮；75表示第三齿轮；76表示第三驱动电机；8表示机械手；81表示机械手本体；82表示第四齿轮；83表示第四驱动电机；84表示导向杆；85表示螺母；86表示丝杆；9表示出料口；10表示供料机构；101表示泥浆泵；102表示供料主管；103表示供料支管，104表示异型三通；105表示拖链。

具体实施方式

下面将结合附图对本实施例技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实施例的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实施例的保护范围。

如图1-图8所示，本发明实施例提供了一种3D房屋打印机，包括桁架组件1、机械手8、出料口9和供料机构10，桁架组件1设置有机械手桁架组件11和打印机桁架组件12两组，每组桁架组件1均包括桁架2、桁架行走机构3、桁架升降机构4、升降横梁5和横梁升降机构6，桁架2的两对侧均设置有伸缩支架21，桁架2通过两侧的伸缩支架21安装在两条平行的轨道22上，升降横梁5连接在桁架2两侧的伸缩支架21之间。

桁架行走机构3用于控制桁架2沿轨道22的方向平移，每个伸缩支架21的底端均设置有桁架行走机构3，参照图2，桁架行走机构3包括与伸缩支架21相连的第一移动小车31，第一移动小车31的下侧安装有可在轨道22上滑动的第一导向轮32，第一移动小车31的一侧连接有电机座33，电机座33的上部安装有第一驱动电机34，电机座33的下部安装有第一齿轮35，第一驱动电机34的输出轴与第一齿轮35传动连接，沿轨道22设置有第一齿条36，第一齿轮35与第一齿条36啮合,这样，即可通过第一驱动电机34控制桁架2在轨道22上平移，运行安全可靠。本实施例的桁架行走机构3的两侧沿轨道22安装有可自由伸缩的防护罩37，保护罩可以防止杂质进入轨道22而影响桁架2的正常移动。

桁架升降机构4用于控制伸缩支架21的伸缩以控制桁架2的高度，参照图3和图4，桁架升降机构4包括滑轮41、钢丝绳42和卷扬机43，每个伸缩支架21均设置有两固定单元211，每个固定单元211对应设置有可相对于该固定单元211升降的升降单元212，每个升降单元212的上部和下部均设置有滑轮41以形成滑轮组，每个桁架2两侧的四组滑轮组通过钢丝绳42依次串联，钢丝绳42的一端固定在一侧的固定单元211上，钢丝绳42的另一端与安装在另一侧的固定单元211上的卷扬机43的输出轴相连，桁架升降机构4利用滑轮组的原理来实现桁架2的自拔，升降单元212利用滑轮组组成为一个整体组装单元，便于运输，四个升降单元212的滑轮组用钢丝串联起来，通过卷扬机43收放钢丝绳42即可实现四个升降单元212的同步上升或下降，升降方便，运行可靠，并且，该结构利用滑轮组减速的关系，可以使与卷扬机43配套的减速比大大降低。

横梁升降机构6用于控制升降横梁5沿桁架2两侧的伸缩支架21升降，每个升降横梁5的两端均设置有横梁升降机构6，参照图5，横梁升降机构6包括第二导向轮61、第二齿条62、第二齿轮63和第二驱动电机64，伸缩支架21的升降单元212的内侧沿长度方向设置有导轨65，升降横梁5的端部通过第二导向轮61与导轨65连接，第二齿条62沿导轨65设置，第二齿轮63安装在升降横梁5的端部，第二齿轮63与第二齿条62啮合，第二驱动电机64固定在升降横梁5上，第二驱动电机64的输出轴与第二齿轮63传动连接，这样即可通过第二驱动电机64控制升降横梁5的升降，运行安全可靠。

升降横梁5上设置有横移机构7，参照图6，横移机构7包括第二移动小车71，升降横梁5的下侧沿长度方向安装有两条相对的C型钢72，两条C型钢72之间安装有第三齿条73，第二移动小车71的上部安装有第三导向轮74，第二移动小车71通过第三导向轮74与两条C型钢72相连并悬挂在两条C型钢72的下方，第二移动小车71的上部安装有第三齿轮75和第三驱动电机76，第三齿轮75与第三齿条73啮合，第三驱动电机76的输出轴与第三齿轮75传动连接，这样，即可通过第三驱动电机76驱动第二移动小车71在升降横梁5上移动，运行安全可靠。

参照图7，机械手8固定在机械手桁架组件11的横移机构7下，机械手8包括机械手本体81，机械手桁架组件11的横移机构7的第二移动小车71上安装有第四齿轮82和第四驱动电机83，第四驱动电机83的输出轴与第四齿轮82传动连接，第四齿轮82的下侧连接有导向杆84，导向杆84与机械手本体81滑动连接，机械手本体81的中部设置有螺母85，螺母85螺纹连接有丝杆86，丝杆86的上端与横移机构7连接，丝杆86通过第五驱动电机驱动转动，第四驱动电机83驱动第四齿轮82转动时，机械手本体81会随第四齿轮82一起转动，第五驱动电机驱动丝杆86转动时，机械手本体81会沿导向杆84上下移动，这两个运动的组合可以满足不同方位的预制板、踢踏步、钢筋安装，同时还可以安装焊枪按照程序指令进行现场焊接作业。

参照图6和图8，打印机桁架组件12的升降横梁5上设置有两组横移机构7，每组横移机构7上对应连接有一个出料口9，两个出料口9可同时打印了两个不同的位置，这种打印机打印速度是其它打印机工作量的两倍，大大提高了工作效率。出料口9内安装有旋转叶片，旋转叶片在第三驱动电机76的驱动下旋转，旋转叶片旋转时，可以把浆料推挤出来，有利于出料。

供料机构10包括泥浆泵101、供料主管102和两条供料支管103，泥浆泵101安装在地面上，泥浆泵101的输出端与供料主管102的一端相连，供料主管102的另一端与设于升降横梁5中间的异型三通104的一接口相连，该异型三通104的另外两个接口分别与对应的供料支管103连接，两供料支管103分别与对应的出料口9相连，这样，即可同时为两个出料口9供料，且出料口9均能浇筑升降横梁5中间下方的混凝土。本实施例的供料主管102的地面段沿轨道22铺设，供料支管103沿升降横梁5铺设，供料主管102的地面段和供料支管103均安置在拖链105内，拖链105可以保持供料主管102和供料支管103确定的移动规律。需要指出的是，桁架2与升降横梁5之间的供料主管102为可伸缩的软管，升降横梁5的上下移动不会对供料主管102造成影响。

本实施例采用卡迪尔三维坐标设计，建筑CAD图直接导入3D住房打印机的数控系统，由数控系统自动识别后，形成工作程序，避免了编程人员繁琐的程序编辑工作。工作时，机械手桁架组件11可以带动机械手8纵向移动，横移组件可以带动机械手8横向移动，同时，升降横梁5可以上下移动，因而机械手8可在施工区域的空间上任意移动，这样即可通过控制机械手8完成预制板的拿取和安装以及钢筋的安装和焊接等操作，同样地，打印机的出料口9也可以在施工区域的空间上任意移动，这样即可通过控制出料口9完成房屋的混凝土浇筑，因此，通过程序即可控制该3D房屋打印机自动打印建造房屋，提高了房屋建造的自动化，当楼层施工完毕，桁架2需要升高时，通过卷扬机43收紧钢丝绳42即可自动完成桁架2高度的提升，实现桁架2高度的自拔，能适应较高楼层的房屋打印，免去了大型设备吊装的繁琐工作。并且，本实施例的3D房屋打印机全部采用集成化设计，便于现场快捷安装，便于路途运输。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实施例各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实施例的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种3D房屋打印机，其特征在于：

包括桁架组件、机械手、出料口和供料机构；

所述桁架组件包括桁架、桁架行走机构、桁架升降机构、升降横梁和横梁升降机构，所述桁架的两对侧均设置有伸缩支架，桁架通过两侧的伸缩支架安装在两条平行的轨道上，所述桁架行走机构用于控制桁架沿轨道的方向平移，所述桁架升降机构用于控制伸缩支架的伸缩以控制桁架的高度，所述升降横梁连接在桁架两侧的伸缩支架之间，升降横梁上设置有横移机构，所述横梁升降机构用于控制升降横梁沿桁架两侧的伸缩支架升降；

所述桁架组件设置有机械手桁架组件和打印机桁架组件两组，所述机械手固定在机械手桁架组件的横移机构下，所述出料口固定在打印机桁架组件的横移机构下，所述供料机构用于对出料口进行供料。

2.根据权利要求1所述的3D房屋打印机，其特征在于：每个伸缩支架的底端均设置有桁架行走机构，所述桁架行走机构包括与伸缩支架相连的第一移动小车，所述第一移动小车的下侧安装有可在轨道上滑动的第一导向轮，第一移动小车的一侧连接有电机座，所述电机座的上部安装有第一驱动电机，电机座的下部安装有第一齿轮，所述第一驱动电机的输出轴与第一齿轮传动连接，沿所述轨道设置有第一齿条，所述第一齿轮与第一齿条啮合。

3.根据权利要求2所述的3D房屋打印机，其特征在于：所述桁架行走机构的两侧沿轨道安装有可自由伸缩的防护罩。

4.根据权利要求1所述的3D房屋打印机，其特征在于：所述桁架升降机构包括滑轮、钢丝绳和卷扬机，每个伸缩支架均设置有两固定单元，每个固定单元对应设置有可相对于该固定单元升降的升降单元，每个升降单元的上部和下部均设置有滑轮以形成滑轮组，每个桁架两侧的四组滑轮组通过所述钢丝绳依次串联，钢丝绳的一端固定在一侧的固定单元上，钢丝绳的另一端与安装在另一侧的固定单元上的卷扬机的输出轴相连。

5.根据权利要求4所述的3D房屋打印机，其特征在于：每个升降横梁的两端均设置有横梁升降机构，所述横梁升降机构包括第二导向轮、第二齿条、第二齿轮和第二驱动电机，所述伸缩支架的升降单元的内侧沿长度方向设置有导轨，所述升降横梁的端部通过第二导向轮与导轨连接，所述第二齿条沿导轨设置，所述第二齿轮安装在升降横梁的端部，第二齿轮与第二齿条啮合，所述第二驱动电机固定在升降横梁上，第二驱动电机的输出轴与第二齿轮传动连接。

6.根据权利要求1所述的3D房屋打印机，其特征在于：所述横移机构包括第二移动小车，所述升降横梁的下侧沿长度方向安装有两条相对的C型钢，两条C型钢之间安装有第三齿条，所述第二移动小车的上部安装有第三导向轮，第二移动小车通过第三导向轮与两条C型钢相连并悬挂在两条C型钢的下方，第二移动小车的上部安装有第三齿轮和第三驱动电机，所述第三齿轮与第三齿条啮合，所述第三驱动电机的输出轴与第三齿轮传动连接。

7.根据权利要求1或6所述的3D房屋打印机，其特征在于：所述机械手包括机械手本体，所述机械手桁架组件的横移机构上安装有第四齿轮和第四驱动电机，所述第四驱动电机的输出轴与第四齿轮传动连接，第四齿轮的下侧连接有导向杆，所述导向杆与机械手本体滑动连接，所述机械手本体的中部设置有螺母，所述螺母螺纹连接有丝杆，所述丝杆的上端与横移机构连接，丝杆通过第五驱动电机驱动转动。

8.根据权利要求1或6所述的3D房屋打印机，其特征在于：所述打印机桁架组件的升降横梁上设置有两组横移机构，每组横移机构上对应连接有一个出料口，所述供料机构包括泥浆泵、供料主管和两条供料支管，所述泥浆泵安装在地面上，泥浆泵的输出端与供料主管的一端相连，供料主管的另一端与设于升降横梁中间的异型三通的一接口相连，该异型三通的另外两个接口分别与对应的供料支管连接，两供料支管分别与对应的出料口相连。

9.根据权利要求8所述的3D房屋打印机，其特征在于：所述出料口内安装有旋转叶片，所述旋转叶片在第三驱动电机的驱动下旋转。

10.根据权利要求8所述的3D房屋打印机，其特征在于：所述供料主管的地面段沿轨道铺设，所述供料支管沿升降横梁铺设，供料主管的地面段和供料支管均安置在拖链内。