一种履带式3D打印移动机器人的制作方法

本实用新型属于3d打印设备领域，具体涉及一种履带式3d打印移动机器人。

背景技术：

随着国家战略《中国制造2025》的智能制造工程、工业4.0等概念的普及，3d打印技术正在变得越来越普及。3d打印技术最早出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物，这打印技术称为3d立体打印技术。

具体来看，3d打印(英语：3dprinting)，属于快速成形技术的一种，它是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术(即“积层造形法”)。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，特别是一些高价值应用(比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件，意味着“3d打印”这项技术的普及。

2010年3月，一位名为恩里科·迪尼(enricodini)的实用新型家设计出了一种神奇的3d打印机，这种打印机比常规方法要快四倍，而且所使用的原料也只有原来的三分之一到二分之一，更重要的是几乎不会产生任何废弃物。这也是3d打印技术的优势之一，能够做到几乎将原料全部利用，不产生废料。但与此同时，我们也看到目前的3d打印设备都为框架结构，打印头在框架内移动，打印物件在框架中成型，这使得打印物件、打印方式等都受3d打印机的框架限制，即3d打印对象的空间范围受3d打印机的框架的物理空间大小限制了。在该前提下，一些大体积的物体只能先分解成小零件逐个3d打印，最后再组装，这增加了成本也降低了打印效率，同时对物件整体的牢固度、稳定性都有影响。

基于以上存在的问题，本申请对移动式的3d打印装备进行了设计和研究。

技术实现要素：

针对以上现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种履带式3d打印移动机器人，打破了现有技术中框架式3d打印设备的物理空间限制，有别于传统3d打印机的小空间打印，可以打印大物件。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决。

一种履带式3d打印移动机器人，至少包括：打印主体、高度调节装置和履带式移动承载装置，其中：所述打印主体，用于实施平面3d打印；所述高度调节装置，与所述打印主体绞合相连，用于上升或者下降所述打印主体；所述履带式移动承载装置，与所述高度调节装置固连，用于承载所述高度调节装置，并且在地面进行履带行走。本申请中的3d打印移动机器人，改变了传统的3d打印设备的框架式结构，彻底到了3d打印时的空间限制，在打印时，履带式移动承载装置可以带着打印主体和高度调节装置在打印区域中自由移动，配合高度调节装置可以实现打印主体的平移和升降移动，便于打印大物件。

作为优选，所述高度调节装置包括云梯式升降装置、塔吊式升降装置、伸缩式升降装置中的一种或多种的组合，这些可升降装置可以实现打印主体的上下移动。

作为优选，所述打印主体的外形包括圆柱状、棱柱状、球状、锥状、圆锥状、圆台状、锥台状中的一种或多种的组合，用于保证移动时稳定性和升降时的精度。

作为优选，所述打印主体包括打印头、打印材料存储腔，其中：所述打印头，用于出料堆叠；所述打印材料存储腔，用于存储打印材料；所述打印材料存储腔与所述打印头通过管道连接，并向所述打印头提供所述打印材料。打印头中的料直接来自于打印材料存储腔，尤其当整体打印装备的体积较大时，储料装置中可以存放较多的打印料。

作为优选，所述打印头包括：伸缩式打印头、垂向摆动式打印头中的一种或两种；所述伸缩式打印头用于实施远处或近处的出料堆叠；所述垂向摆动式打印头，用于实施低处或高处的出料堆叠。这些打印头的结构使得打印头本身具有一定的可动性，对于小范围的打印，打印主体可以固定不动，只依靠打印头的伸缩、摆动等操作来实现打印。

作为优选，所述打印材料存储腔为可拆卸式存储腔，方便加料。

作为优选，所述打印材料存储腔设有可供装载所述打印材料的灌料口。

作为优选，本申请中的履带式3d打印移动机器人还包括：移动路径识别装置和/或打印对象识别装置，所述移动路径识别装置，用于识别标志于地面的路径指示标记；所述打印对象识别装置，用于识别被打印对象的位置信息或者完成程度信息，使打印头在打印过程中能够准确定位。

作为优选，所述移动路径识别装置或打印对象识别装置为图像模块，所述图像模块包括摄像头、图像识别子模块和图像对比子模块，用于进行获取图像、识别图像、图像对比等程序。

作为优选，本申请中的履带式3d打印移动机器人还包括：打印控制计算机，用于控制所述3d打印移动机器人的打印顺序、打印路径、打印进度、打印精度、打印间隔、打印密度、打印形状、移动方式中的一种或多种。

作为优选，所述打印控制计算机包括：cpu、gpu、mem、hdd、i/o设备和通讯芯片。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：提供了一种履带式3d打印移动机器人，开放式自由移动的打印方式能够打印目前框架式3d打印难以打印的大物件和奇异物件，避免了分散打印再组装的麻烦，提高了生产效率，扩大了3d打印技术的应用领域。

附图说明

图1为本实用新型中的履带式3d打印移动机器人的立体图。

图2为本实用新型中的履带式3d打印移动机器人在打印过程中的示意图一。

图3为本实用新型中的履带式3d打印移动机器人在打印过程中的示意图二。

图4为本实用新型中一种摆动式打印头的摆动状态示意图。

图5为本实用新型中一种滑动式打印头的状态示意图。

图6为本实用新型中的打印场地的示意图。

图7为本实用新型中的履带式3d打印移动机器人在打印场地中的工作的示意图。

图8为本实用新型中的3d打印步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型中涉及的一种履带式3d打印移动机器人，至少包括：打印主体、高度调节装置和履带式移动承载装置，其中：所述打印主体，用于实施平面3d打印；所述高度调节装置，与所述打印主体绞合相连，用于上升或者下降所述打印主体；所述履带式移动承载装置，与所述高度调节装置固连，用于承载所述高度调节装置，并且在地面进行履带行走。

本申请中，所述高度调节装置包括云梯式升降装置、塔吊式升降装置、伸缩式升降装置中的一种或多种的组合。所述打印主体的外形包括圆柱状、棱柱状、球状、锥状、圆锥状、圆台状、锥台状中的一种或多种的组合，也可以为其他的可以实现的外形结构。

此外，本申请中，所述打印主体包括打印头、打印材料存储腔，其中：所述打印头，用于出料堆叠；所述打印材料存储腔，用于存储打印材料；所述打印材料存储腔与所述打印头通过管道连接，并向所述打印头提供所述打印材料，所述打印材料存储腔为可拆卸式存储腔，打印材料存储腔上设有可供装载所述打印材料的灌料口。

具体的，所述打印头包括：伸缩式打印头、垂向摆动式打印头中的一种或两种；所述伸缩式打印头用于实施远处或近处的出料堆叠；所述垂向摆动式打印头，用于实施低处或高处的出料堆叠。在打印头的具体实施结构中，所述打印头还可以为折叠式打印头、摆动式打印头、叉形臂式打印头中的一种或多种，也可以为现有技术中的其他可以在一定范围内移动的打印头结构。

此外，本申请中的履带式3d打印移动机器人，还包括：移动路径识别装置和/或打印对象识别装置；所述移动路径识别装置，用于识别标志于地面的路径指示标记；所述打印对象识别装置，用于识别被打印对象的位置信息或者完成程度信息。所述移动路径识别装置或打印对象识别装置为图像模块，所述图像模块包括摄像头、图像识别子模块和图像对比子模块。

此外，本申请中的履带式3d打印移动机器人，还包括：打印控制计算机，用于控制所述3d打印移动机器人的打印顺序、打印路径、打印进度、打印精度、打印间隔、打印密度、打印形状、移动方式中的一种或多种。所述打印控制计算机包括：cpu、gpu、mem、hdd、i/o设备和通讯芯片。该打印控制计算机也可以为其他可以实现控制功能的处理装置。

以下结合附图对本申请中的具体实施例做详细说明。

实施例一

如图1所示，履带式3d打印移动机器人，包括打印主体2、打印辅体，其中：该打印主体2为圆柱状结构，该圆柱状的打印主体2的一侧伸出有打印头21，打印头21上设有用于出料的打印嘴211。该打印辅体包括可高度调节装置1和可移动装置，本实施方式中，高度调节装置1为单轴式升降装置，可移动装置为设于该单轴式升降装置底部的履带式移动装置3，具体的，为对称设计的履带式结构，两个履带结构之间设有安装平台31，单轴式升降装置设于该安装平台31上。本实施方式中，单轴式升降装置穿过打印主体2的中部并可使打印主体2在单轴式升降装置上上下升降。此外，本实施方式中，履带结构的外圈套有摩擦环，具体为橡胶圈，增加与地面之间的摩擦力，避免移动时打滑，提高移动时的准确度。

单轴式升降装置的升降驱动方式可以为气缸/液压缸驱动升降、齿轮齿条啮合升降、丝杆升降等。具体可以为：(1)安装平台31上的气缸/液压缸驱动其伸缩轴伸缩，实现打印主体2的升降；(2)单轴上设有齿条，打印主体2上设有与其啮合的电机控制的齿轮，齿轮正反转动可以实现打印主体2的升降；(3)单轴内部设有可转动的丝杆，丝杆与打印主体2之间螺纹配合，且单轴内部设有贯穿打印主体2的导向杆，防止其周转，如此，当丝杆转动时，打印主体2可上下升降。当然，也可以为现有技术中适用于单轴结构的其他升降方式。

图2为履带式3d打印装备在打印过程中的示意图，从图中可以看出，3d打印装备处于被打印物件一92的一侧，其上的打印头处于被打印物件一92的上方实施打印操作，必要时，履带式3d打印装备可以在履带式移动装置3的带动下绕着被打印物件一92移动，方便寻找到最合适的打印位置。

图3为履带式3d打印装备在打印过程中的示意图，从图中可以看出，3d打印装备处于被打印物件二91的一侧，其上的打印头处于被打印物件二91的上方实施打印操作，该被打印物件二91具有很大的占地，因此3d打印装备可以在履带式移动装置3的带动下绕着打印物件二91移动，同时进行3d打印操作。

此外，图4为本实用新型中一种摆动式打印头的摆动状态示意图，其中的打印头21转动设于打印主体2上，通过可控的转动打印头2可以实现打印头的位置调整，便于定位打印位置。图5为本实用新型中一种滑动式打印头的状态示意图，其中的打印头21套在滑杆式的打印主体2上，且打印头21可以在打印主体2上滑动，如通过轨道轮、齿轮啮合等方式，可以实现打印头的位置调整，便于定位打印位置。以上两种结构也可以引用于本申请中的3d打印装备上。

以上实施例中，打印主体2中还包括储料装置，用于存储打印材料，并将料送至打印头进行熔融出料，该储料装置与打印主体2之间可以为拆卸式结构，便于加料，可以是储料装置上设有灌料口，可以直接加料。

以上实施例中，履带式3d打印装备上还包括移动路径识别装置和/或打印对象识别装置和/或打印控制计算机，其中：所述移动路径识别装置，用于识别标志于场地的路径指示标记或指示信号，如通过影像来识别场地路径信息，或者通过近场通讯技术(如rfid技术)来识别场地上的位置指示信号进而获得路径信息；所述打印对象识别装置，用于识别被打印对象的位置信息或者完成程度信息，如通过影像来识别被被打印物件。

具体的，所述移动路径识别装置或打印对象识别装置为图像模块，所述图像模块包括摄像头、图像识别子模块和图像对比子模块，摄像头可以设于3d打印装备的下部和打印位置处，分别用于获取场地路径信息和被打印物件信息；所述打印控制计算机用于控制所述自由移动式3d打印装备的打印顺序、打印路径、打印进度、打印精度、打印间隔、打印密度、打印形状、移动方式中的一种或多种。在一种可实施的方案中，所述打印控制计算机包括：cpu、gpu、mem、hdd、i/o设备和/或通讯芯片。3d打印机器人除了机械结构以外，还有电气结构和控制系统，cpu相当于机器人的大脑，进行统筹；gpu与各摄像头相连相当于机器人的眼睛，进行对三维世界的识别；mem是辅助cpu进行计算的半导体器件；hdd相当于机器人的记忆，该记忆可以被植入，比如被打印对象的3d空间数据；i/o设备和通讯芯片是相互配合运作的，相当于机器人的神经系统，工作前或者工作过程中，负责收取打印指令、被打印对象的3d空间数据等；工作过程中cpu会控制机器人的输出设备，比如移动轮或者移动足部、打印嘴的出料等等。该打印控制计算机也可以为其他可以实现控制功能的处理装置；现有技术中有成熟的移动路径识别技术、物件影像识别技术、影像对比技术、3d打印控制技术等，可以用于本申请中。

此外，本申请中，打印主体2中的3d打印组件，如打印头、打印嘴、熔融腔等，为现有技术中常规结构。本申请中的用电单元通过电线接入到电网中使用，或者与3d打印装备中的蓄电池连接进行工作。本申请中的气缸、液压杆、电机等都为常规的机械装置，其开关和控制方式也为常规机械，此外，本申请中履带式移动装置的驱动方式也为常规技术，实现装备的自由移动。

图6为本实用新型中的打印场地的示意图，该打印场地可以为桌面、室内地面、室外地面等，可根据打印物件的大小选择。该打印场地上设有路径指示标记或指示信号，如可被识别的色块、斑点、二维码、条码、交错的路径线条等，也可以为布置在场地上的rfid芯片、地磁块或者led地灯等，图6的实施例中所示为纵横交错的网格线5。图7为本实用新型中的3d打印装备在打印场地中的工作的示意图，打印过程中，先将3d打印装备放置在场地上的特定位置进行初始定位，接着3d打印装备上的移动路径识别装置中的摄像头可以在移动过程中根据经过的网格线5的数量和节点的数量，结合移动的方向，实现3d打印装备在场地上的准确定位，进而实施3d打印操作。

本实用新型中的履带式3d打印移动机器人的3d打印方法，如图8所示，包括如下步骤：

s100：获取3d打印对象的信息：3d打印对象的信息可以来自计算机上的建模信息，也可以来此3d扫描机扫描物件后生产的数据信息，也可以是其他方式产品的可被识别的模型信息。

s200：实时识别标志于场地的路径指示标记或指示信号，根据指示标记或指示信号移动至打印位置：将3d打印装备放置在场地上之后，3d打印装备通过移动路径识别装置先确定其在场地上的位置，然后根据物件模型信息移动至合适的位置，准备打印。

s300：根据所述3d打印对象的信息，实施3d打印：根据物件模型信息移动至合适的位置后，开始3d打印操作，打印过程中、移动过程中实时识别标志于场地的路径指示标记或指示信号，用于准确定位。

其中，步骤s300包括以下细分步骤中的一步或多步：

s310：根据路径指示标记或指示信号，降低打印头，在地面实施3d打印，该步骤发生在3d打印初始阶段，从地面开始打印，随着打印的进行，物件高度增加，打印主体2及打印头随着上升。

s320：实时识别所述3d打印对象的位置信息或者完成程度信息，相应抬高所述打印头的打印角度，对所述3d打印对象实施3d打印；该过程发生在打印进行中，通过打印对象识别装置获取打印物件的影像，通过与模型数据对比判断打印进度、物件高度、是否有打印差错等情况，以便调整打印头的位置，继续打印操作，如本步骤中，当打印头的打印角度过低时，相应抬高所述打印头的打印角度。

s330：实时识别所述3d打印对象的位置信息或者完成程度信息，相应伸缩所述打印头的打印深度，对所述3d打印对象实施3d打印；该过程发生在打印进行中，通过打印对象识别装置获取打印物件的影像，通过与模型数据对比判断打印进度、物件高度、是否有打印差错等情况，以便调整打印头的位置，继续打印操作，如本步骤中，当打印头的水平位置有偏差时，相应的伸缩打印头进行调整。

s350：实时识别所述3d打印对象的位置信息或者完成程度信息，相应地通过可升降装置来上升，或者下降打印主体，对所述3d打印对象实施3d打印；该过程发生在打印进行中，通过打印对象识别装置获取打印物件的影像，通过与模型数据对比判断打印进度、物件高度、是否有打印差错等情况，以便调整打印头的位置，继续打印操作，如本步骤中，当打印头上下位置偏差较大，或需要大距离升降时，通过可升降装置进行调整。

以上3d打印方法中的步骤，其序号不代表步骤之间的先后顺序，实际打印过程中可以根据需要选择其中的步骤进行。

以上所述，本实用新型中的履带式3d打印移动机器人，打破了目前框架式的结构，大大扩展的可打印物件的类型。现有3d打印技术中，大物件只能通过拆开后分别打印再组装，本申请中可以直接在场地上打印出大物件，大大节约了时间和工序，提高了生产效率，扩大了3d打印技术的应用领域。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。