本實用新型涉及建筑領(lǐng)域，具體說是一種全范圍包裹式打印頭。

背景技術(shù)：

房屋在人們的生活中起著必不可少的作用。而目前建筑行業(yè)多采用人工箍筋，機械澆灌混凝土，需要耗費大量人力、物力。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，這種3D增材技術(shù)逐漸應(yīng)用到建筑施工行業(yè)，用新型粘和材料的逐層打印取代大量混凝土的澆灌。隨著3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用，建筑打印機器人模塊化逐漸成為研究的重點，但現(xiàn)有建筑打印機器人往往受到成本高、體積大、地理位置氣候等條件限制。

如申請公開號為CN105715052A的發(fā)明專利申請公開了“施工現(xiàn)場打印混凝土的3D房屋打印機及打印方法及房屋”，該系統(tǒng)包括桁車、驅(qū)動機構(gòu)、行走機構(gòu)、混凝土卸料組件、提升機構(gòu)及自動控制機構(gòu)。但存在以下問題：（1）僅僅借用了龍門桁車的結(jié)構(gòu)，只能完成小于桁車本體的房屋打印，因此打印局限性很大；（2）整體體積過大，不便于運輸、移動，當打印不同房屋需更改桁車的大小，因此通用性差；（3）整體自由度少，只能完成簡單的墻體打印。

如申請公開號為CN105171892A的發(fā)明專利申請公開了“一種基于配重系統(tǒng)的房屋打印裝置”，該裝置包括基座、導(dǎo)軌、移動底座、移動底座伺服電機、移動梁、滑輪驅(qū)動電機、移動小車、配重系統(tǒng)支撐架、錐齒輪換向器、配重塊等。但存在以下問題：（1）簡單借鑒龍門結(jié)構(gòu)，強度低；（2）通用性差，該裝置只能打印在軌道范圍內(nèi)的房屋且房屋大小受裝置大小局限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種可根據(jù)打印墻體大小模塊化組裝的全范圍包裹式打印頭，從根本上解決了上述問題，其具有適用廣泛、通用性強、自動化程度高、運營成本低、工作效率高等優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了如下技術(shù)方案：該全范圍包裹式打印頭包括限位在橫梁模塊上的打印頭支架、設(shè)置在打印頭支架內(nèi)的驅(qū)動機構(gòu)，其技術(shù)要點是：所述驅(qū)動機構(gòu)包括設(shè)置在打印頭支架內(nèi)的橫向驅(qū)動組件、限位在打印頭支架上的打印頭以及驅(qū)動打印頭沿橫梁模塊的垂直方向運動的縱向驅(qū)動組件；橫向驅(qū)動組件包括橫向驅(qū)動裝置、設(shè)置在橫向驅(qū)動裝置輸出端的主帶輪、設(shè)置在打印頭支架上的與橫梁單元相嚙合的同軸設(shè)置在第一傳動軸上的一對第一齒輪、設(shè)置在打印頭支架上的與橫梁單元相嚙合的同軸設(shè)置在第二傳動軸上的一對第二齒輪，第一傳動軸、第二傳動軸分別通過第一皮帶輪、第二皮帶輪與主帶輪銜接；縱向驅(qū)動組件包括縱向驅(qū)動裝置、設(shè)置在縱向驅(qū)動裝置輸出端的縱向絲杠以及設(shè)置在縱向絲杠上的打印頭。

所述橫梁模塊包括沿基柱或伸縮柱滑動的橫梁支架、固定在橫梁支架上的橫梁單元，相鄰支撐立柱模塊的橫梁單元之間通過橫梁連接件相互銜接。

本實用新型的有益效果為：全包裹式打印頭實現(xiàn)了兩條可調(diào)整導(dǎo)軌間的無障礙運動，實現(xiàn)了全幅面打印。系統(tǒng)整體采用由相同模塊結(jié)構(gòu)的支撐立柱模塊、橫梁模塊以及打印頭模塊三大模塊構(gòu)成的墻體打印系統(tǒng)。模塊數(shù)量可根據(jù)實際需要自由增減，但為保證工程高效穩(wěn)定的實施，應(yīng)至少包括兩個支撐立柱模塊、兩個橫梁模塊以及一個打印頭模塊。最精簡的打印系統(tǒng)中，兩個支撐立柱模塊可構(gòu)成龍門結(jié)構(gòu)，支撐立柱由雙導(dǎo)軌可調(diào)支撐組成，既能夠適應(yīng)墻體高度，又能夠支撐橫梁同步運動。通過橫梁模塊將支撐立柱模塊銜接，從而保證打印頭可在由橫梁模塊構(gòu)成的X向、由支撐立柱模塊構(gòu)成的Z向以及由打印頭模塊自身構(gòu)成的Y向之間構(gòu)成的三維空間內(nèi)自由活動作業(yè)。

由于受到材質(zhì)強度的制約，通常無法在X向采用無限長度的橫梁模塊。為提高X向作業(yè)范圍，設(shè)置多個支撐立柱模塊，通過作為支撐柱基座的小車進行定位，并通過橫梁連接件銜接相鄰的橫梁單元。

而在X向跨度較大時，單個的打印頭模塊難以保證作業(yè)效率，而需采用多個打印頭模塊在不同的X向區(qū)間內(nèi)作業(yè)。由于打印頭支架上采用了成對設(shè)置的第一齒輪和第二齒輪，使打印頭支架不受橫梁單元長度的制約，即使在橫梁單元的銜接處也可通過變換嚙合齒輪（例如，由左側(cè)的第一、第二齒輪變換為右側(cè)的第一、第二齒輪）的方式自由運動，有效提高了打印頭模塊的作業(yè)范圍。此外，位于左右外端的橫梁單元并不局限在兩個支撐立柱之間的打印區(qū)域，而是在不增加立柱數(shù)量的前提下向外延伸，使打印頭可以打印到兩端的墻邊。一方面可使作業(yè)更方便，無需針對墻邊位置重新作業(yè)，另一方面，在單位面積的作業(yè)區(qū)間內(nèi)，可通過設(shè)置更少的支撐立柱完成作業(yè)，從而節(jié)約作業(yè)成本。Y向的長度，即所需打印的墻體厚度。在通常情況下，Y向長度較短，采用固定在打印頭支架上的單個的縱梁即可滿足實際需要。而對于Z向，由于采用了雙立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通常情況下無需設(shè)置多個交替設(shè)置的伸縮立柱，其強度即可滿足日常作業(yè)的需要?；ㄟ^支撐肋板安裝在小車的底座上，保證了支撐立柱模塊的穩(wěn)定性。伸縮柱頂端設(shè)有錐臺形的頂柱，可保證與伸縮柱牢靠的支撐在房屋頂棚上，從而增加整個裝置的穩(wěn)定性。

橫向驅(qū)動組件中，橫向驅(qū)動裝置通過主帶輪帶動位于同一皮帶上的第一同步帶輪和第二同步帶輪，從而驅(qū)動第一傳動軸和第二傳動軸同向旋轉(zhuǎn)，通過第一傳動軸和第二傳動軸驅(qū)動第一齒輪對和第二齒輪對旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動打印頭支架在橫梁單元上沿X向的運動。通過在同步帶輪傳動系統(tǒng)上設(shè)置張緊輪，可使驅(qū)動過程更加穩(wěn)定可靠，由于張緊輪的設(shè)置屬于本領(lǐng)域為解決該技術(shù)問題的常規(guī)技術(shù)選擇，不再贅述。

綜上所述，本實用新型的實際作業(yè)面積可通過增減支撐立柱模塊、橫梁模塊、打印頭模塊的數(shù)量而調(diào)整，從而優(yōu)化作業(yè)效率，同時采用了模塊化設(shè)計，可顯著降低研發(fā)與架設(shè)成本，并有利于工程預(yù)算的評估。橫梁可延伸至立柱兩側(cè)，因此可實現(xiàn)墻體的全尺寸打印，增加了打印機器人的通用性。

附圖說明

圖1為本實用新型使用狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中D部分的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中E部分的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1中F部分的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中G部分的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為支撐立柱模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為打印頭模塊與橫梁單元的組合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為圖7中H部分的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為打印頭模塊的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為圖9沿I-I線的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本實用新型繞線導(dǎo)輪安裝位置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明：A支撐立柱模塊、B打印頭模塊、C橫梁模塊、1伸縮柱、2頂柱、3第一繞線導(dǎo)輪、4立柱連接件、5第二繞線導(dǎo)輪、6導(dǎo)輪安裝件、7橫梁支架、8齒條、9支撐肋板、10基柱、11升降電機、12底座、13可調(diào)腳輪、14橫梁支架導(dǎo)軌、15橫梁單元、16第一傳動軸、17第一同步帶輪、18張緊輪、19第二傳動軸、20第二同步帶輪、21主帶輪、22橫向驅(qū)動裝置、23縱梁、24打印頭、25打印頭支架、26縱向驅(qū)動裝置、27橫梁連接件、28第二齒輪、29第一齒輪。

具體實施方式

以下結(jié)合圖1~11，通過具體實施例詳細說明本實用新型的內(nèi)容。該全范圍包裹式打印頭包括支撐立柱模塊A、限位在支撐立柱模塊上的橫梁模塊C、設(shè)置在橫梁模塊上的打印頭模塊B等部分。其中，支撐立柱模塊為兩個以上，橫梁模塊數(shù)量與支撐立柱模塊數(shù)量相同，打印頭模塊為一個以上(本實施例以兩個支撐立柱模塊、兩個橫梁模塊以及一個打印頭模塊為例)。

其中，支撐立柱模塊A包括位于水平面上的小車組件以及可伸縮的立柱組件。小車組件包括底座12、設(shè)置在底座上的可調(diào)腳輪13（本實施例以四個可調(diào)腳輪為例，可根據(jù)實際需要而自由增減）、設(shè)置在底座12上的升降電機11。本實施例中的腳輪通過L形固定件分別安裝在底座四角上，同時固定件上限位有一支撐件，主要用于在將小車牢固的定位設(shè)定位置上。立柱組件包括通過若干支撐肋板9垂直固定在小車組件的底座12上的基柱10以及與基柱10相配合的可在基柱內(nèi)同步滑動的伸縮柱1。基柱與伸縮柱為相互配合的雙立柱結(jié)構(gòu)。伸縮柱頂部設(shè)有安裝在固定件（圖中未標號）上的頂柱2，固定件上還限位有第一繞線導(dǎo)輪3。伸縮柱中部偏下的位置上安裝有導(dǎo)輪安裝件6，通過導(dǎo)輪安裝件6限位有第二繞線導(dǎo)輪5，第二繞線導(dǎo)輪與第一繞線導(dǎo)輪分別設(shè)置在伸縮柱兩側(cè)。同時，在伸縮柱的底部和基柱的頂部均設(shè)有立柱連接件4，伸縮柱和基柱的橫梁支架7的安裝側(cè)設(shè)有橫梁支架導(dǎo)軌14。

橫梁模塊C包括沿基柱或伸縮柱滑動的橫梁支架7、固定在橫梁支架7上的橫梁單元15。橫梁支架7固定在伸縮柱上，并隨伸縮柱的升降（Z向）而運動。而伸縮柱的升降由底座上的升降電機驅(qū)動，鋼纜由升降電機起始，經(jīng)過第一繞線輪3，最終以第二繞線輪5為終端。當需要伸縮柱下降時，升降電機收緊鋼纜，第二繞線輪由于立柱連接件的限位無法向下運動，則鋼纜逐漸縮短時，則通過第一繞線輪向下驅(qū)動伸縮柱運動。相鄰支撐立柱模塊的橫梁單元之間通過橫梁連接件27相互銜接，各橫梁單元的上表面均設(shè)有齒條8。

打印頭模塊B包括限位在橫梁上的可沿橫梁滑動的打印頭支架25、驅(qū)動打印頭支架沿橫梁單元運動的橫向驅(qū)動組件、限位在打印頭支架上的打印頭24以及驅(qū)動打印頭沿橫梁垂直方向運動的縱向驅(qū)動組件。橫向驅(qū)動組件包括橫向驅(qū)動裝置22、設(shè)置在橫向驅(qū)動裝置輸出端的主帶輪21、設(shè)置在打印頭支架25上的與橫梁單元齒條相嚙合的同軸設(shè)置在第一傳動軸16上的一對第一齒輪29、設(shè)置在打印頭支架25上的與橫梁單元15的齒條8相嚙合的同軸設(shè)置在第二傳動軸19上的一對第二齒輪28，第一傳動軸16、第二傳動軸19分別通過第一同步帶輪17、第二同步帶輪20與主帶輪21同步傳動，為使同步帶輪之間運行更為穩(wěn)定可靠，還設(shè)置了張緊輪18?？v向驅(qū)動組件包括縱向驅(qū)動裝置26、設(shè)置在縱向驅(qū)動裝置26輸出端方向的縱梁23、限位在縱梁內(nèi)的縱向絲杠以及設(shè)置在縱向絲杠上的打印頭24。同時，為使打印頭支架沿橫梁單元方向（X向）運行更穩(wěn)定，在打印頭之間與橫梁單元底部之間的空隙處設(shè)置若干導(dǎo)輪。