建筑轮廓成型机的制作方法

本发明创造涉及建筑领域，特别是涉及一种建筑轮廓成型机。

背景技术：

建筑轮廓成型机是用于建筑轮廓成型的设备，通过移动支撑平台带动打印喷头移动，打印喷头将混凝土等建筑材料输出至预定位置，通过建筑材料的累积以形成建筑轮廓。但是现有的移动支撑平台往往都比较笨重，体积也比较大，需要先运输到施工现场，再进行现场组装搭建，不仅影响作业效率和周期，而且会由于施工场地的限制而增加施工难度，虽然现有技术也有将无人机作为移动支撑平台带动打印喷头移动进行建筑打印，但是无人机的精度远远无法满足建筑轮廓的精度要求，难以实际应用。

技术实现要素：

本发明创造的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、可靠性高的建筑轮廓成型机。

为实现上述目的，本发明创造采用了如下技术方案：

一种建筑轮廓成型机，包括无人机1以及设置在无人机1上用于建筑打印的打印喷头112，还包括打印定位系统，所述无人机1包括卫星定位系统和控制系统，控制系统基于卫星定位系统引导无人机1按预定的打印路径飞行，带动打印喷头112进行打印，所述的打印定位系统包括多个定位标识单元和设置在无人机1上的采集单元，控制系统基于采集单元采集的多个定位标识单元的位置对无人机1的飞行路径进行实时修正。

可选的，所述的采集单元为设置在无人机1上的红外线相机，所述的定位标识单元为设置在施工区域的红外线发射器。

可选的，包括至少三个设置在施工区域的定位标识单元。

可选的，所述无人机1包括机架110，飞行动力系统设置在机架110上，在机架110的下方设有动平台220，动平台220通过多组机械手与机架110连接，所述的打印喷头112设置在动平台220上。

可选的，所述打印喷头112通过输料管2与料仓3连接，在无人机1的机架110的中部设有中间孔111，输料管2从中间孔111穿过后与打印喷头112竖直连接。

可选的，所述动平台220上设有稳定器，打印喷头112设置在稳定器上，在机架110上设有与稳定器配合的倾角传感器。

可选的，每组机械手包括与静平台210连接的驱动杆231以及与动平台220 连接的牵引杆232，在静平台210上设有用于驱动驱动杆231转动的旋转电机，驱动杆231的一端与旋转电机连接，另一端与牵引杆232连接。

可选的，所述静平台210和动平台220通过中间轴233连接，中间轴233 位于机械手之间；所述中间轴233为空心的筒状结构，所述的打印喷头112设置在中间轴233的下方，输料管2从中间轴233中穿过后再与下方的打印喷头 112连接。

可选的，包括两个牵引杆232，两个牵引杆232相对设置，并且在两个牵引杆232的两端分别设有联轴器234，两个牵引杆232一端的联轴器234分别与动平台220连接，在驱动杆231远离旋转的一端设有旋转轴235，两个牵引杆232 另一端的联轴器234分别与旋转轴235的两侧连接，旋转轴235与驱动杆231 同轴设置，并且旋转轴235能够绕驱动杆231的轴线转动。

可选的，联轴器234包括球套2342以及装在球套2342内侧转动的球形轴 2341，球套2342的外侧与牵引杆232连接并且可以绕牵引杆232的轴线转动，球套2342上设有开口，球形轴2341位于开口的一侧设有联接轴2343，联接轴 2343与动平台220或旋转轴235固定连接。

可选的，所述机架110包括两个层叠设置的夹板117，在两个夹板117之间的边缘位置设有多个固定件118，飞行动力系统包括设置在机架110上的旋翼 113和旋翼电机114，所述的旋翼113和旋翼电机114分别设置在多个举升臂119 的一端，多个举升臂119的另一端向下倾斜并分别与固定件118固定连接。

可选的，所述机架110成框形，其包括成正方形的外框架以及成十字形的内框架，外框架包括四个首尾依次相连的外支架1101，每个外支架1101的中部分别设有配重块1104，内框架包括中心平台1103以及设置在中心平台1103四周的四个内支架1102，控制系统设置在中心平台1103上，中心平台1103的中部设有中间孔111，中心平台1103设置在外框架内侧的中心位置，并通过四个内支架1102分别与四个配重块1104的内侧连接，相邻的两个内支架1102垂直设置，在四个配重块1104的外侧分别设有延长支架1105，在延长支架1105的末端设有感应装置115，在外支架1101、内支架1102和延长支架1105上均设有旋翼113和驱动旋翼113旋转的旋翼电机114。

可选的，飞行动力系统包括设置在机架110上的旋翼113和旋翼电机114，每个内支架1102和延长支架1105的中间位置分别设有一个旋翼113和旋翼电机114，每个外支架1101对应在配重块1104的两侧分别设有一个旋翼113和旋翼电机114。

可选的，所述配重块1104上设有电池。

可选的，所述外框架的四个顶角上分别设有降落伞116。

可选的，所述打印喷头112包括固定在动平台220上的基座1120，以及设置在基座1120上的主喷头1121和相对设置在主喷头1121两侧的两个辅助喷头 1122，主喷头1121和辅助喷头1122分别与输料管连接，主喷头1121和两个辅助喷头1122中分别设有截流机构。

无人机1上设有连接在料仓3与打印喷头112之间的中间料仓4，中间料仓 4的一端通过输料管与地面上的料仓3连接，另一端通过输料管与打印喷头112 连接，中间料仓4包括可旋转地螺旋型的搅挤叶片3a、驱动搅挤叶片3a旋转的泵送电机3b、输入口3c和挤出口3g、安装在挤出口3g处的挤出监控阀3e；监控阀3e位于挤出口3g与3D打印喷头112之间；输入口3c用于地面上混合后的原料通过，挤出口3g与打印喷头112连接；泵送电机3b带动搅挤叶片3a转动搅拌并将原料从中间料仓4挤到打印喷头112中。

本发明创造的建筑轮廓成型机，通过无人机1带动打印喷头112打印建筑轮廓，能够极大的降低施工难度，而且通过打印定位系统对无人机1的飞行路径进行修正，能够保证建筑轮廓的精度。此外，通过动平台220带动打印喷头 112移动，比无人机直接带动打印喷头112移动的精度更高，而且动平台220的稳定性也更好。

附图说明

图1是本发明创造无人机与打印喷头的配合方式；

图2是本发明创造建筑轮廓成型机的一种实施方式；

图3是本发明创造图2的局部放大图；

图4是本发明创造建筑轮廓成型机的另一种实施方式；

图5是本发明创造打印喷头的一种实施方式；

图6是本发明创造中间料仓的一种实施方式。

具体实施方式

以下结合附图1至6给出的实施例，进一步说明本发明创造的建筑轮廓成型机的具体实施方式。本发明创造的建筑轮廓成型机不限于以下实施例的描述。

如图1所示，本发明创造的轮廓成型机包括无人机1、设置在无人机1上用于建筑打印的打印喷头112和打印定位系统，所述无人机1包括卫星定位系统和控制系统，控制系统基于卫星定位系统引导无人机1按预定的打印路径飞行，带动打印喷头112进行打印，所述的打印定位系统包括多个定位标识单元和设置在无人机1上的采集单元，控制系统基于采集单元采集的多个定位标识单元的位置对无人机1的飞行路径进行实时修正。通过无人机1带动打印喷头112 打印建筑轮廓，能够极大的降低施工难度，而且通过打印定位系统对无人机1 的飞行路径进行修正，能够保证建筑轮廓的精度。

具体的，所述的无人机1包括飞行动力系统、打印定位系统、卫星定位系统和控制系统，还包括用于感知无人机1的飞行姿态并反馈至控制系统的感应装置115，打印喷头112和打印定位系统的采集单元设置在无人机1上，打印喷头112通过输料管2与料仓3连接，打印定位系统的多个定位标识单元分别设置在施工区域内不同的位置上。建筑打印前已根据要打印的建筑预设好打印路径，由控制系统基于卫星定位系统引导无人机1按预定的打印路径飞行，通过逐层打印堆积形成建筑轮廓，无人机1飞行的同时通过其上的采集单元采集多个定位标识单元的信息，获取无人机与多个定位标识单元相对位置的变化，计算无人机当前飞行路径与预设的飞行路径的误差并进行实时的修正。所述的卫星定位系统通过现有技术即可实现对无人机1的定位，其通常包括设置在无人机1上的信号接收器和信号处理单元，信号接收器接受卫星信号后通过信号处理单元解算出无人机1的位置信息并生产卫星导航路径，卫星定位系统优选采用载波相位差分技术(RTK)，解算卫星信号和附近基准站的信号得出无人机1 的定位信息，具有定位速度快，定位精度高的特点。

作为打印定位系统的一种优选实施方式，其包括至少三个设置在施工区域的定位标识单元，优选包括更多的定位标识单元；包括至少一个设置在无人机1 上的采集单元，当然也可以采用更多的采集单元。将定位标识单元设置在施工区域的不同位置，不同高度，确保无人机1在施工区域任何位置飞行时均可采集获得至少三台定位标识单元的位置信息，以精确计算无人机1相对于各定位标识单元的位置。

优选的，在施工区域内设定原点和三维坐标系，定位原点的卫星定位点，在施工区域内不同位置放置多个定位标识单元，并记录定位标识单元的编号和坐标，将预定的打印路径在三维坐标系中成像，预先计算打印路径上每个位置与不同定位单元预定的距离和角度；进行建筑打印时，无人机1带着打印喷头 112基于卫星定位系统引导按预定的打印路径飞行，带动打印喷头112进行打印，无人机1上的采集单元实时采集多个定位标识单元的信息，获取当前打印位置上采集单元相对于各个定位标识单元实时的距离和角度，将实时的距离和角度与预定的距离和角度比较，对无人机1的飞行路径进行实时修正以提高定位精度。当然，打印路径上每个位置与不同定位单元预定的距离和角度也可以不提前计算，这样效率会降低些。进一步，在计算当前打印位置相对于各个定位标识单元实时的距离和角度时，理论上1个定位标识单元也能进行识别，3个定位标识单元就可以精确识别，但有时存在一些干扰和误差。优选采用5-10个定位标识单元，选取其中三个为一组进行识别，并选另外三个为一组进行校验，以提高识别精度，排除掉误差较大的定位标识单元。这两组的定位标识单元可以重叠，优选为不重叠。此外，也可以采用将多个定位标识单元的距离和角度信息进行叠加运算以减少误差的方式提高精度。

优选的，所述的采集单元为设置在无人机1上的红外线接收器或红外线相机，所述的定位标识单元为设置在施工区域的红外线发射器。通过红外线相机对红外线发射器采集的图像可以避免由于打印的建筑轮廓的遮挡导致无法定位的问题。所述的采集单元还可以为超声接收器，所述的定位标识单元为超声发射器。此外，所述的采集单元还可以为相机，所述的定位标识单元为具有易于识别的颜色的标识物，通过相机拍照，进行灰度处理并识别标识物，基于图像处理来计算采集单元与各定位标识单元的距离和角度。

如图2所示，所述无人机1包括机架110和飞行动力系统，飞行动力系统包括设置在机架110上的旋翼113和旋翼电机114，在机架110的下方设有与机架110固定连接的静平台210，在静平台210的下方设有可移动的动平台220，所述的打印喷头112设置在动平台220上，动平台220通过多个并联的机械手与静平台210连接，机械手能够带动动平台220水平和竖直移动，无人机1移动至预定位置后悬停在空中，再通过动平台220带动打印喷头112移动，通过动平台220带动打印喷头112移动，比无人机1直接带动打印喷头112移动的精度更高，而且动平台220的稳定性也更好。当然，也可以不设置静平台210，机架110可以替代静平台210通过机械手与动平台220连接，都属于本发明创造的保护范围。

进一步的，所述机架110和静平台210的中部设有与输料管2配合的中间孔111，输料管2从中间孔111穿过后与动平台220上的打印喷头112竖直连接，输料管2能够通过机架110和动平台220调整输料方向，保证物料垂直落下以便于打印喷头112调整打印物料的方向。

更进一步，所述动平台220上设有稳定器，打印喷头112设置在稳定器上，在机架110上设有与稳定器配合的倾角传感器，倾角传感器实时监测无人机的飞行姿态，并通过控制系统校准动平台220的角度，保证打印喷头112在打印物料的方向。

再进一步，所述机架110包括两个层叠设置的夹板117，在两个夹板117之间的边缘位置设有多个固定件118，所述的旋翼113和旋翼电机114分别设置在多个举升臂119的一端，多个举升臂119的另一端向下倾斜并分别与固定件118 固定连接。

如图2示出的一种三自由度的机械手，包括三组并联的机械手，每组机械手包括与静平台210连接的驱动杆231以及与动平台220连接的牵引杆232，在静平台210上设有用于驱动驱动杆231转动的旋转电机，驱动杆231的一端与旋转电机连接，另一端与牵引杆232连接，通过旋转电机驱动驱动杆231转动带动动平台220进行水平和竖直移动。

进一步的，所述静平台210和动平台220通过中间轴233连接，中间轴233 位于机械手之间，中间轴233能够提高动平台220的强度。优选的，中间轴233 的一端与动平台220固定连接，另一端通过万向联轴器与静平台210连接。

更进一步，所述中间轴233为空心的筒状结构，所述的打印喷头112设置在中间轴233的下方，输料管2从中间轴233中穿过后再与下方的打印喷头112 连接，通过设置空心结构的中间轴233，使中间轴233还能够起到固定输料管2 的作用。

再进一步，包括两个牵引杆232，两个牵引杆232相对设置，并且在两个牵引杆232的两端分别设有联轴器234，两个牵引杆232一端的联轴器234分别与动平台220连接，在驱动杆231远离旋转的一端设有旋转轴235，两个牵引杆 232另一端的联轴器234分别与旋转轴235的两侧连接，旋转轴235与驱动杆 231同轴设置，并且旋转轴235能够带动联轴器234绕驱动杆231的轴线转动，通过万象联轴器234保证牵引杆232能够灵活转动，然后通过三组机构手共同作用带动动平台220移动。具体的，联轴器234包括球套2342以及装在球套2342 内侧转动的球形轴2341，球套2342的外侧与牵引杆232连接并且可以绕牵引杆 232的轴线转动，球套2342上设有开口，球形轴2341位于开口的一侧设有联接轴2343，当联轴器234与动平台220连接时联接轴2343与动平台220固定连接，当联轴器234与驱动杆231连接时联接轴2343与旋转轴235固定连接。

如图4示出机架110的一种实施方式，所述机架110成镂空的框架结构，其包括成正方形的外框架以及成十字形的内框架，外框架包括四个首尾依次相连的外支架1101，每个外支架1101的中部分别设有配重块1104，内框架包括中心平台1103以及设置在中心平台1103四周的四个内支架1102，控制系统设置在中心平台1103上，中心平台1103的中部设有中间孔111，输料管2从中间孔111穿过与下方的打印喷头112连接，中心平台1103设置在外框架内侧的中心位置，并通过四个内支架1102分别与四个配重块1104的内侧连接，相邻的两个内支架1102垂直设置，在四个配重块1104的外侧分别设有延长支架1105，在延长支架1105的末端设有感应装置115，在外支架1101、内支架1102和延长支架1105上均设有旋翼113和驱动旋翼113旋转的旋翼电机114，本实施方式的机架110通过采用镂空的框架结构，不仅横向面积更大，在飞行时更稳定，而且可以设置更多数量的旋翼113和旋翼电机114，使无人机1在运输输料管2 飞行时的可靠性更高。优选的，每个内支架1102和延长支架1105的中间位置分别设有一个旋翼113和旋翼电机114，每个外支架1101对应在配重块1104的两侧分别设有一个旋翼113和旋翼电机114，在机架110上共设有16个旋翼113 和旋翼电机114。所述配重块1104也可以用电池替代，或者在配重块1104上设置电池，电池也可以通过热插拔的方式设置在外支架1101、内支架1102和延长支架1105上，当然，也可以在中心平台1103上设置电力线的接口，通过电力线为无人机1输送电力，都属于本发明创造的保护范围。所述感应装置115包括用于感知飞行角度的陀螺仪、用于感知飞行加速度的加速计、用于感知大地方位的地磁感应计、用于粗略控制悬停高度的气压传感器、用于精确控制低空高度和避障的超声波传感器、用于精确确定悬停水平位置的光流传感器，以及用于检测倾角的倾角传感器。

进一步的，所述外框架的四个顶角上分别设有降落伞116，在无人机打印作业完成后便于降落到地面上。

打印喷头112成管状，打印喷头112的一端与输料管连接，另一端作为物料的输出口，在打印喷头112的内侧设有与控制系统连接用于控制物料流动的截流机构。

图5作为打印喷头112的一种实施方式，其包括固定在动平台220上的基座1120，以及设置在基座1120上的主喷头1121和相对设置在主喷头1121两侧的两个辅助喷头1122，主喷头1121和辅助喷头1122分别与输料管连接，通过在主喷头1122两侧的两个辅助喷头1122配合打印，能够分散物料打出时对无人机1的反冲作用力，使无人机1可以更平稳的飞行，提高打印精度。

进一步的，所述的主喷头1121和两个辅助喷头1122中分别设有截流机构，两个辅助喷头1122可以分别由各自的截流机构控制，使控制系统能够更容易控制无人机1的平衡。截流机构可以是常见的多通阀门，也可以是可摆动的挡板，通过摆动角度调整物料流动的截面控制流量，都属于本发明创造的保护范围。

更进一步，所述的输料管包括主输料管1123和套在主输料管1123内的辅助输料管1124，辅助输料管1124与辅助喷头1122连接，主输料管1123与主喷头1121连接，主输料管1123和辅助输料管1124中可以运输不同种类的物料同时打印。此外，截流机构也可以设置在两个辅助喷头1122与辅助输料管的连接处，同时控制控制两个辅助喷头1122内的物料，虽然无法对两个辅助喷头1122 分别进行调整，但是结构更加简单，稳定性也更好。

再进一步，所述无人机1上还设有中间料仓4，中间料仓4可以设置在机架 110上也可以设置在动平台220上，中间料仓4的一端通过输料管与地面上的料仓3连接，另一端通过输料管与打印喷头112连接，中间料仓4中设有搅拌机构，中间料仓4可以代替地面上的料仓3对干物料(如生石灰)加水和添加剂等搅拌加工为湿物料(如混凝土)，不仅能够使打印出的物料更均匀，而且干物料、水和添加剂等的粘稠度比湿物料的小，因此更便于给无人机1供料，对无人机1供料的反冲作用力也更小。具体的，所述的中间料仓4包括可旋转地螺旋型的搅挤叶片3a、驱动搅挤叶片3a旋转的泵送电机3b、输入口3c和挤出口 3g、安装在挤出口3g处的挤出监控阀3e；监控阀3e位于挤出口3g与3D打印喷头112之间；输入口3c用于地面上混合后的原料通过，挤出口3g与打印喷头112连接；泵送电机3b带动搅挤叶片3a转动搅拌并将原料从挤出口3g挤到打印喷头112中。显然，打印喷头112也可以采用其它的结构。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明创造所作的进一步详细说明，不能认定本发明创造的具体实施只局限于这些说明。对于本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。