绳索式3D驱动装置原理与算法

杨一通 王树国 严卫庆 张骏杰 赵 辉

（东北林业大学，黑龙江哈尔滨150040）

0 引言

3D驱动在人们的生活中有着广泛的应用，最常见的3D驱动装置为“天车式”驱动装置[1]，图1为工程天车简图。工作平台首先在两根轨道梁上进行x轴方向的运动，其次进行垂直于轨道梁的y轴方向的运动，最后进行z轴方向的运动，从而实现3D驱动。“天车式”3D驱动在吊装、3D打印等众多领域都有所应用。

图1 工程天车简图

“三角爪式”3D驱动应用在三角洲系列3D打印机等装置中，如图2所示。工作原理为三个步进电机通过齿条带带动三组滑车在三根立柱上进行竖直运动。三组滑车分别通过三组连杆与工作平台连接，从而实现对工作平台的3D驱动[2-3]。

本文所研究的绳索式3D驱动装置，以“三角爪式”3D驱动装置为基础，建立新的三角形框架结构，将带动平台运动的连杆用绳索加以替换，通过对程序的重新改写，进而实现通过绳索对工作平台进行3D驱动[4]，形成结构简单、成本低、大范围运动的3D平台。

1 绳索式驱动装置硬件结构的设计

绳索式驱动装置包括机架、电路控制板、步进电机三个、容绳机构三组、滑轮三组、绳索三组、工作平台一套，如图3所示。三组步进电机接收到程序信号，分别带动各自的容绳机构，通过控制绳索的长度，对工作平台进行空间驱动。电路控制板通过连接线与计算机相连接，通过在Cura[5]软件输入目标图形或路径后运行，便可带动工作平台进行3D驱动。

图2“三角爪式”3D打印机机架模型

图3 装置示意图