[實(shí)用新型]一種裝配于水泥基材料3D打印系統(tǒng)的播粉制裂智能機(jī)器手

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721330412.7
• 申請(qǐng)日: 2017-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN207240426U
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王里;馬國偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B28B1/00
• 分類號(hào): B28B1/00;B28D1/22;B28D7/00;B25J18/00;G09B25/06;B33Y30/00
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)12210
• 代理人: 付長杰

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種裝配于水泥基材料3D打印系統(tǒng)的播粉制裂智能機(jī)器手，屬于3D打印機(jī)械裝備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著我國重大基礎(chǔ)設(shè)施和能源工程建設(shè)的快速發(fā)展，水電高邊坡、公路和鐵路隧道、地下洞室群、核電站基礎(chǔ)、核廢料儲(chǔ)存、地下油氣儲(chǔ)存、礦產(chǎn)開發(fā)、頁巖油氣和地?zé)衢_發(fā)等重大工程都涉及到帶有斷層和三維裂隙網(wǎng)絡(luò)巖體的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)。物理模型試驗(yàn)是巖土工程領(lǐng)域主要研究手段之一，其基礎(chǔ)在于制備出能夠精確表征復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的物理模型。由于巖體中這些不連續(xù)面和體的存在，目前在國際上尚沒有成熟的方法制作復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)物理試驗(yàn)的三維模型。

3D打印技術(shù)是一種近年來興起的，包括諸多方面前沿技術(shù)知識(shí)，具有高科技含量的制造技術(shù)，已經(jīng)在生物醫(yī)療、航天航空、模具制造、電子信息制造、汽車制造等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。運(yùn)用3D打印技術(shù)來制作大尺度的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型是探索工程地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理的基礎(chǔ)。3D打印技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)模型的可控制性和可復(fù)制性，適合于重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)研究。

然而目前已有的水泥基3D打印成型方式以及打印精度的限制，無法在三維模型中制作節(jié)理、裂隙等不連續(xù)結(jié)構(gòu)。

公告號(hào)為CN203738788U的專利公開一種6自由度輕型模塊化機(jī)器人，其主要特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)小巧、承載能力高。請(qǐng)參照?qǐng)D1，該設(shè)備整體由底座、一號(hào)手臂、二號(hào)手臂和關(guān)節(jié)組幾部分組成，主要是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的，尚無法在水泥基材料模型制作過程中實(shí)現(xiàn)裂隙的制作。因此，在水泥基3D打印設(shè)備中，借鑒該機(jī)器人思想，設(shè)計(jì)具有6自由度的機(jī)械手臂，以該機(jī)械手臂為承載體裝配空心刀片，用于播粉和制裂等操作，對(duì)含裂隙和節(jié)理的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的制作有著重大意義。

實(shí)用新型內(nèi)容

鑒于水泥基材料3D打印系統(tǒng)中播粉制裂設(shè)備的缺失，本實(shí)用新型的目的在于提供一種裝配于水泥基材料3D打印系統(tǒng)的播粉制裂智能機(jī)器手，適用于具有斷層和三維裂隙網(wǎng)絡(luò)巖體的物理模型的制備。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種裝配于水泥基材料3D打印系統(tǒng)的播粉制裂智能機(jī)器手，包括肩部、大臂、肘部、小臂和腕部，肩部、大臂、肘部、小臂和腕部依次連接構(gòu)成機(jī)械手臂；其特征在于該機(jī)器手還包括裂隙切割裝置，機(jī)械手臂為裂隙切割裝置的承載體，機(jī)械手臂能帶動(dòng)裂隙切割裝置進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)；

所述裂隙切割裝置安裝在腕部上，包括粉末儲(chǔ)存單元、細(xì)砂儲(chǔ)存單元、噴發(fā)泵、噴發(fā)管道、U型空心刀頭、運(yùn)動(dòng)傳感器和連接法蘭，所述裂隙切割裝置后部通過連接法蘭固定連接于腕部上，裂隙切割裝置前部安裝有U型空心刀頭；裂隙切割裝置內(nèi)以中心軸為中心靠近連接法蘭處，設(shè)置有粉末儲(chǔ)存單元和細(xì)砂儲(chǔ)存單元，粉末儲(chǔ)存單元和細(xì)砂儲(chǔ)存單元均為密封腔體；粉末儲(chǔ)存單元和細(xì)砂儲(chǔ)存單元外部均安裝有噴發(fā)泵，噴發(fā)泵的出口正對(duì)粉末儲(chǔ)存單元和細(xì)砂儲(chǔ)存單元的空腔；在裂隙切割裝置上還安裝有用于監(jiān)測U型空心刀頭實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置的運(yùn)動(dòng)傳感器，運(yùn)動(dòng)傳感器與外部控制系統(tǒng)連接；粉末儲(chǔ)存單元和細(xì)砂儲(chǔ)存單元的內(nèi)側(cè)通過相應(yīng)的噴發(fā)管道與U型空心刀頭連接，粉末和/或細(xì)砂能通過噴發(fā)管道直接噴射在U型空心刀頭的空腔內(nèi)；

所述U型空心刀頭整體呈U型，U型的底部平面為切割刀，U型兩側(cè)能插入到待切割對(duì)象的內(nèi)部，來自粉末儲(chǔ)存單元和/或細(xì)砂儲(chǔ)存單元的物料置于U型的底部和U型兩側(cè)圍成的空腔內(nèi)。

從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型裝配于水泥基材料3D打印系統(tǒng)的播粉制裂智能機(jī)器手具有以下有益效果：

本實(shí)用新型在相應(yīng)伺服電機(jī)和離合器的驅(qū)動(dòng)控制下可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械構(gòu)件(肩部，大臂，肘部，小臂，腕部)的自由旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，一方面可以用于調(diào)節(jié)切割刀頭的空間位置和方向，另一方面可以用于進(jìn)行裂隙的切割制作。在切割的過程中，向切割出的裂縫中噴撒細(xì)粉末，從而確保裂縫不閉合，實(shí)現(xiàn)裂隙、節(jié)理的制作。兩個(gè)粉末存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)兩種粉末類、細(xì)砂類的干粉材料，通過控制噴發(fā)泵的開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)三種不同裂隙(粉質(zhì)裂隙、砂質(zhì)裂隙、粉砂質(zhì)裂隙)的制作。

本實(shí)用新型專門針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型(含有裂隙、節(jié)理的巖石體)制作設(shè)計(jì)，機(jī)械手臂上具有切割、播撒粉末以及實(shí)時(shí)定位的裂隙切割裝置，機(jī)械手臂為切割系統(tǒng)的承載體，能實(shí)現(xiàn)刀頭的三維空間定位、移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)水泥基材料3D打印中播粉致裂等操作，填補(bǔ)了復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型制作裝置的空白，能夠在打印過程中實(shí)現(xiàn)含有復(fù)雜裂隙、節(jié)理網(wǎng)絡(luò)的物理模型的精細(xì)化制備；聯(lián)合多臺(tái)機(jī)器手共同使用，可完成多種水泥基材料3D打印，制作更為復(fù)雜的工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。

附圖說明