本實用新型涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種教學用機器人，尤其涉及一種基于3D打印技術(shù)的教學用三自由度機器人。

背景技術(shù)：

3D打印是一種全新的制造技術(shù)，有別于傳統(tǒng)機械加工的模式，它是一種增材制造的加工技術(shù)。目前，3D打印技術(shù)工藝包括熔積成型(FDM)、選區(qū)激光燒結(jié)(SLS)、立體平板印刷(SLA)等工藝。熔積成型技術(shù)(Fused Deposition Modeling)是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在計算機的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機器工作臺下降一個高度(即分層厚度)再成型下一層，直至形成整個實體造型。其成型材料種類多，成型件強度高、精度較高，主要適用于成型小塑料件。由于熔積成型工藝具有操作相對簡單、維護成本低、材料價格較為便宜等優(yōu)勢，被廣泛應用于教育等領(lǐng)域。

目前，大多數(shù)高校、中等專業(yè)學校都開設(shè)了機器人實訓室。這些實訓室采用了ABB、FUNAC等國際知名品牌的工業(yè)機器人作為實訓設(shè)備。由于設(shè)備的價格昂貴，實驗室購買的設(shè)備數(shù)量有限，所以在實際教學過程中，平均5-7名學生才能分配到一臺工業(yè)機器人設(shè)備。同時，在機器人組裝或維護這類課程中，由于忌憚這些國際知名品牌的機器人價格的昂貴，無法真正的拆裝這些設(shè)備，直觀的了解其內(nèi)部的真實結(jié)構(gòu)。針對以上不足，開發(fā)了一種基于3D打印技術(shù)的教學用三自由度機器人，它可以應用于工業(yè)機器 人的教學實踐中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于3D打印技術(shù)的教學用三自由度機器人。

本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于3D打印技術(shù)的教學用三自由度機器人，包括截面為矩形結(jié)構(gòu)的工作臺，在所述工作臺的上表面通過螺栓安裝有電機回轉(zhuǎn)裝置，在所述電機回轉(zhuǎn)裝置上安裝有回轉(zhuǎn)傳動裝置，在所述回轉(zhuǎn)傳動裝置的上方設(shè)置有機身旋轉(zhuǎn)座，在所述機身旋轉(zhuǎn)座的一側(cè)安裝有小臂驅(qū)動組件，在所述機身旋轉(zhuǎn)座的另一側(cè)安裝有大臂驅(qū)動組件，在軸上安裝有小臂回轉(zhuǎn)組件和大臂回轉(zhuǎn)組件，在大臂回轉(zhuǎn)組件中的大臂驅(qū)動件的另一端通過轉(zhuǎn)軸安裝有驅(qū)動臂，并在大臂驅(qū)動件的側(cè)面上通過轉(zhuǎn)軸安裝有三角形連接件，在機身旋轉(zhuǎn)座中的側(cè)翼A與三角形連接件之間安裝有連桿A，在小臂回轉(zhuǎn)組件中的小臂驅(qū)動件的另一端與驅(qū)動臂的一端之間安裝有連桿B，在所述驅(qū)動臂的驅(qū)動端一側(cè)安裝有末端執(zhí)行器，在所述末端執(zhí)行器與三角形連接件之間安裝有連桿C；在機身旋轉(zhuǎn)座中的方形底板上安裝有大臂限位開關(guān)支架，在所述大臂限位開關(guān)支架內(nèi)安裝有大臂限位開關(guān)；在機身旋轉(zhuǎn)座中側(cè)翼A上安裝有支撐板，在所述支撐板上安裝有小臂限位開關(guān)支架，在所述小臂限位開關(guān)支架內(nèi)安裝有小臂限位開關(guān)；在所述工作臺上安裝有控制電路板總成。

進一步地，所述的電機回轉(zhuǎn)裝置包括固定底板、安裝在所述固定底板上的門型支架，且所述的門型支架與所述的固定底板是一體成型設(shè)置的，在固定底板上加工有多個安裝孔，并在所述門型支架上表面的中間位置加 工有一個通孔，在通孔上安裝有墊板，在所述墊板上安裝有機身回轉(zhuǎn)電機，且機身回轉(zhuǎn)電機的電機軸穿過通孔并安裝有同步帶輪F。

進一步地，所述回轉(zhuǎn)傳動裝置包括調(diào)整墊盤，在所述調(diào)整墊盤的上方通過螺栓可拆卸安裝有軸承連接件，在所述軸承連接件上安裝有軸承，且軸承安裝在同步帶輪A內(nèi)，所述同步帶輪A通過法蘭盤軸承安裝在所述機身旋轉(zhuǎn)座的下方；在所述同步帶輪F與所述同步帶輪A之間安裝有同步帶進行傳動。

進一步地，所述機身旋轉(zhuǎn)座包括方形底板、側(cè)翼A以及側(cè)翼B，所述側(cè)翼A垂直安裝在方向底板的一側(cè)，所述側(cè)翼B垂直安裝在所述方形底板的另一側(cè)。

進一步地，在側(cè)翼A上安裝有小臂驅(qū)動組件，所述小臂驅(qū)動組件包括L型電機固定座A，在所述L型電機固定座A上安裝有小臂驅(qū)動電機，所述小臂驅(qū)動電機的驅(qū)動軸上安裝有同步帶輪B，且L型電機固定座A安裝在所述側(cè)翼A的側(cè)面上。

進一步地，在側(cè)翼B上安裝有大臂驅(qū)動組件，所述大臂驅(qū)動組件包括L型電機固定座B，在所述L型電機固定座B上安裝有大臂驅(qū)動電機，在所述大臂驅(qū)動電機的驅(qū)動軸上安裝有同步帶輪C，且L型電機固定座B安裝在所述側(cè)翼B的側(cè)面上。

進一步地，在機身旋轉(zhuǎn)座的側(cè)翼A和側(cè)翼B之間安裝有一根軸，在所述軸上安裝有小臂回轉(zhuǎn)組件，所述小臂回轉(zhuǎn)組件包括套裝在軸上的回轉(zhuǎn)軸承A、套設(shè)在所述回轉(zhuǎn)軸承A外圈上的同步帶輪D、套裝在所述軸上的回轉(zhuǎn)軸承B和回轉(zhuǎn)軸承C，在所述回轉(zhuǎn)軸承B和回轉(zhuǎn)軸承C的外圈上套設(shè)有小臂 驅(qū)動件，并在所述同步帶輪D的側(cè)端上安裝有兩個限位凸臺A，所述小臂驅(qū)動件的一側(cè)限制在這兩個限位凸臺A內(nèi)；所述同步帶輪B與所述同步帶輪D之間安裝有同步帶進行傳動。

進一步地，在所述軸上安裝有大臂回轉(zhuǎn)組件，所述大臂回轉(zhuǎn)組件包括套裝在軸上的回轉(zhuǎn)軸承D、套設(shè)在所述回轉(zhuǎn)軸承D外圈上的同步帶輪E、套裝在所述軸上的回轉(zhuǎn)軸承E和回轉(zhuǎn)軸承F，在所述回轉(zhuǎn)軸承E和回轉(zhuǎn)軸承F的外圈上套設(shè)有大臂驅(qū)動件，并在所述同步帶輪E的側(cè)端上安裝有兩個限位凸臺B，所述大臂驅(qū)動件的一側(cè)限制在這兩個限位凸臺B內(nèi)；所述同步帶輪C與所述同步帶輪E之間安裝有同步帶進行傳動。

進一步地，所述工作臺的四個拐角處具有圓角，并在工作臺上加工有多個螺栓孔。

進一步地，在本實用新型中，除軸承、螺栓、同步帶、工作臺之外的其它零件，如小臂驅(qū)動件、大臂驅(qū)動件、末端執(zhí)行器、機身旋轉(zhuǎn)座、墊板、固定底板、軸承連接件、調(diào)整墊盤、電機固定座A、電機固定座B、同步帶輪D、同步帶輪E、同步帶輪A均采用基于FDM工藝的3D打印技術(shù)制作而成。所述3D打印采用的材料為聚乳酸(PLA)，它是一種環(huán)保材料，該材料具有良好的機械強度，其密度為1.24g/cm³。

其工作原理為：在使用時，啟動機身回轉(zhuǎn)電機，電機軸從而帶動同步帶輪F轉(zhuǎn)動，在同步帶的作用下，帶動回轉(zhuǎn)傳動裝置中的同步帶輪A轉(zhuǎn)動，在法蘭盤軸承的作用下，能夠帶動機身旋轉(zhuǎn)座進行旋轉(zhuǎn)，從而帶動整個驅(qū)動臂進行旋轉(zhuǎn)。通過啟動小臂驅(qū)動組件中的小臂驅(qū)動電機，在電機軸的作用下帶動同步帶輪B轉(zhuǎn)動，在同步帶的作用下，帶動同步帶輪D轉(zhuǎn)動，同 理，通過啟動大臂驅(qū)動組件中的大臂驅(qū)動電機，在電機軸的作用下帶動同步帶輪C轉(zhuǎn)動，在同步帶的作用下，帶動同步帶輪E轉(zhuǎn)動。當同步帶輪D轉(zhuǎn)動時，能夠帶動小臂回轉(zhuǎn)組件中的小臂驅(qū)動件運動，同理，當同步帶輪E轉(zhuǎn)動時，能夠帶動大臂回轉(zhuǎn)組件中的大臂驅(qū)動件運動。這樣能夠調(diào)節(jié)連桿B的位置，從而能夠調(diào)節(jié)驅(qū)動臂的角度，在驅(qū)動臂前端安裝有末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器可以利用緊定螺栓來固定書寫筆。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型通過設(shè)置有三個電機給各個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)提供動力，各個電機同步帶傳動系統(tǒng)傳遞動力，各個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)處安裝有軸承，末端執(zhí)行器可以利用緊定螺栓來固定書寫筆；機器人的控制電路板總成用于接收用戶指令，實現(xiàn)機器人的各個關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運動，且本實用新型中的主要零部件采用了基于FDM工藝的3D打印技術(shù)，在保證本體機構(gòu)強度的同時，提高了機器人本體外觀的可觀賞性，減小了機器人的重量，降低了機器人的成本。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型中電機回轉(zhuǎn)裝置的爆炸圖；

圖3為本實用新型中回轉(zhuǎn)傳動裝置的爆炸圖；

圖4為本實用新型中機身旋轉(zhuǎn)座的爆炸圖；

圖5為本實用新型中小臂驅(qū)動組件的爆炸圖；

圖6為本實用新型中大臂驅(qū)動組件的爆炸圖；

圖7為本實用新型中小臂回轉(zhuǎn)組件的爆炸圖；

圖8為本實用新型中大臂回轉(zhuǎn)組件的爆炸圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖1-圖8所示，所述的一種基于3D打印技術(shù)的教學用三自由度機器人，包括截面為矩形結(jié)構(gòu)的工作臺1，在所述工作臺1的上表面通過螺栓安裝有電機回轉(zhuǎn)裝置5，在所述電機回轉(zhuǎn)裝置5上安裝有回轉(zhuǎn)傳動裝置6，在所述回轉(zhuǎn)傳動裝置6的上方設(shè)置有機身旋轉(zhuǎn)座7，在所述機身旋轉(zhuǎn)座7的一側(cè)安裝有小臂驅(qū)動組件3，在所述機身旋轉(zhuǎn)座7的另一側(cè)安裝有大臂驅(qū)動組件4，在軸2上安裝有小臂回轉(zhuǎn)組件8和大臂回轉(zhuǎn)組件9，在大臂回轉(zhuǎn)組件9中的大臂驅(qū)動件905的另一端通過轉(zhuǎn)軸安裝有驅(qū)動臂10，并在大臂驅(qū)動件905的側(cè)面上通過轉(zhuǎn)軸安裝有三角形連接件11，在機身旋轉(zhuǎn)座7中的側(cè)翼A702與三角形連接件11之間安裝有連桿A12，在小臂回轉(zhuǎn)組件8中的小臂驅(qū)動件805的另一端與驅(qū)動臂10的一端之間安裝有連桿B13，在所述驅(qū)動臂10的驅(qū)動端一側(cè)安裝有末端執(zhí)行器14，在所述末端執(zhí)行器14與三角形連接件11之間安裝有連桿C15。

如圖1、圖4所示，在機身旋轉(zhuǎn)座7中的方形底板701上安裝有大臂限位開關(guān)支架16，在所述大臂限位開關(guān)支架16內(nèi)安裝有大臂限位開關(guān)161；在機身旋轉(zhuǎn)座7中側(cè)翼A702上安裝有支撐板17，在所述支撐板17上安裝有小臂限位開關(guān)支架18，在所述小臂限位開關(guān)支架18內(nèi)安裝有小臂限位開關(guān)181。具體地，大臂限位開關(guān)支架16是通過螺栓安裝在方形底板701上的，支撐板17也是通過螺栓安裝在側(cè)翼A702上的。

如圖1、圖4、圖5以及圖6所示，在所述工作臺1上安裝有控制電路板總成19。控制電路板總成19是用于接收用戶控制指令并驅(qū)動各個電機旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)三自由度機器人協(xié)調(diào)運動。值得說明的是，這里所說的各個電機包括機身回轉(zhuǎn)電機505、小臂驅(qū)動電機302以及大臂驅(qū)動電機402，且這些機身回轉(zhuǎn)電機505、小臂驅(qū)動電機302以及大臂驅(qū)動電機402均為帶有齒輪減速箱的步進電機，其減速比為5:18。

如圖1、圖2所示，所述的電機回轉(zhuǎn)裝置5包括固定底板501、安裝在所述固定底板501上的門型支架502，且所述的門型支架502與所述的固定底板501是一體成型設(shè)置的，在固定底板501上加工有多個安裝孔，并在所述門型支架502上表面的中間位置加工有一個通孔503，在通孔503上安裝有墊板504，在所述墊板504上安裝有機身回轉(zhuǎn)電機505，且機身回轉(zhuǎn)電機505的電機軸穿過通孔503并安裝有同步帶輪F506。

如圖1、圖3以及圖4所示，所述回轉(zhuǎn)傳動裝置6包括調(diào)整墊盤601，在所述調(diào)整墊盤601的上方通過螺栓可拆卸安裝有軸承連接件602，在所述軸承連接件602上安裝有軸承603，且軸承603安裝在同步帶輪A604內(nèi)，所述同步帶輪A604通過法蘭盤軸承605安裝在所述機身旋轉(zhuǎn)座7的下方；在所述同步帶輪F506與所述同步帶輪A604之間安裝有同步帶進行傳動。

如圖1、圖4所示，所述機身旋轉(zhuǎn)座7包括方形底板701、側(cè)翼A702以及側(cè)翼B703，所述側(cè)翼A702垂直安裝在方向底板701的一側(cè)，所述側(cè)翼B703垂直安裝在所述方形底板701的另一側(cè)。

如圖1、圖5所示，在側(cè)翼A702上安裝有小臂驅(qū)動組件3，所述小臂驅(qū)動組件3包括L型電機固定座A301，在所述L型電機固定座A301上安裝 有小臂驅(qū)動電機302，所述小臂驅(qū)動電機302的驅(qū)動軸上安裝有同步帶輪B303，且L型電機固定座A301安裝在所述側(cè)翼A701的側(cè)面上。

如圖1、圖4以及圖6所示，在側(cè)翼B703上安裝有大臂驅(qū)動組件4，所述大臂驅(qū)動組件4包括L型電機固定座B401，在所述L型電機固定座B401上安裝有大臂驅(qū)動電機402，在所述大臂驅(qū)動電機402的驅(qū)動軸上安裝有同步帶輪C403，且L型電機固定座B401安裝在所述側(cè)翼B703的側(cè)面上。

如圖1、圖5以及圖7所示，在機身旋轉(zhuǎn)座7的側(cè)翼A702和側(cè)翼B703之間安裝有一根軸2，在所述軸2上安裝有小臂回轉(zhuǎn)組件8，所述小臂回轉(zhuǎn)組件8包括套裝在軸2上的回轉(zhuǎn)軸承A801、套設(shè)在所述回轉(zhuǎn)軸承A801外圈上的同步帶輪D802、套裝在所述軸2上的回轉(zhuǎn)軸承B803和回轉(zhuǎn)軸承C804，在所述回轉(zhuǎn)軸承B803和回轉(zhuǎn)軸承C804的外圈上套設(shè)有小臂驅(qū)動件805，并在所述同步帶輪D802的側(cè)端上安裝有兩個限位凸臺A806，所述小臂驅(qū)動件805的一側(cè)限制在這兩個限位凸臺A806內(nèi)；所述同步帶輪B303與所述同步帶輪D802之間安裝有同步帶進行傳動。

如圖1、圖6以及圖8所示，在所述軸2上安裝有大臂回轉(zhuǎn)組件9，所述大臂回轉(zhuǎn)組件9包括套裝在軸2上的回轉(zhuǎn)軸承D901、套設(shè)在所述回轉(zhuǎn)軸承D901外圈上的同步帶輪E902、套裝在所述軸2上的回轉(zhuǎn)軸承E903和回轉(zhuǎn)軸承F904，在所述回轉(zhuǎn)軸承E903和回轉(zhuǎn)軸承F904的外圈上套設(shè)有大臂驅(qū)動件905，并在所述同步帶輪E902的側(cè)端上安裝有兩個限位凸臺B906，所述大臂驅(qū)動件905的一側(cè)限制在這兩個限位凸臺B906內(nèi)；所述同步帶輪C403與所述同步帶輪E902之間安裝有同步帶進行傳動。

如圖1所示，所述工作臺1的四個拐角處具有圓角，并在工作臺1上 加工有多個螺栓孔101，且工作臺1采用鋁合金材料制成，通過在工作臺1上加工有螺栓孔101，可以將工作臺1與其它的物體進行連接，用于固定工作臺1。

如圖1-圖8所示，在使用時，啟動機身回轉(zhuǎn)電機505，電機軸從而帶動同步帶輪F506轉(zhuǎn)動，在同步帶(圖中未示出)的作用下，帶動回轉(zhuǎn)傳動裝置6中的同步帶輪A604轉(zhuǎn)動，在法蘭盤軸承605的作用下，能夠帶動機身旋轉(zhuǎn)座7進行旋轉(zhuǎn)，從而帶動整個驅(qū)動臂10進行旋轉(zhuǎn)。通過啟動小臂驅(qū)動組件3中的小臂驅(qū)動電機302，在電機軸的作用下帶動同步帶輪B303轉(zhuǎn)動，在同步帶(圖中未示出)的作用下，帶動同步帶輪D802轉(zhuǎn)動，同理，通過啟動大臂驅(qū)動組件4中的大臂驅(qū)動電機402，在電機軸的作用下帶動同步帶輪C403轉(zhuǎn)動，在同步帶(圖中未示出)的作用下，帶動同步帶輪E902轉(zhuǎn)動。當同步帶輪D802轉(zhuǎn)動時，能夠帶動小臂回轉(zhuǎn)組件8中的小臂驅(qū)動件805運動，同理，當同步帶輪E902轉(zhuǎn)動時，能夠帶動大臂回轉(zhuǎn)組件9中的大臂驅(qū)動件905運動。這樣能夠調(diào)節(jié)連桿B13的位置，從而能夠調(diào)節(jié)驅(qū)動臂10的角度。

在本實用新型中，除軸承、螺栓、同步帶、工作臺之外的其它零件，如小臂驅(qū)動件805、大臂驅(qū)動件905、末端執(zhí)行器14、機身旋轉(zhuǎn)座7、墊板504、固定底板501、軸承連接件602、調(diào)整墊盤601、電機固定座A301、電機固定座B401、同步帶輪D802、同步帶輪E902、同步帶輪A604均采用基于FDM工藝的3D打印技術(shù)制作而成。所述3D打印采用的材料為聚乳酸(PLA)，它是一種環(huán)保材料，該材料具有良好的機械強度，其密度為1.24g/cm³。

在本實用新型的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。