一種基于行星輪系3D打印機驅(qū)動機構(gòu)及方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于行星輪系3D打印機驅(qū)動機構(gòu)，包括外齒圈、與所述外齒圈同心設(shè)置的太陽輪，呈180°夾角的對稱嚙合設(shè)置在外齒圈與太陽輪之間的兩個行星輪、連接兩個行星輪的行星架，每個行星輪均通過連接軸與同步帶輪同軸連接，兩個同步帶輪之間連接有同步帶，打印機擠出裝置支撐桿與行星架固連，連接軸通過軸承裝在行星架上，打印機擠出裝置安裝在同步帶的一側(cè)，并由該側(cè)同步帶帶動，同時與所述打印機擠出裝置支撐桿滑動配合。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了一種基于行星輪系3D打印機驅(qū)動方法。本發(fā)明專利技術(shù)大大提高了電機利用率，減輕了電機負擔，提升打印頭移動速度，且整個打印機的打印精度由精度最高的那個電機所決定，使得打印精度有提升空間。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及3D打印領(lǐng)域，尤其涉及一種基于行星輪系3D打印機驅(qū)動機構(gòu)及方法。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)XY式打印機在做單軸運動時，只有一個電機工作，電機的利用率低，打印頭移動速度慢，同時，打印頭的移動精度受每個電機的精度影響，打印精度有待提高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種基于行星輪系3D打印機驅(qū)動機構(gòu)及方法。本專利技術(shù)是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于行星輪系3D打印機驅(qū)動機構(gòu)，包括外齒圈、與所述外齒圈同心設(shè)置的太陽輪，呈180°夾角的對稱嚙合設(shè)置在外齒圈與太陽輪之間的兩個行星輪、連接兩個行星輪的行星架，每個行星輪均通過連接軸與同步帶輪同軸連接，兩個同步帶輪之間連接有同步帶，打印機擠出裝置支撐桿打印機擠出裝置支撐桿與行星架固連，連接軸通過軸承裝在行星架上，打印機擠出裝置安裝在同步帶的一側(cè)，并由該側(cè)同步帶帶動，同時與所述打印機擠出裝置支撐桿滑動配合，跟隨同步帶的移動而做平移運動。進一步地，每個行星輪的圓心與所連接的同步帶輪的圓心位于同一豎直線上，同時，兩個同步帶輪位于同于水平高度上。一種采用所述驅(qū)動機構(gòu)的3D打印機驅(qū)動方法，包括步驟：1)用極坐標(r,θ)表示打印機擠出裝置在平面中所在位置；2)通過設(shè)定外齒圈的角速度ωc、行星輪的自轉(zhuǎn)角速度ω自、行星架的角速度ω公、太陽輪的角速度ωa中的任兩個為已知參量確定另兩個的角速度；3)根據(jù)行星架的角速度ω公和行星輪的角速度ω自求得微小時間Δt內(nèi)行星輪的徑向位移Δl和行星輪公轉(zhuǎn)行星輪公轉(zhuǎn)的角位移Δθ，實現(xiàn)坐標的位移。4)打印機擠出裝置角速度、位移由行星架的角速度ω公直接決定，徑向運動速度、位移由行星輪的角速度ω自直接決定。進一步地，所述步驟2)具體包括：21)由行星輪系傳動關(guān)系得出變量外齒圈的角速度ωc、行星輪的自轉(zhuǎn)角速度ω自、行星架的角速度ω公、太陽輪的角速度ωa之間的關(guān)系式：Rc×wc＝Rb×w自-(Ra+Rb)×w公 (1)Ra×wa＝Rb×w自+(Ra+Rb)×w公 (2)其中，Ra為太陽輪半徑，Rb為行星架半徑，Rc為外齒圈半徑；22)當設(shè)定四個變量中的任意兩個為已知主動量時，上述兩式即為二元一次方程組，可解出剩余兩從動量的表達式，例如當外齒圈的角速度ωc、太陽輪的角速度ωa為主動量時，可解得：①行星架5)的角速度ω公的表達式：②行星輪(9)的自轉(zhuǎn)角速度ω自的表達式當設(shè)定其他兩變量為主動量時的情況依此類推。進一步地，所述步驟3)具體包括：31)將所述行星輪的自轉(zhuǎn)角速度ω自表達式兩邊乘以Δt和Rb,得到微小時間Δt內(nèi)行星輪的徑向位移Δl： Δ l = R a 2 Δθ a + R c 2 Δθ c ; ]]>32)外齒圈的角速度表達式兩邊同時乘以Δt，得到微小時間Δt內(nèi)行星輪公轉(zhuǎn)的角位移Δθ： Δ θ = R a 2 ( R b + R a ) × Δθ a - R c 2 ( R b + R a ) × Δθ c ; ]]>33)根據(jù)微小時間Δt內(nèi)行星輪的徑向位移Δl和微小時間Δt內(nèi)行星輪公轉(zhuǎn)的角位移Δθ作為位移量實現(xiàn)坐標的位移。進一步地，設(shè)定外齒圈的角速度ωc為主動量是指用電機驅(qū)動外齒圈轉(zhuǎn)動；設(shè)定行星輪的角速度ω自為主動量是指用電機驅(qū)動行星輪轉(zhuǎn)動；設(shè)定行星架的角速度ω公為主動量是指用電機驅(qū)動行星架轉(zhuǎn)動；設(shè)定太陽輪的角速度ωa為主動量是指用電機驅(qū)動太陽輪轉(zhuǎn)動。相比現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)主要有以下優(yōu)點：1、相比傳統(tǒng)XY式打印機在做單軸運動時，只有一個電機工作，行星輪式打印機無論是再做行星輪的旋轉(zhuǎn)還是同步帶輪的旋轉(zhuǎn)時，都可以兩個電機同時工作，大大提高了電機的利用率，提升打印頭移動速度，且整個打印機的打印精度由精度最高的那個電機所決定，使得打印精度有提升空間。2、以ωa、ωc為主動量時，可以根據(jù)電機的性能適配相應(yīng)齒輪系的尺寸(Ra，Rb，Rc)，以達到理想的工作狀態(tài)。3、以ω自、ω公為主動量時，可以略去外齒圈和太陽輪(行星輪也不需要用齒輪，沒有齒輪傳動、配合機構(gòu))，大大簡化機構(gòu)，使生產(chǎn)和加工的難度大大降低。4、行星齒輪結(jié)構(gòu)3D打印機，利用行星齒輪機構(gòu)多輸入、多自由度的機械結(jié)構(gòu)特性，實現(xiàn)3D打印機打印頭在打印平面內(nèi)快速、高效的移動。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為本專利技術(shù)實施例的行星輪與同步帶輪的裝配示意圖。圖3為專利技術(shù)實施例的行星輪的徑向位移示意圖。圖4為專利技術(shù)實施例的打印機擠出裝置安裝示意圖。圖中所示為：1-第一行星輪；2-太陽輪；3-第二行星輪；4-外齒圈；5-行星架；6-打印機擠出裝置支撐桿；7-同步帶輪；8-連接軸；9-行星輪；10-第一同步帶輪；11-第二同步帶輪；12-打印機擠出裝置；13-同步帶。具體實施方式下面通過具體實施例對本專利技術(shù)的目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本專利技術(shù)的實施方式并不因此限定于以下實施例。如圖1至圖4所示，一種基于行星輪系3D打印機驅(qū)動機構(gòu)，包括外齒圈4、與所述外齒圈4同心設(shè)置的太陽輪2，呈180°夾角的對稱嚙合設(shè)置在外齒圈4與太陽輪2之間的兩個行星輪9、連接設(shè)置在兩個行星輪9之間的行星架5，兩個行星輪9分別為第一行星輪1和第二行星輪3，每個行星輪9均通過連接軸8與同步帶輪7同軸連接，兩個同步帶輪7分別為第一同步帶輪10和第二同步帶輪11，第一同步帶輪10和第二同步帶輪11之間連接有同步帶13，兩個連接軸8之間設(shè)置有打印裝置支撐桿6，打印機擠出裝置12安裝在同步帶13的一側(cè)，同時與所述打印機裝置支撐桿6滑動配合，跟隨同步帶13的移動而做徑向運動。每個行星輪9的圓心與所連接的同步帶輪7的圓心位于同一豎直線上，同時，兩個同步帶輪7位于同于水平高度上。一種采用所述驅(qū)動機構(gòu)的3D打印機驅(qū)動方法，包括步驟：1)用極坐標(r,θ)表示打印機擠出裝置12在平面中所在位置本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于行星輪系3D打印機驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于：包括外齒圈(4)、與所述外齒圈(4)同心設(shè)置的太陽輪(2)，呈180°夾角的對稱嚙合設(shè)置在外齒圈(4)與太陽輪(2)之間的兩個行星輪(9)、連接兩個行星輪(9)的行星架(5)，每個行星輪(9)均通過連接軸(8)與同步帶輪(7)同軸連接，兩個同步帶輪之間連接有同步帶(13)，打印機擠出裝置支撐桿(6)水平穿過兩個連接軸(8)，(打印機擠出裝置支撐桿(6)與行星架(5)固連，連接軸(8)通過軸承裝在行星架(5)上，打印機擠出裝置(12)安裝在同步帶(13)的一側(cè)，并由該側(cè)同步帶(13)帶動，同時與所述打印機擠出裝置支撐桿(6)滑動配合，跟隨同步帶(13)的移動而做平移運動。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于行星輪系3D打印機驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于：包括外齒圈(4)、與所述外齒圈(4)同心設(shè)置的太陽輪(2)，呈180°夾角的對稱嚙合設(shè)置在外齒圈(4)與太陽輪(2)之間的兩個行星輪(9)、連接兩個行星輪(9)的行星架(5)，每個行星輪(9)均通過連接軸(8)與同步帶輪(7)同軸連接，兩個同步帶輪之間連接有同步帶(13)，打印機擠出裝置支撐桿(6)水平穿過兩個連接軸(8)，(打印機擠出裝置支撐桿(6)與行星架(5)固連，連接軸(8)通過軸承裝在行星架(5)上，打印機擠出裝置(12)安裝在同步帶(13)的一側(cè)，并由該側(cè)同步帶(13)帶動，同時與所述打印機擠出裝置支撐桿(6)滑動配合，跟隨同步帶(13)的移動而做平移運動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于行星輪系3D打印機驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于：每個行星輪(9)的圓心與所連接的同步帶輪(7)的圓心位于同一豎直線上，同時，兩個同步帶輪(7)位于同于水平高度上。3.一種采用所述驅(qū)動機構(gòu)的3D打印機驅(qū)動方法，其特征在于，包括步驟：1)用極坐標(r,θ)表示打印機擠出裝置(12)在平面中所在位置；2)通過設(shè)定外齒圈(4)的角速度ωc、行星輪(9)的自轉(zhuǎn)角速度ω自、行星架(5)的角速度ω公、太陽輪(2)的角速度ωa中的任兩個為已知參量確定另兩個的角速度；3)根據(jù)行星架的角速度ω公和行星輪的角速度ω自求得微小時間Δt內(nèi)行星輪的徑向位移Δl和行星輪公轉(zhuǎn)行星輪公轉(zhuǎn)的角位移Δθ，實現(xiàn)坐標的位移；4)打印機擠出裝置角速度、位移由行星架的角速度ω公直接決定，徑向運動速度、位移由行星輪的角速度ω自直接決定。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D打印機驅(qū)動方法，其特征在于，所述步驟2)具體包括：21)由行星輪系傳動關(guān)系得出變量外齒圈(4)的角速度ωc、行星輪(9)的自轉(zhuǎn)角速度ω自、行星架(5)的角速度ω公、太陽輪(2)的角速度ωa)之間的關(guān)系式：Rc×wc＝Rb×w自-(Ra+Rb)×w公Ra×wa＝Rb×w自+(Ra+Rb)×w公其中，Ra為太陽輪半徑，Rb為行星架半徑，Rc為外齒圈半徑；22)當設(shè)定四個變量中的任意兩個為已知主動量時，上述兩式即為二元一次方程組，可解出剩余兩從動量的表達式。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D打印機驅(qū)動方法，其特征在于，所述步驟3)具體包括：31)將所述行星輪的自轉(zhuǎn)角速度ω自表達式兩邊乘以Δt和Rb,得到微小時間Δt內(nèi)行...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐開明，陳松茂，吳桐，毛廣揚，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44