用于沥青路面裂缝和坑槽快速修补的3D打印沥青胶轮车

用于沥青路面裂缝和坑槽快速修补的3d打印沥青胶轮车
技术领域
1.本实用新型涉及沥青路面修复设备技术领域，具体涉及一种用于沥青路面裂缝和坑槽快速修补的3d打印沥青胶轮车。


背景技术：

2.我国公路养护关于沥青路面裂缝和坑槽修补方面，采用人工与机械协作方式，修补沥青路面。存在着人工费用日益增加、修补方式不灵活、沥青路面裂缝与坑槽修补不精确等问题。借助机械臂，配合智能检测技术与无人驾驶技术，可以实现自动化识别和修补沥青路面裂缝与坑槽。现有技术中机械臂的设计只能使其在一个平面内旋转，或者由于机械臂位于车底，其活动空间和修补范围受限，本实用新型则更为灵活且可覆盖更大的修补范围，同时可实现精准修补沥青路面裂缝与坑槽。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种用于沥青路面裂缝和坑槽快速修补的3d打印沥青胶轮车。
4.本实用新型是通过如下技术方案来实现的：
5.第一方面，本实用新型提供一种用于沥青路面裂缝和坑槽快速修补的3d打印沥青胶轮车，包括打印机械臂，其特征在于，所述打印机械臂包括机械臂底盘、机械大臂、机械小臂和动力装置，机械臂底盘末端连接一个动力装置，机械大臂一端设置有另一个动力装置，机械大臂的另一端与机械小臂通过第三个动力装置连接，机械臂底盘、机械臂大臂、机械小臂依次转动连接。
6.第二方面，本实用新型提供一种3d打印沥青胶轮车，包括打印机械臂，其特征在于，该胶轮车还包括供料系统、输料系统、挤料系统、打印定位系统、控制系统、运输车；所述打印机械臂、供料系统、输料系统均位于运输车上；所述挤料系统连接打印机械臂末端；通过输料系统将供料系统和挤料系统连接起来，输料系统出口和挤料系统进口之间连接输送软管，输送软管包括输料软管外层、输料软管内层、均匀分布于输料软管外层与输料软管内层之间的加热丝。
7.所述动力装置包括第一动力装置、第二动力装置和第三动力装置。所述动力装置包括动力马达、大齿轮、小齿轮和三角架；所述动力马达的输出轴连接中间的大齿轮，大齿轮周围均匀分布有三个小齿轮，三个小齿轮均与大齿轮相互啮合，三个小齿轮的中心通过相应的支柱共同连接一个三角架，三角架处于水平状态，三个小齿轮的外侧还设置有与三个小齿轮相啮合的齿圈，齿圈与三个小齿轮内啮合，大齿轮与三个小齿轮外啮合；所述机械臂底盘焊接在第一动力装置的三角架上，第二动力装置通过金属杆连接机械大臂，第三动力装置连接机械小臂的方式与第二动力装置连接机械大臂的方式相同。
8.所述挤料系统包括挤料装置、进步电机、固定杆、皮带、左侧旋转轮、右侧旋转轮、固定装置；在固定杆的两端分别设置有固定口，将旋转轮杆置于相应的固定口中，再将固定
口进行焊接使其形成封闭环状，旋转轮杆可以在固定口内自由旋转，即与固定口内壁不接触；进步电机的输出轴向下连接左侧旋转轮，左侧旋转轮通过皮带与右侧旋转轮连接，右侧旋转轮的上端通过固定装置与机械小臂固定，固定装置上部分的直径大于下部分的直径且与机械小臂内壁的形状契合但不接触，固定装置能相对机械小臂自由转动。
9.所述挤料系统还包括动力连接杆、搅拌装置、镍铬加热丝、温度变送器、螺纹接口、保温层、电动开关、打印喷头；在右侧旋转轮下方焊接有动力连接杆，动力连接杆穿过搅拌装置的部分设置有直径小于其他部分的动力连接细杆，动力连接细杆与搅拌装置上的圆形槽大小契合，动力连接细杆可在圆形槽内自由转动，动力连接细杆下端与搅拌装置固定连接，搅拌装置下部弯曲成螺旋状，在搅拌装置上设置有镍铬发热丝；在挤料装置出口处设置有螺纹接口，打印喷头上设置有螺纹，与挤料装置上的螺纹接口相对应；所述打印喷头的出料口直径分别为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm。
10.所述输料系统包括沥青泵、输料钢管、连接装置、输料软管、过滤装置，过滤装置的出口通过输料钢管与沥青泵的入口相连接，沥青泵的出口与连接装置的下端连接口相连接，连接装置的上端连接口与输料软管的入口相连接，输料软管的出口与挤料装置的进料口相连接。所述输料软管包括输料软管外层、输料软管内层和加热丝，所述加热丝均匀分布于输料软管外层与输料软管内层之间。
11.优选地，所述加热丝的直径为1mm，数量为12根。
12.优选地，所述过滤装置内部设置有过滤网，过滤网由边长为2mm的正方形孔组成。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
14.本技术中的打印机械臂通过三个动力装置的配合，实现了更高的自由度，可使打印机械臂在有限空间内自由移动，将打印喷头精确、稳定的移动至路面裂缝和坑槽的位置，其打印机械臂更加灵活，打印沥青更加准确，修复裂缝和坑槽更加方便快速，可以精确完整的修复沥青路面裂缝和坑槽。
15.本技术中输料软管内的加热丝，配合供料箱内的沥青加热丝，以及挤料装置内的镍铬加热丝和保温层，保证液体沥青在运输的过程中温度始终维持恒定，使打印喷头挤出的沥青始终保持施工温度，确保液体沥青在3d打印的过程中不发生凝固。避免了部分沥青在运输的过程中，因循环加热而发生变质，保证了施工质量。此外，在搅拌装置旋转搅拌液体沥青的过程中，设置在搅拌装置上的镍铬加热丝对液体沥青进行加热，这样设置镍铬加热丝不仅提高了加热效率，而且可使液体沥青受热更加均匀，不易变质，不降低液体沥青路用和力学性能。
16.本技术中的控制系统接收路面裂缝检测仪传来的沥青路面三维数字模型，分析路面裂缝和坑槽的位置信息，提取路面裂缝和坑槽的主要特征，快速精确识别裂缝和坑槽的类型。控制系统启动第一动力装置、第二动力装置、第三动力装置和进步电机，通过运输车位移与打印机械臂转动，能够实现打印喷头在有限空间内精准、稳定移动，连续、缓慢出料，将挤料系统内的液体沥青注入沥青路面的裂缝和坑槽中。
17.本技术中可3d打印沥青的打印机械臂，配合智能检测沥青路面裂缝技术与无人驾驶技术，可以实现自动化精准识别和修补沥青路面裂缝与坑槽。供料系统与挤料系统联动控制，可实现自动化连续供料。在修补沥青路面裂缝和坑槽的过程中，现场无需施工人员，对于大规模的路面裂缝和坑槽修补工程，不仅可以节省大量的开支，而且还能避免因施工
而造成的人员伤亡。在智能识别沥青路面病害方面、3d打印沥青方面以及修补沥青路面裂缝和坑槽方面，有着重要的工程意义和良好的应用前景。
附图说明
18.图1为本实用新型的整体结构轴测图；
19.图2为本实用新型动力装置示意图；
20.图3为本实用新型动力装置底部示意图；
21.图4为本实用新型打印机械臂右侧结构示意图；
22.图5为本实用新型打印机械臂左侧结构示意图；
23.图6为本实用新型机械大臂与第二动力装置连接示意图；
24.图7为本实用新型机械小臂与第三动力装置连接示意图；
25.图8为本实用新型挤料系统示意图；
26.图9为本实用新型挤料装置内部结构示意图；
27.图10为本实用新型供料系统示意图；
28.图11为本实用新型供料箱与定压罐连接示意图；
29.图12为本实用新型输料系统示意图；
30.图13为本实用新型过滤装置内部结构示意图；
31.图14为本实用新型路面裂缝检测仪示意图；
32.图15为本实用新型激光定位器和充电口示意图；
33.图16为本实用新型不同规格打印喷头示意图；
34.图17为本实用新型运输车内部结构示意图；
35.图18为本实用新型的等轴视图；
36.图19为本实用新型的俯视图；
37.图20为本实用新型的前视图；
38.图21为本实用新型的右视图；
39.图22为本实用新型的后视图；
40.图23为本实用新型的左视图；
41.图24为本实用新型输料软管横截面图；
42.图25为本实用新型机械小臂与挤料系统连接示意图；
43.图26为本实用新型旋转轮内部结构示意图；
44.图27为本实用新型固定杆示意图；
45.图28为本实用新型连接装置示意图；
46.图29为本实用新型挤料装置与动力连接杆连接示意图。
47.图中，1打印机械臂、2供料系统、3输料系统、4挤料系统、5打印定位系统、6控制系统、7运输车、8动力马达、9小齿轮、10大齿轮、11三角架、12金属杆、13第一动力装置、14机械臂底盘、15进步电机、16挤料装置、17机械大臂、18机械小臂、19第二动力装置、20第三动力装置、21高清摄像头、22固定杆、23皮带、24左侧旋转轮、25右侧旋转轮、26搅拌装置、27温度变送器、28螺纹接口、29保温层、30电动开关、31打印喷头、32投料口、33沥青加热丝、34出料口、35连接口、36供料箱、37定压罐、38沥青泵、39输料钢管、40连接装置、41输料软管、42过
滤装置、43过滤网、44路面裂缝检测仪、45激光定位器、46充电口、47直径为30mm的打印喷头、48直径为25mm的打印喷头、49直径为20mm的打印喷头、50直径为15mm的打印喷头、51直径为10mm的打印喷头、52直径为5mm的打印喷头、53逆行器、54发动机、55转向机、56电池、57支撑柱、58螺纹、59镍铬加热丝、60动力连接杆、61加热丝、62输料软管外层、63输料软管内层、64固定装置、65旋转轮杆、66固定口、67上端连接口、68下端连接口、69进料口、70圆形槽、71动力连接细杆。
具体实施方式
48.下面结合附图详细说明本实用新型的技术方案，并不用于限定本技术的保护范围。
49.本实用新型提供了一种用于沥青路面裂缝和坑槽快速修补的3d打印沥青胶轮车(后文简称打印车)，所述打印车包括打印机械臂1、供料系统2、输料系统3、挤料系统4、打印定位系统5、控制系统6、运输车7；所述打印机械臂1、供料系统2、输料系统3均位于运输车7上；所述挤料系统4位于机械小臂18上；所述打印定位系统5位于挤料系统4和运输车7上；所述控制系统6位于供料系统2上。
50.所述打印机械臂1包括第一动力装置13、机械臂底盘14、机械大臂17、机械小臂18、第二动力装置19、第三动力装置20。所述第一动力装置13、第二动力装置19、第三动力装置20的动力均由各自的动力马达8提供，动力马达8的输出轴连接中间的大齿轮10，中间的大齿轮10周围均匀分布有三个小齿轮9，三个小齿轮9均与中间的大齿轮10相互啮合，三个小齿轮9的中心通过相应的支柱共同连接一个三角架11，三角架11处于水平状态，三个小齿轮9的外侧还设置有与三个小齿轮9相啮合的齿圈，齿圈与三个小齿轮9内啮合，中间的大齿轮10与三个小齿轮9外啮合，动力马达8带动大齿轮10旋转，大齿轮10旋转带动其周围三个小齿轮9旋转，小齿轮9旋转带动上面三角架11旋转，为三角架11上连接的装置提供旋转动力。所述机械臂底盘14焊接在第一动力装置13的三角架11上，第一动力装置三角架11的旋转带动机械臂底盘14旋转，进而带动整个打印机械臂1在横向平面内旋转。第二动力装置19的动力马达8固定在机械臂底盘14上，第二动力装置19通过金属杆12连接机械大臂17，第二动力装置19旋转，金属杆12带动机械大臂17在竖向平面内旋转；同理，第三动力装置20的动力马达8固定在机械大臂17上，第三动力装置20可以带动机械小臂18在竖向平面内旋转。打印机械臂1以此运动原理在有限空间内进行位移和旋转。
51.所述挤料系统4焊接在机械小臂18下端，包括进步电机15、挤料装置16、固定杆22、皮带23、左侧旋转轮24、右侧旋转轮25、动力连接杆60、搅拌装置26、镍铬加热丝59、温度变送器27、螺纹接口28、保温层29、电动开关30、打印喷头31、固定装置64。固定杆22用于固定左侧旋转轮24和右侧旋转轮25，使其可以稳定旋转。在固定杆22的两端分别设置有固定口66，将旋转轮杆65置于相应的固定口66中，再将固定口66进行焊接使其形成封闭环状，旋转轮杆65可以在固定口66内自由旋转，即与固定口66内壁不接触。进步电机15为左侧旋转轮24和右侧旋转轮25旋转以及搅拌装置26旋转提供动力。进步电机15的输出轴向下连接左侧旋转轮24，左侧旋转轮24通过皮带23与右侧旋转轮25连接，进步电机15转动进而带动左侧旋转轮24转动，左侧旋转轮24通过皮带23带动右侧旋转轮25转动，在右侧旋转轮25下方焊接有动力连接杆60，动力连接杆60穿过搅拌装置26的部分设置有直径小于其他部分的动力
连接细杆71，动力连接细杆71与搅拌装置26上的圆形槽70大小契合，动力连接细杆71可在圆形槽70内自由转动，动力连接细杆71下端与搅拌装置26固定连接，右侧旋转轮25转动可以带动动力连接杆60转动，动力连接杆60带动搅拌装置26转动，进而搅拌挤料装置16内的液体沥青。右侧旋转轮25的上端通过固定装置64与机械小臂18固定，固定装置64上部分的直径大于下部分的直径且与机械小臂18内壁的形状契合但不接触，固定装置64能相对机械小臂18自由转动。搅拌装置26下部弯曲成螺旋状，在搅拌装置26上设置有镍铬发热丝59，通电之后可以加热挤料装置16内的液体沥青。温度变送器27可以测量挤料装置16内液体沥青的温度，温度变送器27与控制系统6电连接，同时与镍铬发热丝59电连接，温度变送器27将液体沥青温度的数值信息反馈给控制系统6，控制系统6可根据液体沥青的温度，来调整镍铬发热丝59的加热功率，在挤料装置16外表面包裹有保温层29，在挤料装置16出口处设置有螺纹接口28，打印喷头31上设置有螺纹58，与挤料装置16上的螺纹接口28相对应；在打印喷头31外侧安装有电动开关30，电动开关30与控制系统6电连接，配合保温层29可使挤料装置16内的液体沥青的温度始终保持在合适的施工温度范围。温度变送器27监测到液体沥青达到设定的施工温度时，控制系统6打开电动开关30，将液体沥青喷出打印喷头31。打印喷头31有6种不同规格，其出料口直径分别为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm，可根据不同的施工情况，选定、更换不同规格的打印喷头31。
52.所述供料系统2包括投料口32、沥青加热丝33、出料口34、连接口35、供料箱36、定压罐37。供料箱36上部设置投料口32，下部设置出料口34，侧面设置连接口35，通过连接口35将供料箱36与定压罐37联通，在供料箱36内部均匀分布安装有多组沥青加热丝33，在整个供料系统2运行过程中，均可通过投料口32向供料箱36内加料。供料箱36内的沥青加热丝33通电之后可加热供料箱36内的液体沥青。供料箱36通过连接口35连接定压罐37，定压罐37可维持供料箱36内的气压值，使其保持恒定，便于沥青泵38稳定的输送液体沥青。出料口34与过滤装置42的入口相连接，过滤装置42通过输料钢管39与沥青泵38相连接，沥青泵38放置在供料箱36下方的运输车7车体上，将供料箱36内的液体沥青输送至输料系统3内。
53.所述输料系统3包括沥青泵38、输料钢管39、连接装置40、输料软管41、过滤装置42。过滤装置42的出口通过输料钢管39与沥青泵38的入口相连接，沥青泵38的出口与连接装置40的下端连接口68相连接，连接装置40的上端连接口67与输料软管41的入口相连接，输料软管41的出口与挤料装置16的进料口69相连接，将供料箱36内加热好的液体沥青输送至挤料装置16内；控制系统6同时与沥青泵38电连接，可以调控沥青泵38泵送液体沥青的功率，使功率稳定、连续输出，进而连续、稳定输送液体沥青。过滤装置42内部设置有过滤网43，过滤网43由边长为2mm的正方形孔组成，可将泵出的液体沥青中因加热不充分而形成的胶结物滤去。所述输料软管41包括输料软管外层62、输料软管内层63及在输料软管外层62与输料软管内层63之间内插的12根直径为1mm的加热丝61；在沥青泵38向挤料装置16输送液体沥青的过程中，加热丝61对输料软管39内的液体沥青进行加热，确保液体沥青温度恒定。
54.所述打印定位系统5包括高清摄像头21、路面裂缝检测仪44、激光定位器45，打印定位系统5与控制系统6进行数据交互。高清摄像头21安装在挤料装置16的外壁上，路面裂缝检测仪44安装在运输车前下方，运输车7在沥青路面上移动的过程中，位于运输车7前下方的路面裂缝检测仪44和位于挤料装置16上的高清摄像头21相互配合，可以提取路面特征
信息，精准定位沥青路面裂缝和坑槽位置，准确识别裂缝和坑槽的类型、大小和形状，将信息传递给控制系统6。激光定位器45位于运输车7后下方，用于确定和限制运输车7运动的方向、速度和位置，激光定位器45将运输车7运动的方向、速度和位置信息实时反馈至控制系统6中，控制系统6根据激光定位器45所传来的信息，再次调整运输车7的运动方向和速度。控制系统6根据路面裂缝检测仪44反馈的信息，操纵打印机械臂1和运输车7，修补沥青路面上的裂缝和坑槽。高清摄像头21实时监测沥青路面裂缝和坑槽的修补情况，将信息反馈至控制系统6，控制系统6根据高清摄像头21反馈的信息，对各个系统发出新的指令。
55.所述运输车7包括充电口46、逆行器53、发动机54、转向机55、电池56、支撑柱57。发动机54为运输车7移动提供动力,逆行器53可使运输车7逆向移动,转向机55可使运输车7在移动的过程中转换方向。支撑柱57用于固定供料箱36。
56.所述控制系统6位于供料箱36上，负责调控打印机械臂1、供料系统2、输料系统3、挤料系统4、打印定位系统5、运输车7之间的协同运作，完成每一次沥青路面裂缝和坑槽的修补。控制系统6接收沥青路面的三维数字模型，定位沥青路面裂缝和坑槽的位置，调控逆行器53、发动机54、转向机55、第一动力装置13、第二动力装置19和第三动力装置20，将打印喷头31移动至裂缝和坑槽的位置。根据沥青路面裂缝和坑槽的修补情况，控制系统6可调控进步电机15来调节搅拌装置26的转速，调控沥青泵38的功率，调控第一动力装置13、第二动力装置19和第三动力装置20的旋转角度，进而实现打印喷头31精准、稳定移动，连续、缓慢出料。
57.所述高清摄像头21的型号为联想lenovo-lx918，所述路面裂缝检测仪44采用jw-ck102裂缝测宽仪；所述激光定位器45采用波长532nm绿光，功率为100mw，形状为点状。所述发动机54的型号为lr6a3l-t73-u2，转向机55的型号为中通e01。
58.本实用新型未述及之处适用现有技术。

技术特征：
1.一种用于沥青路面裂缝和坑槽快速修补的3d打印沥青胶轮车，包括打印机械臂，其特征在于，所述打印机械臂包括机械臂底盘、机械大臂、机械小臂和动力装置，机械臂底盘末端连接一个动力装置，机械大臂一端设置有另一个动力装置，机械大臂的另一端与机械小臂通过第三个动力装置连接，机械臂底盘、机械臂大臂、机械小臂依次转动连接。2.根据权利要求1所述的3d打印沥青胶轮车，其特征在于，所述动力装置包括第一动力装置、第二动力装置和第三动力装置。3.根据权利要求2所述的3d打印沥青胶轮车，其特征在于，所述三个动力装置均包括动力马达、大齿轮、小齿轮和三角架；所述动力马达的输出轴连接中间的大齿轮，大齿轮周围均匀分布有三个小齿轮，三个小齿轮均与大齿轮相互啮合，三个小齿轮的中心通过相应的支柱共同连接一个三角架，三角架处于水平状态，三个小齿轮的外侧还设置有与三个小齿轮相啮合的齿圈，齿圈与三个小齿轮内啮合，大齿轮与三个小齿轮外啮合；所述机械臂底盘焊接在第一动力装置的三角架上，第二动力装置通过金属杆连接机械大臂，第三动力装置连接机械小臂的方式与第二动力装置连接机械大臂的方式相同。4.一种用于沥青路面裂缝和坑槽快速修补的3d打印沥青胶轮车，包括打印机械臂，其特征在于，该胶轮车还包括供料系统、输料系统、挤料系统、打印定位系统、控制系统、运输车；所述打印机械臂、供料系统、输料系统均位于运输车上；所述挤料系统连接打印机械臂末端；通过输料系统将供料系统和挤料系统连接起来，输料系统出口和挤料系统进口之间连接输送软管，输送软管包括输料软管外层、输料软管内层、均匀分布于输料软管外层与输料软管内层之间的加热丝。5.根据权利要求4所述的3d打印沥青胶轮车，其特征在于，所述挤料系统包括挤料装置、进步电机、固定杆、皮带、左侧旋转轮、右侧旋转轮、固定装置；在固定杆的两端分别设置有固定口，将旋转轮杆置于相应的固定口中，再将固定口进行焊接使其形成封闭环状，旋转轮杆能在固定口内自由旋转，即与固定口内壁不接触；进步电机的输出轴向下连接左侧旋转轮，左侧旋转轮通过皮带与右侧旋转轮连接，右侧旋转轮的上端通过固定装置与机械小臂固定，固定装置上部分的直径大于下部分的直径且与机械小臂内壁的形状契合但不接触，固定装置能相对机械小臂自由转动。6.根据权利要求5所述的3d打印沥青胶轮车，其特征在于，所述挤料系统还包括动力连接杆、搅拌装置、镍铬加热丝、温度变送器、螺纹接口、保温层、电动开关、打印喷头；在右侧旋转轮下方焊接有动力连接杆，动力连接细杆与搅拌装置上的圆形槽大小契合，动力连接细杆能在圆形槽内自由转动，动力连接细杆下端与搅拌装置固定连接，搅拌装置下部弯曲成螺旋状；在挤料装置出口处设置有螺纹接口，打印喷头上设置有螺纹，与挤料装置上的螺纹接口相对应；所述打印喷头的出料口直径分别为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm。7.根据权利要求4所述的3d打印沥青胶轮车，其特征在于，在挤料系统的搅拌装置上设置有镍铬发热丝。8.根据权利要求4所述的3d打印沥青胶轮车，其特征在于，所述输料系统包括沥青泵、输料钢管、连接装置、输料软管、过滤装置，过滤装置的出口通过输料钢管与沥青泵的入口相连接，沥青泵的出口与连接装置的下端连接口相连接，连接装置的上端连接口与输料软管的入口相连接，输料软管的出口与挤料装置的进料口相连接。9.根据权利要求4所述的3d打印沥青胶轮车，其特征在于，所述加热丝的直径为1mm，数
量为12根。10.根据权利要求8所述的3d打印沥青胶轮车，其特征在于，所述过滤装置内部设置有过滤网，过滤网由边长为2mm的正方形孔组成。

技术总结
本实用新型为用于沥青路面裂缝和坑槽快速修补的3D打印沥青胶轮车，包括打印机械臂、供料系统、输料系统、挤料系统、打印定位系统、控制系统和运输车。打印机械臂包括三个动力装置，动力装置中的动力马达的输出轴连接中间的大齿轮，大齿轮周围均匀分布有三个小齿轮，三个小齿轮的中心通过相应的支柱共同连接一个三角架，三个小齿轮的外侧还设置有齿圈。打印机械臂能够使打印喷头在有限空间内精准、稳定移动，精确完整的修复沥青路面裂缝和坑槽。输料系统中的输料软管包括输料软管外层、输料软管内层及两者之间内插的12根直径为1mm的加热丝。输料软管内的加热丝以及挤料装置内的镍铬加热丝和保温层，可确保沥青在打印过程中不发生凝固。生凝固。生凝固。


技术研发人员：龚芳媛 拜佳威 程雪佼 肖庆一 程璨 乔建刚
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2021.04.07
技术公布日：2022/5/25