[发明专利]一种可重构3D打印并联机器人机构

说明书

本发明公开了一种可重构3D打印并联机器人机构，包括固定平台和运动平台，两个平台通过固定自由度支链、第一变胞支链、第二变胞支链相连，三个支链两两相邻呈90°放置并通过螺栓连接在固定平台上,第一变胞支链、第二变胞支链、固定自由度支链的顶部分别通过第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆与运动平台相连。作业时，选取球面五杆机构与第二底板相连的第一、第二转动副为输入副，通过锁死或驱动变胞支链上的第一转动副、第二转动副时，顶部的运动平台可以具有具有3T2R运动、3T1R运动和3T运动三种构态的切换，其中3T1R运动包括旋转方向不同的两种构态方式，从而适应不同性质表面作业，具备根据操作任务变化而变换其拓扑结构和自由度的能力。

技术领域

本发明涉及机构学与机器人学技术领域，尤其涉及一种可重构3D打印并联机器人机构。

背景技术

随着工业4.0和中国制造2025的提出，智能制造与机器人成为制造业发展的主题，智能机器人、无人机、3D打印机器人也逐步成为社会所关注的热点。传统3D打印机器人一般为串联式结构，为提高3D打印的速度，Delta并联机器人被应用于3D打印机设计，例如目前广泛应用的三角洲3D打印机。

无论是采用串联结构还是并联结构，目前大部分3D打印机器人的打印头姿态为固定，其具有如下明显不足：(1)打印产品表面质量差。对于三维实体中一些不垂直于打印头的表面，单向分层3D打印会出现不光滑的台阶，影响产品的光滑度和表面精度。(2)在有些零件上增加几何特征比较困难。零件在使用过程中出现损坏等情况时，可通过3D打印进行修复，在此过程中如不改变打印头的姿态，打印头与零件已有实体特征间可能会发生干涉。(3)打印产品的力学性能具有方向性。例如采用FDM(熔融沉积造型)技术打印产品，材料特性取决于打印方向。

因此在3D打印作业时，根据不同的作业任务需求，在不同性质表面作业时，机器人末端执行器所需要的自由度是不同的。例如作业面为平面时，末端执行器具有3T(表示运动时，字母T代表移动)运动能力即可；作业面为直纹面时，末端执行器需具有3T1R(表示运动时，字母R代表转动)运动能力；作业面为自由曲面时，末端执行器需具备3T2R运动能力。传统的3D打印装备一般为固定自由度装备，不具备根据操作任务变化而变换其拓扑结构和自由度的能力。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种可重构3D打印并联机器人机构，其可根据实际工程的不同操作任务需求变换其操作模式和自由度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种可重构3D打印并联机器人机构，包括固定平台和运动平台，所述固定平台和运动平台通过固定自由度支链、第一变胞支链、第二变胞支链相连，所述固定自由度支链、第一变胞支链、第二变胞支链两两相邻呈90°放置并通过螺栓连接在所述固定平台的定位槽中,所述第一变胞支链、第二变胞支链、固定自由度支链的顶部分别通过第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆与所述运动平台相连；第一变胞支链、第二变胞支链的结构一致，均包括一个变胞五杆机构和一个二连杆机构，所述变胞五杆机构的顶部通过所述二连杆机构与所述运动平台相连。

进一步的，所述固定自由度支链包括第一底板、平面五杆机构、第八连杆和第五连杆，所述平面五杆机构安装在所述第一底板上；所述平面五杆机构包括第一T字杆、第二T字杆、第一U字杆、第二U字杆、第六连杆和第七连杆，所述第一T字杆、第二T字杆平行布置且底部均连接在所述第一底板上，所述第一T字杆和所述第一U字杆通过第一直线转动副相连，所述第二T字杆和所述第二U字杆通过第二直线转动副相连，所述第一U字杆和所述第六连杆的底端通过第十二转动副相连，所述第二U字杆和第七连杆的底端通过第十三转动副相连，所述第六连杆和第七连杆的顶端通过第十四转动副相连；所述第八连杆的一端连接在所述平面五杆机构的第十四转动副上，所述第八连杆的另一端与所述第五连杆的一端通过第十一转动副相连，所述第九连杆的另一端连接有第十五转动副相连，所述第十五转动副与所述第三连接杆相连。