CN109571939A - 一种多机器人协同三维打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多机器人协同三维打印方法，包括：(1)使用四台三轴机械臂作为协同三维打印设备，确定机械臂放置位置；(2)根据机械臂参数从开源打印软件中导出三维模型的G代码文件，按照打印时间一致准则用分割线将其分割为四个独立的G代码文件；(3)以机械臂末端执行器为参考设定机械臂的干涉尺寸，将每个独立的G代码文件分为安全区与干涉区；(4)设定机械臂执行打印任务时的调度准则，保证同一时刻最多只能有一台机械臂在干涉区内进行打印工作；(5)按照调度准则逐层打印三维模型。利用本发明，可以提高多机器人协同打印的效率。

Description

一种多机器人协同三维打印方法
技术领域
本发明属于三维打印技术领域，尤其是涉及一种多机器人协同三维打印方法。
背景技术
熔融沉积三维打印(FDM)技术是根据三维数据模型，通过喷嘴挤出熔化为半液状的材料，逐层堆叠形成三维固体结构，是目前应用最为广泛的三维打印技术。
用于三维打印的机械臂是将喷头，风扇等打印套件安装在机械臂的末端上作为打印执行器。热熔融丝材(ABS，PLA等)经送丝机构进入喷头中，同时喷头按照G代码路径进行运动，并将熔融材料挤出在热床上凝固成型，最终完成模型的实体化。用于三维打印的机械臂的位置放置较为灵活，适合采用多个机械臂同时完成构件的三维成型。
然而当前已经比较成熟的FDM技术仍然存在一些局限，三维打印在进行模型设计之前必须考虑到模型的设计尺寸要小于打印机喷头的运动行程。而且尺寸较大的模型打印需要花费大量的时间来完成实体化的过程。目前面向大尺寸构件主要有三种通过三维打印成型的方法，第一种是打印零部件进行拼接，但是造成了连接上的缺陷及设计上的繁琐；第二种是增大打印机的尺寸来适应需要打印的构件，但是大大提高了制造的成本，而且设备柔性较差；第三种是在一台设备上安装多个打印喷头同时进行打印工作，但是设备结构复杂，需要设计特殊的控制系统来实现多喷头的群控工作，而且目前在这个喷头路径的规划上没有形成成熟的方案。
结合机器人群控技术与三维打印技术实现面向大尺寸构件的三维成型，使设备的柔性得到提高，应用场合更加广泛。目前关于多机器人协同三维打印方法尚无人提出。
发明内容
本发明提供了一种多机器人协同三维打印方法，可以提高多机器人协同打印的效率。
一种多机器人协同三维打印方法，包括以下步骤：
(1)使用四台三轴机械臂作为协同三维打印设备，确定机械臂放置位置；
(2)根据机械臂参数从开源打印软件中导出三维模型的G代码文件，按照打印时间一致准则用分割线将其分割为四个独立的G代码文件；
(3)以机械臂末端执行器为参考设定机械臂的干涉尺寸，将每个独立的G代码文件分为安全区与干涉区；
(4)设定机械臂执行打印任务时的调度准则，保证同一时刻最多只能有一台机械臂在干涉区内进行打印工作；
(5)按照调度准则逐层打印三维模型。
本发明的方法将三维模型分割为安全区和干涉区，根据最多只能有一台机械臂位于干涉区进行打印工作的原则从而避免机械臂之间可能发生的碰撞，提高打印效率。
步骤(1)中，机械臂放置位置的确定原则为：机械臂之间相对且并行放置，根据机械臂的臂展长度确定每台机械臂放置位置的底座中心点之间的距离。由于机械臂之间相对且并行放置，可通过增加并行放置的机械臂数量进行扩展，从而可以打印更大尺寸的构件。
步骤(2)中，打印时间一致准则具体为：在同一层面内同时开始打印工作，在相同时间内完成当前层面的打印任务。利用该准则进行三维模型分割，按照时间一致性要求将模型进行等分，使每台机械臂的工作量尽量一致，使打印时间最小，效率上得到最大化。
步骤(2)中，分割的过程具体为：采用模拟退火算法在层面轮廓中选择最优的分割点，连接内部分割点与轮廓上的分割点将模型分割为四个区域，在Visual C++中获得每个区域的打印G代码文件。模拟退火算法可以找到全局最优的分割点，通过分割区域可以分配给每台机械臂在其臂展内的打印任务。
本发明方法中，对每块区域打印时采用就近原则的方式，每台机械臂完成靠近其臂展范围的打印任务。
作为优选，每个层面分割得到的四个区域面积近似相等，使每台机械臂的工作量一致，更加容易控制打印试件一致，提高打印效率。层面内每个区域的面积计算采用轮廓点与内部分割点构成的多个三角形组成的总面积。
步骤(3)中，所述的干涉尺寸为机械臂末端执行器的最小外接圆半径R。所述的干涉区为每条分割线分别往两侧平移机械臂末端执行器的最小外接圆半径R后形成的区域。通过设定此基于机械结构上的干涉尺寸可以确保机械臂在分割线附近打印时不会发生碰撞。
步骤(4)中，所述调度准则还包括：当一台机械臂打印干涉区时其他所有机械臂打印安全区；当一台机械臂打印干涉区结束后转为打印安全区，另外一台机械臂暂停安全区打印工作，进行该机械臂的干涉区打印工作，干涉区打印工作结束后继续完成剩余安全区的打印工作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出方法，利用开源打印软件导出的G代码文件作为处理文件，可以使本方法的在更多的打印设备上得到移植。
2、本发明机械臂之间相对且并行放置，可通过增加并行放置的机械臂数量进行扩展，从而可以打印更大尺寸的构件。
3、本发明提出的方法将三维模型分割为安全区和干涉区，不同于以往多机器人群控技术采用的运动学及传感器反馈的方法对机器人运动区域进行划分，根据最多只能有一台机械臂位于干涉区进行打印工作的原则从而避免机械臂之间可能发生的碰撞，提高打印效率。
附图说明
图1为本发明一种多机器人协同三维打印方法的流程图；
图2为本发明多机器人协同三维打印机器人位置布置方式；
图3为本发明多机器人协同三维打印机器人数量扩展方式；
图4为本发明实施例打印三个样件的打印结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，一种多机器人协同三维打印方法的流程图，包括以下步骤：
S01，使用四台三轴机械臂作为协同三维打印设备，确定机械臂放置位置及机械臂间距离参数。
本实施例采用四台机械臂作为打印方式，打印机器人的机械臂布置方式参见图2，机械臂位置为相对且并行放置，机械臂间距离参数根据机械臂的臂展长度进行计算，根据机械臂的臂展长度确定每台机械臂放置位置的底座中心点之间的距离。
由于机械臂之间相对且并行放置，可通过增加并行放置的机械臂数量进行扩展，扩展方式如图3所示。通过不断扩展可以提高系统柔性，只需增加相同机械臂便可以打印更大尺寸的构件。
S02，根据机械臂参数从开源打印软件中导出三维模型的G代码文件，按照打印时间一致准则将其分割为四个独立的G代码文件。
机械臂参数包括机械臂大、小臂的臂展长度等参数。将原始G代码文件分割为四个独立G代码文件的具体过程为：
从第一层开始，获得当前层面的所有轮廓点信息；绘制轮廓最小矩形框获得轮廓上分割点；选择最小矩形框的中心作为初始搜索点寻找内部最优分割点；连接内部分割点与轮廓分割点得到分割线；按照分割线将其分割为多个打印区域进行路径规划与填充；重复上述过程，直到处理完所有层面。
通过上述区域划分算法为每一台机械臂分配相等时间内可以完成的打印工作。
S03，以机械臂末端执行器为参考设定机械臂干涉尺寸，将步骤S02中每个独立的G代码文件分为安全区与干涉区。
干涉尺寸为机械臂末端执行器的最小外接圆半径R，干涉区为步骤S02中得到的分割线分别向两侧平移R后形成的区域。
S04，对机械臂打印任务进行优化调度，按照规定的准则对步骤3中的安全区和干涉区打印文件进行合理的顺序调用。
其调用原则为同一时刻有且仅有一台机械臂可以位于干涉区域内进行打印工作。具体的调度顺序流程为：
(4-1)第一台机械臂打印干涉区，其他机械臂打印安全区；
(4-2)第一台机械臂干涉区打印结束后转为打印安全区，第二台暂停安全区打印工作，开始打印干涉区。
(4-3)第二台干涉区打印结束后，继续打印未打印完的安全区，第三台开始打印干涉区。
(4-4)第三台干涉区打印结束后，继续打印未打印完的安全区，第四台开始打印干涉区。
(4-5)最终完成所有安全区及干涉区的打印任务并同时开始下一层新的打印工作。
S05，通过对比单台机械臂独立打印和四台机械臂协同打印同一模型的时长，对多机器人协同打印效率进行评价。
实验中，三维打印材料为PLA，在实验室加热温度为198℃左右，在上位机中调整好打印设备的喷头温度，出丝速度，出丝直径后，这些参数在整个实验过程中不再变化。然后按照模型的打印G代码文件打印样件，记录打印时间。如图4所示，为本实施例打印的三个模型样件，图4中，(a)为规则拉伸体，(b)为不规则轮廓拉伸体，(c)为有内孔拉伸体，每层的层高均为0.2mm，层数均为5层。
在相同参数条件下，用单台机械臂打印相同试件并记录打印时间。实验对比结果如表1所示。
表1
由表1可以看出，在四台机械臂协同打印的情况下，可以提高74％以上的打印效率。通过对机械臂数量进行扩展，可以提高系统柔性，只需增加相同机械臂便可以打印更大尺寸的构件。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多机器人协同三维打印方法，其特征在于，包括：
(1)使用四台三轴机械臂作为协同三维打印设备，确定机械臂放置位置；
(2)根据机械臂参数从开源打印软件中导出三维模型的G代码文件，按照打印时间一致准则用分割线将其分割为四个独立的G代码文件；
(3)以机械臂末端执行器为参考设定机械臂的干涉尺寸，将每个独立的G代码文件分为安全区与干涉区；
(4)设定机械臂执行打印任务时的调度准则，保证同一时刻最多只能有一台机械臂在干涉区内进行打印工作；
(5)按照调度准则逐层打印三维模型。
2.根据权利要求1所述的多机器人协同三维打印方法，其特征在于，步骤(1)中，机械臂放置位置的确定原则为：机械臂之间相对且并行放置，根据机械臂的臂展长度确定每台机械臂放置位置的底座中心点之间的距离。
3.根据权利要求1所述的多机器人协同三维打印方法，其特征在于，步骤(2)中，打印时间一致准则具体为：在同一层面内同时开始打印工作，在相同时间内完成当前层面的打印任务。
4.根据权利要求1所述的多机器人协同三维打印方法，其特征在于，步骤(2)中，分割的过程具体为：采用模拟退火算法在层面轮廓中选择最优的分割点，连接内部分割点与轮廓上的分割点将模型分割为四个区域，在Visual C++中获得每个区域的打印G代码文件。
5.根据权利要求4所述的多机器人协同三维打印方法，其特征在于，每个层面分割得到的四个区域面积相等。
6.根据权利要求1所述的多机器人协同三维打印方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的干涉尺寸为机械臂末端执行器的最小外接圆半径R。
7.根据权利要求6所述的多机器人协同三维打印方法，其特征在于，所述的干涉区为每条分割线分别往两侧平移机械臂末端执行器的最小外接圆半径R后形成的区域。
8.根据权利要求1所述的多机器人协同三维打印方法，其特征在于，步骤(4)中，所述调度准则还包括：当一台机械臂打印干涉区时其他所有机械臂打印安全区；当一台机械臂打印干涉区结束后转为打印安全区，另一台机械臂暂停安全区打印工作，进行该机械臂的干涉区打印工作，干涉区打印工作结束后继续完成剩余安全区的打印工作。
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005014108A (ja) * 2003-06-23 2005-01-20 Honda Motor Co Ltd 多関節ロボットの干渉回避方法
EP1798618B1 (en) * 2005-12-13 2011-04-06 Fanuc Corporation Device and method for automatically setting interlock between robots
CN105711099A (zh) * 2016-03-28 2016-06-29 华中科技大学 一种多工位协同的柔性电子制备系统及方法
CN105945946A (zh) * 2016-05-23 2016-09-21 东莞理工学院 一种基于g代码编程的六轴机械手运动控制方法
DE102017100258A1 (de) * 2016-08-10 2018-02-15 Petra Rapp Verfahren und Vorrichtung zur durch Wärmeeintrag unterstützten Schichtverschweißung in 3D-Druckverfahren mit schichtweisem Aufbau
WO2018069750A1 (en) * 2016-10-13 2018-04-19 Juris Klava Device for the movement and positioning of at least two end-effectors in space
CN108248036A (zh) * 2017-03-07 2018-07-06 桂林凯歌信息科技有限公司 360度立体旋转双机械臂式3d打印机及其打印方法
CN108481732A (zh) * 2018-03-01 2018-09-04 辽宁聚高智造科技有限公司 一种分区同步整体3d打印方法
CN108581490A (zh) * 2018-04-11 2018-09-28 北京工业大学 一种多机器人协作增等减材复合加工装置及工艺方法
CN108891025A (zh) * 2018-06-06 2018-11-27 北京航空航天大学 一种智能化的多源同步定向三维打印装置
CN109130171A (zh) * 2018-07-28 2019-01-04 华中科技大学 一种聚合物多材料多激光柔性增材制造系统及方法
CN109130170A (zh) * 2018-07-28 2019-01-04 华中科技大学 一种聚合物多材料增减材复合成形系统及方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005014108A (ja) * 2003-06-23 2005-01-20 Honda Motor Co Ltd 多関節ロボットの干渉回避方法
EP1798618B1 (en) * 2005-12-13 2011-04-06 Fanuc Corporation Device and method for automatically setting interlock between robots
CN105711099A (zh) * 2016-03-28 2016-06-29 华中科技大学 一种多工位协同的柔性电子制备系统及方法
CN105945946A (zh) * 2016-05-23 2016-09-21 东莞理工学院 一种基于g代码编程的六轴机械手运动控制方法
DE102017100258A1 (de) * 2016-08-10 2018-02-15 Petra Rapp Verfahren und Vorrichtung zur durch Wärmeeintrag unterstützten Schichtverschweißung in 3D-Druckverfahren mit schichtweisem Aufbau
WO2018069750A1 (en) * 2016-10-13 2018-04-19 Juris Klava Device for the movement and positioning of at least two end-effectors in space
CN108248036A (zh) * 2017-03-07 2018-07-06 桂林凯歌信息科技有限公司 360度立体旋转双机械臂式3d打印机及其打印方法
CN108481732A (zh) * 2018-03-01 2018-09-04 辽宁聚高智造科技有限公司 一种分区同步整体3d打印方法
CN108581490A (zh) * 2018-04-11 2018-09-28 北京工业大学 一种多机器人协作增等减材复合加工装置及工艺方法
CN108891025A (zh) * 2018-06-06 2018-11-27 北京航空航天大学 一种智能化的多源同步定向三维打印装置
CN109130171A (zh) * 2018-07-28 2019-01-04 华中科技大学 一种聚合物多材料多激光柔性增材制造系统及方法
CN109130170A (zh) * 2018-07-28 2019-01-04 华中科技大学 一种聚合物多材料增减材复合成形系统及方法

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