CN112810710B - 一种方便转向的3d打印机器人的履带式行走装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，包括两个前后设置在3D打印机器人的机壳上的行走机构，行走机构包括驱动主机、传动装置、履带支架、行走履带；履带支架上设置有用于驱动所述行走履带的驱动轮；驱动主机固定连接在3D打印机器人的机壳上，履带支架和所述行走履带设置在驱动主机下方，传动装置分别与驱动主机和所述驱动轮相连接；行走装置还包括用于升降和转动所述履带支架的转向提升装置，转向提升装置设置在所述驱动主机上，转向提升装置的自由端与所述履带支架固定连接。本发明通过采用履带式的行走装置，所述行走机构与成型体之间不易打滑，能够更好的控制3D打印机器人的行走轨迹的精度，能够提高3D打印的打印质量。

Description

一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置

本发明专利申请是中国专利申请号201910135849.2的分案申请，原申请的申请号为201910135849.2，申请日为2018年12月03日，发明名称为一种3D打印机器人的履带式行走装置及3D打印机器人。

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体涉及的是一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置。

背景技术

三维打印(3D printing)，即快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

现有的3D打印机器人100如中国专利CN106564189公开的一种扩展式机器人，其通过3D打印机器人100行走在打印好的成型体300上实现逐层打印，其滚轮式的行走机构容易打滑而造成打印精度降低，在进行曲线路径打印时，容易造成路径偏差。

有鉴于此，本申请人针对现有技术中的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，其具有行走精度高、不易打滑的特点。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，其中，包括两个前后设置在3D打印机器人的机壳上的行走机构，所述行走机构包括驱动主机、传动装置、履带支架、行走履带；所述履带支架上设置有用于驱动所述行走履带的驱动轮；驱动主机固定连接在3D打印机器人的机壳上，所述履带支架和所述行走履带设置在所述驱动主机下方，所述传动装置分别与驱动主机和所述驱动轮相连接；所述行走装置还包括用于升降和转动所述履带支架的转向提升装置，所述转向提升装置设置在所述驱动主机上，所述转向提升装置的自由端与所述履带支架固定连接。

进一步，所述传动装置包括升降块、主动轴、万向节和动力换向机构，所述升降块滑动设置在所述驱动主机上，所述动力换向机构与所述驱动轮相连接，所述主动轴设置在所述升降块上，所述万向节的两端分别与所述主动轴和动力换向机构相连接。

进一步，所述万向节为双联式万向节。

进一步，所述转向提升装置包括提升杆和转动连接在所述提升杆下端的转动杆，所述提升杆与所述驱动主机相连接，所述转动杆与所述履带支架固定连接。

进一步，所述驱动轮和所述行走履带内侧形成有相互啮合的驱动齿。

进一步，所述履带支架上转动连接有第一支撑轮、第二支撑轮，所述行走履带绕设在所述第一支撑轮、第二支撑轮和驱动轮上，所述行走履带包括位于所述第一支撑轮与第二支撑轮之间的水平履带段和位于第一支撑轮与所述驱动轮之间的倾斜履带段；所述水平履带段贴合在打印好的成型体上，所述倾斜履带段位于所述行走履带的前进方向并向上翘起。

进一步，所述履带支架上还转动连接有第三支撑轮，所述第三支撑轮抵顶在所述驱动轮与所述第二支撑轮之间的行走履带内侧。

进一步，所述水平履带段内侧抵顶有缓冲轮。

进一步，所述履带支架形成有支撑轴，所述支撑轴上转动连接有两个缓冲支架，所述缓冲轮分别可转动地连接在两个所述缓冲支架下端，两个缓冲支架远离所述支撑轴和所述缓冲轮的一端连接有缓冲弹簧。

一种3D打印机器人，包括机壳、导向装置、打印喷头和供料机构，其中，还包括行走装置。

采用上述结构后，本发明涉及的一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，所述行走机构的所述行走履带行走在打印好的成型体上，所述驱动主机驱动所述转向提升装置的升降和转向。当需要按照曲线路径进行打印时，所述转向提升装置将会驱动所述履带支架旋转指定角度，两个行走机构共同前进实现转向。进行3D打印时，前侧的行走机构行走在之前一圈打印出的成型体上，后侧的行走机构行走在刚打印出的成型体上，两者存在一层的高度差。当一层打印快结束需要换层时，前侧的行走机构在所述转向提升装置的提升下，提升一层的高度，以实现打印成型体层与层之间的过渡，过渡结束后恢复到后侧的行走机构比前侧的行走机构高一层成型体高度的状态。

与现有技术相比，通过采用履带式的行走装置，所述行走机构与成型体之间不易打滑，能够更好的控制3D打印机器人的行走轨迹的精度，能够提高3D打印的打印质量。

附图说明

图1为本发明涉及一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置的行走机构的整体结构示意图。

图2为3D打印机器人的工作状态示意图。

图3为3D打印机器人的内部结构图。

图4为3D打印机器人去掉机壳后的内部示意图。

图5为另一角度的行走机构的结构示意图。

图6为3D打印机器人的整体机构示意图。

图7为3D打印机器人去掉机壳的结构示意图。

图8为3D导向装置的工作状态示意图。

图9为图8的导向装置去掉机壳的结构示意图。

图10为打印喷头的整体结构示意图。

图11和图12为去掉机壳时的打印喷头的工作状态图。

图13为打印喷头的局部剖面示意图。

图中：行走机构1；驱动主机11；传动装置12；升降块121；主动轴122；双联式万向节123；动力换向机构124；转向提升装置13；提升杆131；转动杆132；履带支架14；第一支撑轮141、第二支撑轮142；第三支撑轮143；驱动轮144；缓冲轮145；缓冲支架146；支撑轴147；行走履带15；驱动齿151；水平履带段152；倾斜履带段153；第一导向机构21；第二导向机构22；第一驱动器211；第二驱动器221；

打印喷头3；第一成型侧板31；第一聚拢板311；第二成型侧板32；第二聚拢板321；物料喷嘴33；第一过渡导向段331；第二过渡导向段332；成型顶板34；成型空腔35；排料口36；横向排料通道361；排料块362；纵向排料通道363；

3D打印机器人100；机壳200；成型体300。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1至图13所示，其为本发明涉及的一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，包括两个前后设置在3D打印机器人100的机壳200上的行走机构1，所述行走机构1包括驱动主机11、传动装置12、履带支架14、行走履带15；所述履带支架14上设置有用于驱动所述行走履带15的驱动轮144；驱动主机11固定连接在3D打印机器人100的机壳200上，所述履带支架14和所述行走履带15设置在所述驱动主机11下方，所述传动装置12分别与驱动主机11和所述驱动轮144相连接；所述行走装置还包括用于升降和转动所述履带支架14的转向提升装置13，所述转向提升装置13设置在所述驱动主机11上，所述转向提升装置13的自由端与所述履带支架14固定连接。

这样，本发明涉及的一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，所述行走机构1的所述行走履带15行走在打印好的成型体300上，所述驱动主机11驱动所述转向提升装置13的升降和转向。当需要按照曲线路径进行打印时，所述转向提升装置13将会驱动所述履带支架14旋转指定角度，两个行走机构1共同前进实现转向。

进行3D打印时，所述驱动主机11的动力通过所述传动装置12传递至所述驱动轮144，前侧的行走机构1行走在之前一圈打印出的成型体300上，后侧的行走机构2行走在刚打印出的成型体300上，两者存在一层的高度差。当一层打印快结束需要换层时，前侧的行走机构1在所述转向提升装置13的提升下，提升一层的高度，以实现打印成型体300层与层之间的过渡，过渡结束后恢复到后侧的行走机构1比前侧的行走机构1高一层成型体300高度的状态。

所述行走机构1还具有另外一种工作方式，当打印第一层时，所述3D打印机器人100在行走机构1的驱动下，一边打印一边提升，使得成型体300上表面具有一定的坡度，当第一层打印结束时，第一层成型体300的最高处比最低处高出一定高度，接着前侧的行走机构1行走在前一圈打印出的成型体300，3D打印机器人100沿着第一层成型体300的坡度打印出固定高度的成型体300，3D打印机器人类似于沿着盘山公路向上打印，直至打印完成。这样打印第二层及以上成型体300时，无需打印一层后停下换层，3D打印机器人100具有更加的打印效率。

优选地，所述传动装置12包括升降块121、主动轴122、万向节和动力换向机构124，所述升降块121滑动设置在所述驱动主机11上，所述动力换向机构124与所述驱动轮144相连接，所述主动轴122设置在所述升降块121上，所述万向节的两端分别与所述主动轴122和动力换向机构124相连接。需要驱动所述行走履带15行走时，所述驱动主机11驱动所述主动轴122转动，进而驱动所述万向节转动，所述万向节带动与所述驱动轮144连接的动力换向机构124，从而实现行走履带15运动。当所述转向提升装置13提升或下降时，所述升降块121进行升降以适应所述万向节与所述驱动主机11之间的距离变化。

由于所述万向节的存在，当所述转向提升装置13驱动所述履带支架14转向时，所述主动轴122的转动也能够传递至所述动力换向机构124中，使得所述行走履带15能够正常运动。更进一步的，所述万向节为双联式万向节123。双联式万向节123具有等速性，即不会因为所述转向提升装置13驱动所述履带支架14转过的角度不同而造成主动轴122与所述驱动轮144的转速不成比例，保证了3D打印机器人100的行走精度。

优选地，所述转向提升装置13包括提升杆131和转动连接在所述提升杆131下端的转动杆132，所述提升杆131与所述驱动主机11相连接，所述转动杆132与所述履带支架14固定连接。当需要提升所述行走履带15时，所述提升杆131在驱动主机11的驱动下进行提升。当需要转向时，所述转动杆132在所述驱动主机11的驱动下进行转向。

为了保证所述驱动轮144与所述行走履带15之前的同步性，避免打滑而影响精度，优选地，所述驱动轮144和所述行走履带15内侧形成有相互啮合的驱动齿151。

优选地，所述履带支架14上转动连接有第一支撑轮141、第二支撑轮142，所述行走履带15绕设在所述第一支撑轮141、第二支撑轮142和驱动轮144上，所述行走履带15包括位于所述第一支撑轮141与第二支撑轮142之间的水平履带段152和位于第一支撑轮141与所述驱动轮144之间的倾斜履带段153；所述水平履带段152贴合在打印好的成型体300上，所述倾斜履带段153位于所述行走履带15的前进方向并向上翘起。更进一步的，所述第一支撑轮141和所述第二支撑轮142为分别包括两个对称布置的轮体。所述第一支撑轮141与第二支撑轮142之间的水平履带段152与成型体300贴合，由于水平履带段152具有较大的接触面积，其对成型体300的损伤较小。所述倾斜履带段153有利于增加行走履带15的通过性。

优选地，所述履带支架14上还转动连接有第三支撑轮143，所述第三支撑轮143抵顶在所述驱动轮144与所述第二支撑轮142之间的行走履带15内侧。所述第三支撑轮143用以支撑所述驱动轮144与所述第二支撑轮142之间的行走履带15，防止其下垂影响行走履带15的整体运动。

优选地，所述水平履带段152内侧抵顶有缓冲轮145。这样，3D打印机器人100的重量将会由第一支撑轮141、第二支撑轮142和所述缓冲轮145共同承担，减少了第一支撑轮141和第二支撑轮142的支撑力，使得水平履带段152承受的压力更加均匀。

优选地，所述行走履带15上的每一个驱动齿151中部形成有供所述缓冲轮145的通过的支撑槽。这样所述行走履带15将会被限制在所述支撑槽内，能够有效避免所述缓冲轮145与所述行走履带15脱离。

优选地，所述履带支架14形成有支撑轴147，所述支撑轴147上转动连接有两个缓冲支架146，所述缓冲轮145分别可转动地连接在两个所述缓冲支架146下端，两个缓冲支架146远离所述支撑轴147和所述缓冲轮145的一端连接有缓冲弹簧(图中未示出)。更进一步地，每个缓冲支架146下端分别连接有两个缓冲轮145。这样，当所述缓冲轮145承受压力过大时，所述缓冲弹簧两端的位置进行变化，从而缓冲弹簧发生变形。如图5所示，当压力过大时，所述缓冲弹簧收到拉伸变形，从而使得所述缓冲轮145能够起到缓冲作用。

与现有技术相比，通过采用履带式的行走装置，所述行走机构1与成型体300之间不易打滑，能够更好的控制3D打印机器人100的行走轨迹的精度，能够提高3D打印的打印质量。

一种3D打印机器人，包括机壳200、导向装置、打印喷头3和供料机构，其中，还包括行走装置。

进一步，所述导向装置包括固定设置在3D打印机器人100两侧的第一导向机构21和第二导向机构22，第一导向机构21和第二导向机构22设置在打印好的成型体300的两侧并与成型体300相贴合。

这样，通过第一导向机构21和第二导向机构22的夹持作用，3D打印机器人100能够稳定的行走在成型体300上。所述3D打印机器人100向前行走打印时，所述第一导向机构21和第二导向机构22能够对刚打印出的成型体300进行抹平，保证成型体300侧壁的平整度。使用时，所述第一导向机构21和第二导向机构22卡在成型体300两侧，即可实现成型体300的打印，与现有技术相比，3D打印机器人100运行更加平稳安全，避免了从高处掉落的危险，使得打印过程更加安全。

为了进一步增加3D打印机器人100的稳定性，避免所述第一导向机构21和第二导向机构22仅贴合在刚打印完成的并不十分牢靠的成型体300上，优选地，所述第一导向机构21和第二导向机构22贴合至少两层成型体300。这样，所述第一导向机构21和第二导向机构22至少会贴合一层3D打印机器人100上一周期打印的成型体300，由于上一周期打印的成型体300固化时间长，具有更佳地稳定性，所述第一导向机构21和第二导向机构22能够更加牢靠的贴合。更进一步的，所述第一导向机构21和第二导向机构22贴合两层成型体300。

优选地，所述第一导向机构21和第二导向机构22为圆柱导辊。通过设置圆柱导辊，能够在3D打印机器人100沿着曲线路径运行时，能够自由顺畅的转向。更进一步的，所述导向装置还包括用于驱动第一导向机构21和第二导向机构22转动的驱动组件，所述驱动组件固定设置在3D打印机器人100的机壳200上。随着3D打印机器人100的前进，所述第一导向机构21和第二导向机构22在所述驱动组件的驱动下进行转动。通过主动的转动，抹平刚打印完成的成型体300，进一步保证成型效果。

优选地，所述驱动组件包括第一驱动器211和第二驱动器221，所述第一驱动器211和第二驱动器221设置在3D打印机器人100的机壳200上并分别驱动第一导向机构21和第二导向机构22转动。通过在第一导向机构21和第二导向机构22上分别设置第一驱动器211和第二驱动器221，大大简化了驱动组件的结构。使得3D打印机器人100的整体更加紧凑。

以3D打印机器人100的前进方向即所述打印喷头3的前进方向为前侧方向。如图10至图13所示，所述打印喷头3包括物料喷嘴33、第一成型侧板31、第二成型侧板32和成型顶板34。

所述物料喷嘴33和所述成型顶板34固定连接在第一成型侧板31和第二成型侧板32的上端，所述物料喷嘴33位于所述成型顶板34的前侧；所述成型顶板34、第一成型侧板31和第二成型侧板32围成一个倒凵字形的成型空腔35。

这样，物料喷嘴33输出3D打印所需的物料，随着3D打印机器人100的前进，所述打印喷头3也随之前进。物料经过凵字形的成型空腔35进行塑形，所述第一成型侧板31和第二成型侧板32对成型体300的侧壁进行抹平，所述成型顶板34对成型体300的顶部进行修整。与现有技术相比，本发明通过设置与所述物料喷嘴33固定连接的第一成型侧板31、第二成型侧板32和成型顶板34，对打印出的成型体300进行修整，整体结构紧凑，无需额外设置修整结构。

优选地，所述第一成型侧板31和第二成型侧板32之间的距离由前至后逐渐变小。

优选地，第一成型侧板31和第二成型侧板32平行设置。

由于3D打印的物料具有一定的流动性，为了使得成型体300上的物料得到有效利用。优选地，第一成型侧板31和第二成型侧板32的前侧均形成有向外倾斜的第一聚拢板311和第二聚拢板321。这样，随着所述打印喷头3的前进，成型体300上的物料能够在所述能够聚拢至成型空腔35内。

物料喷嘴33自上而下地输出3D打印的物料，为了3D打印的物料能够在打印喷头3前进时顺利的输送至成型体300上，优选地，所述物料喷头33的前侧形成有第一过渡导向段331。这样，经过所述第一过渡导向段331的导向作用，3D打印的物料从自上而下转变为向打印喷头3前进方向的反方向倾斜，能够顺利的输送至在成型体300上。

为了避免所述物料喷嘴33与所述成型顶板34之间的夹角影响3D打印的物料输送至成型体300上，优选地，所述物料喷嘴33与所述成型顶板34之间形成有第二过渡导向段332。所述第二过渡导向段332与所述第一过渡导向段331配合，将3D打印的物料从自上而下转变为向打印喷头3前进方向的反方向倾斜，打印过程更加顺畅。

优选地，所述第一成型侧板31和第二成型侧板32上均形成有用于挤出多余物料的排料口36。由于所述物料喷嘴33出料量与3D打印机器人100的行走速度不一定完全一致，为了保证打印效果，需要稍微加大物料的出料量，多余的物料通过第一成型侧板31和第二成型侧板32上的排料口36排出。

优选地，所述排料口36包括设置在所述第一成型侧板31和第二成型侧板32上的横向排料通道361；所述排料口36还包括形成在第一成型侧板31和第二成型侧板32外侧壁上的排料块362，所述排料块362上内形成有底部开口的纵向排料通道363，所述纵向排料通道363和所述横向排料通道361相连通。这样，多余的物料需要挤压才会通过所述横向排料通道361，所形成的成型体300更加紧密，保证固化后的使用强度。多余的物料通过纵向排料通道363的底部开口排向地面。更进一步的，所述横向排料通道361的截面形状为三角形。所述横向排料通道361位于前进方向的边竖直设置，余下两条边的夹角为钝角。这样多余的物料将会进入至横向排料通道361中，随着打印喷头3的前进，成型体300的表面将在形成钝角的边的修整。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (5)

1.一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，其特征在于，包括两个前后设置在3D打印机器人的机壳上的行走机构，所述行走机构包括驱动主机、传动装置、履带支架、行走履带；所述履带支架上设置有用于驱动所述行走履带的驱动轮；驱动主机固定连接在3D打印机器人的机壳上，所述履带支架和所述行走履带设置在所述驱动主机下方，所述传动装置分别与驱动主机和所述驱动轮相连接；所述行走装置还包括用于升降和转动所述履带支架的转向提升装置，所述转向提升装置设置在所述驱动主机上，所述转向提升装置的自由端与所述履带支架固定连接；

所述转向提升装置包括提升杆和转动连接在所述提升杆下端的转动杆，所述提升杆与所述驱动主机相连接，所述转动杆与所述履带支架固定连接；所述驱动主机驱动所述转向提升装置的升降和转向；所述转向提升装置能够驱动所述履带支架旋转指定角度；

打印第一层时，所述3D打印机器人在行走机构的驱动下，一边打印一边提升，使得成型体上表面具有一定的坡度，当第一层打印结束时，第一层成型体的最高处比最低处高出一定高度，接着前侧的行走机构行走在前一圈打印出的成型体，3D打印机器人沿着第一层成型体的坡度打印出固定高度的成型体，直至打印完成。

2.如权利要求1所述的一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，其特征在于，所述驱动轮和所述行走履带内侧形成有相互啮合的驱动齿。

3.如权利要求1所述的一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，其特征在于，所述履带支架上转动连接有第一支撑轮、第二支撑轮，所述行走履带绕设在所述第一支撑轮、第二支撑轮和驱动轮上，所述行走履带包括位于所述第一支撑轮与第二支撑轮之间的水平履带段和位于第一支撑轮与所述驱动轮之间的倾斜履带段；所述水平履带段贴合在打印好的成型体上，所述倾斜履带段位于所述行走履带的前进方向并向上翘起。

4.如权利要求3所述的一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，其特征在于，所述履带支架上还转动连接有第三支撑轮，所述第三支撑轮抵顶在所述驱动轮与所述第二支撑轮之间的行走履带内侧。

5.如权利要求3所述的一种方便转向的3D打印机器人的履带式行走装置，其特征在于，所述水平履带段内侧抵顶有缓冲轮。

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