一种用于流体食物3D打印的运动控制系统 |
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| 申请号 | CN201610880944.1 | 申请日 | 2016-09-30 | 公开(公告)号 | CN106490663A | 公开(公告)日 | 2017-03-15 |
| 申请人 | 广东工业大学; | 发明人 | 陈顺成; 曾广明; 吴植英; 孙陆逊; 卢梓键; 陈创斌; 赖锴璇; 白见福; 黄鲸维; 赵泽政; 王晗; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于 流体 食物3D打印的运动控制系统，包括 机架 ，固定安装于机架底部的载物台，可沿机架的Z轴方向滑动的运动架，可滑动安装于运动架上且沿机架的Y轴方向滑动的 横杆 ，可滑动安装于横杆上且沿机架的X轴方向滑动的挤出装置，以及用于驱动运动架、横杆和挤出装置滑动的驱动装置。本发明通过驱动装置对挤出装置在三维空间上进行准确和快速运动轨迹控制，具有结构简单、使用方便、控制精确高和稳定可靠的有益效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于流体食物3D打印的运动控制系统，其特征在于，包括机架，固定安装于机架底部的载物台，可沿机架的Z轴方向滑动的运动架，可滑动安装于运动架上且沿机架的Y轴方向滑动的横杆，可滑动安装于横杆上且沿机架的X轴方向滑动的挤出装置，以及用于驱动运动架、横杆和挤出装置滑动的驱动装置。 |
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| 说明书全文 | 一种用于流体食物3D打印的运动控制系统技术领域[0001] 本发明涉及一种用于3D打印的运动控制系统，尤其是指一种用于流体食物3D打印的运动控制系统。 背景技术[0002] 近年来，3D打印技术日益成熟，其应用领域从传统模具制造领域不断扩展到建筑、工艺设计和医疗整形等领域。在食品行业,3D打印食物的技术设备只能用于流体类食物，如巧克力酱，果酱，奶油等。但是现有3D打印食物设备通常采用直线导轨配合滑台的运动结构，该种结构的滑台与直线导轨之间存在空隙，使得滑台在滑动的过程中出现摆动，移动不顺畅，甚至移动滞后延迟的情况，并且现在3D打印食物设备结构复杂，体积大，且控制精确度较低，导致打印出来的食物形状和图案误差较大。 发明内容[0003] 本发明的目的在于解决现有3D打印食物设备存在摆动，移动不顺畅，结构复杂，体积大，且控制精确度较低，导致打印出来的食物形状和图案误差较大的问题，提供一种结构简单、使用方便、控制精确高和稳定可靠的用于流体食物3D打印的运动控制系统。 [0004] 本发明的目的可采用以下技术方案来达到： [0005] 一种用于流体食物3D打印的运动控制系统，包括机架，固定安装于机架底部的载物台，可沿机架的Z轴方向滑动的运动架，可滑动安装于运动架上且沿机架的Y轴方向滑动的横杆，可滑动安装于横杆上且沿机架的X轴方向滑动的挤出装置，以及用于驱动运动架、横杆和挤出装置滑动的驱动装置。 [0006] 进一步地，所述运动架通过滑轮夹持装置顶压所述机架的内侧面和外侧面而可沿机架的Z轴方向滑动；所述滑轮夹持装置包括安装板和通过销轴可旋转安装于安装板上的至少两个滑轮，所述安装板固定安装于运动架上，两个所述滑轮分别顶压所述机架的内侧面和外侧面。 [0007] 进一步地，所述横杆的两端通过滑轮夹持装置顶压所述运动架的上、下表面而沿机架的Y轴方向滑动；所述滑轮夹持装置包括安装板和通过销轴可旋转安装于安装板上的至少两个滑轮，所述安装板固定安装于横杆上，两个所述滑轮分别顶压所述运动架的上、下表面。 [0008] 进一步地，所述挤出装置通过滑轮夹持装置顶压所述横杆的上、下表面而沿机架的X轴方向滑动。所述滑轮夹持装置包括安装板和通过销轴可旋转安装于安装板上的至少两个滑轮，所述安装板固定安装于所述挤出装置上，两个所述滑轮分别顶压所述横杆的上、下表面。 [0009] 进一步地，所述运动架和横杆上设有滑槽，所述滑轮套设于滑槽内，且沿所述滑槽的方向运动。 [0010] 作为一种优选的方案，所述运动架的下方安装有光电感应器，且所述光电感应器位于所述载位台的上方。 [0011] 进一步地，所述驱动装置包括Z轴驱动机构、Y轴驱动机构和X轴驱动机构，所述Z轴驱动机构包括第一电机、螺杆和螺母，所述第一电机固定安装于所述机架上，所述螺母固定安装于所述运动架上，第一电机的输出轴通过螺杆与所述螺母螺纹传动连接；所述螺杆的中心轴线与机架的Z轴方向平行。 [0012] 进一步地，所述Y轴驱动机构包括第二电机、转轴、第一带轮、第一同步带、第二带轮和第二同步带，所述转轴可旋转安装于所述运动架上，所述转轴设于所述横杆的下方，且与所述横杆平行；所述第二电机通过第一带轮和第一同步带与转轴传动连接，所述转轴通过第二带轮与第二同步带传动连接；所述横杆的底部与所述第二同步带固定连接。 [0013] 进一步地，所述X轴驱动机构包括第三电机、第三带轮和第三同步带，所述第三电机通过第三带轮与第三同步带传动连接，所述挤出装置与所述第三同步带固定连接，所述第三同步带与所述横杆平行。 [0015] 实施本发明，具有如下有益效果： [0016] 1、本发明在工作时，通过控制驱动装置驱动运动架沿机架的Z轴方向上、下运动而控制安装于机架上的挤出装置在Z轴方向上的坐标位置，使挤出装置运动到载物台上方的相应位置上；而通过控制驱动装置驱动横杆沿机架的Y轴方向前、后运动，则可控制安装于横杆上的挤出装置在Y轴方向上的坐标位置，使挤出装置运动到载物台上的宽度方向上的相应位置；同样的，通过控制驱动装置可以控制挤出装置在机架的X轴方向上的坐标位置，使挤出装置运动到载物台上的长度方向上的相应位置，实现对挤出装置在三维空间上进行准确和快速运动轨迹控制的目的，具有结构简单、使用方便、控制精确高和稳定可靠的特点。 [0017] 2、本发明在滑槽的定位作用下，位于滑槽内的滑轮只能沿着滑槽的长度方向滚动以进行直线运动，使得滑槽和滑轮能紧密配合，提高了运动架和横杆运动轨迹的准确性和稳定性，进而提高了挤出装置在X和Y轴方向的运动精度和流畅性。附图说明 [0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0019] 图1是本发明用于流体食物3D打印的运动控制系统的结构示意图； [0020] 图2是本发明用于流体食物3D打印的运动控制系统的去掉机架后的结构示意图； [0021] 图3是图2的俯视图； [0022] 图4是本发明用于流体食物3D打印的运动控制系统的挤出装置的结构示意图。 具体实施方式[0023] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0024] 实施例 [0025] 参照图1和图3，本实施例涉及3D打印的运动控制系统，包括机架1，固定安装于机架1底部的载物台2，可沿机架1的Z轴方向滑动的运动架3，可滑动安装于运动架3上且沿机架1的Y轴方向滑动的横杆4，可滑动安装于横杆4上且沿机架1的X轴方向滑动的挤出装置5，以及用于驱动运动架3、横杆4和挤出装置5滑动的驱动装置。在工作时，通过控制驱动装置驱动运动架3沿机架1的Z轴方向上、下运动而控制安装于机架1上的挤出装置5在Z轴方向上的坐标位置，使挤出装置5运动到载物台2上方的相应位置上；而通过控制驱动装置驱动横杆4沿机架1的Y轴方向前、后运动，则可控制安装于横杆4上的挤出装置5在Y轴方向上的坐标位置，使挤出装置5运动到载物台2上的宽度方向上的相应位置；同样的，通过控制驱动装置可以控制挤出装置5在机架1的X轴方向上的坐标位置，使挤出装置5运动到载物台2上的长度方向上的相应位置，实现对挤出装置5在三维空间上进行准确和快速运动轨迹控制的目的，具有结构简单、使用方便、控制精确高和稳定可靠的特点。 [0026] 如图2和图3所示，所述运动架3通过滑轮夹持装置6顶压所述机架1的内侧面和外侧面而可沿机架1的Z轴方向滑动；所述滑轮夹持装置6包括安装板61和通过销轴可旋转安装于安装板61上的至少两个滑轮62，所述安装板61固定安装于运动架3上，两个所述滑轮62分别顶压所述机架1的内侧面和外侧面。本实施例中，机架1和运动架3为方形结构，所述滑轮夹持装置6设于运动架3的四个直角边上。在两个滑轮62的夹持作用下，运动架3在机架1上的X和Y轴运动方向被约束定位，使得运动架3只能沿机架1的Z轴方向运动。 [0027] 所述横杆4的两端通过滑轮夹持装置6顶压所述运动架3的上、下表面而沿机架1的Y轴方向滑动；所述滑轮夹持装置6包括安装板61和通过销轴可旋转安装于安装板61上的至少两个滑轮62，所述安装板61固定安装于横杆4上，两个所述滑轮62分别顶压所述运动架3的上、下表面。在两个滑轮62对运动架3的上、下表面的夹持作用下，横杆4在运动架3上的X和Z轴运动方向被约束定位，即横杆4只能沿机架1的Z轴方向运动。 [0028] 所述挤出装置5通过滑轮夹持装置6顶压所述横杆4的上、下表面而沿机架1的X轴方向滑动。所述滑轮夹持装置6包括安装板61和通过销轴可旋转安装于安装板61上的至少两个滑轮62，所述安装板61固定安装于所述挤出装置5上，两个所述滑轮62分别顶压所述横杆4的上、下表面。在两个滑轮62对横杆4的上、下表面的夹持作用下，挤出装置5在横杆4上的Y和Z轴运动方向被约束定位，即挤出装置5只能沿机架1的X轴方向运动。 [0029] 所述运动架3和横杆4上设有滑槽34，所述滑轮62套设于滑槽34内，且沿所述滑槽34的方向运动。在滑槽34的定位作用下，位于滑槽34内的滑轮62只能沿着滑槽34的长度方向滚动以进行直线运动，使得滑槽34和滑轮62能紧密配合，提高了运动架3和横杆4运动轨迹的准确性和稳定性，进而提高了挤出装置5在X和Y轴方向的运动精度和流畅性。 [0030] 所述运动架3的下方安装有光电感应器7，且所述光电感应器7位于所述载位台的上方。当将蛋糕放置于载物台2上并通过挤出装置5挤出流体食料到蛋糕表面上绘制出所需的图案时，驱动装置驱动运动架3向下滑动。在光电感应器7的光线被蛋糕时，驱动装置控制运动架3停止运动，对挤出装置5进行工作前的校准。 [0031] 所述驱动装置包括Z轴驱动机构81、Y轴驱动机构82和X轴驱动机构83，所述Z轴驱动机构81包括第一电机811、螺杆812和螺母813，所述第一电机811固定安装于所述机架1上，所述螺母813固定安装于所述运动架3上，第一电机811的输出轴通过螺杆812与所述螺母813螺纹传动连接。所述Z轴驱动机构81设为两个，且分别设于所述机架1的两侧。所述螺杆812的中心轴线与机架1的Z轴方向平行，在第一电机811工作时，电机驱动螺杆812旋转而使与螺杆812螺纹传动连接的螺母813沿螺杆812的长度方向进行滑动，从而实现驱动与螺母813固定连接的运动架3沿机架1的Z轴方向滑动。 [0032] 所述Y轴驱动机构82包括第二电机821、转轴822、第一带轮823、第一同步带824、第二带轮825和第二同步带826，所述转轴822可旋转安装于所述运动架3上，所述转轴822设于所述横杆4的下方，且与所述横杆4平行；所述第二电机821通过第一带轮823和第一同步带824与转轴822传动连接，所述转轴822通过第二带轮825与第二同步带826传动连接；所述横杆4的底部与所述第二同步带826固定连接。第二电机821的输出轴上安装有主动带轮，转轴 822的一端设有两个从动带轮，主动带轮通过第一同步带824与其中一个从动带轮传动连接；同时运动架3上安装有与另一个从动带轮相对应的带轮，另一从动带轮通过第二同步带 826与该带轮传动连接，从而使与第二同步带826固定连接的横杆4沿与第二同步带826的长度方向进行直线运动，实现安装于横上的挤出装置5进行Y轴方向的运动控制。 [0033] 所述X轴驱动机构83包括第三电机831、第三带轮832和第三同步带833，所述第三电机831通过第三带轮832与第三同步带833传动连接，所述挤出装置5与所述第三同步带833固定连接，所述第三同步带833与所述横杆4平行。第二电机821的输出轴上安装有主动带轮，同时运动架3上安装有与该主动带轮相对应的从动带轮，主动带动通过第三同步带 833与从动带轮传动连接，从而使与第三同步带833固定连接的挤出装置5沿与第三同步带 833的长度方向进行直线运动，实现挤出装置5的X轴方向的运动控制。 [0034] 如图4所示，所述挤出装置5包括安装座51，固定安装于安装座51上的料筒52，套设于料筒52内且用于挤压料筒52内流体食料的活塞53，以及固定安装于安装座51上且活塞杆与所述活塞53固定连接的伸缩电机54。在工作时，伸缩电机54驱动活塞杆伸出而驱动活塞53向料向的出口方向运动，从而将料筒52内的食料挤出到载物台2上的蛋糕表面上，并通过控制挤出装置5在X、Y和Z轴方向上的运动轨迹而绘制出所需的图案，实现高精度、快速和方便地进行精加工的目的。 [0035] 本发明的工作原理： [0036] 如图1和图2所示，当载物台2未放入蛋糕时，运动架3被第一电机811驱动并向上运动，在触碰到Z轴原点限位开关时，运动架3停止运动。同时第二电机821驱动横杆4运动，在触碰到Y轴原点限位开关时，横杆4停止运动。并且第三电机831驱动挤出装置5运动，在触碰到X轴原点限位开关时，挤出装置5停止运动。在此过程中，伸缩电机不通电工作。 [0037] 放入蛋糕后，第一电机811通过螺杆812驱动螺母813和运动架3沿Z轴方向向下运动，同时光电感应器7通电工作；当光电感应器7的光路被蛋糕的上表面遮挡时，第一电机811停止工作，则运动架3也停止运动，此时校准完成。 [0038] 如图3和图4所示，将相关的图案信息转换为运动路径和坐标信息，通过控制第二电机821和第三电机831的工作状态，使挤出装置5在平面上运动，使得料筒52的出口的坐标信息与图案的坐标信息相对应，达到预定的运动路径，同时控制伸缩电机54的活塞53杆的伸出速度，从而控制料筒52的食料的挤出量和流量稳定性，从而自动、准确和稳定地打印出所需的图案。 [0039] 打印完毕后，第一电机811驱动运动架3向上运动，并在触碰到Z轴原点限位开关时，运动架3停止运动。同时第二电机821驱动横杆4运动，在触碰到Y轴原点限位开关时，横杆4停止运动。并且第三电机831驱动挤出装置5运动，在触碰到X轴原点限位开关时，挤出装置5停止运动。在此过程中，伸缩电机不通电工作。 |
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