[發明專利]基于Delta機構的并聯裝置及采用其的3D打印機

在審

• 申請號: 201710123322.9
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106695767A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 訾斌;王寧;李元;趙浩然;趙濤
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J11/00
• 代理公司: 合肥市科融知識產權代理事務所(普通合伙)34126
• 代理人: 胡治中

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，尤其涉及基于Delta機構的并聯裝置及采用其的3D打印機。

背景技術

目前3D打印機大多采用串聯開鏈式結構，該結構末端執行器由一根驅動桿件支撐，末端執行器上的誤差是各個關節的累積誤差，所以精度比較低，實用性上受到限制。由于傳統串聯機構具有承載能力弱、傳動效率低、末端執行器精度低的缺陷，從20世紀后期開始，逐漸有學者專家提出并聯機構的概念。與串聯機構相比，并聯機構承載能力高、剛度大,而且性能上更加穩定; 并聯機構沒有串聯機構誤差的積累和放大,各部件誤差形成平均值,所以精度比較高。例如三平移自由度并聯機構即Delta機構，雖然并聯機構在很大程度上優于串聯機構，但由于受到輸入空間、平臺和基座的形狀和大小、平臺和基座及其桿件在空間的相互干涉、奇異位置等的約束，導致其工作空間相對較小。

為了解決采用并聯結構的3D打印機工作空間較小的缺點，有人設計出將兩種運動鏈相結合以增大工作空間的方法。申請號為201410371262.9、名稱為“一種可精密三維移動的Delta結構并聯機械手”的專利提出了將基于3-PUU運動鏈的結構與Delta并聯機構相結合的方法，一定程度上增大了該機構的工作空間，但是該發明在Delta并聯機構部分設計的較為復雜，傳動模塊使用了傳動四桿機構，增加了控制系統的設計難度，并且后期維護也變得麻煩；在另一級運動鏈采用了滑塊-雙導軌結構，需要繼續設計驅動模塊，該發明未對其進行設計，大大增加了工作量。

申請號為201410801070.7、名稱為“一種基于Delta并聯機械結構的3D打印機”的專利中，通過皮帶運動來控制滑車運動，帶傳動屬于撓性傳動部件，具有一定的蠕變性，通常帶傳動的效率低，帶的壽命較短，工作時無法避免會出現彈性滑動，不能保證準確的傳動比，并且帶傳動易發生打滑現象，打滑時將不能正常工作，使傳動失效。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處，在現有技術的基礎上，增大3D打印機工作空間的同時，降低了打印機機械結構的復雜程度，設計了一種結構簡單、精度較高、效率較高、基于Delta并聯機構的3D打印機。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案為：

基于Delta機構的并聯裝置，包括一級運動機構1、二級運動機構2、承載主平臺3、支撐平臺4和末端執行平臺5。其中，

通過一級運動機構1將承載主平臺3與支撐平臺4活動連接在一起，承載主平臺3位于支撐平臺4的上方。由一級運動機構1令承載主平臺3相對于支撐平臺4豎直升降。

通過二級運動機構2將末端執行平臺5與承載主平臺3活動連接在一起，末端執行平臺5位于承載主平臺3與支撐平臺4之間的區域。由二級運動機構2令末端執行平臺5相對于支撐平臺4豎直升降或/和水平移動。

采用基于Delta機構的并聯裝置的3D打印機，包括監測模塊、控制模塊和送料模塊。送料模塊安裝在承載主平臺3下側中間位置，監測模塊與控制模塊相連接，控制模塊分別與一級運動機構1、二級運動機構2相連接。

監測模塊包括傾角傳感器、紅外測距傳感器、溫度傳感器和光電編碼器。其中，傾角傳感器安裝在承載主平臺3底部的，采集承載主平臺3相對于水平面的角度信息。紅外測距傳感器安裝在末端執行平臺207與支撐平臺4上，采集末端執行平臺在空間中的位置信息。溫度傳感器安裝在打印噴頭208上，采集打印噴頭的溫度信息。光電編碼器安裝在各個電機尾部，采集各個電機輸出軸的幾何機械量。監測模塊將采集到的信息傳遞到控制模塊，控制模塊根據傳遞過來的數據控制各個電機的工作。

控制模塊包括電機驅動器和運動控制板卡，運動控制板卡接收監測模塊傳來的信息，將信息中所包含的數據實時處理成控制指令，并將控制指令實時發送給各個電機驅動器，從而控制與電機驅動器相連的各個電機的運行。電機驅動器與為機械執行模塊提供動力的各個電機相連接。

換一個角度，對本申請的結構描述如下：