技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种快速成型设备，尤其涉及一种适用于组织构建的3D生物
打印机器人，属于
生物组织构建用设备技术领域。
背景技术
[0002]
人工智能技术作为当前最尖端的制造技术，已经促进了我国制造业的发展模式进行产能的转化和升级，显示了巨大的潜
力并正引领世界技术以及产业的变革，尤其在
汽车，3C、快递产业的应用，很快也会进入到生物医疗领域。当前对于受损大
块软组织及内脏器官的
治疗，人体组织器官的移植是一种极为有效的治疗方法，但是由于器官供体来源短缺、免疫排斥等问题存在，器官移植治疗在实际运用中存在难以克服的困难。随着人工智能技术的飞速发展和3D 打印技术的普及、计算机
大数据与网络集成化的发展，
工业机器人连接计算机来构建人体的组织变的越发的可能实现。其中生物3D打印技术可利用
计算机辅助设计，通过层层
叠加的方法，将细胞、细胞基质及其他的
生物质材料构架三维
支架，其具有一定的孔隙率，生成具有一定功能的活体人体器官组织。目前现有的3D生物打印机器大部分都是沿着X、Y、Z三个方向进行运动，对于一些复杂的器官空间结构，传统的打印机还不能进行组织的再构建。而且对于多复合型的生物质材料来说，传统的三轴打印喷头的切换效率特别低；此外其
定位精度也不够高，人的手工干预程度过于频繁从而影响了整个打印的成型效果。综上，由于在构建复杂的器官空间结构时传统的
气动打印机还不能进行组织的再构建；且对于多复合型的生物质材料来说，传统的三轴打印喷头的切换效率特别低；传统生物打印机的定位精度不够高，人工干预的程度特别高，因此需要一种能够克服上述问题的适用于组织构建的3D生物打印机器人。
实用新型内容
[0003] 为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于组织构建的3D生物打印机器人，该机器人能够采用多种生物质材料进行立体结构复杂的生物组织器官的打印，其打印喷头的切换效率高、定位精度高且人工干预程度低。
[0004] 本实用新型的技术方案是：
[0005] 一种适用于组织构建的3D生物打印机器人，包括控制组件、六轴式
机器人本体、供喷头组件、气动喷头组件和旋转打印装置，所述控制组件包括电气控制柜、机器人控制柜、示教盒和计算机组，所述电气控制柜通过电线与额定电源端电性连接，所述机器人控制柜通过传输光缆一端与电气控制柜电性连接且另一端与六轴机器人本体电性连接，所述示教盒通过传输光缆与机器人控制柜电性连接，所述计算机组通过传输光缆分别与电气控制柜、机器人控制柜、示教盒和六轴式机器人本体电性连接；
[0006] 所述供喷头组件包括固设于地面靠近六轴式机器人本体的旋转供料平台；所述旋转打印装置包括固设于地面靠近六轴式机器人本体的旋转打印平台；所述气动喷头组件包括喷头上体和能够与该喷头上体的下端处可拆卸式定位卡合的喷头下体，其中喷头上体拆卸式
螺纹连接于六轴式机器人本体的六轴末端处，且所述旋转供料平台上沿周向间隔定位放置有若干个内部预先填充有不同打印用生物质材料的喷头下体；所述六轴式机器人本体的六轴末端受控移动至旋转供料平台上方，利用喷头上体抓取填充有所需打印用生物质材料的喷头下体并将其定位连接到喷头上体上，然后六轴式机器人本体的六轴末端受控移动至旋转打印平台上方开始进行生物组织的3D打印。
[0007] 其进一步的技术方案是：
[0008] 所述喷头上体内沿竖直方向开设有上下贯通的进气通道，所述喷头下体的上下均开口且内部形成有下体空腔，该下体空腔内设有一密封式封堵于下体空腔横截面的
活塞，位于活塞上方的下体空腔与进气通道连通，位于活塞下方的下体空腔内预先填充有一种所述打印用生物质材料，且下体空腔的底部开口处定位设有能够控制打印用生物质材料流出的
开关阀。
[0009] 所述喷头上体的下端沿径向内缩形成上卡合部，该上卡合部的下端处沿周向开设有若干个间隔排列的气孔，每个所述气孔内均活动卡设有一能够在气孔内沿径向限位移动的球形珠；所述喷头下体的上端沿径向内缩形成恰能套设于上卡合部外周
侧壁上的下卡合部，所述球形珠的球面能够在气压的作用下露出于气孔的外侧面并卡止住下卡合部。
[0010] 所述喷头下体的底部沿径向内缩形成狭小的缝隙构成供打印用生物质材料流出的喷口，所述开关阀定位设于该喷口处。
[0011] 所述开关阀为电磁开关阀、气动开关阀和机械开关阀中的一种。
[0012] 所述六轴式机器人本体的六轴末端开设有第一气管和第二气管，该第一、二气管在六轴末外侧上的开口一端均与气
泵连通，且该第一、二气管在六轴末端内部的开口一端均与喷头上体的进气通道连通。
[0013] 所述旋转供料平台和所述旋转打印平台均包括一固设于地面上的底座，该底座上固定连接有一
连接杆，该连接杆内定位设有一旋转
电机，该旋转电机与一设置于连接杆外表面上的启动开关电性连接，且该旋转电机的转动轴与设置于连接杆上端的一转动平面固定连接并带动该转动平台转动。
[0014] 本实用新型的有益技术效果是：
[0015] (1)该3D生物打印机器人通过控制组件中的电气控制柜、机器人控制柜、示教盒和计算机组共同实现对六轴式机器人本体的控制并共同辅助进行3D生物打印，结合所采用的六轴式机器人本体能够实现多
角度的打印，从而可以灵活的构建立体结构复杂的组织工程，尤其是可以打印异质性结构的生物组织器官；
[0016] (2)该3D生物打印机器人可以快速高效的切换预先填充好不同打印用生物质材料的喷头下体，可以采用多种不同的生物质材料构建结构复杂、材质复杂的组织器官，且切换喷头下体的时效快能够大大提高打印后细胞的存活率，使用范围广泛；
[0017] (3)该3D生物打印机器人可以通过将实体扫描的模型通过切片
软件切片后将Gcode代码传输给六轴式机器人本体，也可以直接通过示教盒的USB
接口传输到示教盒，从而能够控制整个3D打印的轨迹。
附图说明
[0018] 图1是本实用新型的整体结构示意图；
[0019] 图2是本实用新型的左视结构示意图；
[0020] 图3是本实用新型所述喷头在六轴机器人本体末端上的安装结构图；
[0021] 图4是本实用新型所述喷头的剖视图；
[0022] 其中：
[0023] 100控制组件；101电气控制柜；102机器人控制柜；103示教盒；104计算机组；
[0024] 200六轴式机器人本体；201第一气管；202第二气管；
[0025] 300供喷头组件；301旋转供料平台；301-1底座；301-2连接杆；301-3启动开关；301-4转动平面；
[0026] 400气动喷头组件；401-1喷头上体；401-1a进气通道；401-1b上卡合部； 401-1c气孔；401-1d球形珠；401-2喷头下体；401-2a下体空腔；401-2b活塞；401-2c下卡合部；401-2d喷口；401-3开关阀；
[0027] 500旋转打印装置；501旋转打印平台；501-1底座；501-2连接杆；501-3 启动开关；501-4转动平面；
[0028] 600电线；
[0029] 700额定电源端；
具体实施方式
[0031] 为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照
说明书的内容予以实施，下面结合附图和
实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0032] 参见附图1至附图4，详细介绍本
申请所述适用于组织构建的3D生物打印机器人的结构。该生物打印机器人主要包括控制组件100、六轴式机器人本体 200、供喷头组件300、气动喷头组件400和旋转打印装置500。
[0033] 控制组件100包括电气控制柜101、机器人控制柜102、示教盒103和计算机组104，其中电气控制柜101通过电线600与额定电源端700电性连接，机器人控制柜102通过传输光缆800一端与电气控制柜101电性连接且另一端与六轴式机器人本体200电性连接，所述示教盒103通过传输光缆与机器人控制柜102电性连接，所述计算机组通过传输光缆分别与电气控制柜、机器人控制柜、示教盒和六轴式机器人本体电性连接。
[0034] 六轴式机器人本体200即为六轴机械手臂，其六轴末端能够实现多角度的转动。
[0035] 供喷头组件300包括固设于地面靠近六轴式机器人本体的旋转供料平台 301，该旋转供料平台301包括一固设于地面上的底座301-1，该底座上固定连接有一连接杆301-2，该连接杆内定位设有一旋转电机，该旋转电机与一设置于连接杆外表面上的启动开关301-3电性连接，且该旋转电机的转动轴与设置于连接杆上端的一转动平面301-4固定连接并带动该转动平台转动。上述转动平面301-4的上表面上沿周向间隔设有若干个卡位，该卡位用于放置下面记载的喷头下体，转动平面随旋转电机的转动可以调整喷头下体与六轴式机器人本体的六轴末端所对应的
位置，便于六轴末端抓取不同的喷头下体。
[0036] 气动喷头组件400包括喷头上体401-1和能够与该喷头上体的下端处可拆卸式定位卡合的喷头下体401-2，其中喷头上体拆卸式
螺纹连接于六轴式机器人本体的六轴末端处，且旋转供料平台上沿周向间隔定位放置有若干个内部预先填充有不同打印用生物质材料的喷头下体，即在转动平面301-4的上表面对应的卡位上，每个卡位放置一种喷头下体，本具体实施例中转动平面上设置有六个卡位，即共有六种填充有不同打印用生物质材料的喷头下体。
[0037] 具体的结构为，喷头上体401-1内沿竖直方向开设有上下贯通的进气通道 401-1a，喷头下体401-2的上下均开口且内部形成有下体空腔401-2a，该下体空腔内设有一密封式封堵于下体空腔横截面的活塞401-2b，位于活塞上方的下体空腔与进气通道连通，位于活塞下方的下体空腔内预先填充有一种所述打印用生物质材料，且下体空腔的底部开口处定位设有能够控制打印用生物质材料流出的开关阀401-3。六轴式机器人本体200的六轴末端开设有第一气管201和第二气管202，该第一、二气管在六轴末外侧上的开口一端均与气泵连通，且该第一、二气管在六轴末端内部的开口一端均与喷头上体的进气通道401-1a连通。喷头上体401-1的下端沿径向内缩形成上卡合部401-1b，该上卡合部的下端处沿周向开设有若干个间隔排列的气孔401-1c，每个所述气孔内均活动卡设有一能够在气孔内沿径向限位移动的球形珠401-1d；喷头下体401-2的上端沿径向内缩形成恰能套设于上卡合部外周侧壁上的下卡合部401-2c，球形珠的球面能够在气压的作用下露出于气孔的外侧面并卡止住下卡合部。喷头上体通过气体挤出球形珠从而卡住喷头下体这样形成一个通顺的气路，当气体消失球形珠就会失去
挤压力，喷头上体与喷头下体就会分离。喷头下体401-2的底部沿径向内缩形成狭小的缝隙构成供打印用生物质材料流出的喷口401-2d，开关阀401-
3 定位设于该喷口处，该开关阀401-3为电磁开关阀、气动开关阀和机械开关阀中的一种，该开关阀控制在气动挤压的情况下，待打印的生物质材料不会滴落。
[0038] 旋转打印装500括固设于地面靠近六轴式机器人本体的旋转打印平台501，同前述旋转供料平台一样，该旋转打印平台501包括一固设于地面上的底座 501-1，该底座上固定连接有一连接杆501-2，该连接杆内定位设有一旋转电机，该旋转电机与一设置于连接杆外表面上的启动开关501-3电性连接，且该旋转电机的转动轴与设置于连接杆上端的一转动平面501-4固定连接并带动该转动平台转动，则在六轴式机器人本体的六轴末端转动打印的同时，该转动平台可根据预先设定的参数进行同步转动或非同步转动或不转动，从而配合六轴式机器人本体进行多角度的3D打印。
[0039] 六轴式机器人本体的六轴末端受控移动至旋转供料平台上方，利用喷头上体抓取填充有所需打印用生物质材料的喷头下体并将其定位连接到喷头上体上，然后六轴式机器人本体的六轴末端受控移动至旋转打印平台上方开始进行生物组织的3D打印。
[0040] 在具体实施时，该生物打印机器人首先将需要打印的模型通过计算机组中的切片软件进行切片，然后将切片的Gcode代码发送给六轴式机器人本体；打印前将气动喷头组件的喷头上体通过螺纹连接到六轴式机器人本体的六轴末端处，然后通过
示教器将六轴式机器人本体的六轴末端移动到位于供喷头组件的旋转供料平台上的喷头下体的上方，选择一种已填充好打印用生物质材料的喷头下体。将喷头下体底端处的开关阀关闭，下移六轴式机器人本体的六轴末端使喷头上体的上卡合部与喷头下体的下卡合部贴合。打开气泵使得喷头上体通过气体挤出球形珠从而卡住喷头下体，这样使进气通道与位于活塞上部的下体空腔形成一个通顺的气路。再通过示教器将带有整个气动喷头组件的六轴式机器人本体的六轴末端移动到旋转打印平台的上方进行复位示教。打开示教盒中打印模型的程序将
光标移动到Gcode代码中的第一行，将机器人控制柜与示教盒上状态按钮都打到AUTO状态，最后再按住机器人控制柜上的绿色按钮，打开开关阀，整个打印就可以自动进行。当打印完毕六轴式机器人本体的六轴末端将气动喷头组件移动到供喷头组件旋转供料平台的卡位处，关闭气泵。喷头下体自动放入到卡位处后，六轴式机器人本体的六轴末端回到原点。因为所述供喷头组件是可以旋转的，如果想切换下一种材料通过旋转转动平面可以自动切换喷头下体的安装，并进行上述操作步骤的循环即可。
[0041] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
