[发明专利]一种六自由度3D打印装置及其控制方法

权利要求书

1.一种六自由度3D打印装置，其包括支架(1)，所述支架(1)包括底座框架(1001)以及固定在底座框架(1001)上的安装框架；其特征在于，还包括：

六自由度移动平台(2)，其一端固定安装在底座框架(1001)上；所述六自由度移动平台(2)的各关节中设置有报警系统和检测系统，所述检测系统包括角度传感器和力传感器，所述角度传感器用于检测在3D打印工作过程中各关节内的伺服电机转轴转过的角度；所述力传感器用于检测在3D打印工作过程中各关节内的伺服电机转轴转动时机械臂所受力；所述报警系统用于在所述角度传感器检测出的角度超出预设角度或者所述力传感器检测出的力超出预设力时，发出警报信息；

打印组件(3)，其包括：

打印支撑部，其安装在所述六自由度移动平台(2)相对底座框架(1001)的另一端；所述打印支撑部包括：

转接头(3001)，其安装在六自由度移动平台(2)远离底座框架(1001)一端；

热床(3002)，其安装在转接头(3001)上；以及

晶格玻璃(3003)，其安装在热床(3002)上，用于支撑打印成型件；以及

打印输出部，其安装在安装框架上且与打印支撑部相配合，所述打印输出部包括：

喷头安装架(3004)，其安装在安装框架上；

打印喷头(3005)，其安装在喷头安装架(3004)上且与晶格玻璃(3003)相对应，所述打印喷头(3005)用于输出打印材料；以及

控制器，其用于协调控制六自由度移动平台(2)和打印组件(3)进行3D打印工作；

其中，所述六自由度3D打印装置采用一种控制方法；所述控制方法包括以下步骤：

S1：搭建打印组件控制电路；所述搭建打印组件控制电路包括以下步骤：

将220V交流电变为12V直流电作为步进电机的驱动源；

将继电器A路与喷头的加热端口和主板引脚Y5相连，继电器B路与热床的加热端口和主板引脚Y7相连，在喷头处设置温敏电阻Re并将温敏电阻Re和100K恒定电阻R1串联，在热床处设置温敏电阻Rb并将温敏电阻Rb和100K欧姆R2恒定电阻串联；

根据公式分别计算喷头的温度T_e和热床的温度T_b；

将T_e和T_b与预定值做比较判断，根据判断结果控制引脚Y5和Y7的高低电平，利用间歇性加热方法实现恒温控制；

上式中：HIGH为高电平，LOW为低电平，T_se为设定的喷头温度，T_sb为设定的热床温度；

S2：将控制器与上位机模块以及边缘计算控制器模块连接；

S3：对模型进行切片处理，将切片处理后的数据以及各个打印参数输入到模拟程序中进行运动模拟；

其中，利用一个Moveit模块控制六自由度移动平台(2)以及控制物料挤出速度进行运动模拟，所述运动模拟包括以下步骤：

根据六自由度移动平台(2)结构，利用XML语言编写六自由度移动平台(2)的模型描述文件，定义连杆大小、关节连接关系和关节坐标变化矩阵；

利用一个ROS系统下的Moveit初始功能包调用六自由度移动平台(2)的描述模型，创建关节组，将所述关节组分为手臂组和末端执行组两部分，并设置所述关节组的运动学求解器为KDL Kinematics Plugin，默认运动算法规划库为OMPL；

利用ros control配置所述控制器，根据需要选择位置控制器、速度控制器以及加速度控制器；

读取数据文件，数据信息中控制平台移动的信息由六个变量组组成，分别为沿x、y、z坐标方向的平动和绕x、y、z轴方向的转动；将相应变量输入到所述Moveit初始功能包里的Cartesian笛卡尔运动规划中实现连续运动；

S4：将运动模拟完成后的数据及参数输入到上位机模块，所述上位机模块通过边缘计算控制器模块和所述控制器进行3D打印工作。

2.如权利要求1所述的六自由度3D打印装置，其特征在于：所述打印输出部还包括耗材盘(3006)和丝料架(3007)，丝料架(3007)安装在安装框架上且内部转动设置有两根位于同一水平面的相互平行的转轴(3900)，所述耗材盘(3006)放置在两根转轴(3900)之间，所述耗材盘(3006)开设有缠绕耗材的槽口。