适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3D打印机

适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机
技术领域
1.本发明涉及3d建筑打印机领域，具体涉及一种适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机。


背景技术：

2.随着3d打印技术的完善，越来越多的物品都可以由3d打印完成。3d打印建筑技术本质上属于一种增材制造工艺，设计师将数字化设计模型输入建筑打印机中，转化为打印指令，机器就会按照设计要求，将特殊材料一层层叠加成特定形状的建筑部件。3d打印建筑在效率提升和可持续发展方面具有明显优势，不仅可以打印小件物品，而且这项技术甚至可以彻底颠覆传统的建筑行业。但目前3d打印建筑技术仍处于初期阶段，且传统的3d建筑打印机采用的刚性结构过于单一，且有体积过大、无法在复杂地形工作，整体笨重不方便运输等缺点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述缺陷提供一种适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机。
4.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括末端混凝土喷头机构以及用于固定末端混凝土喷头机构的连接支架，所述末端混凝土喷头机构的上方设有与墙体固定的张紧力柔索驱动云台机构，张紧力柔索驱动云台机构通过第一柔索与连接支架相连，所述末端混凝土喷头机构的下方设有与地面固定的主动力柔索驱动单元，主动力柔索驱动单元通过第六柔索与连接支架相连，所述的张紧力柔索驱动云台机构及主动力柔索驱动单元均至少设置三组；
5.所述的张紧力柔索驱动云台机构包括弧形轨道，所述弧形轨道的内弧面通过y型支撑架固定在墙体上，所述弧形轨道的两端分别通过第一轨道支撑座及第二轨道支撑座固定在墙体上，所述的弧形轨道及y型支撑架形成整个张紧力柔索驱动云台机构的支撑主体，所述的弧形轨道上设有与弧形轨道形成滚动配合的水平转角运动平台；
6.还包括通过关节组件形成转动连接的第一臂体与第二臂体，所述的第一臂体为固定臂，且第一臂体靠近关节组件的一端与水平转角运动平台的上表面相固定，所述的第二臂体为悬伸状的转动臂，且第二臂体的悬伸端设有张紧轮；
7.还包括用以调整第二臂体转动角度的俯仰角柔索驱动单元、驱动水平转角运动平台沿弧形轨道限定方向平动的水平转角柔索驱动单元以及连接张紧轮与连接支架的张紧力柔索驱动单元；
8.所述的张紧力柔索驱动单元包括第一柔索、第一卷线筒及第一电机，所述第一柔索的一端与第一卷线筒相连，第一柔索的另一端绕经张紧轮后与连接支架的上架体相连，第一电机驱动第一卷线筒转动以带动第一柔索收放；
9.所述的水平转角柔索驱动单元包括第二柔索、第三柔索、第二卷线筒及第二电机，
所述的第二卷线筒为双筒结构，所述的第二柔索及第三柔索并列缠绕在第二卷线筒上且缠绕方向相反，第二柔索及第三柔索的一端均分别与第二卷线筒相连，第二柔索及第三柔索的另一端分别与水平转角运动平台的两个端部相连，第二电机驱动第二卷线筒转动以带动第二柔索及第三柔索实现一收一放的闭环传动；
10.所述的俯仰角柔索驱动单元包括第四柔索、第五柔索、第三卷线筒及第三电机，所述的第四柔索及第五柔索并列缠绕在第三卷线筒上且缠绕方向相反，第四柔索的一端与第三卷线筒相连，第四柔索的另一端反向绕经关节组件上的滑轮组和换向轮组后与第一臂体相固定，第五柔索的一端与第三卷线筒相连，第五柔索的另一端正向绕经关节组件上的滑轮组和换向轮组后与第一臂体相固定，第三电机驱动第三卷线筒转动以带动第四柔索及第五柔索实现一收一放的闭环传动；
11.所述的主动力柔索驱动单元包括第六柔索、第四卷线筒及第四电机，第六柔索的一端与第四卷线筒固定，第六柔索的另一端绕经第三转向滑轮后与连接支架的下支架相固定，所述的第四卷线筒为双筒结构，相对应的第六柔索并列设置两根，第三转向滑轮设置两组。
12.所述的水平转角运动平台包括从弧形轨道外侧卡入弧形轨道的平台主体，所述平台主体的上端面设有与第一臂体相配合连接的固定螺栓，所述的平台主体整体呈水平放置的u型结构，包括第一平板、第二平板以及连接两者的侧连接板，所述的第一平板及第二平板分别位于弧形轨道的上下两侧，所述的侧连接板贴附于弧形轨道的外侧面，所述第一平板的内板面上设有第一滚轮，第一滚轮的两侧对称设有第二滚轮及第三滚轮，所述第一滚轮的轴线垂直于第一平板，所述第二滚轮及第三滚轮的轴线平行于第一平板，所述第二平板的内板面上设有与第一滚轮轴线相吻合的第四滚轮，其中：第一滚轮与弧形轨道上轨道槽的两侧槽壁形成滚动配合，第二滚轮及第三滚轮与弧形轨道上轨道槽的槽底形成滚动配合，第四滚轮与弧形轨道下轨道槽的两侧槽壁形成滚动配合。
13.所述弧形轨道的截面呈h型，包括平行设置的内弧板及外弧板，所述内弧板及外弧板之间通过中间弧形板连接，中间弧形板将弧形轨道分隔成上轨道槽及下轨道槽，所述外弧板的外侧面沿其长度方向设有柔索槽；
14.所述第二卷线筒的传动轴通过轴承垂直连接在y型支撑架上，且第二卷线筒的传动轴的中心轴线过弧形轨道的圆心，所述第二柔索的一端与第二卷线筒固定，第二柔索的另一端绕经第一轨道支撑座上设置的第一转向滑轮后进入柔索槽并最终与水平转角运动平台上的第一固定孔相固定，所述第三柔索的一端与第二卷线筒固定，第三柔索的另一端绕经第二轨道支撑座上设置的第二转向滑轮后进入柔索槽并最终与水平转角运动平台上的第二固定孔相固定。
15.所述的关节组件包括关节轴，所述的关节轴上依次设有第一连接板、第二连接板、第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮、第三连接板及第四连接板，其中：第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮转动连接在关节轴上且均为双槽滑轮；所述的第一连接板与第四连接板对称设置，第一连接板与第四连接板的一端均与关节轴固定连接，第一连接板与第四连接板的另一端均与第一臂体固定连接；所述的第二连接板及第三连接板对称设置，所述第二连接板与第三连接板的一端均与关节轴转动连接，第二连接板与第三连接板的另一端通过连接块连成一体，所述的第二臂体固定连接块上，所述的第二连接板与第三连接板
的靠下位置还设有连接两者的第五连接板。
16.所述的第一臂体整体呈方形，第一臂体在其靠近关节组件的端部对称设有直角状的连接座，所述的连接座上设有螺栓孔，该螺栓孔与水平转角运动平台上的固定螺栓相配合固定，所述的第一臂体在其远离关节组件的一端设有连接耳板，该连接耳板通过轴承连接在第二卷线筒的传动轴上；所述的第一臂体在其靠近关节组件的端部上方延伸有立板，所述的立板上依次设有第一柔索孔、第二柔索孔、第三柔索孔及第四柔索孔，所述的立板与关节组件之间还设有导向轮轴，所述导向轮轴的轴线与关节组件的轴线平行，所述的导向轮轴上同轴设有第一导向轮、第二导向轮、第三导向轮及第四导向轮，所述的第一导向轮、第二导向轮、第三导向轮及第四导向轮均分别通过轴承固定在导向轮轴上，所述导向轮轴的两端固定在第一连接板及第四连接板上。
17.所述关节组件上的换向轮组包括并列设置在连接块上的第一换向轮与第二换向轮，还包括并列设置在第五连接板上的第三换向轮与第四换向轮，所述的第一臂体在靠近关节组件的上下端面上分别设有第五换向轮及第六换向轮，所述第五换向轮的旁侧还设有柔索固定件，所述柔索固定件的位置与第四柔索孔相对应。
18.所述的第一臂体上开设有容纳第三卷线筒的卷筒槽，所述第一臂体的内部设有导线管，该导线管的进口处位于第三卷线筒上第四柔索的出线端，导线管的出口处位于第一臂体靠近关节组件的端部并与第一滑轮相对应，所述第一臂体的上端面还设有导线槽，该导线槽的一端与第三卷线筒上第五柔索的出线端对应，导线槽的另一端与第一柔索孔相对应。
19.所述第四柔索的一端与第三卷线筒相固定，第四柔索的另一端穿过导线管后依次绕经第一滑轮的第一轮槽、第一换向轮、第二滑轮的第一轮槽、第六换向轮、第三滑轮的第一轮槽、第二换向轮、第四滑轮的第一轮槽后与第一臂体上的柔索固定孔连接固定；
20.所述第五柔索的一端与第三卷线筒相固定，第五柔索的另一端沿导线槽进入第一柔索孔、第一导向轮、第一滑轮的第二轮槽、第三换向轮、第二滑轮的第二轮槽、第二导向轮、第二柔索孔、第五换向轮、第三柔索孔、第三导向轮、第三滑轮的第二轮槽、第四换向轮、第四滑轮的第二轮槽、第四导向轮、第四柔索孔后与柔索固定件连接固定。
21.所述的末端混凝土喷头机构包括内部为空腔结构的喷头主体，所述喷头主体的上端设有盖体，所述喷头主体的下端设有挤出头，所述喷头主体的内部设有搅拌器，所述搅拌器上端的轴体贯穿盖体后通过联轴器与驱动电机相连，所述的喷头主体上设有与喷头主体内部连通的送料口，由送料口进入喷头主体内部的混凝土经过搅拌器搅拌并输送到挤出头挤出以进行建筑打印。
22.所述的连接支架包括圆环状的上支架与圆板状的下支架，所述的上支架与下支架呈上下方向平行布置且上支架与下支架之间通过立柱连成一体，所述末端混凝土喷头机构的喷头主体贯穿下支架并与下支架固定连接。
23.由上述技术方案可知，本发明充分利用了柔索并联机构工作空间大、机构轻便简单的优势，使其适用于各种场合，各种空间下进行打印工作并且极大程度解决了传统大型建筑3d打印机机构复杂笨重难以拆解运送的缺点，为未来更多场所进行打印工作提供了可能。
附图说明
24.图1是本发明的整体结构示意图；
25.图2是本发明张紧力柔索驱动云台机构的结构示意图一；
26.图3是本发明张紧力柔索驱动云台机构的结构示意图二；
27.图4是本发明主动力柔索驱动单元的结构示意图；
28.图5是本发明末端混凝土喷头机构的结构示意图；
29.图6是本发明连接支架的结构示意图；
30.图7是本发明水平转角柔索驱动单元的结构示意图；
31.图8是本发明水平转角柔索驱动单元的俯视图；
32.图9是图8的a-a剖视图；
33.图10是本发明水平转角运动平台的结构示意图一；
34.图11是本发明水平转角运动平台的结构示意图二；
35.图12是本发明第一臂体的结构示意图一；
36.图13是本发明第一臂体的结构示意图二；
37.图14是本发明第一臂体的结构示意图三；
38.图15是本发明关节组件的结构示意图一；
39.图16是本发明关节组件的结构示意图二；
40.图17是本发明关节组件的结构示意图三；
41.图18是本发明第一臂体与关节组件组合的示意图一；
42.图19是本发明第一臂体与关节组件组合的示意图二；
43.图20是本发明第四柔索的缠绕示意简图；
44.图21是本发明第五柔索的缠绕示意简图。
45.上述附图中的标记为：末端混凝土喷头机构1、喷头主体11、盖体12、挤出头13、搅拌器14、驱动电机15、送料口16、连接支架2、上架体21、下支架22、立柱23、张紧力柔索驱动云台机构3、弧形轨道31、内弧板311、外弧板312、中间弧形板313、柔索槽314、y型支撑架32、第一轨道支撑座33、第一转向滑轮331、第二轨道支撑座34、第二转向滑轮341、水平转角运动平台35、固定螺栓351、第一平板352、第二平板353、侧连接板354、第一固定孔3541、第二固定孔3542、第一滚轮355、第二滚轮356、第三滚轮357、第四滚轮358、第一臂体36、导线槽360、连接座361、螺栓孔3611、柔索固定孔362、连接耳板363、立板364、第一柔索孔3641、第二柔索孔3642、第三柔索孔3643、第四柔索孔3644、第五换向轮365、第六换向轮366、柔索固定件367、卷筒槽368、导线管369、第二臂体37、张紧轮371、导向轮轴38、第一导向轮381、第二导向轮382、第三导向轮383、第四导向轮384、主动力柔索驱动单元4、第六柔索41、第四卷线筒42、第四电机43、第三转向滑轮44、关节组件5、关节轴51、第一连接板52、第二连接板53、连接块531、第一换向轮5311、第二换向轮5312、第五连接板532、第三换向轮5321、第四换向轮5322、第一滑轮54、第二滑轮55、第三滑轮56、第四滑轮57、第三连接板58、第四连接板59、俯仰角柔索驱动单元6、第四柔索61、第五柔索62、第三卷线筒63、第三电机64、水平转角柔索驱动单元7、第二柔索71、第三柔索72、第二卷线筒73、第二电机74、张紧力柔索驱动单元8、第一柔索81、第一卷线筒82、第一电机83。
具体实施方式
46.下面结合附图对本发明做进一步说明：
47.如图1所示的一种适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，包括末端混凝土喷头机构1以及用于固定末端混凝土喷头机构1的连接支架2，末端混凝土喷头机构1的上方设有与墙体固定的张紧力柔索驱动云台机构3，张紧力柔索驱动云台机构3通过第一柔索81与连接支架2相连，末端混凝土喷头机构1的下方设有与地面固定的主动力柔索驱动单元4，主动力柔索驱动单元4通过第六柔索41与连接支架2相连。优选的，本实施例的张紧力柔索驱动云台机构3及主动力柔索驱动单元4均设置三组，且三组张紧力柔索驱动云台机构3与三组主动力柔索驱动单元4分别处于相对应的铅垂线上。张紧力柔索驱动云台机构3应固定在高处，固定面可以是竖直墙面，也可以是天花板或立柱等。
48.进一步的，如图5所示，末端混凝土喷头机构1包括内部为空腔结构的喷头主体11，喷头主体11的上端设有盖体12，喷头主体11的下端设有挤出头13，喷头主体11的内部设有搅拌器14，搅拌器14上端的轴体贯穿盖体12后通过联轴器与驱动电机15相连，喷头主体11上设有与喷头主体11内部连通的送料口16，由送料口16进入喷头主体11内部的混凝土经过搅拌器14搅拌并输送到挤出头13挤出以进行建筑打印。
49.进一步的，如图6所示，连接支架2包括圆环状的上支架21与圆板状的下支架22，上支架21与下支架22呈上下方向平行布置且上支架21与下支架22之间通过立柱23连成一体，末端混凝土喷头机构1的喷头主体11贯穿下支架22并与下支架22固定连接。本实施例中，第一柔索81与上支架21连接，第六柔索41与下支架22连接。
50.进一步的，如图4所示，主动力柔索驱动单元4包括第六柔索41、第四卷线筒42及第四电机43，第六柔索41的一端与第四卷线筒42固定，第六柔索41的另一端绕经第三转向滑轮44后与连接支架2的下支架22相固定。优选的，本实施例中的第四卷线筒42为双筒结构，相对应的第六柔索41并列设置两根，相应的第三转向滑轮44设置两组。工作时，通过第四电机43带动第四卷线筒42转动，第四卷线筒42的转动控制并列布置的两根第六柔索41同时进行收放，进而牵引连接在第六柔索41末端的末端混凝土喷头机构1进行运动完成打印工作。
51.进一步的，如图2、图3所示，张紧力柔索驱动云台机构3包括通过关节组件5形成转动连接的第一臂体36与第二臂体37，第一臂体36相当于关节组件5的输入端，第二臂体37相当于关节组件5的输出端。其中：第一臂体36为固定臂，且第一臂体36靠近关节组件5的一端与水平转角运动平台35的上表面相固定，第二臂体37为悬伸状的转动臂，且第二臂体37的悬伸端设有张紧轮371。
52.进一步的，如图7、图8、图9所示，张紧力柔索驱动云台机构3包括弧形轨道31，弧形轨道31的内弧面通过y型支撑架32固定在墙体上，弧形轨道31的两端分别通过第一轨道支撑座33及第二轨道支撑座34固定在墙体上，弧形轨道31及y型支撑架32形成整个张紧力柔索驱动云台机构3的支撑主体，弧形轨道31上设有与弧形轨道31形成滚动配合的水平转角运动平台35。
53.具体的，弧形轨道31的截面呈h型，包括平行设置的内弧板311及外弧板312，内弧板311及外弧板312之间通过中间弧形板313连接，中间弧形板313将弧形轨道31分隔成上轨道槽及下轨道槽，外弧板312的外侧面沿其长度方向设有柔索槽314。
54.具体的，如图10、图11所示，水平转角运动平台35包括从弧形轨道31外侧卡入弧形
轨道31的平台主体，平台主体的上端面设有与第一臂体36相配合连接的固定螺栓351，平台主体整体呈水平放置的u型结构，包括第一平板352、第二平板353以及连接两者的侧连接板354，第一平板352及第二平板353分别位于弧形轨道31的上下两侧，侧连接板354贴附于弧形轨道31的外侧面，第一平板352的内板面上设有第一滚轮355，第一滚轮355的两侧对称设有第二滚轮356及第三滚轮357，第一滚轮355的轴线垂直于第一平板352，第二滚轮356及第三滚轮357的轴线平行于第一平板352，第二平板353的内板面上设有与第一滚轮355轴线相吻合的第四滚轮358，其中：第一滚轮355与弧形轨道31上轨道槽的两侧槽壁形成滚动配合，第二滚轮356及第三滚轮357与弧形轨道上轨道槽的槽底形成滚动配合，第四滚轮358与弧形轨道下轨道槽的两侧槽壁形成滚动配合。
55.进一步的，如图15、图16、图17所示，关节组件5包括关节轴51，关节轴51上依次设有第一连接板52、第二连接板53、第一滑轮54、第二滑轮55、第三滑轮56、第四滑轮57、第三连接板58及第四连接板59，其中：第一滑轮54、第二滑轮55、第三滑轮56、第四滑轮57转动连接在关节轴51上且均为双槽滑轮；第一连接板52与第四连接板59对称设置，第一连接板52与第四连接板59的一端均与关节轴51固定连接，第一连接板52与第四连接板59的另一端均与第一臂体36固定连接；第二连接板53及第三连接板58对称设置，第二连接板53及第三连接板58的一端均与关节轴51转动连接，第二连接板53及第三连接板58的另一端通过连接块531连成一体，第二臂体37固定连接块531上，第二连接板53与第三连接板58的靠下位置还设有连接两者的第五连接板532。关节组件5上的换向轮组包括并列设置在连接块531上的第一换向轮5311与第二换向轮5312，还包括并列设置在第五连接板532上的第三换向轮5321与第四换向轮5322。
56.进一步的，如图12、图13、图14所示，第一臂体36整体呈方形，第一臂体36在其靠近关节组件5的端部对称设有直角状的连接座361，连接座361上设有螺栓孔3611，该螺栓孔3611与水平转角运动平台35上的固定螺栓351相配合固定，第一臂体36在其远离关节组件5的一端设有连接耳板363，该连接耳板363通过轴承连接在第二卷线筒的传动轴上。
57.具体的，第一臂体36在其靠近关节组件5的端部上方延伸有立板364，立板364上依次设有第一柔索孔3641、第二柔索孔3642、第三柔索孔3643及第四柔索孔3644，立板364与关节组件5之间还设有导向轮轴38，导向轮轴38的轴线与关节组件5的轴线平行，导向轮轴38上同轴设有第一导向轮381、第二导向轮382、第三导向轮383及第四导向轮384，第一导向轮381、第二导向轮382、第三导向轮383及第四导向轮384均分别通过轴承固定在导向轮轴38上，导向轮轴38的两端固定在第一连接板52及第四连接板59上。
58.具体的，第一臂体36在靠近关节组件5的上下端面上分别设有第五换向轮365及第六换向轮366，第五换向轮365的旁侧还设有柔索固定件367，柔索固定件367的位置与第四柔索孔3644相对应。
59.具体的，第一臂体36上开设有容纳第三卷线筒63的卷筒槽368，第一臂体36的内部设有导线管369，该导线管369的进口处位于第三卷线筒63上第四柔索61的出线端，导线管369的出口处位于第一臂体36靠近关节组件的端部并与第一滑轮54相对应，第一臂体36的上端面还设有导线槽360，该导线槽360的一端与第三卷线筒63上第五柔索62的出线端对应，导线槽360的另一端与第一柔索孔3641相对应。
60.进一步的，张紧力柔索驱动云台机构3还包括用以调整第二臂体37转动角度的俯
仰角柔索驱动单元6、驱动水平转角运动平台35沿弧形轨道31限定方向平动的水平转角柔索驱动单元7以及连接张紧轮371与连接支架2的张紧力柔索驱动单元8。
61.具体的，如图2所示，张紧力柔索驱动单元8包括第一柔索81、第一卷线筒82及第一电机83，第一柔索81的一端与第一卷线筒82相连，第一柔索81的另一端绕经张紧轮371后与连接支架2的上架体21相连，第一电机83驱动第一卷线筒82转动以带动第一柔索81收放。更为具体的，第一电机83的输出端通过一对减速齿轮与第一卷线筒的传动轴连接，工作时，第一电机83带动第一卷线筒82转动，从而牵引与末端混凝土喷头机构1相连的第一柔索81并提供张紧力。
62.具体的，如图7、图8、图9所示，水平转角柔索驱动单元7包括第二柔索71、第三柔索72、第二卷线筒73及第二电机74，第二卷线筒73的传动轴通过轴承垂直连接在y型支撑架32上，且第二卷线筒73的传动轴的中心轴线过弧形轨道31的圆心。第二卷线筒73为双筒结构，第二柔索71及第三柔索72并列缠绕在第二卷线筒73上且缠绕方向相反，第二柔索71及第三柔索72的一端均分别与第二卷线筒73相连，第二柔索71及第三柔索72的另一端分别与水平转角运动平台35的两个端部相连，第二电机74驱动第二卷线筒73转动以带动第二柔索71及第三柔索72实现一收一放的闭环传动。更为具体的，第二柔索71的一端与第二卷线筒73固定，第二柔索71的另一端绕经第一轨道支撑座33上设置的第一转向滑轮331后进入柔索槽314并最终与水平转角运动平台35上的第一固定孔3541相固定，第三柔索72的一端与第二卷线筒73固定，第三柔索72的另一端绕经第二轨道支撑座34上设置的第二转向滑轮341后进入柔索槽314并最终与水平转角运动平台35上的第二固定孔3542相固定。工作时，第二电机74通过一对减速齿轮带动第二卷线筒73转动，由于第二柔索71和第三柔索72在第二卷线筒73上的缠绕方向是相反的，所以第二卷线筒73的转动使第二柔索71变长时，第三柔索72就变短，第二卷线筒73的转动使第二柔索71变短时，第三柔索72就变长，但第二柔索71和第三柔索72长度变化量的绝对值始终保持一致以最大程度的提高精度。第二卷线筒73的转动可以同步牵引牵引第二柔索71及第三柔索72，第二柔索71和第三柔索72中的一条柔索提供拉力，另一条提供张紧力，水平转角运动平台35可以带动与之相连的第一臂体36沿弧形轨道31限定的方向平动，也就是第一臂体36沿第二卷线筒73的传动轴发生水平方向的转动，第一臂体36转动的同时，第二臂体27同步发生转动，这样配合俯仰角柔索驱动单元6就可以调整张紧轮371的位置和指向。本实施例的三组张紧力柔索驱动云台机构3在安装完毕后，其在同一水平面内的投影应组成任意三角形形状，水平转角柔索驱动单元7可以使张紧轮371指向三角形外接圆的圆心以保证工作过程中打印机的稳定运行。
63.具体的，如图18、图19、图20、图21所示，俯仰角柔索驱动单元6包括第四柔索61、第五柔索62、第三卷线筒63及第三电机64，第四柔索61及第五柔索62并列缠绕在第三卷线筒63上且缠绕方向相反，第四柔索61的一端与第三卷线筒63相连，第四柔索61的另一端反向绕经关节组件5上的滑轮组和换向轮组后与第一臂体36相固定，第五柔索62的一端与第三卷线筒63相连，第五柔索62的另一端正向绕经关节组件5上的滑轮组和换向轮组后与第一臂体36相固定，第三电机64驱动第三卷线筒63转动以带动第四柔索61及第五柔索62实现一收一放的闭环传动。更为具体的，第四柔索61的一端与第三卷线筒63相固定，第四柔索61的另一端穿过导线管369后依次绕经第一滑轮54的第一轮槽、第一换向轮5311、第二滑轮55的第一轮槽、第六换向轮366、第三滑轮56的第一轮槽、第二换向轮5312、第四滑轮57的第一轮
槽后与第一臂体36上的柔索固定孔362连接固定。第五柔索62的一端与第三卷线筒63相固定，第五柔索62的另一端沿导线槽360进入第一柔索孔3641、第一导向轮381、第一滑轮54的第二轮槽、第三换向轮5321、第二滑轮55的第二轮槽、第二导向轮382、第二柔索孔3642、第五换向轮365、第三柔索孔3643、第三导向轮383、第三滑轮56的第二轮槽、第四换向轮5322、第四滑轮57的第二轮槽、第四导向轮384、第四柔索孔3644后与柔索固定件367连接固定。工作时，第三电机64通过一对减速齿轮带动第三卷线筒63转动，这时第四柔索61与第五柔索62中的一条柔索提供拉力，另一条提供张紧力，以完成关节组件5的转动，即可以调整第二臂体37的俯仰角以及对当前位置的保持。
64.本发明的使用过程如下：
65.打印工作开始前，先将打印机各机构根据工作场地布置好工作位置，再将三组张紧力柔索驱动云台机构固定在墙壁或天花板上，并找到三者在同一水平面上的投影位置所组成的三角形及其外接圆圆心，水平转角柔索驱动单元中的第二电机控制第二卷线筒转动使第二柔索及第三柔索一收一放，此时被第二柔索及第三柔索牵引的水平转角运动平台带动第二臂体实现水平转动并使张紧轮指向外接圆的圆心。进一步驱动俯仰角柔索驱动单元的第三电机运动以使第三卷线筒转动，第三卷线筒的转动通过第四柔索和第五柔索可使第二臂体发生俯仰角度的变化，通过俯仰角的调整使得三组张紧力柔索驱动云台机构中的张紧轮保持在同一高度上。
66.三组主动力绳驱动机构分别布置在三组张紧力柔索驱动云台机构的铅垂线方向的地面上，并同样指向三者位置构成的三角形外接圆圆心。三组主动力绳驱动机构共六条柔索共同连接在连接支架的下支架上，三组张紧力柔索驱动云台机构所控制的三条第一柔索共同连接在连接支架的上支架上，上支架和下支架通过三个均布的立柱连接并将末端混凝土喷头机构固定。末端混凝土喷头机构的送料口连接输送混凝土的运输管道，运输管道连接送料口一侧要有一定长度的管道处于竖直位置以保证打印过程中最大程度减小其对末端混凝土喷头机构的作用力以来保证打印精度。打印前六根六条柔索以及三根第一柔索均要处于张紧状态以将末端混凝土喷头机构悬吊在半空，控制器根据需要打印的运动轨迹将指令传达到各个电机，电机带动各个卷线筒转动实现对相对应柔索的收放进而带动末端混凝土喷头机构运动实现3d打印工作。
67.本发明的有益效果在于：
68.1)本发明充分利用柔索驱动特性，极大简化了大型3d建筑打印机的结构使其能随时随地组装进行使用，且实现了能在各种空间条件下进行3d建筑打印工作的功能。
69.2)本发明的云台机构使其能够针对工作场所做到自适应调整，且在工作时可以实时调节俯仰角单元姿态使整个机构拥有更大的工作空间。
70.3)本发明采用了模块单元化机构组成，使其能够针对不同工作场所对不同单元的零件进行更换以满足所需工作条件。
71.4)本发明的末端执行器包括但不限于混凝土喷头，在不同需求下更换末端执行器可以实现更多不同的功能。
72.5)本发明自身结构简便轻巧，其制造成本远低于现有刚性结构的大型建筑打印机。
73.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范
围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，其特征在于：包括末端混凝土喷头机构(1)以及用于固定末端混凝土喷头机构(1)的连接支架(2)，所述末端混凝土喷头机构(1)的上方设有与墙体固定的张紧力柔索驱动云台机构(3)，张紧力柔索驱动云台机构(3)通过第一柔索(81)与连接支架(2)相连，所述末端混凝土喷头机构(1)的下方设有与地面固定的主动力柔索驱动单元(4)，主动力柔索驱动单元(4)通过第六柔索(41)与连接支架(2)相连，所述的张紧力柔索驱动云台机构(3)及主动力柔索驱动单元(4)均至少设置三组；所述的张紧力柔索驱动云台机构(3)包括弧形轨道(31)，所述弧形轨道(31)的内弧面通过y型支撑架(32)固定在墙体上，所述弧形轨道(31)的两端分别通过第一轨道支撑座(33)及第二轨道支撑座(34)固定在墙体上，所述的弧形轨道(31)及y型支撑架(32)形成整个张紧力柔索驱动云台机构(3)的支撑主体，所述的弧形轨道(31)上设有与弧形轨道(31)形成滚动配合的水平转角运动平台(35)；还包括通过关节组件(5)形成转动连接的第一臂体(36)与第二臂体(37)，所述的第一臂体(36)为固定臂，且第一臂体(36)靠近关节组件(5)的一端与水平转角运动平台(35)的上表面相固定，所述的第二臂体(37)为悬伸状的转动臂，且第二臂体(37)的悬伸端设有张紧轮(371)；还包括用以调整第二臂体(37)转动角度的俯仰角柔索驱动单元(6)、驱动水平转角运动平台(35)沿弧形轨道(31)限定方向平动的水平转角柔索驱动单元(7)以及连接张紧轮(371)与连接支架(2)的张紧力柔索驱动单元(8)；所述的张紧力柔索驱动单元(8)包括第一柔索(81)、第一卷线筒(82)及第一电机(83)，所述第一柔索(81)的一端与第一卷线筒(82)相连，第一柔索(81)的另一端绕经张紧轮(371)后与连接支架(2)的上架体(21)相连，第一电机(83)驱动第一卷线筒(82)转动以带动第一柔索(81)收放；所述的水平转角柔索驱动单元(7)包括第二柔索(71)、第三柔索(72)、第二卷线筒(73)及第二电机(74)，所述的第二卷线筒(73)为双筒结构，所述的第二柔索(71)及第三柔索(72)并列缠绕在第二卷线筒(73)上且缠绕方向相反，第二柔索(71)及第三柔索(72)的一端均分别与第二卷线筒(73)相连，第二柔索(71)及第三柔索(72)的另一端分别与水平转角运动平台(35)的两个端部相连，第二电机(74)驱动第二卷线筒(73)转动以带动第二柔索(71)及第三柔索(72)实现一收一放的闭环传动；所述的俯仰角柔索驱动单元(6)包括第四柔索(61)、第五柔索(62)、第三卷线筒(63)及第三电机(64)，所述的第四柔索(61)及第五柔索(62)并列缠绕在第三卷线筒(63)上且缠绕方向相反，第四柔索(61)的一端与第三卷线筒(63)相连，第四柔索(61)的另一端反向绕经关节组件(5)上的滑轮组和换向轮组后与第一臂体(36)相固定，第五柔索(62)的一端与第三卷线筒(63)相连，第五柔索(62)的另一端正向绕经关节组件(5)上的滑轮组和换向轮组后与第一臂体(36)相固定，第三电机(64)驱动第三卷线筒(63)转动以带动第四柔索(61)及第五柔索(62)实现一收一放的闭环传动；所述的主动力柔索驱动单元(4)包括第六柔索(41)、第四卷线筒(42)及第四电机(43)，第六柔索(41)的一端与第四卷线筒(42)固定，第六柔索(41)的另一端绕经第三转向滑轮(44)后与连接支架(2)的下支架(22)相固定，所述的第四卷线筒(42)为双筒结构，相对应的
第六柔索(41)并列设置两根，第三转向滑轮(44)设置两组。2.根据权利要求1所述的适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，其特征在于：所述的水平转角运动平台(35)包括从弧形轨道(31)外侧卡入弧形轨道的平台主体，所述平台主体的上端面设有与第一臂体(36)相配合连接的固定螺栓(351)，所述的平台主体整体呈水平放置的u型结构，包括第一平板(352)、第二平板(353)以及连接两者的侧连接板(354)，所述的第一平板(352)及第二平板(353)分别位于弧形轨道(31)的上下两侧，所述的侧连接板(354)贴附于弧形轨道(31)的外侧面，所述第一平板(352)的内板面上设有第一滚轮(355)，第一滚轮(355)的两侧对称设有第二滚轮(356)及第三滚轮(357)，所述第一滚轮(355)的轴线垂直于第一平板(352)，所述第二滚轮(356)及第三滚轮(357)的轴线平行于第一平板(352)，所述第二平板(353)的内板面上设有与第一滚轮(355)轴线相吻合的第四滚轮(358)，其中：第一滚轮(355)与弧形轨道(31)上轨道槽的两侧槽壁形成滚动配合，第二滚轮(356)及第三滚轮(357)与弧形轨道上轨道槽的槽底形成滚动配合，第四滚轮(358)与弧形轨道下轨道槽的两侧槽壁形成滚动配合。3.根据权利要求1所述的适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，其特征在于：所述弧形轨道(31)的截面呈h型，包括平行设置的内弧板(311)及外弧板(312)，所述内弧板(311)及外弧板(312)之间通过中间弧形板(313)连接，中间弧形板(313)将弧形轨道(31)分隔成上轨道槽及下轨道槽，所述外弧板(312)的外侧面沿其长度方向设有柔索槽(314)；所述第二卷线筒(73)的传动轴通过轴承垂直连接在y型支撑架(32)上，且第二卷线筒(73)的传动轴的中心轴线过弧形轨道(31)的圆心，所述第二柔索(71)的一端与第二卷线筒(73)固定，第二柔索(71)的另一端绕经第一轨道支撑座(33)上设置的第一转向滑轮(331)后进入柔索槽(314)并最终与水平转角运动平台(35)上的第一固定孔(3541)相固定，所述第三柔索(72)的一端与第二卷线筒(73)固定，第三柔索(72)的另一端绕经第二轨道支撑座(34)上设置的第二转向滑轮(341)后进入柔索槽(314)并最终与水平转角运动平台(35)上的第二固定孔(3542)相固定。4.根据权利要求1所述的适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，其特征在于：所述的关节组件(5)包括关节轴(51)，所述的关节轴(51)上依次设有第一连接板(52)、第二连接板(53)、第一滑轮(54)、第二滑轮(55)、第三滑轮(56)、第四滑轮(57)、第三连接板(58)及第四连接板(59)，其中：第一滑轮(54)、第二滑轮(55)、第三滑轮(56)、第四滑轮(57)转动连接在关节轴(51)上且均为双槽滑轮；所述的第一连接板(52)与第四连接板(59)对称设置，第一连接板(52)与第四连接板(59)的一端均与关节轴(51)固定连接，第一连接板(52)与第四连接板(59)的另一端均与第一臂体(36)固定连接；所述的第二连接板(53)及第三连接板(58)对称设置，所述第二连接板(53)及第三连接板(58)的一端均与关节轴(51)转动连接，第二连接板(53)及第三连接板(58)的另一端通过连接块(531)连成一体，所述的第二臂体(37)固定连接块(531)上，所述的第二连接板(53)与第三连接板(58)的靠下位置还设有连接两者的第五连接板(532)。5.根据权利要求1所述的适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，其特征在于：所述的第一臂体(36)整体呈方形，第一臂体(36)在其靠近关节组件(5)的端部对称设有直角状的连接座(361)，所述的连接座(361)上设有螺栓孔(3611)，该螺栓孔(3611)与水
平转角运动平台(35)上的固定螺栓(351)相配合固定，所述的第一臂体(36)在其远离关节组件(5)的一端设有连接耳板(363)，该连接耳板(363)通过轴承连接在第二卷线筒的传动轴上；所述的第一臂体(36)在其靠近关节组件(5)的端部上方延伸有立板(364)，所述的立板(364)上依次设有第一柔索孔(3641)、第二柔索孔(3642)、第三柔索孔(3643)及第四柔索孔(3644)，所述的立板(364)与关节组件(5)之间还设有导向轮轴(38)，所述导向轮轴(38)的轴线与关节组件(5)的轴线平行，所述的导向轮轴(38)上同轴设有第一导向轮(381)、第二导向轮(382)、第三导向轮(383)及第四导向轮(384)，所述的第一导向轮(381)、第二导向轮(382)、第三导向轮(383)及第四导向轮(384)均分别通过轴承固定在导向轮轴(38)上，所述导向轮轴(38)的两端固定在第一连接板(52)及第四连接板(59)上。6.根据权利要求5所述的适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，其特征在于：所述关节组件(5)上的换向轮组包括并列设置在连接块(531)上的第一换向轮(5311)与第二换向轮(5312)，还包括并列设置在第五连接板(532)上的第三换向轮(5321)与第四换向轮(5322)，所述的第一臂体(36)在靠近关节组件(5)的上下端面上分别设有第五换向轮(365)及第六换向轮(366)，所述第五换向轮(365)的旁侧还设有柔索固定件(367)，所述柔索固定件(367)的位置与第四柔索孔(3644)相对应。7.根据权利要求5所述的适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，其特征在于：所述的第一臂体(36)上开设有容纳第三卷线筒(63)的卷筒槽(368)，所述第一臂体(36)的内部设有导线管(369)，该导线管(369)的进口处位于第三卷线筒(63)上第四柔索(61)的出线端，导线管(369)的出口处位于第一臂体(36)靠近关节组件的端部并与第一滑轮(54)相对应，所述第一臂体(36)的上端面还设有导线槽(360)，该导线槽(360)的一端与第三卷线筒(63)上第五柔索(62)的出线端对应，导线槽(360)的另一端与第一柔索孔(3641)相对应。8.根据权利要求7所述的适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，其特征在于：所述第四柔索(61)的一端与第三卷线筒(63)相固定，第四柔索(61)的另一端穿过导线管(369)后依次绕经第一滑轮(54)的第一轮槽、第一换向轮(5311)、第二滑轮(55)的第一轮槽、第六换向轮(366)、第三滑轮(56)的第一轮槽、第二换向轮(5312)、第四滑轮(57)的第一轮槽后与第一臂体(36)上的柔索固定孔(362)连接固定；所述第五柔索(62)的一端与第三卷线筒(63)相固定，第五柔索(62)的另一端沿导线槽(360)进入第一柔索孔(3641)、第一导向轮(381)、第一滑轮(54)的第二轮槽、第三换向轮(5321)、第二滑轮(55)的第二轮槽、第二导向轮(382)、第二柔索孔(3642)、第五换向轮(365)、第三柔索孔(3643)、第三导向轮(383)、第三滑轮(56)的第二轮槽、第四换向轮(5322)、第四滑轮(57)的第二轮槽、第四导向轮(384)、第四柔索孔(3644)后与柔索固定件(367)连接固定。9.根据权利要求1所述的适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，其特征在于：所述的末端混凝土喷头机构(1)包括内部为空腔结构的喷头主体(11)，所述喷头主体(11)的上端设有盖体(12)，所述喷头主体(11)的下端设有挤出头(13)，所述喷头主体(11)的内部设有搅拌器(14)，所述搅拌器(14)上端的轴体贯穿盖体(12)后通过联轴器与驱动电机(15)相连，所述的喷头主体(11)上设有与喷头主体(11)内部连通的送料口(16)，由送料口(16)进入喷头主体(11)内部的混凝土经过搅拌器(14)搅拌并输送到挤出头(13)挤出以
进行建筑打印。10.根据权利要求1所述的适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3d打印机，其特征在于：所述的连接支架(2)包括圆环状的上支架(21)与圆板状的下支架(22)，所述的上支架(21)与下支架(22)呈上下方向平行布置且上支架(21)与下支架(22)之间通过立柱(23)连成一体，所述末端混凝土喷头机构(1)的喷头主体(11)贯穿下支架(22)并与下支架(22)固定连接。

技术总结
本发明涉及一种适用于多种空间场所工作的柔索驱动建筑3D打印机，包括末端混凝土喷头机构以及用于固定末端混凝土喷头机构的连接支架，末端混凝土喷头机构的上方设有张紧力柔索驱动云台机构，张紧力柔索驱动云台机构通过第一柔索与连接支架相连，末端混凝土喷头机构的下方设有主动力柔索驱动单元，主动力柔索驱动单元通过第六柔索与连接支架相连。还包括俯仰角柔索驱动单元、水平转角柔索驱动单元、张紧力柔索驱动单元。由上述技术方案可知，本发明适用于各种场合、各种空间下进行打印工作并且极大程度解决了传统大型建筑3D打印机机构复杂笨重难以拆解运送的缺点，为未来更多场所进行打印工作提供了可能。进行打印工作提供了可能。进行打印工作提供了可能。


技术研发人员：钱森 李昊航 王道明 李长奇 訾斌
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/13