CN114290681A - 3d打印机自动化智能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种3D打印机自动化智能机器人，包括底盘、升降机、3D打印零件收集系统、3D打印零件储存系统、控制系统、清洁系统、充电基站；控制系统包括环境感知子系统及中央处理子系统；升降机与底盘连接；3D打印零件收集系统、3D打印零件储存系统设于机器人工作平台；清洁系统设于机器人底部；3D打印机零件收集系统包括左收集器、右收集器、4260无刷电机，左收集器与右收集器安装在所述4260无刷电机的轴上。本发明效率高，可提高3D打印机打印效率和鲁棒性，免维护，节约成本同时可实现自动化和无人值守3D打印自动化生产线，本设计可以增加3D打印工厂的效率，降低大批量3D打印生产成本，降低3D打印批量生产对人的依赖，增加操作人员安全性。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印机自动化智能机器人。
背景技术
近些年来，3D打印机的技术逐步成熟，3D打印机的稳定性也逐步提高。3D打印需要更少的人工值守。自动化3D打印机工厂的优势逐步在大型的打印工厂显现。一种自动化方案逐渐被厂商们需要。当今的自动化方案思路大多是对3D打印机进行改进，包含使用传送带打印床，整体移动打印机打印头与挤出机，更换打印床。这些方案大多效率低下，打印效果不佳，性价比不高,鲁棒性不高，维护困难，成本高昂。无法达到真正的自动化和无人值守。其原因是对传统3D打印机的物理结构和打印机几何的破坏和对整体优化的忽视,同时各种不同构型与结构的3D打印机对大批量生产与维护创造产生了不利环境的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种效率高，不影响3D打印机打印效果，鲁棒性高，免维护，性价比高的可以做到自动化和无人值守的3D打印机自动化智能机器人，来增加3D打印工厂的效率，降低大批量3D打印生产成本，降低3D打印对人的依赖，增加操作人员安全性。
本发明提供了一种3D打印自动化智能机器人，包括底盘、升降机、3D打印零件收集系统、3D打印零件储存系统、控制系统、清洁系统、充电基站；所述控制系统包括环境感知子系统及中央处理子系统；
所述升降机与所述底盘连接，用于提升和降低机器人工作平台；
所述3D打印零件收集系统、3D打印零件储存系统设于机器人工作平台；
所述清洁系统设于机器人底部，用于清理地面灰尘与杂质；
所述3D打印机零件收集系统包括左收集器、右收集器、4260无刷电机，所述左收集器与右收集器安装在所述4260无刷电机的轴上，用于通过刮擦3D打印机打印床的表面收集模型，清理打印床；
所述3D打印机零件存储系统包括第一舵机臂、舵机、第二舵机臂、第一舵机结构件、第二舵机结构件、第三舵机结构件、第四舵机结构件、第三舵机臂、托盘；所述第一舵机结构件、第一舵机臂连接所述舵机、第二舵机结构件、第三舵机结构件、第四舵机结构件及第二舵机臂；所述第二舵机臂连接托盘；所述第三舵机臂连接舵机及升降机；
所述3D打印机零件收集系统用于将3D打印零件收集到所述托盘上，运载到零件存储库后，由所述舵机驱动所述托盘倾斜托盘，将3D打印零件倒入零件存储库；
所述控制系统包括中央处理系统及环境感知系统；
所述中央处理子系统包括控制主板、主控器计算单元，计算单元电子元件、电池；所述控制主板安装于机器人升降机底部，所述主控器计算单元通过插针固定于所述控制主板上，所述计算电子元件包括变压器、信号处理器、整流器、驱动器，用于实现主控器计算单元及控制主板的控制功能；所述电池固定于机器人底部，用于为整个机器人提供动力，所述电池包括用于接驳充电基站的磁吸接口；
所述环境感知子系统包括颜色传感器、工业相机、工业相机支架；5枚颜色传感器固定于机器人底部，通过信号线及供电线连接控制主板，用于识别地面导航线，为机器人导航；多枚工业相机及工业相机支架，分别安装在机器人升降机上工作平台的四角及机器人尾部，四角的工业相机用于视觉避障及通过识别与二维码识别目标打印机位置；装于机器人尾部的工业相机用于识别充电基站，便于机器人对接充电基站。
进一步地，所述底盘包括由两个门字形结构以铝柱加固组成，每个门字形结构由外侧板、内侧板、H板以榫卯结构相互嵌套形成；所述外侧板、内侧板通过铝型材与所述升降机连接；所述内侧板上安装有电机，所述电机的输出轴上安装有麦克纳姆轮；所述电机输出轴与外侧板的连接处安装有轴承。
进一步地，所述充电基站包括主体、线缆及磁吸接头；所述磁吸接头用于在机器人靠近充电基站时，通过与机器人上的磁吸接头相互吸引、接合，连接机器人的电池进行充电。
进一步地，所述清洁系统包括第一滚轮、第二滚轮、内滚轮、清洁滚轮；所述第二滚轮及第一滚轮固定在所述电机上，所述内滚轮通过胶粘在所述第一滚轮及第二滚轮上，所述清洁滚轮通过自身张力抱紧于所述内滚轮上；所述清洁系统用于在地面颜色标识不可阅读时，通过电机向行进方向工作，以清理地面灰尘与杂质。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1)在不改变传统3D打印机结构的情况下，使用机器人来为3D打印机工作，保证了3D打印机与传统3D打印机相同的效率，质量与鲁棒性。
2)能够兼容所有传统打印机结构，可以在不改变传统生产结构的情况下，嵌入到几乎所有的3D打印工厂工作流当中，完成现有3D打印流水线的自动化，在经济上与应用上具有优越性。
3)机器人底盘系统具有可以移动的特点，可以应用到更复杂的的3D打印工厂。
4)清洁系统让工作工况永远保持理想工况，以增加工作稳定性。
5)充电基站让机器人在低电量时自动回家充电，做到真正的无人值守3D打印生产线。
附图说明
图1为本发明3D打印机自动化智能机器人的爆炸图；
图2为本发明3D打印机自动化智能机器人的装配图；
图3为本发明3D打印机自动化智能机器人的工作流程图。
图中标号：
1-外侧板；2-H板；3-内侧板；4-轴承；5-铝柱；6-麦克纳姆轮；7-升降机；8-控制主板；9-主控器计算单元；10-23-计算单元电子元件；24-电机；25-300mm2550铝型材；26-440mm2550铝型材；27-4260无刷电机；28-左收集器；29-右收集器；30-电池；31-第一舵机臂；32-第一舵机结构件；33-第二舵机臂；34-舵机；35-第二舵机结构件；36-第三舵机结构件；37-第四舵机结构件；38-第三舵机臂；39-托盘；40-充电基站；41-第一滚轮；42-第二滚轮；43-内滚轮；44-清洁滚轮；45-颜色传感器；46-工业相机；47-工业相机支架。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
术语解释：
3D打印机打印床：3D打印机的工作平面，模型从这个平面上被逐步逐层打印。
鲁棒性：源于英文Robustness，是一个系统在异常和危险情况下系统生存的能力。也是指控制系统在一定(结构，大小)的参数摄动下，维持其它某些性能的特性。
参图1图2所示，本实施例提供了一种3D打印机自动化智能机器人，包括底盘、升降机、3D打印零件收集系统、3D打印零件储存系统、控制系统、清洁系统、充电基站；所述控制系统包括环境感知子系统及中央处理子系统。
底盘由2个外侧板1，2个内侧板3，2个H板2和4个麦克纳姆轮6，4个电机24，4个轴承4，2根300mm2550铝型材25,2根440mm2550铝型材26，14根铝柱5组成。3张碳板(外侧板，内侧板，H板)以榫卯结构相互嵌套形成门字形结构以7根铝柱5相加固组成一边的底盘结构，底盘总共包含两边上述门字形结构。2根440mm2550铝型材26固定在外侧板上，2根300mm2550铝型材25使用螺丝固定在内侧板上，这两长两短铝型材是机器的主梁，支撑起整个机器人的结构，保证了整个机器人的鲁棒性。电机24安装在内侧板3上，麦克纳姆轮6安装在电机24的输出轴上，轴承4安装在电机24轴与外侧板1的连接处以减少磨损与降低能耗。以达到驱动机器人移动的效果。麦克纳姆轮6是一种装有45度斜角子轮的子母轮。通过差速控制这些4个轮子，可以达到平移底盘的效果，这增加了机器人在对齐3D打印机时的效率。
所述升降机7，是一种使用了线性马达的升降机构，用来达到提升和降低机器人工作平台的功能。
3D打印机零件收集系统，包括左收集器28，右收集器29，4260无刷电机27，左收集器28与右收集器29安装在4260无刷电机27的轴上，通过刮擦3D打印机打印床的表面，来收集模型，清理打印床。
3D打印机零件存储系统，包括第一舵机臂31,舵机34，第二舵机臂33，第一舵机结构件32,第二舵机结构件35,第三舵机结构件36,第四舵机结构件37,第三舵机臂38，托盘39。第一舵机结构件32，第一舵机臂31连接舵机34、第二舵机结构件35、第三舵机结构件36、第四舵机结构件37与第二舵机臂33，第二舵机臂33连接托盘39，第三舵机臂38连接舵机34与升降机7；3D打印零件被3D打印机零件收集系统收集到托盘39上，运载到零件存储库后，舵机34驱动托盘39倾斜托盘，将3D打印零件倒入零件存储库。存储库为存放打印完成模型的容器，可以是塑料筐或箱子。
充电基站40是机器人的充电器，包括主体，线缆，与磁吸接头。当机器人靠近充电基站，机器人上的磁吸接头与充电基站上的磁吸接头相互吸引、接合，基站与机器人通过磁吸接头与机器人的电池连接，达到充电的目的。
清洁系统包括第一滚轮41、第二滚轮42、内滚轮43、清洁滚轮44、电机24。第二滚轮42与第一滚轮41固定在电机24上，内滚轮43通过胶粘在第一滚轮41与第二滚轮42上，清洁滚轮44通过自身张力抱紧在内滚轮43上，当地面颜色标识不可阅读时，清洁系统开始工作，电机24开始往行进方向转动，清理地面灰尘与杂质，同时保证工厂清洁。
控制系统包括两个子系统，环境感知系统及中央处理系统。环境感知子系统包括颜色传感器45，工业相机46，工业相机支架47。12枚颜色传感器45固定于机器人底部，信号线与供电线连接到控制主板8，用于识别地面导航线。为机器人导航。5枚工业相机46与工业相机支架45，分别安装在机器人的升降机上平台的四角与机器人尾部，机器人升降机四角的工业相机用于视觉避障与通过识别与二维码识别目标打印机位置。装于机器人尾部的工业相机用于识别充电基站，便于机器人对接充电基站。
中央处理子系统包括控制主板8，主控器计算单元9，计算单元电子元件10-23，电池30。控制主板8安装在机器人升降机7底部，主控器计算单元9通过插针固定与控制主板8上，计算电子元件10-23包含变压器，信号处理器，整流器，驱动器，来实现主控器计算单元与控制主板的控制功能。电池30固定于机器人底部，为整个机器人提供动力，电池30包含一个磁吸接口，用于接驳充电基站40。
控制逻辑与工作步骤参图3所示。
本发明效率高，可提高3D打印机打印效率和鲁棒性，免维护，节约成本同时可实现自动化和无人值守3D打印自动化生产线，本设计可以增加3D打印工厂的效率，降低大批量3D打印生产成本，降低3D打印批量生产对人的依赖，增加操作人员安全性。具体技术效果如下：
1)在不改变传统3D打印机结构的情况下，使用机器人来为3D打印机工作，保证了3D打印机与传统3D打印机相同的效率，质量与鲁棒性。
2)能够兼容所有传统打印机结构，可以在不改变传统生产结构的情况下，嵌入到几乎所有的3D打印工厂工作流当中，完成现有3D打印流水线的自动化，在经济上与应用上具有优越性。
3)机器人底盘系统具有可以移动的特点，可以应用到更复杂的的3D打印工厂。
4)清洁系统让工作工况永远保持理想工况，以增加工作稳定性。
5)充电基站让机器人在低电量时自动回家充电，做到真正的无人值守3D打印生产线。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (4)
1.一种3D打印机自动化智能机器人，其特征在于，包括底盘、升降机(7)、3D打印零件收集系统、3D打印零件储存系统、控制系统、清洁系统、充电基站；
所述控制系统包括环境感知子系统及中央处理子系统；
所述升降机(7)与所述底盘连接，用于提升和降低机器人工作平台；
所述3D打印零件收集系统、3D打印零件储存系统设于机器人工作平台；
所述清洁系统设于机器人底部，用于清理地面灰尘与杂质；
所述3D打印机零件收集系统包括左收集器(28)、右收集器(29)、4260无刷电机(27)，所述左收集器(28)与右收集器(29)安装在所述4260无刷电机(27)的轴上，用于通过刮擦3D打印机打印床的表面收集模型，清理打印床；
所述3D打印机零件存储系统包括第一舵机臂(31)、舵机(34)、第二舵机臂(33)、第一舵机结构件(32)、第二舵机结构件(35)、第三舵机结构件(36)、第四舵机结构件(37)、第三舵机臂(38)、托盘(39)；所述第一舵机结构件(32)、第一舵机臂(31)连接所述舵机(34)、第二舵机结构件(35)、第三舵机结构件(36)、第四舵机结构件(37)及第二舵机臂(33)；所述第二舵机臂(33)连接托盘(39)；所述第三舵机臂(38)连接舵机(34)及升降机(7)；
所述3D打印机零件收集系统用于将3D打印零件收集到所述托盘(39)上，运载到零件存储库后，由所述舵机(34)驱动所述托盘(39)倾斜托盘，将3D打印零件倒入零件存储库；
所述控制系统包括中央处理系统及环境感知系统；所述中央处理子系统包括控制主板(8)、主控器计算单元(9)，计算单元电子元件、电池(30)；所述控制主板(8)安装于机器人升降机(7)底部，所述主控器计算单元(9)通过插针固定于所述控制主板(8)上，所述计算电子元件包括变压器、信号处理器、整流器、驱动器，用于实现主控器计算单元及控制主板的控制功能；所述电池(30)固定于机器人底部，用于为整个机器人提供动力，所述电池包括用于接驳充电基站(40)的磁吸接口；
所述环境感知子系统包括颜色传感器(45)、工业相机(46)、工业相机支架(47)；多枚颜色传感器(45)固定于机器人底部，通过信号线及供电线连接控制主板(8)，用于识别地面导航线，为机器人导航；5枚工业相机(46)及工业相机支架(45)，分别安装在机器人升降机上工作平台的四角及机器人尾部，四角的工业相机用于视觉避障及通过识别与二维码识别目标打印机位置；装于机器人尾部的工业相机用于识别充电基站，便于机器人对接充电基站。
2.根据权利要求1所述的3D打印机自动化智能机器人，其特征在于，所述底盘包括由两个门字形结构以铝柱(5)加固组成，每个门字形结构由外侧板(1)、内侧板(3)、H板(2)以榫卯结构相互嵌套形成；所述外侧板(1)、内侧板(3)通过铝型材与所述升降机(7)连接；所述内侧板(3)上安装有电机(24)，所述电机(24)的输出轴上安装有麦克纳姆轮(6)；所述电机(24)输出轴与外侧板(1)的连接处安装有轴承(4)。
3.根据权利要求1所述的3D打印机自动化智能机器人，其特征在于，所述充电基站(40)包括主体、线缆及磁吸接头；所述磁吸接头用于在机器人靠近充电基站时，通过与机器人上的磁吸接头相互吸引、接合，连接机器人的电池进行充电。
4.根据权利要求2所述的3D打印机自动化智能机器人，其特征在于，所述清洁系统包括第一滚轮(41)、第二滚轮(42)、内滚轮(43)、清洁滚轮(44)；所述第二滚轮(42)及第一滚轮(41)固定在所述电机(24)上，所述内滚轮(43)通过胶粘在所述第一滚轮(41)及第二滚轮(42)上，所述清洁滚轮(44)通过自身张力抱紧于所述内滚轮(43)上；所述清洁系统用于在地面颜色标识不可阅读时，通过电机(24)向行进方向工作，以清理地面灰尘与杂质。
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