本發(fā)明涉及3D 打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能機(jī)器人輔助快速建模與3D打印裝置。

背景技術(shù)：

隨著科技的飛速發(fā)展，3D打印技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。隨著德國工業(yè)4.0的提出，這兩項(xiàng)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)越來越普遍。3D打印技術(shù)是非常受重視的，該技術(shù)的發(fā)展將直接推動(dòng)制造業(yè)翻天覆地的變化。機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也很廣泛，目前工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)很成熟。工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)制造過程中的各種加工、裝配、搬運(yùn)、噴涂等工作。這種應(yīng)用大大的提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)花費(fèi)。

從目前的應(yīng)用來說，3D打印設(shè)備還是比較側(cè)重于簡單的三軸移動(dòng)裝置。雖然目前已經(jīng)提出了很多新的裝置，但是實(shí)踐的過程中還是比較復(fù)雜，加工精度不高，加工表面質(zhì)量較差。

針對目前所提出的裝置的不足，本發(fā)明提出了一種智能機(jī)器人輔助快速建模與3D打印裝置，該方案的創(chuàng)新點(diǎn)有：

1.與傳統(tǒng)的“反求建模-3D打印”過程中繁瑣的“測量-反求建模-切片與參數(shù)設(shè)定-3D打印”的流程對比，該裝置在測量的過程中，便可直接實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定，省去了大量不必要的工作，提高了加工效率；

2. 通過圖像處理系統(tǒng)和關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測控制加工過程，提高加工精度；

3. 移動(dòng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)全方位的移動(dòng)與避障的功能，實(shí)現(xiàn)無碰撞3D打印，并在模型較大或不在機(jī)器人可達(dá)范圍內(nèi)時(shí)，通過移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人目標(biāo)可達(dá)，從而使得3D打印不受限制；

4. 溫度控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測加工溫度，提高表面加工質(zhì)量；

5. 供料控制系統(tǒng)用于計(jì)算模型打印所需的打印材料是否充足，并給出相應(yīng)的提示，更加智能化；

6. 整個(gè)3D打印裝置采用模塊化的設(shè)計(jì)，使得制造，維護(hù)，維修與更換都比較方便；

7.該裝置也可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的三維打印流程，由于裝置帶有檢測與控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)加工過程的實(shí)時(shí)控制，故加工質(zhì)量、加工精度都比較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種智能機(jī)器人輔助快速建模與3D打印裝置。該裝置克服了現(xiàn)有裝置的不足，具有更智能化的特點(diǎn)。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種智能機(jī)器人輔助快速建模與3D打印裝置，其特征在于，包括機(jī)器人（1）、3D打印系統(tǒng)（2）、測量系統(tǒng)（3）、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（4）、圖像處理系統(tǒng)（5）、控制系統(tǒng)（6）、移動(dòng)平臺(tái)（7）；所述機(jī)器人（1）固定安裝于移動(dòng)平臺(tái)（7）上；所述3D打印系統(tǒng)（2）固定安裝于機(jī)器人（1）的工具端，隨機(jī)器人（1）的工具端同步運(yùn)動(dòng)；所述測量系統(tǒng)（3）固定安裝于機(jī)器人（1）的工具端，且與3D打印系統(tǒng)（2）的相對位置固定，并隨機(jī)器人（1）的工具端同步運(yùn)動(dòng)；所述測量系統(tǒng)（3）用于3D打印模型的快速建立；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（4）固定安裝于移動(dòng)平臺(tái)（7）上；所述圖像處理系統(tǒng)（5）固定安裝于移動(dòng)平臺(tái)（7）上；所述控制系統(tǒng)（6）固定安裝于移動(dòng)平臺(tái)（7）上；所述移動(dòng)平臺(tái)（7）可在地面上任意的移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)；

所述測量系統(tǒng)（3）用于模型的檢測與測量，在所需3D打印模型參數(shù)未知的情況下，可以進(jìn)行快速的測量與建模，并在測量的過程中，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（4）直接實(shí)現(xiàn)將模型空間幾何參數(shù)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人（1）的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和3D打印系統(tǒng)（2）的打印參數(shù)，測量完成后便可直接進(jìn)行打印工作；該裝置與之前所提出的“測量-反求建模-切片與參數(shù)設(shè)定-3D打印”的流程相比較，直接實(shí)現(xiàn) “反求建模與參數(shù)設(shè)定-3D打印”的過程，簡化了3D打印流程；

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（4）用于處理測量系統(tǒng)（3）所獲得的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的機(jī)器人（1）關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和3D打印系統(tǒng)（2）的打印參數(shù)；

所述圖像處理系統(tǒng)（5）用于空間三維模型的建立；在測量系統(tǒng)（3）完成測量后的，利用所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型的建立；該建?？梢跃_的用于加工過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制；

所述移動(dòng)平臺(tái)（7）可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)3D打印裝置的全方位移動(dòng)，在3D打印模型較大超出機(jī)器人（1）的可達(dá)范圍時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)（7）移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人（1）的目標(biāo)可達(dá)；在空間存在障礙物時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)（7）移動(dòng)實(shí)現(xiàn)避障的功能。

所述3D打印系統(tǒng)（2）進(jìn)一步包括：供料系統(tǒng)（20）、儲(chǔ)料裝置（21）、噴頭（22）、加熱裝置（23）、打印材料（24）；所述供料系統(tǒng)（20）進(jìn)一步包括供料電機(jī)（200）、供料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（201）；所述供料電機(jī)（200）帶動(dòng)供料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（201）運(yùn)動(dòng)將打印材料（24）送入到加熱裝置（23）中進(jìn)行加熱，打印材料（24）受熱融化后通過噴頭（22）擠出進(jìn)行打印。

所述測量系統(tǒng)（3）進(jìn)一步包括測量探頭（30），測量探頭可收縮；在開始測量時(shí)，測量探頭伸長，進(jìn)行測量；在測量完成后，測量探頭（30）便收回，不妨礙3D打印工作。

所述控制系統(tǒng)（6）進(jìn)一步包括：溫度控制系統(tǒng)（60）、機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（61）、供料控制系統(tǒng)（62）；所述溫度控制系統(tǒng)（60）用于實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制打印材料（24）在噴頭（22）處的溫度，實(shí)現(xiàn)更高的表面加工質(zhì)量；所述機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（61）用于實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制機(jī)器人（1）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋控制；所述供料控制系統(tǒng)（62）用于計(jì)算模型的打印所需的打印材料（24）是否充足，并給出相應(yīng)的提示。

本發(fā)明所述的一種智能機(jī)器人輔助快速建模與3D打印裝置用于“反求建模與參數(shù)設(shè)定-3D打印”過程中的工作原理為：所述測量裝置進(jìn)行模型的尺寸測量，測量所得的結(jié)果送入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)測量裝置與3D打印裝置的相對位置的固定，將測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為噴頭工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后將該參數(shù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和3D打印的相關(guān)參數(shù)；圖像處理系統(tǒng)利用測量所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模；控制系統(tǒng)控制機(jī)器人及3D打印裝置工作，并實(shí)時(shí)監(jiān)測控制；當(dāng)加熱溫度發(fā)生變化時(shí)，利用溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；當(dāng)加工位置發(fā)生偏移時(shí)，機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)修正相關(guān)的機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角信息；在機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)處理的過程中如果發(fā)生與障礙物的碰撞，則可利用整個(gè)裝置的冗余特性進(jìn)行無碰撞的軌跡規(guī)劃，從而避開障礙物；當(dāng)加工模型過大，或不在機(jī)器人可達(dá)范圍內(nèi)時(shí)，可利用移動(dòng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人目標(biāo)可達(dá)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的示意圖。

圖2是本發(fā)明的3D打印系統(tǒng)組成示意圖。

圖3是本發(fā)明的控制系統(tǒng)組成示意圖。

附圖中，各數(shù)字的含義為：1：機(jī)器人；2：3D打印系統(tǒng)；3：測量系統(tǒng)；4：數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；5：圖像處理系統(tǒng)；6：控制系統(tǒng)；7：移動(dòng)平臺(tái)；20：供料系統(tǒng)；21：儲(chǔ)料裝置；22：噴頭；23加熱裝置；24：打印材料；200：供料電機(jī)；201：供料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；60：溫度控制系統(tǒng)；61：機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；62：供料控制系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅限于所述實(shí)施例。

實(shí)施例一

本例的一種智能機(jī)器人輔助快速建模與3D打印裝置，其特征在于，包括機(jī)器人（1）、3D打印系統(tǒng)（2）、測量系統(tǒng)（3）、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（4）、圖像處理系統(tǒng)（5）、控制系統(tǒng)（6）、移動(dòng)平臺(tái)（7）；所述機(jī)器人（1）固定安裝于移動(dòng)平臺(tái)（7）上；所述3D打印系統(tǒng)（2）固定安裝于機(jī)器人（1）的工具端，隨機(jī)器人（1）的工具端同步運(yùn)動(dòng)；所述測量系統(tǒng)（3）固定安裝于機(jī)器人（1）的工具端，且與3D打印系統(tǒng)（2）的相對位置固定，并隨機(jī)器人（1）的工具端同步運(yùn)動(dòng)；所述測量系統(tǒng)（3）用于3D打印模型的快速建立；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（4）固定安裝于移動(dòng)平臺(tái)（7）上；所述圖像處理系統(tǒng)（5）固定安裝于移動(dòng)平臺(tái)（7）上；所述控制系統(tǒng)（6）固定安裝于移動(dòng)平臺(tái)（7）上；所述移動(dòng)平臺(tái)（7）可在地面上任意的移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)；

所述測量系統(tǒng)（3）用于模型的檢測與測量，在所需3D打印模型參數(shù)未知的情況下，可以進(jìn)行快速的測量與建模，并在測量的過程中，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（4）直接實(shí)現(xiàn)將模型空間幾何參數(shù)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人（1）的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和3D打印系統(tǒng)（2）的打印參數(shù)，測量完成后便可直接進(jìn)行打印工作；該裝置與之前所提出的“測量-反求建模-切片與參數(shù)設(shè)定-3D打印”的流程相比較，直接實(shí)現(xiàn) “反求建模與參數(shù)設(shè)定-3D打印”的過程，簡化了3D打印流程；

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（4）用于處理測量系統(tǒng)（3）所獲得的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的機(jī)器人（1）關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和3D打印系統(tǒng)（2）的打印參數(shù)；

所述圖像處理系統(tǒng)（5）用于空間三維模型的建立；在測量系統(tǒng)（3）完成測量后的，利用所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型的建立；該建?？梢跃_的用于加工過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制；

所述移動(dòng)平臺(tái)（7）可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)3D打印裝置的全方位移動(dòng)，在3D打印模型較大超出機(jī)器人（1）的可達(dá)范圍時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)（7）移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人（1）的目標(biāo)可達(dá)；在空間存在障礙物時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)（7）移動(dòng)實(shí)現(xiàn)避障的功能。

實(shí)施例二

本例所述3D打印系統(tǒng)（2）進(jìn)一步包括：供料系統(tǒng)（20）、儲(chǔ)料裝置（21）、噴頭（22）、加熱裝置（23）、打印材料（24）；所述供料系統(tǒng)（20）進(jìn)一步包括供料電機(jī)（200）、供料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（201）；所述供料電機(jī)（200）帶動(dòng)供料傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（201）運(yùn)動(dòng)將打印材料（24）送入到加熱裝置（23）中進(jìn)行加熱，打印材料（24）受熱融化后通過噴頭（22）擠出進(jìn)行打印，其余同實(shí)施例一。

實(shí)施例三

本例所述測量系統(tǒng)（3）進(jìn)一步包括測量探頭（30），測量探頭可收縮；在開始測量時(shí)，測量探頭伸長，進(jìn)行測量；在測量完成后，測量探頭（30）便收回，不妨礙3D打印工作，其余同實(shí)施例一。

實(shí)施例四

本例所述控制系統(tǒng)（6）進(jìn)一步包括：溫度控制系統(tǒng)（60）、機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（61）、供料控制系統(tǒng)（62）；所述溫度控制系統(tǒng)（60）用于實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制打印材料（24）在噴頭（22）處的溫度，實(shí)現(xiàn)更高的表面加工質(zhì)量；所述機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（61）用于實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制機(jī)器人（1）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋控制；所述供料控制系統(tǒng)（62）用于計(jì)算模型的打印所需的打印材料（24）是否充足，并給出相應(yīng)的提示，其余同實(shí)施例一。