本發(fā)明涉及3D打印設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷近四十年發(fā)展歷程，其中基于熔融沉積(FDM)的技術(shù)是在目前幾大3D打印技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。因?yàn)樵摷夹g(shù)的成本低，可供打印的材料廣泛等方面，基于FDM的3D打印技術(shù)得以應(yīng)用在各行各業(yè)中，幾乎可以應(yīng)用在制造業(yè)中的任何行業(yè)。其工作原理是通過(guò)逐層增加材料來(lái)生成3D實(shí)體，在進(jìn)行3D打印時(shí)，首先由計(jì)算機(jī)通過(guò)設(shè)計(jì)、掃描等方式得到待打印物體的三維模型，再通過(guò)電腦進(jìn)行模型切片處理，之后將G代碼導(dǎo)入到打印機(jī)中，打印機(jī)將按指定的路徑進(jìn)行打印模型，最后完成立體實(shí)體模型的造型，最終完成打印。

為了提高打印的精度，有人從打印機(jī)的升降機(jī)構(gòu)入手，提出了高精度的3D打印機(jī)升降機(jī)構(gòu)。但是，這個(gè)高精度的升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本發(fā)明是設(shè)計(jì)了一種，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高打印機(jī)的打印精度的結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在市場(chǎng)上的打印機(jī)控制上都是開(kāi)環(huán)的控制，沒(méi)有反饋的環(huán)節(jié)，在高速打印中，步進(jìn)電機(jī)容易丟步。并且，并聯(lián)臂3D打印機(jī)需要三個(gè)電機(jī)帶動(dòng)三個(gè)滑塊運(yùn)動(dòng)，三個(gè)滑塊的輸出可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的平動(dòng)，現(xiàn)有的三個(gè)電機(jī)是通過(guò)芯片發(fā)出指令，通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片，獨(dú)立的向三個(gè)電機(jī)發(fā)送脈沖指令。本發(fā)明為了在高速打印中，保持高的打印精度，提出了三個(gè)電機(jī)協(xié)同工作的一種半閉環(huán)控制的并聯(lián)臂3D打印機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)及控制系統(tǒng)。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)手段解決上述問(wèn)題：

一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)，包括底座、三個(gè)立柱、三個(gè)并聯(lián)臂、材料罩、打印材料、擠出機(jī)、三個(gè)導(dǎo)軌滑塊組件、打印頭；

所述底座位于并聯(lián)臂3D打印機(jī)的底部，用于作為整機(jī)的安裝底座；

所述三個(gè)立柱呈120°對(duì)稱分布，用于作為導(dǎo)軌滑塊組件的安裝基座；

所述并聯(lián)臂包括第一連桿、第二連桿，第一連桿與第二連桿不交叉不相互接觸；

所述第一連桿的一端與第二連桿的一端分別安裝在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)軌滑塊組件的滑塊的左右兩側(cè)，第一連桿的另一端與第二連桿的另一端相鄰地安裝在打印頭上形成一個(gè)打印頭并聯(lián)臂安裝點(diǎn)；

三個(gè)打印頭并聯(lián)臂安裝點(diǎn)在打印頭上呈120°對(duì)稱分布；

所述材料罩安裝在并聯(lián)臂3D打印機(jī)的最頂部，用于蓋住打印材料與擠出機(jī)以符合人體工學(xué)；

所述打印材料安裝在位于三個(gè)立柱頂端的中間位置，用于通過(guò)擠出機(jī)與打印頭融化后打印成型；

所述擠出機(jī)安裝在打印材料隔壁，用于推送材料到打印頭中；

每個(gè)導(dǎo)軌滑塊組件分別安裝在三個(gè)立柱上，用于帶動(dòng)并聯(lián)臂使打印頭移動(dòng)；

所述打印頭安裝在第一連桿與第二連桿的另一端，用于融化打印材料并使融化后的打印材料流出打印頭。

進(jìn)一步地，底座還包括控制板、顯示面板；

所述控制板安裝在底座內(nèi)部，用于控制或檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)以及與顯示面板通信；

所述顯示面板安裝在底座外表面，用于顯示與輸入整機(jī)各項(xiàng)控制參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)軌滑塊組件，包括電機(jī)座、步進(jìn)電機(jī)、第一同步輪、第一固定同步帶螺釘、滑塊安裝塊、滑塊、第一動(dòng)滑輪、第二同步輪、第二固定同步帶螺釘、第二動(dòng)滑輪、線性滑軌、同步帶；

所述電機(jī)座安裝在底座內(nèi)，用于給步進(jìn)電機(jī)提供安裝基座；

所述步進(jìn)電機(jī)安裝在電機(jī)座，用于驅(qū)動(dòng)第一同步輪轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述第一同步輪安裝在步進(jìn)電機(jī)的軸上，用于通過(guò)自身轉(zhuǎn)動(dòng)以帶動(dòng)同步帶；

所述第一固定同步帶螺釘安裝在立柱下部，用于將同步帶的一端固定在立柱；

所述滑塊安裝塊安裝在線性滑軌上，用于給滑塊提供安裝基座；

所述滑塊安裝在滑塊安裝塊上，用于給第一所述動(dòng)滑輪與第二動(dòng)滑輪提供安裝基座；

所述第一動(dòng)滑輪安裝在滑塊上，根據(jù)滑輪組原理用于帶動(dòng)滑塊向下移動(dòng)；

所述第二同步輪安裝在立柱上部，用于作為同步帶的定滑輪；

所述固定同步帶螺釘安裝在立柱上部，用于將同步帶的另一端固定在立柱；

所述第二動(dòng)滑輪安裝在滑塊上，根據(jù)滑輪組原理用于帶動(dòng)滑塊向上移動(dòng)；

線性滑軌安裝在立柱上，用于給滑塊安裝塊提供安裝導(dǎo)軌；

所述同步帶通過(guò)特定的繞線方式纏繞在所述第一動(dòng)滑輪、第二動(dòng)滑輪、第一同步輪、第二同步輪上并被第一固定同步帶螺釘、第二固定同步帶螺釘所固定，用于帶動(dòng)滑塊安裝塊在線性滑軌上移動(dòng)。

進(jìn)一步地，同步帶具體的繞線方式如下：

所述同步帶的一端通過(guò)第一固定同步帶螺釘固定在立柱上，同步帶穿過(guò)第一動(dòng)滑輪，然后繞過(guò)第一同步輪，下一段同步帶繞到第二同步輪，然后再繞到第二動(dòng)滑輪，最后將同步帶的另一端固定到第二固定同步帶螺釘上。

一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)控制系統(tǒng)，所述控制板還包括速度協(xié)同控制器、電流矢量協(xié)同控制器，導(dǎo)軌滑塊組件還包括編碼器；

所述速度協(xié)同控制器用于讀取編碼器的脈沖并進(jìn)行速度的半閉環(huán)協(xié)同控制；

所述電流矢量協(xié)同控制器用于監(jiān)測(cè)與反饋電機(jī)電流矢量并進(jìn)行電流矢量的半閉環(huán)協(xié)同控制；

所述編碼器安裝在步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，用于檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并發(fā)送脈沖給控制板。

進(jìn)一步地，并聯(lián)臂3D打印機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程如下：

(1)由協(xié)同速度控制器接收程序的速度設(shè)定值，然后通過(guò)電壓轉(zhuǎn)化，輸入到電流矢量協(xié)同控制器，電流矢量協(xié)同控制器是通過(guò)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法(SVPWM技術(shù))將控制步進(jìn)電機(jī)的PWM方波傳遞給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行使能運(yùn)動(dòng)，最終通過(guò)并聯(lián)臂結(jié)構(gòu)輸出指定的運(yùn)動(dòng)，完成打??；

(2)編碼器讀取步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并發(fā)送脈沖給協(xié)同速度控制器，協(xié)同速度控制器是控制速度的閉環(huán)，將速度設(shè)定值與閉環(huán)系統(tǒng)速度反饋值相比較，經(jīng)速度控制器進(jìn)行相關(guān)計(jì)算與轉(zhuǎn)化，得到電流給定值；

(3)通過(guò)監(jiān)控步進(jìn)電機(jī)的電流，在電流的閉環(huán)中，將在協(xié)同速度控制器中得到的電流設(shè)定值采取最大轉(zhuǎn)矩/電流控制的控制策略，并與反饋電流的矢量形式進(jìn)行比較，在電流矢量協(xié)同控制器中進(jìn)行相關(guān)計(jì)算與轉(zhuǎn)化，并經(jīng)過(guò)電壓矢量轉(zhuǎn)換與空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法(SVPWM技術(shù))，對(duì)兩相混合步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制。

本發(fā)明通過(guò)改造滑塊上同步帶的繞線方式使同步帶拉動(dòng)滑塊在線性滑軌上移動(dòng)的力度減半從而步進(jìn)電機(jī)的輸出扭矩減少，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增大一倍從而編碼器的脈沖數(shù)增大，通過(guò)采用轉(zhuǎn)速與電流矢量半閉環(huán)的控制方式對(duì)三個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行協(xié)同控制，可以有效地提高的打印精度，減少意外丟步造成的控制不精準(zhǔn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)的立體示意圖；

圖2是本發(fā)明一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)的導(dǎo)軌滑塊組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要指出的是，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1、圖2所示，一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)包括底座21、三個(gè)立柱22、三個(gè)并聯(lián)臂23、材料罩24、打印材料25、擠出機(jī)26、三個(gè)導(dǎo)軌滑塊組件27、打印頭28；

所述底座21位于并聯(lián)臂3D打印機(jī)的底部，用于作為整機(jī)的安裝底座；

所述三個(gè)立柱22呈120°對(duì)稱分布，用于作為導(dǎo)軌滑塊組件27的安裝基座；

所述并聯(lián)臂23包括第一連桿5、第二連桿14，第一連桿5與第二連桿14不交叉不相互接觸；

所述第一連桿5一端與第二連桿14一端分別安裝在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)軌滑塊組件27的滑塊的左右兩側(cè)，第一連桿5另一端與第二連桿14另一端相鄰地安裝在打印頭28上形成一個(gè)打印頭并聯(lián)臂安裝點(diǎn)；

三個(gè)打印頭并聯(lián)臂安裝點(diǎn)在打印頭28上呈120°對(duì)稱分布；

所述材料罩24安裝在并聯(lián)臂3D打印機(jī)的最頂部，用于蓋住打印材料與25擠出機(jī)26以符合人體工學(xué)；

所述打印材料25安裝在位于三個(gè)立柱22頂端的中間位置，用于通過(guò)擠出機(jī)26與打印頭28融化后打印成型；

所述擠出機(jī)26安裝在打印材料25隔壁，用于推送材料到打印頭中；

每個(gè)導(dǎo)軌滑塊組件27分別安裝在三個(gè)立柱22上，用于帶動(dòng)并聯(lián)臂23使打印頭28移動(dòng)；

所述打印頭28安裝在第一連桿5與第二連桿14的另一端，用于融化打印材料25并使融化后的打印材料25流出打印頭28；

所述底座21還包括控制板、顯示面板；

所述控制板安裝在底座21內(nèi)部，用于控制或檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)以及與顯示面板通信；

所述顯示面板安裝在底座21外表面，用于顯示與輸入整機(jī)各項(xiàng)控制參數(shù)；

任意一個(gè)如上所述的導(dǎo)軌滑塊組件27，包括電機(jī)座1、步進(jìn)電機(jī)2、第一同步輪3、第一固定同步帶螺釘4、滑塊安裝塊6、滑塊7、第一動(dòng)滑輪11、第二同步輪8、第二固定同步帶螺釘9、第二動(dòng)滑輪10、線性滑軌12、同步帶13；

所述電機(jī)座1安裝在底座21內(nèi)，用于給步進(jìn)電機(jī)2提供安裝基座；

所述步進(jìn)電機(jī)2安裝在電機(jī)座1，用于驅(qū)動(dòng)第一同步輪3轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述第一同步輪3安裝在步進(jìn)電機(jī)2的軸上，用于通過(guò)自身轉(zhuǎn)動(dòng)以帶動(dòng)同步帶13；

所述第一固定同步帶螺釘4安裝在立柱22下部，用于將同步帶13的一端固定在立柱22；

所述滑塊安裝塊6安裝在線性滑軌12上，用于給滑塊7提供安裝基座；

所述滑塊7安裝在滑塊安裝塊6上，用于給第一所述動(dòng)滑輪11與第二動(dòng)滑輪10提供安裝基座；

所述第一動(dòng)滑輪11安裝在滑塊7上，根據(jù)滑輪組原理用于帶動(dòng)滑塊向下移動(dòng)；

所述第二同步輪8安裝在立柱22上部，用于作為同步帶13的定滑輪；

所述固定同步帶螺釘9安裝在立柱22上部，用于將同步帶13的另一端固定在立柱22；

所述第二動(dòng)滑輪10安裝在滑塊7上，根據(jù)滑輪組原理用于帶動(dòng)滑塊向上移動(dòng)；

所述線性滑軌12安裝在立柱22上，用于給滑塊安裝塊6提供安裝導(dǎo)軌；

所述同步帶13通過(guò)特定的繞線方式纏繞在所述第一動(dòng)滑輪11、第二動(dòng)滑輪10、第一同步輪3、第二同步輪8上并被第一固定同步帶螺釘4、第二固定同步帶螺釘9所固定，用于帶動(dòng)滑塊安裝塊6在線性滑軌12上移動(dòng)。

所述同步帶13具體的繞線方式如下：

所述同步帶13的一端通過(guò)第一固定同步帶螺釘4固定在立柱22上，同步帶13穿過(guò)第一動(dòng)滑輪11，然后繞過(guò)第一同步輪3，下一段同步帶13繞到第二同步輪8，然后再繞到第二動(dòng)滑輪10，最后將同步帶的另一端固定到第二固定同步帶螺釘9上。

一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)控制系統(tǒng)是一種在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上混合轉(zhuǎn)速與電流矢量半閉環(huán)控制的控制系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)的如上所述的控制板還包括速度協(xié)同控制器、電流矢量協(xié)同控制器，采用該系統(tǒng)的如上所述的一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)的任意一個(gè)導(dǎo)軌滑塊組件27還包括編碼器；

所述速度協(xié)同控制器用于讀取編碼器的脈沖并進(jìn)行速度的半閉環(huán)協(xié)同控制；

所述電流矢量協(xié)同控制器用于監(jiān)測(cè)與反饋電機(jī)電流矢量并進(jìn)行電流矢量的半閉環(huán)協(xié)同控制；

所述編碼器安裝在步進(jìn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸上，用于檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)速并發(fā)送脈沖給控制板。

如圖3所示，一種并聯(lián)臂3D打印機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程如下：

(1)由協(xié)同速度控制器接收程序的速度設(shè)定值，然后通過(guò)電壓轉(zhuǎn)化，輸入到電流矢量協(xié)同控制器，電流矢量協(xié)同控制器是通過(guò)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法(SVPWM技術(shù))將控制步進(jìn)電機(jī)的PWM方波傳遞給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行使能運(yùn)動(dòng)，最終通過(guò)并聯(lián)臂結(jié)構(gòu)輸出指定的運(yùn)動(dòng)，完成打?。?/p>

(2)編碼器讀取步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并發(fā)送脈沖給協(xié)同速度控制器，協(xié)同速度控制器是控制速度的閉環(huán)，將速度設(shè)定值與閉環(huán)系統(tǒng)速度反饋值相比較，經(jīng)速度控制器進(jìn)行相關(guān)計(jì)算與轉(zhuǎn)化，得到電流給定值；

(3)通過(guò)監(jiān)控步進(jìn)電機(jī)的電流，在電流的閉環(huán)中，將在協(xié)同速度控制器中得到的電流設(shè)定值采取最大轉(zhuǎn)矩/電流控制的控制策略，并與反饋電流的矢量形式進(jìn)行比較，在電流矢量協(xié)同控制器中進(jìn)行相關(guān)計(jì)算與轉(zhuǎn)化，并經(jīng)過(guò)電壓矢量轉(zhuǎn)換與空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法(SVPWM技術(shù))，對(duì)兩相混合步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制。

本發(fā)明通過(guò)改造滑塊上同步帶的繞線方式使同步帶拉動(dòng)滑塊在線性滑軌上移動(dòng)的力度減半從而步進(jìn)電機(jī)的輸出扭矩減少，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增大一倍從而編碼器的脈沖數(shù)增大，通過(guò)采用轉(zhuǎn)速與電流矢量半閉環(huán)的控制方式對(duì)三個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行協(xié)同控制，可以有效地提高的打印精度，減少意外丟步造成的控制不精準(zhǔn)。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。