一种无人机式三维建筑打印机的制作方法

本发明涉及一种三维打印机，具体是一种无人机式三维建筑打印机。

背景技术

现有的三维建筑打印机均采用框架式结构，工作空间有限，无法满足大尺寸建筑的打印需求，只能采用局部模块打印然后整体拼接的工作方式；此外，由于机器体积较大，无法进行现场打印，打印出的建筑模块还需装车运输，成本高、效率低。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种无人机式三维建筑打印机，通过视觉装置提供环境信息进行控制，通过旋翼组件和旋翼位姿调整组件控制三维建筑打印机的运动路径和姿态，通过挤出机位姿调整组件控制打印喷头的位姿，通过材料输送管道和挤出机输送建筑打印材料，通过打印喷头控制所挤出材料的形状和尺寸，快速实现自适应的三维建筑打印，在指定位置打印出指定形态的建筑物。此外，在一组或两组旋翼组件发生故障时，还可通过多旋翼夹角调整组件调整各旋翼组件的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。本发明运动自由度高、灵活性强，工作效率高、成本低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无人机式三维建筑打印机，其特征在于，它包括打印喷头、材料输送管道、飞行平台、多旋翼夹角调整组件、旋翼组件、旋翼位姿调整组件、视觉装置、挤出机以及挤出机位姿调整组件。本发明是一种无人机式三维建筑打印机，通过视觉装置提供环境信息进行控制，通过旋翼组件和旋翼位姿调整组件控制三维建筑打印机的运动路径和姿态，通过挤出机位姿调整组件控制打印喷头的位姿，通过材料输送管道和挤出机输送建筑打印材料，通过打印喷头控制所挤出材料的形状和尺寸，快速实现自适应的三维建筑打印，在指定位置打印出指定形态的建筑物。此外，在一组或两组旋翼组件发生故障时，还可通过多旋翼夹角调整组件调整各旋翼组件的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。本发明运动自由度高、灵活性强，工作效率高、成本低。

所述的旋翼组件包括螺旋桨、螺旋桨旋转轴承、螺旋桨承载架以及螺旋桨旋转电机；螺旋桨旋转轴承的内外圈分别与螺旋桨和螺旋桨承载架螺栓固定，螺旋桨旋转电机的机体通过螺栓固定在螺旋桨承载架上，其输出轴与螺旋桨键连接，并通过挡片和螺栓轴向定位；螺旋桨旋转电机输出轴相对于其机体绕其轴线的旋转运动，带动螺旋桨相对于螺旋桨承载架旋转，通过空气的反作用力形成一个垂直于旋翼组件平面的力，为无人机式三维建筑打印机的移动提供前提条件。

所述的旋翼位姿调整组件包括旋翼运动球铰副、旋翼运动伸缩轴、旋翼运动液压球铰以及旋翼位姿调整座；旋翼运动球铰副有三组，其固定端间隔120度焊接在螺旋桨承载架上；旋翼运动液压球铰有三组，其固定端间隔120度焊接在旋翼位姿调整座上；旋翼运动伸缩轴有三组，其两端分别与旋翼运动球铰副活动端和旋翼运动液压球铰活动端焊接在一起，从而构成并联式位姿调整装置，旋翼运动液压球铰活动端相对于其固定端绕过其球心点任意轴线的旋转运动，结合旋翼运动伸缩轴一端相对于另一端沿其轴线的直线移动，灵活调整螺旋桨承载架相对于旋翼位姿调整座的位姿，从而调整旋翼组件所承受空气反作用力的方向，再通过螺旋桨旋转电机的转速来调整作用力的大小，从而灵活调整无人机式三维建筑打印机的整体受力状态，实现多种姿态下的移动与悬停，快速通过障碍物到达打印起点，并操纵其沿指定路径运动，结合挤出机和挤出机位姿调整组件的工作实现自适应的三维建筑打印。

所述的多旋翼夹角调整组件包括旋翼夹角调整臂和旋翼臂弧形运动装置；旋翼臂弧形运动装置由360度圆形滑轨和四个能在滑轨上自如运动的滑块组成，旋翼臂弧形运动装置的滑轨与飞行平台焊接在一起，其滑块与旋翼夹角调整臂的一端螺栓固定，旋翼夹角调整臂的另一端与旋翼位姿调整座螺栓固定；旋翼臂弧形运动装置滑块沿其滑轨的自如运动，通过旋翼夹角调整臂带动相应旋翼组件沿旋翼臂弧形运动装置的滑块自如运动，实现相邻旋翼组件之间的夹角调整，当一到两个旋翼组件发生故障时，调整无人机式三维建筑打印机各旋翼的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。

所述的打印喷头的材料挤出口可采用多种形状多种尺寸，以使用不同的打印需求。

所述的挤出机位姿调整组件包括包括挤出机运动球铰副、挤出机运动伸缩轴以及挤出机运动液压球铰；挤出机运动球铰副有三组，其固定端间隔120度焊接在挤出机上；挤出机运动液压球铰有三组，其固定端间隔120度焊接在飞行平台上；挤出机运动伸缩轴有三组，其两端分别与挤出机运动球铰副活动端和挤出机运动液压球铰活动端焊接在一起，从而构成并联式位姿调整装置，挤出机运动液压球铰活动端相对于其固定端绕过其球心点任意轴线的旋转运动，结合挤出机运动伸缩轴一端相对于另一端沿其轴线的直线移动，灵活调整挤出机相对于飞行平台的位姿，从而使得在飞行平台的任意姿态下打印喷头都能以最佳的角度进行材料堆积，以保证三维建筑打印的成型质量。

本发明是一种无人机式三维建筑打印机，通过视觉装置提供环境信息进行控制，通过旋翼组件和旋翼位姿调整组件控制三维建筑打印机的运动路径和姿态，通过挤出机位姿调整组件控制打印喷头的位姿，通过材料输送管道和挤出机输送建筑打印材料，通过打印喷头控制所挤出材料的形状和尺寸，快速实现自适应的三维建筑打印，在指定位置打印出指定形态的建筑物。此外，在一组或两组旋翼组件发生故障时，还可通过多旋翼夹角调整组件调整各旋翼组件的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。本发明运动自由度高、灵活性强，工作效率高、成本低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种无人机式三维建筑打印机原理示意图；

图中：1、打印喷头，2、材料输送管道，3、飞行平台，4、多旋翼夹角调整组件，5、旋翼组件，6、旋翼位姿调整组件，7、视觉装置，8、挤出机，9、挤出机位姿调整组件。

图2为本发明实施例提供的旋翼组件原理示意图；

图中：5.1、螺旋桨，5.2、螺旋桨旋转轴承，5.3、螺旋桨承载架，5.4、螺旋桨旋转电机。

图3为本发明实施例提供的旋翼位姿调整组件原理示意图；

图中：6.1、旋翼运动球铰副6.1，6.2、旋翼运动伸缩轴，6.3、旋翼运动液压球铰，6.4、旋翼位姿调整座。

图4为本发明实施例提供的多旋翼夹角调整组件原理示意图；

图中：4.1、旋翼夹角调整臂，4.2、旋翼臂弧形运动装置。

图5为本发明实施例提供的四旋翼运动模式图。

图6为本发明实施例提供的当一个旋翼发生故障时的三旋翼运动模式图。

图7~8为本发明实施例提供的当两个旋翼发生故障时的两旋翼运动模式图。

图9为本发明实施例提供的挤出机位姿调整组件原理示意图；

图中：9.1、挤出机运动球铰副，9.2、挤出机运动伸缩轴，9.3、挤出机运动液压球铰。

图10为本发明实施例提供的飞行姿态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，是本发明实施例提供的一种无人机式三维建筑打印机原理示意图，它包括打印喷头1、材料输送管道2、飞行平台3、多旋翼夹角调整组件4、旋翼组件5、旋翼位姿调整组件6、视觉装置7、挤出机8以及挤出机位姿调整组件9。本发明是一种无人机式三维建筑打印机，通过视觉装置7提供环境信息进行控制，通过旋翼组件5和旋翼位姿调整组件6控制三维建筑打印机的运动路径和姿态，通过挤出机位姿调整组件9控制打印喷头1的位姿，通过材料输送管道2和挤出机8输送建筑打印材料，通过打印喷头1控制所挤出材料的形状和尺寸，快速实现自适应的三维建筑打印，在指定位置打印出指定形态的建筑物。此外，在一组或两组旋翼组件5发生故障时，还可通过多旋翼夹角调整组件4调整各旋翼组件5的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。本发明运动自由度高、灵活性强，工作效率高、成本低。

请参阅图2，是本发明实施例提供的旋翼组件原理示意图，它包括螺旋桨5.1、螺旋桨旋转轴承5.2、螺旋桨承载架5.3以及螺旋桨旋转电机5.4；螺旋桨旋转轴承5.2的内外圈分别与螺旋桨5.1和螺旋桨承载架5.3螺栓固定，螺旋桨旋转电机5.4的机体通过螺栓固定在螺旋桨承载架5.3上，其输出轴与螺旋桨5.1键连接，并通过挡片和螺栓轴向定位；螺旋桨旋转电机5.4输出轴相对于其机体绕其轴线的旋转运动，带动螺旋桨5.1相对于螺旋桨承载架5.3旋转，通过空气的反作用力形成一个垂直于旋翼组件5平面的力，为无人机式三维建筑打印机的移动提供前提条件。

请参阅图3，是本发明实施例提供的旋翼位姿调整组件原理示意图，它包括旋翼运动球铰副6.1、旋翼运动伸缩轴6.2、旋翼运动液压球铰6.3以及旋翼位姿调整座6.4；旋翼运动球铰副6.1有三组，其固定端间隔120度焊接在螺旋桨承载架5.3上；旋翼运动液压球铰6.3有三组，其固定端间隔120度焊接在旋翼位姿调整座6.4上；旋翼运动伸缩轴6.2有三组，其两端分别与旋翼运动球铰副6.1活动端和旋翼运动液压球铰6.3活动端焊接在一起，从而构成并联式位姿调整装置，旋翼运动液压球铰6.3活动端相对于其固定端绕过其球心点任意轴线的旋转运动，结合旋翼运动伸缩轴6.2一端相对于另一端沿其轴线的直线移动，灵活调整螺旋桨承载架5.3相对于旋翼位姿调整座6.4的位姿，从而调整旋翼组件5所承受空气反作用力的方向，再通过螺旋桨旋转电机5.4的转速来调整作用力的大小，从而灵活调整无人机式三维建筑打印机的整体受力状态，实现多种姿态下的移动与悬停，快速通过障碍物到达打印起点，并操纵其沿指定路径运动，结合挤出机8和挤出机位姿调整组件9的工作实现自适应的三维建筑打印。

请参阅图4，是本发明实施例提供的多旋翼夹角调整组件原理示意图，它包括旋翼夹角调整臂4.1和旋翼臂弧形运动装置4.2；旋翼臂弧形运动装置4.2由360度圆形滑轨和四个能在滑轨上自如运动的滑块组成，旋翼臂弧形运动装置4.2的滑轨与飞行平台3焊接在一起，其滑块与旋翼夹角调整臂4.1的一端螺栓固定，旋翼夹角调整臂4.1的另一端与旋翼位姿调整座6.4螺栓固定；旋翼臂弧形运动装置4.2滑块沿其滑轨的自如运动，通过旋翼夹角调整臂4.1带动相应旋翼组件5沿旋翼臂弧形运动装置4.2的滑块自如运动，实现相邻旋翼组件5之间的夹角调整，当一到两个旋翼组件5发生故障时，调整无人机式三维建筑打印机各旋翼的相对位置，以达到新的运动平衡继续工作。

请参阅图5，是本发明实施例提供的四旋翼运动模式图。

请参阅图6，是本发明实施例提供的当一个旋翼发生故障时的三旋翼运动模式图。

请参阅图7~8，是本发明实施例提供的当两个旋翼发生故障时的两旋翼运动模式图。

请参阅图9，是本发明实施例提供的挤出机位姿调整组件原理示意图，它包括包括挤出机运动球铰副9.1、挤出机运动伸缩轴9.2以及挤出机运动液压球铰9.3；挤出机运动球铰副9.1有三组，其固定端间隔120度焊接在挤出机8上；挤出机运动液压球铰9.3有三组，其固定端间隔120度焊接在飞行平台3上；挤出机运动伸缩轴9.2有三组，其两端分别与挤出机运动球铰副9.1活动端和挤出机运动液压球铰9.3活动端焊接在一起，从而构成并联式位姿调整装置，挤出机运动液压球铰9.3活动端相对于其固定端绕过其球心点任意轴线的旋转运动，结合挤出机运动伸缩轴9.2一端相对于另一端沿其轴线的直线移动，灵活调整挤出机8相对于飞行平台3的位姿，从而使得在飞行平台3的任意姿态下打印喷头1都能以最佳的角度进行材料堆积，以保证三维建筑打印的成型质量。如图10所示，本发明能够在各种角度下悬停，并且由于旋翼组件的朝向是可以改变的，所以无人机在空中悬停或者移动中可以保持多种姿态。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。