一种基于双平行四边形驱动机构的3D打印机驱动机构的制作方法

本发明涉及3d打印机驱动领域，具体是一种基于双平行四边形驱动机构的3d打印机驱动机构。

背景技术：

3d打印机广泛应用于工业产品打印，食品打印，模型制作等领域。3d打印机由运动驱动机构和打印装置组成。3d打印机有三个自由度，即：xyz三个方向的平移运动。3个方向3个自由度配合打印装置即可在空间范围打印出三维物品。xyz三个方向运动的驱动结构传统机构有两种，一种是三个电机分别控制xyz三个方向运动，三个方向运动配合打印出所需物品的三维形态。这种结构控制较为简单，三个电机分别控制，打印精度较低；另一种是delta型结构，利用三个呈120度分布的电机分别驱动三个臂进行配合运动，实现末端动平台在三维空间的移动。这种结构打印效率较高，但控制复杂，需要三个电机按事先计算好的算法控制路径相互通信配合运动，从而实现打印末端的三维移动。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于双平行四边形驱动机构的3d打印机驱动机构，它机构结构简单、控制灵活，打印精度高。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种基于双平行四边形驱动机构的3d打印机驱动机构，包括xy方向驱动机构、双平行四边形驱动机构、动平台、升降机构、z方向驱动机构和工作台；所述xy方向驱动机构与双平行四边形驱动机构的动力输入端传动连接，所述双平行四边形驱动机构的动力输出端与动平台传动连接，所述动平台上设置打印机喷头；所述工作台通过升降机构实现工作台在z轴方向的移动，所述升降机构通过z方向驱动机构控制驱动。

所述xy方向驱动机构包括第一伺服电机、第一减速机、第二伺服电机、第二减速机，所述第一减速机、第二减速机设置在静平台的底端；所述双平行四边形驱动机构包括静平台、第一上臂、与第一上臂等长的副上臂、连接板、第一下臂、与第一下臂等长的副下臂、与第一上臂等长的第二上臂、与第一下臂等长的第二下臂；

所述第一伺服电机传动连接有第一减速机，所述第一减速机与第一上臂一端传动连接，所述第一上臂另一端与第一下臂一端铰接，所述第一下臂另一端与动平台上的连接件铰接；所述副上臂一端与静平台铰接，所述副上臂另一端与连接板铰接，所述第一上臂与第一下臂的铰接处还与连接板铰接，所述静平台、第一上臂、副上臂、连接板组成一组平行四边形机构；所述副下臂一端与连接板铰接，所述副下臂另一端与连接件铰接，所述连接板、第一下臂、副下臂、连接件组成第二组平行四边形机构；两组平行四边形机构串联静平台与动平台从而保持动平台始终保持一个方向；

所述第二伺服电机传动连接有第二减速机，所述第二减速机与第二上臂一端传动连接，所述第二上臂另一端与第二下臂一端铰接，所述第二下臂另一端与动平台铰接。

所述第一下臂第二下臂均由两根下臂杆组成，两根下臂杆之间由固定件连接固定；所述副上臂均由两根上臂副杆组成，所述副下臂均由两根下臂副杆组成。

所述升降机构为丝杠丝母传动机构，所述工作台底部设置支撑板，所述丝杠丝母传动机构包括从动丝杠、传动丝母，所述传动丝母转动连接在支撑板上，所述从动丝杠顶部与工作台底部固定，所述传动丝母通过z方向驱动机构驱动转动。

所述支撑板上设有导向套，所述工作台底部设有导向柱，所述导向柱与导向套滑动连接。

所述z方向驱动机构包括第三伺服电机和皮带传动机构，所述皮带传动机构包括主动带轮、传动皮带和从动带轮，所述第三伺服电机通过第三减速器与主动带轮传动连接，所述从动带轮固定在传动丝母外圆上。

还包括调节机构，所述调节机构包括滑板、固定座和调节螺栓；所述滑板滑动连接在支撑板上，所述主动带轮和第三减速器均设置在滑板上，所述固定座设置在支撑板的一侧，所述调节螺栓与固定座上的螺纹孔螺纹传动连接，所述调节螺栓末端与滑板连接。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

本装置是一种基于双平行四边形驱动机构的3d打印机驱动机构，这种双平行四边形驱动机构的设计模型目前只是广泛应用于二自由度高速并联机械手，两个平行四边形机构外加4个转动副组成可在xy平面做双自由度运动的运动机构，安装于动平台上的打印机喷头可在其工作范围内实现两自由度移动。故该打印机喷头可实现某一平面内两自由度方向打印；而工作台可精确在z轴方向升降，作为3d打印平台；两者结合可实现x、y、z三个方向自由度，故承载在动平台上的打印机喷头即可实现3d打印。本机构已经目前应用成熟，相比于delta型结构，它机构结构简单、控制灵活，打印精度高。

附图说明

附图1是本发明三维结构示意图。

附图2是本发明三维结构示意图。

附图3是本发明俯视图。

附图4是本发明三维结构示意图。

附图5是本发明附图4中i部放大图。

附图中所示标号：

1、动平台；2、工作台；3、打印机喷头；4、第一伺服电机；5、第一减速机；6、第二伺服电机；7、第二减速机；8、静平台；9、第一上臂；10、副上臂；11、连接板；12、第一下臂；13、副下臂；14、第二上臂；15、第二下臂；16、连接件；17、支撑板；18、从动丝杠；19、传动丝母；20、导向套；21、导向柱；22、第三伺服电机；23、主动带轮；24、传动皮带；25、从动带轮；26、第三减速器；27、滑板；28、固定座；29、调节螺栓；30、喷头支架。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

目前应用广泛地的3d打印机构为delta型结构，它是利用三个呈120度分布的电机分别驱动三个臂进行配合运动，实现末端动平台1在三维空间的移动。这种结构虽然打印效率较高，但控制结构相对复杂，编程程序算法相对繁琐，需要三个电机按事先计算好的算法控制路径相互通信配合运动，从而实现打印末端的三维移动。本专利的核心技术内容是一个双平行四边形驱动机构，双平行四边形驱动机构在二自由度高速并联机械手领域已经应用成熟，两个平行四边形机构外加4个转动副组成可在xy平面做双自由度运动的运动机构，安装于动平台1上的打印机喷头3可在其工作范围内实现两自由度移动。故该打印机喷头3可实现某一平面内两自由度方向打印；而工作台2作为3d打印平台可精确在z轴方向升降；两者结合可实现x、y、z三个方向自由度，故承载在动平台1上的打印机喷头3即可实现3d打印。总体评价而言本机构相比于delta型结构，它机构结构简单、控制灵活，打印精度高。而以下是本专利申请的详细技术内容和原理解释，结合说明书附图进行理解。

本装置的技术内容概述如下：本发明所述是一种基于双平行四边形驱动机构的3d打印机驱动机构，主体结构包括xy方向驱动机构、双平行四边形驱动机构、动平台1、升降机构、z方向驱动机构和工作台2；所述xy方向驱动机构与双平行四边形驱动机构的动力输入端传动连接(即下述内容中与第一上臂9的一端和第二上臂14的一端连接)，所述双平行四边形驱动机构的动力输出端与动平台1传动连接(即下述内容中与第一下臂12的末端和第二下臂15的末端连接)，所述动平台1上的喷头支架30上设置打印机喷头3；所述工作台2通过升降机构实现工作台2在z轴方向的移动，所述升降机构通过z方向驱动机构控制驱动。

总结一下：本发明包括papa-4r运动副机构和升降工作台2。papa-4r运动副机构是为了清晰表达双平行四边形机构进行的机构简称，pa代表平行四边形运动机构。papa代表两个串联的平行四边形机构。r代表转动副。papa-4r运动副即两个平行四边形机构加4个r运动副组成的可在xy平面做双自由度运动的运动机构。papa-4r运动副机构提供xy方向运动自由度，升降工作台2提供z方向运动自由度。

对于xy方向驱动机构、双平行四边形驱动机构的具体结构再做以下详细解释：

xy方向驱动机构、双平行四边形驱动机构的具体结构部件：所述xy方向驱动机构的主要结构部件包括第一伺服电机4、第一减速机5、第二伺服电机6、第二减速机7，所述第一减速机5、第二减速机7设置在静平台8的底端；所述双平行四边形驱动机构包括静平台8、第一上臂9、与第一上臂9等长的副上臂10、连接板11、第一下臂12、与第一下臂12等长的副下臂13、与第一上臂9等长的第二上臂14、与第一下臂12等长的第二下臂15；

xy方向驱动机构、双平行四边形驱动机构的部件连接结构：所述第一伺服电机4传动连接有第一减速机5，所述第一减速机5与第一上臂9一端传动连接，所述第一上臂9另一端与第一下臂12一端铰接，所述第一下臂12另一端与动平台1上的连接件16铰接；所述副上臂10一端与静平台8铰接，所述副上臂10另一端与连接板11铰接，所述第一上臂9与第一下臂12的铰接处还与连接板11铰接，所述静平台8、第一上臂9、副上臂10、连接板11组成一组平行四边形机构；所述副下臂13一端与连接板11铰接，所述副下臂13另一端与连接件16铰接，所述连接板11、第一下臂12、副下臂13、连接件16组成第二组平行四边形机构；两组平行四边形机构串联静平台8与动平台1从而保持动平台1始终保持一个方向；所述第二伺服电机6传动连接有第二减速机7，所述第二减速机7与第二上臂14一端传动连接，所述第二上臂14另一端与第二下臂15一端铰接，所述第二下臂15另一端与动平台1铰接。所述第一下臂12第二下臂15均由两根下臂杆组成，两根下臂杆之间由固定件连接固定；所述副上臂10均由两根上臂副杆组成，所述副下臂13均由两根下臂副杆组成。

对于升降机构、z方向驱动机构的具体结构再做以下详细解释：

所述升降机构为丝杠丝母传动机构，所述工作台2底部设置支撑板17，所述丝杠丝母传动机构包括从动丝杠18、传动丝母19，所述传动丝母19转动连接在支撑板17上，所述从动丝杠18顶部与工作台2底部固定，所述传动丝母19通过z方向驱动机构驱动转动。所述支撑板17上设有导向套20，所述工作台2底部设有导向柱21，所述导向柱21与导向套20滑动连接。所述z方向驱动机构包括第三伺服电机22和皮带传动机构，所述皮带传动机构包括主动带轮23、传动皮带24和从动带轮25，所述第三伺服电机22通过第三减速器26与主动带轮23传动连接，所述从动带轮25固定在传动丝母19外圆上。

此外，本装置还包括调节机构，所述调节机构包括滑板27、固定座28和调节螺栓29；所述滑板27滑动连接在支撑板17上，所述主动带轮23和第三减速器26均设置在滑板27上，所述固定座28设置在支撑板17的一侧，所述调节螺栓29与固定座28上的螺纹孔螺纹传动连接，所述调节螺栓29末端与滑板27连接。通过调整调节螺栓29能够将皮带传动机构撑紧。

综上总结：

上述内容解释的基于双平行四边形驱动机构的3d打印机驱动机构，其双平行四边形驱动机构的设计模型目前只是广泛应用于二自由度高速并联机械手。现在我们将其应用在3d打印机驱动机构上。两个平行四边形机构外加4个转动副组成可在xy平面做双自由度运动的运动机构，安装于动平台1上的打印机喷头3可在其工作范围内实现两自由度移动。故该打印机喷头3可实现某一平面内两自由度方向打印；而工作台2可精确在z轴方向升降，作为3d打印平台；两者结合可实现x、y、z三个方向自由度，故承载在动平台1上的打印机喷头3即可实现3d打印。本机构已经目前应用成熟，相比于delta型结构，它机构结构简单、控制灵活，打印精度高。