本發(fā)明涉及3D打印領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

3D打印，又稱添加制造技術(shù)，是速成型技術(shù)的一種，它是一種以三維數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印技術(shù)的應(yīng)用對象可以是任何行業(yè)，最早使用在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，在航空航天、軍事、建筑、影視、家電、醫(yī)學、考古、首飾等領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

筆，是人類的一項偉大發(fā)明，是供書寫或繪畫用的工具，多通過筆尖將帶有顏色的固體或液體(墨水)在紙上或其他固體表面繪制文字、符號或圖畫，也有利用固體筆尖的硬度書寫畫圖用鉛筆和炭筆。

3D打印筆將3D打印技術(shù)與筆結(jié)合起來，它基于3D打印技術(shù)，利用PLA、ABS等塑料為原料，在筆內(nèi)加熱并擠出，然后在空氣中迅速冷卻，最后固化成穩(wěn)定的實體。3D打印筆將筆的功能從二維擴展到三維，把人類的想象力從紙張解放到“空氣”中，只要插上電就可以讓用戶進行天馬行空的創(chuàng)作。

目前市面上的3D打印筆在創(chuàng)作一個作品后，無法進行作品批量生產(chǎn)，無法利用其他材料對作品進行完美重現(xiàn)；使用戶在傳播自己作品的過程中造成了一定的麻煩。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種利用3D打印筆的智能3D打印機械臂，可以讓用戶在完成一個作品后，對作品進行批量生產(chǎn)，或用其他材料對作品進行重現(xiàn)，實現(xiàn)用戶傳播自己作品的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種利用3D打印筆的智能3D打印機械臂，其特征在于，包括支座1、回轉(zhuǎn)軸承2、側(cè)面支板3、回轉(zhuǎn)電機4、小臂主動件5、大臂6、小臂連桿7、小臂8、夾持手爪9、夾持手爪電機10、大/小臂電機(二者對稱布置)11。

所述支座1支撐整個機械臂(6、7)，兩塊側(cè)面支板3與回轉(zhuǎn)電機4相連，支撐上部臂架，所述的回轉(zhuǎn)電機4的轉(zhuǎn)動可帶動側(cè)面支板3實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。兩個側(cè)面支板3通過螺釘與支座1相連，兩個(大臂/小臂)電機11分別安裝在側(cè)面支板3上，二者對稱布置，平衡兩邊的質(zhì)量，增加支座1穩(wěn)定性。

所述大臂電機11安裝在側(cè)面支板3上，大臂6的一端與大臂電機11軸端相連，另一端與小臂8相連。當大臂電機11回轉(zhuǎn)時，所述的大臂6即可在大臂電機11的帶動下實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，而大臂6另一端則可帶動小臂8的相連端作相應(yīng)運動，改變小臂8左端的空間位置。

所述小臂電機11安裝在側(cè)面支板3上，小臂主動件5連接在小臂電機11的軸端，小臂連桿7連接在小臂主動桿5的另一端，小臂連桿7的另一端連接小臂8一端。當小臂電機11回轉(zhuǎn)時，所述的小臂主動件5構(gòu)成一個曲柄，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，從而帶動小臂連桿7和小臂8右端作相應(yīng)運動，而小臂8的左端由大臂6的右端帶動運動，兩者結(jié)合便實現(xiàn)了小臂8的平面運動。

所述夾持手爪電機10安裝在小臂8的另外一端，而夾持手爪9通過腕部旋轉(zhuǎn)連接件與夾持手爪電機10軸端相連，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副。相應(yīng)地，夾持手爪電機10回轉(zhuǎn)，帶動所述夾持手爪裝置9腕部轉(zhuǎn)動。

所述的夾持裝置9，包括：按鍵作用舵機91、腕部旋轉(zhuǎn)連接件92、手爪連接銷93、夾持手爪94、夾持彈簧95、舵機作用桿101、按鍵擋塊102、擋塊彈簧103。

所述夾持手爪裝置9通過腕部旋轉(zhuǎn)連接件92與夾持手爪電機11相連接，相應(yīng)地實現(xiàn)整個夾持裝置的腕部上下擺動。

所述夾持手爪94分為左右兩個部分，并通過手爪連接銷93連接在腕部旋轉(zhuǎn)連接件92上；夾持彈簧95分別與夾持手爪94的左右兩個部分相連。相應(yīng)地，當3D打印筆被夾持在手爪中后，夾持彈簧95為拉彈簧，所述的夾持彈簧95便會對夾持手爪94的左右兩個部分施加拉力。

所述按鍵作用舵機91安裝在腕部旋轉(zhuǎn)連接件92上，帶動舵機作用桿101運動，當按鍵舵機91沿某一方向旋轉(zhuǎn)一定角度時，所述的舵機作用桿101做直線運動，方向向后，撤銷對于按鍵擋塊102的壓力，此時按鍵擋塊102則被處于壓縮狀態(tài)的擋塊彈簧103施加壓力，向x正方向運動按壓住3D打印筆的出絲按鍵(所述3D打印筆的出絲按鍵，圖中未示意，屬現(xiàn)有技術(shù)，非本發(fā)明技術(shù)方案的發(fā)明任務(wù))，給3D打印筆的出絲按鍵施加壓力。當按鍵舵機91沿反方向旋轉(zhuǎn)一定角度時，所述的舵機作用桿101做直線運動，方向向前，通過楔面201給按鍵擋塊102施加壓力，此時這個壓力在x反方向的分力壓縮擋塊彈簧103，于是按鍵擋塊102隨著擋塊彈簧往x反方向縮回，按鍵擋塊102與3D打印筆出絲按鍵脫離接觸，撤銷對3D打印筆出絲按鍵的壓力。其中舵機作用桿101通過夾持手爪上的作用桿導向孔104導向的，實現(xiàn)前后的直線運動；而按鍵擋塊102和擋塊彈簧103安裝在位于夾持手爪上的擋塊導向槽105中，由擋塊導向槽105導向?qū)崿F(xiàn)在所述x方向上的小范圍來回直線移動。

所述的舵機作用桿101與按鍵擋塊102是通過一個楔面201相接觸的，當不打印時，舵機作用桿101向前直線移動，其末端楔面形狀與按鍵擋塊楔面形狀接觸，構(gòu)成楔面201，然后舵機作用桿101通過楔面201給按鍵擋塊102施加一個垂直于楔面201的壓力，而相應(yīng)地該垂直于楔面的壓力在所述x反方向上的分力施加給擋塊彈簧103一個方向為x反方向的壓力，使得對擋塊彈簧103進行壓縮，這樣按鍵擋塊102隨著擋塊彈簧103而向x反方向縮回移動，撤銷對3D打印筆出絲按鍵的壓力，3D打印筆的出絲按鍵彈出，出絲終止，打印工作暫停。而相應(yīng)地，當進行打印時，舵機作用桿101向后直線移動，其末端楔面形狀與按鍵擋塊楔面形狀脫離，撤銷了通過楔面201施加給按鍵擋塊102垂直于楔面201的壓力，即此壓力在所述x反方向上的分力消失，則按鍵擋塊102被處于壓縮狀態(tài)的擋塊彈簧103施加x方向上的壓力，在擋塊彈簧103施加的壓力的作用下向x方向直線移出，從而按壓住3D打印筆的出絲按鍵，給3D打印筆的出絲按鍵施加壓力，使得3D打印筆的出絲按鍵縮回，出絲繼續(xù)，打印進行，同時擋塊彈簧103的壓力是持續(xù)作用的，按鍵擋塊102被動持續(xù)按壓住3D打印筆的出絲按鍵，使得打印連續(xù)進行。

本發(fā)明提供的機械臂，結(jié)合了3D打印筆與智能機械臂的特點，機械臂端部裝有夾持裝置，可以夾持多種類型3D打印筆。機械臂端部裝有空間位置傳感器，可以在用戶第一次手動移動機械臂進行創(chuàng)作時記錄運動軌跡，而后通過控制處理部分，得到之后機械臂自動復制的運動控制方案，進而在用戶創(chuàng)作結(jié)束后，機械臂在控制器的控制下可以對作品進行自動復制，或更換其他材料對作品進行重現(xiàn)。

整體機械結(jié)構(gòu)簡單易搭建；夾持裝置利用彈簧鎖扣，可以有效夾緊3D打印筆；采用高精度步進電機保證打印精度。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的利用3D打印筆的智能3D打印機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的利用3D打印筆的智能3D打印機械臂的持裝置立體圖。

圖3是圖2在I-I處的剖圖。

圖4是圖2在J-J處的剖圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的利用3D打印筆的智能3D打印機械臂的運動簡圖。

1-支座，2-回轉(zhuǎn)軸承，3-側(cè)面支板，4-回轉(zhuǎn)電機，5-小臂主動件，6-大臂，7-小臂連桿，8-小臂，9-夾持手爪裝置，91-按鍵作用舵機，92-腕部旋轉(zhuǎn)連接件，93-手爪連接銷，94-夾持手爪，95-夾持彈簧；10-夾持手爪電機，11-大臂/小臂電機(二者對稱布置)；101-舵機作用桿，102-按鍵擋塊，103-擋塊彈簧；201-楔面

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1,2,3,4,5對本發(fā)明的實施例進行詳細的描述。

實施例1

一種利用3D打印筆的智能3D打印機械臂，如圖1所示，包括支座1、回轉(zhuǎn)軸承2、側(cè)面支板3、回轉(zhuǎn)電機4、小臂主動件5、大臂6、小臂連桿7、小臂8、夾持手爪9、夾持手爪電機10、大/小臂電機(二者對稱布置)11。

所述支座1支撐整個機械臂(6、7)，兩塊側(cè)面支板3與回轉(zhuǎn)電機4相連，支撐上部臂架，所述的回轉(zhuǎn)電機4的轉(zhuǎn)動可帶動側(cè)面支板3實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。兩個側(cè)面支板3通過螺釘與支座1相連，兩個(大臂/小臂)電機11分別安裝在側(cè)面支板3上，二者對稱布置，平衡兩邊的質(zhì)量，增加支座1穩(wěn)定性。

所述大臂電機11安裝在側(cè)面支板3上，大臂6的一端與大臂電機11軸端相連，另一端與小臂8相連。當大臂電機11回轉(zhuǎn)時，所述的大臂6即可在大臂電機11的帶動下實現(xiàn)一定范圍的回轉(zhuǎn)運動，而大臂6另一端則可帶動小臂8的相連端作相應(yīng)運動，改變小臂8左端(以圖1所示方向為準)的空間位置。

所述小臂電機11安裝在側(cè)面支板3上，小臂主動件5連接在小臂電機11的軸端，小臂連桿7連接在小臂主動桿5的另一端，小臂連桿7的另一端連接小臂8一端。當小臂電機11回轉(zhuǎn)時，所述的小臂主動件5構(gòu)成一個曲柄，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，從而帶動小臂連桿7和小臂8右端作相應(yīng)運動，而小臂8的左端由大臂6的右端帶動運動，兩者結(jié)合便實現(xiàn)了小臂8的平面運動，使其位置改變靈活，運動軌跡增多。

所述夾持手爪電機10安裝在小臂8的另外一端，而夾持手爪9通過腕部旋轉(zhuǎn)連接件與夾持手爪電機10軸端相連，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副。相應(yīng)地，夾持手爪電機10回轉(zhuǎn)，帶動所述夾持手爪裝置9腕部轉(zhuǎn)動。

圖1中所述的夾持裝置9，細節(jié)見圖2、圖3、圖4所示,包括：按鍵作用舵機91、腕部旋轉(zhuǎn)連接件92、手爪連接銷93、夾持手爪94、夾持彈簧95、舵機作用桿101、按鍵擋塊102、擋塊彈簧103。

所述夾持手爪裝置9通過腕部旋轉(zhuǎn)連接件92與圖1中的夾持手爪電機11相連接，相應(yīng)地實現(xiàn)整個夾持裝置的腕部上下擺動。

所述夾持手爪94分為左右兩個部分，并通過手爪連接銷93連接在腕部旋轉(zhuǎn)連接件92上；夾持彈簧95分別與夾持手爪94的左右兩個部分相連。相應(yīng)地，當3D打印筆被夾持在手爪中后，夾持彈簧95為拉彈簧，所述的夾持彈簧95便會對夾持手爪94的左右兩個部分施加拉力，于是3D打印筆便被很好的夾住了。

所述按鍵作用舵機91安裝在腕部旋轉(zhuǎn)連接件92上，帶動舵機作用桿101運動，當按鍵舵機91沿某一方向旋轉(zhuǎn)一定角度時，所述的舵機作用桿101做直線運動，方向向后，撤銷對于按鍵擋塊102的壓力，此時按鍵擋塊102則被處于壓縮狀態(tài)的擋塊彈簧103施加壓力，向x正方向運動按壓住3D打印筆的出絲按鍵(圖中未示意)，給3D打印筆的出絲按鍵施加壓力。當按鍵舵機91沿反方向旋轉(zhuǎn)一定角度時，所述的舵機作用桿101做直線運動，方向向前，通過楔面201給按鍵擋塊102施加壓力，此時這個壓力在x反方向的分力壓縮擋塊彈簧103，于是按鍵擋塊102隨著擋塊彈簧往x反方向縮回，按鍵擋塊102與3D打印筆出絲按鍵脫離接觸，撤銷對3D打印筆出絲按鍵的壓力。其中舵機作用桿101通過夾持手爪上的作用桿導向孔104導向的，實現(xiàn)前后的直線運動；而按鍵擋塊102和擋塊彈簧103安裝在位于夾持手爪上的擋塊導向槽105中，由擋塊導向槽105導向?qū)崿F(xiàn)在所述x方向上的小范圍來回直線移動。

如圖3中的I-I剖視圖,是對夾持手爪94的右邊夾持打印筆的部分進行左右剖分的視圖；

而如圖4所示的J-J剖視圖，是對夾持手爪94的右邊夾持打印筆的部分進行上下剖分的視圖。

相應(yīng)地，從圖4所示的J-J剖視圖中可以看出，所述的舵機作用桿101與按鍵擋塊102是通過一個楔面201相接觸的，當不打印時，舵機作用桿101向前直線移動，其末端楔面形狀與按鍵擋塊楔面形狀接觸，構(gòu)成楔面201，然后舵機作用桿101通過楔面201給按鍵擋塊102施加一個垂直于楔面201的壓力，而相應(yīng)地該垂直于楔面的壓力在所述x反方向上的分力施加給擋塊彈簧103一個方向為x反方向的壓力，使得對擋塊彈簧103進行壓縮，這樣按鍵擋塊102隨著擋塊彈簧103而向x反方向縮回移動，撤銷對3D打印筆出絲按鍵的壓力，3D打印筆的出絲按鍵彈出，出絲終止，打印工作暫停。而相應(yīng)地，當進行打印時，舵機作用桿101向后直線移動，其末端楔面形狀與按鍵擋塊楔面形狀脫離，撤銷了通過楔面201施加給按鍵擋塊102垂直于楔面201的壓力，即此壓力在所述x反方向上的分力消失，則按鍵擋塊102被處于壓縮狀態(tài)的擋塊彈簧103施加x方向上的壓力，在擋塊彈簧103施加的壓力的作用下向x方向直線移出，從而按壓住3D打印筆的出絲按鍵，給3D打印筆的出絲按鍵施加壓力，使得3D打印筆的出絲按鍵縮回，出絲繼續(xù)，打印進行，同時擋塊彈簧103的壓力是持續(xù)作用的，按鍵擋塊102被動持續(xù)按壓住3D打印筆的出絲按鍵，使得打印連續(xù)進行。

基于以上結(jié)構(gòu)設(shè)計，以下描述一種機械臂末端執(zhí)行機構(gòu)的空間坐標確定公式：

圖5中展示了機械臂運動簡圖。支座與大臂電機的水平距離為L₀，垂直距離為L₁；大臂、小臂的臂長為L_２、L₃，給定支座、大臂、小臂的轉(zhuǎn)角分別為θ₀、θ₁、θ₂。

以圖中O點為坐標原點，用(x,y,z)坐標來描述機械臂末端執(zhí)行機械的位置，確定末端執(zhí)行機構(gòu)的唯一位置：

x＝L₀sinθ₀+L₂sinθ₂sinθ₀+L₃sinθ₃sinθ₀

y＝L₀cosθ₀+L₂sinθ₂cosθ₀+L₃sinθ₃cosθ₀

z＝L₁+L₂cosθ₂+L₃cosθ₃

式中，通過x，y，z，可以確定末端執(zhí)行機構(gòu)的唯一位置。