CN109898863A - 一种用于建筑施工的3d打印机器人及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置，包括3D打印机构和控制机构；所述3D打印机构包括打印头和连接臂，所述连接臂末端固定连接所述打印头；所述打印头包含送料电机、加热腔、挤出头和打印材料，所述控制机构包括中央控制器和控制系统，所述中央控制器与控制系统之间通过查分总线实现数据信息交互，所述控制系统包括：用于隔离差分信号变换的隔离差分信号变换模块；控制处理模块；用于进行数字信号隔离的数字信号隔离模块；用于驱动送料电机的送料电机驱动模块；加热模块；温度采集模块。本发明有效提高3D打印头机构控制系统的抗干扰能力，实现增材制造，提高建筑效率，减少施工人员，提高劳动生产率，保护人员身心健康。

Description

一种用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置。

背景技术

3D打印是一种快速成形技术，又称快速原型制造(RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料直接烧结堆积法的一种高效制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大创新成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的方案。即，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。近些年，3D打印技术也用于建筑施工技术领域。

专利号为CN201510214827.7的一种3D打印机器人和泥土墙体的数字化施工方法，提供了一种3D打印机器人，用于数字化施工建造墙体，包括机器人主体，所述机器人主体的前部设有浆料存储部，所述浆料存储部的前端连接出料嘴，所述浆料存储部的后端连接输浆管道，所述输浆管道连接至浆料搅拌装置，所述浆料搅拌装置中的施工浆料通过泵压装置输送至所述浆料存储部，所述机器人主体的两侧均设有刮板，所述机器人主体的底部设有滚筒压轮。该装置可以适应很多施工场地，哪里需要搬动到哪里，实现现场打印；但是，同时也存在着控制机构不集中，打印机智能性较低等问题。

因此，基于这些问题，提供一种有效提高3D打印头机构控制系统的抗干扰能力，实现增材制造，提高建筑效率，减少施工人员，提高劳动生产率，保护人员身心健康的用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有效提高3D打印头机构控制系统的抗干扰能力，实现增材制造，提高建筑效率，减少施工人员，提高劳动生产率，保护人员身心健康的用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置，包括3D打印机构和控制机构；

所述3D打印机构包括打印头和连接臂，所述连接臂末端固定连接所述打印头；所述打印头包含送料电机、加热腔、挤出头和打印材料，送料电机依次连接加热腔和挤出头，送料电机将打印材料送入加热腔经过加热融化后通过挤出头挤出进行3D打印；

所述控制机构包括中央控制器和控制系统，所述中央控制器与控制系统之间通过查分总线实现数据信息交互，所述控制系统包括：用于隔离差分信号变换的隔离差分信号变换模块；用于对机器人中央控制器发送的信号进行处理的控制处理模块；用于进行数字信号隔离的数字信号隔离模块；用于驱动送料电机的送料电机驱动模块；用于对3D打印头加热腔内的加热棒进行加热的加热模块；用于对3D打印机头内部的温度传感器进行温度采集的温度采集模块。

进一步的，还包括3D扫描仪，所述控制处理模块控制驱动3D扫描仪运动，对建筑结构进行三维扫描，并对扫描数据分析处理，进行逆向建模，然后将建模结果与建筑设计进行比较，确定建筑材料添加区域，制定打印规划。

进一步的，所述温度采集模块由基准电阻与热敏电阻比较分压电路、模拟信号放大电路和AD转换电路构成。

进一步的，所述送料电机驱动模块由两相混合式步进电机集成驱动芯片及其外围电路构成。

进一步的，所述3D打印机构为活塞针筒式挤出送料机构或者电机齿轮咬合送料机构。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明构建多3D打印机器人及机构控制系统，实现资源优化配置，并提高系统集成度，根据下传的控制指令，完成3D打印头的出丝控制，隔离差分信号变换模块和电源隔离变换模块的采用，可有效提高3D打印头机构控制系统的抗干扰能力；

2、本发明的3D打印机器人，可根据建筑结构形状和设计要求，实现增材制造，提高建筑效率，减少施工人员，提高劳动生产率，保护人员身心健康；

3、本发明结构简单合理，制作成本低，可行性好，实用性强。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明送料电机驱动模块的驱动结构示意图。

图中：

1、送料电机 2、加热腔 3、挤出头

4、打印材料 5、中央控制器 6、控制系统

7、隔离差分信号变换模块 8、控制处理模块 9、数字信号隔离模块

10、送料电机驱动模块 11、加热模块 12、温度采集模块

13、3D扫描仪

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面就结合图1至图2来具体说明本发明。

如图1-2所示，一种用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置，包括3D打印机构和控制机构；

所述3D打印机构包括打印头和连接臂，所述连接臂末端固定连接所述打印头；所述打印头包含送料电机1、加热腔2、挤出头3和打印材料4，送料电机1依次连接加热腔2和挤出头3，送料电机1将打印材料4送入加热腔2经过加热融化后通过挤出头3挤出进行3D打印；

所述控制机构包括中央控制器5和控制系统6，所述中央控制器5与控制系统6之间通过查分总线实现数据信息交互，所述控制系统6包括：用于隔离差分信号变换的隔离差分信号变换模块7；用于对机器人中央控制器发送的信号进行处理的控制处理模块8；用于进行数字信号隔离的数字信号隔离模块9；用于驱动送料电机1的送料电机驱动模块10；用于对3D打印头加热腔2内的加热棒进行加热的加热模块11；用于对3D打印机头内部的温度传感器进行温度采集的温度采集模块12。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，还包括3D扫描仪13，所述控制处理模块8控制驱动3D扫描仪13运动，对建筑结构进行三维扫描，并对扫描数据分析处理，进行逆向建模，然后将建模结果与建筑设计进行比较，确定建筑材料添加区域，制定打印规划。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述温度采集模块12由基准电阻与热敏电阻比较分压电路、模拟信号放大电路和AD转换电路构成。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述送料电机驱动模块10由两相混合式步进电机集成驱动芯片及其外围电路构成。

在本发明的另外一些实施例，还可以针对用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置进行自由灵活的配置，以便能够充分发挥出本发明的技术优势。下面就对此进行举例性说明。

例如，在一些实施例中，可以考虑所述3D打印机构为活塞针筒式挤出送料机构或者电机齿轮咬合送料机构。

需要说明的是，控制处理模块为市售产品(现有技术)，如单片机控制或PLC控制器，即可根据控制箱给出的信号进行调控气缸的工作状态，该技术为本领域技术人员所惯用的技术手段。在此不再赘述，但由于上述原因，不会影响本领域技术人员的重复再现。

需要说明的是，本发明中的固定连接方式采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，在此不再赘述，但由于上述原因，不会影响本领域技术人员的重复再现。

本发明构建多3D打印机器人及机构控制系统，实现资源优化配置，并提高系统集成度，根据下传的控制指令，完成3D打印头的出丝控制，隔离差分信号变换模块和电源隔离变换模块的采用，可有效提高3D打印头机构控制系统的抗干扰能力；本发明的3D打印机器人，可根据建筑结构形状和设计要求，实现增材制造，提高建筑效率，减少施工人员，提高劳动生产率，保护人员身心健康；本发明结构简单合理，制作成本低，可行性好，实用性强。

综上所述，本发明可提供一种有效提高3D打印头机构控制系统的抗干扰能力，实现增材制造，提高建筑效率，减少施工人员，提高劳动生产率，保护人员身心健康的用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置，其特征在于：包括3D打印机构和控制机构；

所述3D打印机构包括打印头和连接臂，所述连接臂末端固定连接所述打印头；所述打印头包含送料电机、加热腔、挤出头和打印材料，送料电机依次连接加热腔和挤出头，送料电机将打印材料送入加热腔经过加热融化后通过挤出头挤出进行3D打印；

所述控制机构包括中央控制器和控制系统，所述中央控制器与控制系统之间通过查分总线实现数据信息交互，所述控制系统包括：用于隔离差分信号变换的隔离差分信号变换模块；用于对机器人中央控制器发送的信号进行处理的控制处理模块；用于进行数字信号隔离的数字信号隔离模块；用于驱动送料电机的送料电机驱动模块；用于对3D打印头加热腔内的加热棒进行加热的加热模块；用于对3D打印机头内部的温度传感器进行温度采集的温度采集模块。

2.根据权利要求1所述的一种用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置，其特征在于：还包括3D扫描仪，所述控制处理模块控制驱动3D扫描仪运动，对建筑结构进行三维扫描，并对扫描数据分析处理，进行逆向建模，然后将建模结果与建筑设计进行比较，确定建筑材料添加区域，制定打印规划。

3.根据权利要求1所述的一种用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置，其特征在于：所述温度采集模块由基准电阻与热敏电阻比较分压电路、模拟信号放大电路和AD转换电路构成。

4.根据权利要求1所述的一种用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置，其特征在于：所述送料电机驱动模块由两相混合式步进电机集成驱动芯片及其外围电路构成。

5.根据权利要求1所述的一种用于建筑施工的3D打印机器人及控制装置，其特征在于：所述3D打印机构为活塞针筒式挤出送料机构或者电机齿轮咬合送料机构。