KR102783181B1 - Three dimensional printing robot system for construction - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시멘트계 프린팅 재료를 분사하여 건축물을 축조할 수 있도록 한 건축용 3D 프린팅 로봇시스템에 관한 것으로, 이를 위해 축조되는 건축물 내부 바닥면을 설정된 좌표에 따라 이동하면서 축조하는 3D 프린팅로봇; 및 상기 3D 프린팅로봇과 연동되어 이동하면서 상기 3D 프린팅로봇으로 시멘트계 프린팅 재료를 실시간으로 배합하여 공급하는 재료공급로봇;를 포함하여 이루어지되, 상기 재료공급로봇은 상기 3D 프린팅로봇이 이동될 경우, 상기 3D 프린팅로봇과 일정간격을 두고 자동으로 이동할 수 있도록 근거리 무선센서가 탑재되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a construction 3D printing robot system that can construct a building by spraying a cement-based printing material, and to this end, comprises: a 3D printing robot that constructs an interior floor surface of a building while moving according to set coordinates; and a material supply robot that mixes and supplies a cement-based printing material to the 3D printing robot in real time while moving in conjunction with the 3D printing robot; wherein the material supply robot is characterized in that it is equipped with a short-range wireless sensor so that it can automatically move at a set interval from the 3D printing robot when the 3D printing robot is moved.
Description
본 발명은 건축용 3D 프린팅 로봇시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축조되는 건축물 내부 바닥면을 설정된 좌표에 따라 이동하는 3D 프린팅로봇을 통해 건축물을 축조하기 때문에 건축 면적의 크기에 구애받지 않고, 더불어 시멘트계 프린팅 재료를 배합하여 공급하는 재료공급로봇과 연동시켜 건축물을 매우 빠르게 축조할 수 있는 것은 물론, 4방면 시저스 구조를 적용한 3D 프린팅로봇을 통해 회전 원심력과 길이가 조절되는 노즐이송바에 의해 무게 중심이 가변된다 하더라도 4방면 시저스가이드에 의해 전/후/좌/우 흔들림과 기울기 없이 안정적인 지지구조를 이룰 수 있도록 한 건축용 3D 프린팅 로봇시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printing robot system for construction, and more specifically, since a building is constructed by a 3D printing robot that moves along the internal floor surface of a building according to set coordinates, the building is not limited by the size of the construction area, and in addition, the building can be constructed very quickly by linking with a material supply robot that mixes and supplies cement-based printing materials. This relates to an architectural 3D printing robot system that can form a stable support structure without shaking or tilting forward/backward/left/right by a 4-way scissor guide even when the center of gravity is changed by a rotating centrifugal force and a nozzle transfer bar whose length is adjustable through a 3D printing robot that applies a 4-way scissor structure.
플라스틱 등의 재료를 노즐을 통해서 사출하면서 순차적으로 연직 적층하여 3차원의 입체적인 형상을 가지는 제품을 제작하는 3D 프린팅 장치(three Dimensional Printing Apparatus)가 주목을 받고 있다.A 3D printing device (three-dimensional printing apparatus) that sequentially stacks materials such as plastic through a nozzle to create a product with a three-dimensional shape is attracting attention.
이러한 3D 프린팅장치를 건설분야로 확대하여 적용하려는 시도가 이루어지고 있고, 그 한 가지 예로서 대한민국 등록특허 제10-1706473호에는 3D 프린팅 재료로서 콘크리트와 같은 시멘트계 재료를 사용하여 주택, 교량 등과 같은 건설구조물을 제작하려는 기술이 제안되기도 하였다.Attempts are being made to expand the application of these 3D printing devices to the construction field, and as one example, Republic of Korea Patent No. 10-1706473 proposes a technology to manufacture construction structures such as houses and bridges using cement-based materials such as concrete as 3D printing materials.
이같이 3D 프린팅 장치가 건축용으로 사용되는 경우에 거푸집을 설치하고 일일이 해체하는 등의 복잡하고 번거로운 작업이 필요하지 않기 때문에 물자와 건축비용 및 공사기간을 단축할 수 있다는 장점이 있어서 앞으로 널리 활용될 것으로 예상된다.In this way, when 3D printing devices are used for construction purposes, there is no need for complex and cumbersome work such as installing and dismantling formwork, so it is expected to be widely used in the future as it can reduce material and construction costs and the construction period.
통상 건축용 3D 프린팅 장치는 통상적인 갠트리 크레인과 같은 구조로, 지면에 접촉하는 Y방향 레일을 따라 이동할 수 있도록 한 두 개의 육중한 수직 지지대 한 쌍이 세워지고, 상기 수직 지지대 한 쌍에 Z방향으로 설치된 Z방향 레일에 양단부가 걸쳐진 수평 지지대가 Z방향으로 승강 가능하게 설치된다.Typically, a typical architectural 3D printing device has a structure similar to a typical gantry crane, with a pair of heavy vertical supports that can move along a Y-direction rail that contacts the ground, and a horizontal support that has both ends hanging on a Z-direction rail installed on one of the pair of vertical supports in the Z direction is installed so that it can be raised and lowered in the Z direction.
그리고 상기 수평 지지대를 따라 이동 가능하게 분사노즐이 설치된다. 이로써 상기 분사노즐이 X, Y, Z방향을 따라 이동하여 프린팅 재료를 분사하여 적층시키면서 건축물을 성형할 수 있게 된다.And a spray nozzle is installed so as to be able to move along the horizontal support. This allows the spray nozzle to move along the X, Y, and Z directions to spray and laminate printing materials to form a structure.
하지만, 이같은 종래기술의 갠트리 타입 건축용 3D 프린팅 장치의 경우 축조되는 건축물 보다 크게 제작해야 함으로, 설치 및 해체 비용이 크게 발생되는 문제점이 있다.However, in the case of conventional gantry-type architectural 3D printing devices, there is a problem in that they must be manufactured larger than the building being constructed, resulting in high installation and dismantling costs.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제1목적은, 4방면 시저스 구조를 적용한 3D 프린팅로봇을 통해 회전 원심력과 길이가 조절되는 노즐이송바에 의해 무게 중심이 가변된다 하더라도 4방면 시저스가이드에 의해 전/후/좌/우 흔들림과 기울기 없이 안정적인 지지구조를 이룰 수 있는 3D 프린팅 로봇시스템을 제공하는데 있다.The present invention has been conceived in consideration of the above problems, and a first object of the present invention is to provide a 3D printing robot system capable of forming a stable support structure without forward/backward/left/right shaking and tilting by a 4-way scissor guide even when the center of gravity is changed by a rotating centrifugal force and a nozzle transfer bar whose length is adjustable through a 3D printing robot using a 4-way scissor structure.
본 발명의 제2목적은, 축조되는 건축물 내부 바닥면을 설정된 좌표에 따라 이동하는 3D 프린팅로봇을 통해 건축물을 축조하기 때문에 건축 면적의 크기에 구애받지 않고, 더불어 시멘트계 프린팅 재료를 배합하여 공급하는 재료공급로봇과 연동시켜 건축물을 매우 빠르게 축조할 수 있도록 한 건축용 3D 프린팅 로봇시스템을 제공하는데 있다.The second purpose of the present invention is to provide a construction 3D printing robot system that constructs a building by using a 3D printing robot that moves along the internal floor surface of the building according to set coordinates, so that the building can be constructed without being restricted by the size of the construction area, and further, can be constructed very quickly by linking with a material supply robot that mixes and supplies cement-based printing materials.
본 발명의 제3목적은, 기존의 크레인 구조의 3D 프린팅 설비에 비해 그 크기를 콤팩트(compact)하게 구성하고, 더불어 하나의 3D 프린팅로봇에 2개의 재료공급로봇을 연결하여 서로 다른 종류 및 다른 배합비의 시멘트계 프린팅 재료를 공급할 수 있도록 한 건축용 3D 프린팅 로봇시스템을 제공하는데 있다.The third object of the present invention is to provide a construction 3D printing robot system that is configured to be compact in size compared to existing crane-structured 3D printing facilities, and further, to connect two material supply robots to one 3D printing robot so as to supply different types and mixing ratios of cement-based printing materials.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 제 1발명은, 시멘트계 프린팅 재료를 분사하여 건축물을 축조할 수 있도록 한 건축용 3D 프린팅 로봇시스템에 관한 것으로, 이를 위해 축조되는 건축물 내부 바닥면을 설정된 좌표에 따라 이동하면서 축조하는 3D 프린팅로봇; 및 상기 3D 프린팅로봇과 연동되어 이동하면서 상기 3D 프린팅로봇으로 시멘트계 프린팅 재료를 실시간으로 배합하여 공급하는 재료공급로봇;를 포함하여 이루어지되, 상기 재료공급로봇은 상기 3D 프린팅로봇이 이동될 경우, 상기 3D 프린팅로봇과 일정간격을 두고 자동으로 이동할 수 있도록 근거리 무선센서가 탑재되고, 상기 3D 프린팅로봇은 캐스터에 의해 이동하는 하우징와, 상기 하우징에 내장된 승강수단에 의해 승강되는 승강플레이트와, 상기 승강수단에 의해 승강되는 승강플레이트를 지지하기 위해 상기 하우징과 승강플레이트의 사이에 결합되는 시저스가이드와, 상기 승강플레이트와 회전수단을 매개로 연결되는 회전플레이트와, 상기 회전플레이트에 고정되는 가이드프레임과, 상기 가이드프레임 내에서 길이가 조절되는 노즐이송바 및 상기 노즐이송바의 선단에 결합되어 시멘트계 모르타르를 배출시키는 노즐부를 포함하여 이루어지되, 상기 시저스가이드는 상기 승강플레이트의 저면 외각 4방(전/후/좌/우)면에 각각 배치되고, 상기 승강플레이트는 회전 원심력과 길이가 조절되는 노즐이송바에 의해 무게 중심이 가변될 경우에도 시저스가이드에 의해 전/후/좌/우 흔들림과 기울기를 없이 안정적인 수평을 유지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.According to the features for achieving the above-mentioned purpose, the first invention relates to a construction 3D printing robot system that can construct a building by spraying a cement-based printing material, and for this purpose, a 3D printing robot that constructs the interior floor surface of the building being constructed while moving according to set coordinates; And a material supply robot that mixes and supplies cement-based printing materials to the 3D printing robot in real time while moving in conjunction with the 3D printing robot; Including a short-range wireless sensor so that the material supply robot can automatically move at a certain interval from the 3D printing robot when the 3D printing robot moves, the 3D printing robot includes a housing that moves by casters, an elevating plate that is elevated by an elevating means built into the housing, a scissor guide that is coupled between the housing and the elevating plate to support the elevating plate that is elevated by the elevating means, a rotating plate that is connected to the elevating plate by a rotating means, a guide frame that is fixed to the rotating plate, a nozzle transfer bar whose length is adjusted within the guide frame, and a nozzle part that is coupled to the tip of the nozzle transfer bar to discharge cement-based mortar, wherein the scissor guide is coupled to the outer surface of the bottom surface of the elevating plate. It is characterized in that it is arranged on each of the four sides (front/back/left/right), and the lifting plate is configured to maintain a stable horizontal level without forward/backward/left/right shaking and tilting by the scissor guide even when the center of gravity changes due to the rotating centrifugal force and the nozzle transfer bar whose length is adjustable.
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제3발명은, 제1발명에서, 상기 하우징은 복수의 아웃트리거 더 장착되고, 상기 승강수단은 스파이럴 리프트로 구성되는 것을 특징으로 한다.The third invention is characterized in that, in the first invention, the housing is further equipped with a plurality of outriggers, and the lifting means is configured as a spiral lift.
제4발명은, 제1발명에서, 상기 회전수단은 승강플레이트의 상부에 고정된 지지링에 회전가능하게 삽입된 태양기어와, 상기 태양기어의 내부에 치합되는 유성기어로 이루어지되, 상기 유성기어는 상기 승강플레이트의 저면에 고정된 구동모터에 의해 회전하고, 상기 태양기어는 상기 회전플레이트의 저면에 고정되는 것을 특징으로 한다.The fourth invention is characterized in that, in the first invention, the rotating means comprises a sun gear rotatably inserted into a support ring fixed to the upper part of the lifting plate, and a planetary gear meshed inside the sun gear, wherein the planetary gear is rotated by a driving motor fixed to the lower surface of the lifting plate, and the sun gear is fixed to the lower surface of the rotating plate.
제5발명은, 제1발명에서, 상기 노즐부는 상기 재료공급로봇와 연결호스을 통해 연결되어 시멘트계 모르타르를 공급받고, 상기 각 시저스가이드는 승강플레이트의 승강에 따라 신축이 가능하도록 일측 또는 타측의 상단과 하단이 하우징과 승강플레이트에 고정된 고정레일에 슬라이딩 결합되는 슬라이딩블록이 결합되어 구성되는 것을 특징으로 한다.The fifth invention is characterized in that, in the first invention, the nozzle section is connected to the material supply robot through a connecting hose to receive cement-based mortar, and each of the scissors guides is configured by combining a sliding block whose upper and lower ends on one or the other side are slidably connected to a fixed rail fixed to the housing and the lifting plate so that it can expand and contract according to the elevation of the lifting plate.
제6발명은, 제1발명에서, 상기 가이드프레임은 노즐이송바의 선단에 고정된 노즐부가 간섭받는 것을 방지하기 위해 부분절개부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.The sixth invention is characterized in that, in the first invention, the guide frame further has a partial cut portion formed to prevent the nozzle portion fixed to the tip of the nozzle transport bar from being interfered with.
제7발명은, 제1발명에서, 상기 3D 프린팅로봇은 단일의 승강플레이트에 2개의 회전플레이트가 결합되고, 상기 각각의 회전플레이트에는 상호 간 상반된 위치로 설치되는 가이드프레임과, 노즐이송바 및 노즐부로 구성되고, 상기 각 노즐부는 서로 다른 시멘트계 프린팅 재료를 공급받을 수 있도록 연결호스를 통해 개별적인 재료공급로봇과 연결되는 것을 특징으로 한다.The seventh invention is characterized in that, in the first invention, the 3D printing robot comprises two rotating plates coupled to a single lifting plate, each of the rotating plates comprising a guide frame installed in an opposite position to each other, a nozzle transfer bar, and a nozzle part, and each nozzle part is connected to an individual material supply robot through a connecting hose so as to be supplied with different cement-based printing materials.
제8발명은, 제1발명에서, 상기 재료공급로봇은 상기 3D 프린팅로봇이 이동될 경우, 상기 3D 프린팅로봇과 일정간격을 두고 자동으로 이동할 수 있도록 근거리 무선센서와, 프린팅 재료가 소진되었을 경우 이를 외부의 관리자에 알릴 수 있은 근거리 무선통신, 와이파이(Wi-fi), 이더넷(Ethernet), 3G, 4G, 5G, LTE 중 적어도 하나의 통신모듈이 탑재되어 구성되는 것을 특징으로 한다.The eighth invention is characterized in that, in the first invention, the material supply robot is configured to be equipped with a short-range wireless sensor so that, when the 3D printing robot moves, the material supply robot can automatically move at a set interval from the 3D printing robot, and at least one communication module among short-range wireless communication, Wi-fi, Ethernet, 3G, 4G, 5G, and LTE so as to notify an external manager when the printing material runs out.
본 발명의 건축용 3D 프린팅 로봇시스템에 따르면, 공간이 작은 하우징(110) 내 설치할 수 있는 스파이럴리프트와, 4방면 시저스가이드를 적용하여 3D 프린팅로봇을 매우 콤패트 하게 구성할 수 있는 효과가 있다.According to the construction 3D printing robot system of the present invention, there is an effect of enabling the 3D printing robot to be configured very compactly by applying a spiral lift that can be installed in a small housing (110) and a four-way scissor guide.
또한 상기 3D 프린팅 로봇은 회전 원심력과 길이가 조절되는 노즐이송바에 의해 무게 중심이 가변된다 하더라도 4방면 시저스가이드에 의해 전/후/좌/우 흔들림과 기울기 없이 안정적인 지지구조를 이룰 수 있는 효과가 있다. In addition, the above 3D printing robot has the effect of forming a stable support structure without shaking forward/backward/left/right and tilting by the four-way scissor guide even if the center of gravity is changed by the rotating centrifugal force and the nozzle transfer bar whose length is adjustable.
또한 3D 프린팅로봇은 시멘트계 프린팅 재료를 배합하여 공급하는 재료공급로봇과 연동되기 때문에 건축물을 매우 빠르게 축조할 수 있는 효과가 있다.Additionally, since the 3D printing robot is linked to a material supply robot that mixes and supplies cement-based printing materials, it has the effect of allowing buildings to be constructed very quickly.
또한 하나의 3D 프린팅로봇에 2개의 재료공급로봇을 연결하여 서로 다른 종류 및 다른 배합비의 시멘트계 프린팅 재료를 공급할 수 있어 시공이 매우 빠르고 편리한 효과가 있다.In addition, two material supply robots can be connected to one 3D printing robot to supply different types and mixing ratios of cement-based printing materials, which makes construction very fast and convenient.
또한 3D 프린팅로봇의 전방과 후방에 각각 노즐부를 구비하여 상기 3D 프린팅로봇의 이동 경로를 최소화시킴으로써, 360° 회전 동작 없이 전진 및 후진 동작에 따른 최소한의 이동 경로로 건축물을 축조할 수 있도록 하여 시공성이 향상되는 효과가 있다.In addition, by providing nozzles at the front and rear of the 3D printing robot respectively, the movement path of the 3D printing robot is minimized, thereby enabling the construction of a building with a minimum movement path according to forward and backward movements without a 360° rotational movement, thereby improving constructability.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 건축용 3D 프린팅 로봇시스템의 사시도,
도 2는 도 1에서 발췌된 3D 프린팅로봇의 정면도,
도 3은 도 1에서 발췌된 3D 프린팅로봇의 분해사시도,
도 4는 3D 프린팅로봇의 시저스가이드의 배치 상태를 나타내는 비교도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 건축용 3D 프린팅 로봇시스템의 작동 상태를 나타내는 실시예도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 건축용 3D 프린팅 로봇시스템의 작동 상태를 나타내는 실시예도이다.FIG. 1 is a perspective view of a construction 3D printing robot system according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a front view of the 3D printing robot extracted from Figure 1.
Figure 3 is an exploded perspective view of the 3D printing robot extracted from Figure 1.
Figure 4 is a comparative diagram showing the arrangement status of the scissor guide of a 3D printing robot.
Figures 5 and 6 are exemplary diagrams showing the operating state of a construction 3D printing robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 and FIG. 8 are exemplary diagrams showing the operating state of an architectural 3D printing robot system according to a second embodiment of the present invention.
이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.The following objects, other objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms.
오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosure is thorough and complete and to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.
여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular includes the plural unless the context specifically states otherwise. The words "comprise" and/or "comprising" as used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었ㄹ. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing specific embodiments below, various specific contents have been written to more specifically explain the invention and help understanding. However, readers who have knowledge in this field enough to understand the present invention can recognize that the invention can be used without these various specific contents. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known but not greatly related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the present invention.
이하에서는 본 발명에 따른 건축용 3D 프린팅 로봇시스템에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a construction 3D printing robot system according to the present invention will be described in detail together with the attached drawings.
[제2실시예][Second embodiment]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 건축용 3D 프린팅 로봇시스템의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 발췌된 3D 프린팅로봇의 정면도이고, 도 3은 도 1에서 발췌된 3D 프린팅로봇의 분해사시도이고, 도 4는 3D 프린팅로봇의 시저스가이드의 배치 상태를 나타내는 비교도이도, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 건축용 3D 프린팅 로봇시스템의 작동 상태를 나타내는 실시예도이다.FIG. 1 is a perspective view of a 3D printing robot system for construction according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the 3D printing robot extracted from FIG. 1, FIG. 3 is an exploded perspective view of the 3D printing robot extracted from FIG. 1, FIG. 4 is a comparative drawing showing the arrangement state of a scissor guide of the 3D printing robot, and FIGS. 5 and 6 are exemplary views showing the operating state of the 3D printing robot system for construction according to the first embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제1실시예는 축조되는 건축물 내부 바닥면을 설정된 좌표에 따라 이동하는 3D 프린팅로봇을 통해 건축물을 축조하기 때문에 건축 면적의 크기에 구애받지 않고, 더불어 3D 프린팅로봇으로 시멘트계 프린팅 재료를 배합하여 공급하는 재료공급로봇과 연동시켜 건축물을 매우 빠르게 축조할 수 있는 것은 물론, 4방면 시저스 구조를 적용한 3D 프린팅로봇을 통해 회전 원심력과 길이가 조절되는 노즐이송바에 의해 무게 중심이 가변된다 하더라도 4방면 시저스가이드에 의해 전/후/좌/우 흔들림과 기울기 없이 안정적인 지지구조를 이룰 수 있도록 한 건축용 3D 프린팅 로봇시스템에 관한 것이다. As illustrated in FIGS. 1 to 6, the first embodiment constructs a building by means of a 3D printing robot that moves along the internal floor surface of a building according to set coordinates, so that the building is not limited by the size of the building area, and further, by linking with a material supply robot that mixes and supplies cement-based printing materials with the 3D printing robot, the building can be constructed very quickly, and even if the center of gravity is changed by the rotational centrifugal force and the nozzle transfer bar whose length is adjustable through the 3D printing robot using the 4-way scissor structure, the system relates to an architectural 3D printing robot that forms a stable support structure without shaking forward/backward/left/right and without tilting by the 4-way scissor guide.
본 발명의 제1실시예에 따른 건축용 3D 프린팅 로봇시스템(300)은 크게 2부분으로 구성되는데, 이는 3D 프린팅로봇(100) 및 재료공급로봇(200)으로 구성된다.The architectural 3D printing robot system (300) according to the first embodiment of the present invention is largely composed of two parts: a 3D printing robot (100) and a material supply robot (200).
상기 3D 프린팅로봇(100)은 3D 프린팅로봇은 회전 원심력과 길이가 조절되는 노즐이송바에 의해 무게 중심이 가변된다 하더라도 4방면 시저스가이드에 의해 전/후/좌/우 흔들림과 기울기 없이 안정적인 지지구조를 이룰 수 있도록 구성된다.The above 3D printing robot (100) is configured to form a stable support structure without forward/backward/left/right shaking and tilting by a four-way scissor guide even though the center of gravity of the 3D printing robot is changed by a rotating centrifugal force and a nozzle transfer bar whose length is adjustable.
또한 상기 3D 프린팅로봇(100)은 연결호스(181)를 통해 재료공급로봇(200)에서 배합되는 시멘트계 프린팅 재료를 실시간으로 공급받는 구조이다.In addition, the above 3D printing robot (100) is structured to receive cement-based printing material mixed from a material supply robot (200) in real time through a connecting hose (181).
이러한 상기 3D 프린팅로봇(100)은 설정된 좌표에 따라 자체 이동이 가능하고, 더불어 시멘트계 프린팅 재료가 배출되는 노즐부(180)가 X,Y,Z축으로 이동될 수 있도록 높이조절과 함께 회전과 길이조절이 가능하도록 이루어진다.The above 3D printing robot (100) is capable of self-movement according to set coordinates, and is configured to be capable of rotation and length adjustment along with height adjustment so that the nozzle section (180) through which cement-based printing material is discharged can move along the X, Y, and Z axes.
이러한 상기 3D 프린팅로봇(100)은 크게 6개 부분으로 구성되는데, 이는 하우징(110)과, 승강플레이트(120)와, 시저스가이드(140)와, 회전플레이트(150)와, 가이드프레임(160)과, 노즐이송바(170) 및 노즐부(180)로 구성된다.The above 3D printing robot (100) is largely composed of six parts: a housing (110), an elevating plate (120), a scissor guide (140), a rotating plate (150), a guide frame (160), a nozzle transfer bar (170), and a nozzle part (180).
이러한 본 발명의 3D 프린팅로봇(100)은 사물 인터넷 통신 방법에 따라 IoT 환경에서 동작할 수 있다.The 3D printing robot (100) of the present invention can operate in an IoT environment according to an Internet of Things communication method.
이 때 상기 하우징(110)은 캐스터(C)가 장착되어 축조되는 건축물 내부 바닥면을 설정된 좌표에 따라 자동으로 이동될 수 있도록, 내부에는 근거리 무선통신, 와이파이(Wi-fi), 이더넷(Ethernet), 3G, 4G, 5G, LTE 중 적어도 하나를 통해 통신할 통신모듈(113)과, 캐스터(C)를 회전시키기 위한 모터(미도시)와, 상기 모터에 전원을 공급하는 2차 배터리(B)가 탑재될 수 있다.At this time, the housing (110) may be equipped with a caster (C) so that the interior of the building being constructed can be automatically moved according to set coordinates on the floor surface, and a communication module (113) for communicating via at least one of short-range wireless communication, Wi-fi, Ethernet, 3G, 4G, 5G, and LTE, a motor (not shown) for rotating the caster (C), and a secondary battery (B) for supplying power to the motor may be mounted inside.
또한 상기 하우징(110)은 노즐부(180)를 통해 프린팅 재료를 정밀하게 배출시킬 수 있도록 4개의 전동식 아웃트리거(111) 더 장착될 수 있다.Additionally, the housing (110) may be equipped with four more electric outriggers (111) to precisely discharge printing materials through the nozzle section (180).
이러한 아웃트리거(111)는 노즐부(180)를 통해 프린팅 재료가 배출될 때 하우징(110)이 이동되는 방지하는 기능과 함께, 노즐부(180)를 높이를 후술되는 승강수단과 함께 상승시키는 부가적인 기능을 겸할 수 있다.These outriggers (111) may have the additional function of preventing the housing (110) from moving when printing material is discharged through the nozzle section (180) and raising the height of the nozzle section (180) together with the lifting means described later.
아울러 상기 하우징(110)의 내부에는 승강플레이트(120)를 승강시키기 위한 승강수단이 내장될 수 있다.In addition, an elevating means for elevating the elevating plate (120) may be built into the interior of the housing (110).
상기 승강수단은 스파이럴 리프트(112)로 구성되는 것으로, 스테인리스강의 두밴드를 나선형으로 엮어 견고하고 안정적인 원기둥을 만들고, 이 원기둥은 위로 올라가면서 조립되고 아래로 내려가면서 해체되므로 공간이 작은 하우징(110) 내 설치할 수 있는 구조가 마련된다.The above-mentioned lifting means is composed of a spiral lift (112), in which two stainless steel bands are woven in a spiral shape to create a strong and stable cylinder, and this cylinder is assembled as it rises and disassembled as it goes down, so that a structure is provided that can be installed in a housing (110) with a small space.
그리고 상기 승강플레이트(120)는 회전플레이트(150)를 회전시키기 위한 회전수단(130)을 설치하기 위해 상부면에는 지지링(121)이 고정되는 고구조이다.And the above-mentioned lifting plate (120) is a high-structured structure in which a support ring (121) is fixed to the upper surface to install a rotating means (130) for rotating the rotating plate (150).
이 때 상기 회전수단(130)은 승강플레이트(120)의 상부에 고정된 지지링(121)에 회전가능하게 삽입된 태양기어(131)와, 상기 태양기어(131)의 내부에 치합되는 유성기어(132)로 이루어진다.At this time, the rotation means (130) is composed of a sun gear (131) rotatably inserted into a support ring (121) fixed to the upper part of the lifting plate (120), and a planetary gear (132) meshed inside the sun gear (131).
여기서 상기 유성기어(132)는 상기 승강플레이트(120)의 저면에 고정된 구동모터(M)에 의해 회전하는데, 이러한 상기 구동모터(M)는 스파이럴 리프트(112)의 원기둥을 통해 설치공간을 확보할 수 있게 된다.Here, the above-mentioned planetary gear (132) is rotated by a driving motor (M) fixed to the lower surface of the above-mentioned lifting plate (120), and the above-mentioned driving motor (M) can secure an installation space through the cylinder of the spiral lift (112).
그리고 상기 태양기어(131)는 회전플레이트(150)의 저면에 고정되어, 태양기어(131)의 회전에 따라 회전플레이트(150)를 회전시킬 수 있도록 이루어진다.And the above sun gear (131) is fixed to the bottom surface of the rotary plate (150) so that the rotary plate (150) can rotate according to the rotation of the sun gear (131).
아울러 상기 승강플레이트(120)가 스파이럴 리프트(112)에 의해 승강하는데 있어 흔들림을 방지하기 위해 상기 하우징(110)과 승강플레이트(120)의 사이에는 시저스가이드(140)가 더 결합되는 구조이다.In addition, in order to prevent shaking when the above-mentioned lifting plate (120) is raised and lowered by the spiral lift (112), a scissor guide (140) is additionally connected between the housing (110) and the lifting plate (120).
여기서 상기 시저스가이드(140)는 상기 승강플레이트(120)의 저면 외각 4방(전/후/좌/우)면에 각각 배치되어 구성된다.Here, the above-mentioned scissor guide (140) is configured to be arranged on each of the four outer surfaces (front/rear/left/right) of the lower surface of the above-mentioned lifting plate (120).
이러한 상기 시저스가이드(140)는 회전 원심력과 길이가 조절되는 노즐이송바(170)에 의해 무게 중심이 가변되는 승강플레이트(120)를 전/후/좌/우 흔들림과 기울기를 없이 안정적인 수평을 유지할 수 있도록 지지하는 기능을 한다. The above-mentioned scissor guide (140) has the function of supporting the lifting plate (120) whose center of gravity is variable by the rotating centrifugal force and the nozzle transfer bar (170) whose length is adjustable so that it can maintain a stable horizontal level without shaking forward/backward/left/right and tilting.
또한 상기 각 시저스가이드(140)는 승강플레이트(120)의 승강에 따라 신축이 가능하도록 일측 또는 타측의 상단과 하단이 하우징(110)과 승강플레이트(120)에 고정된 고정레일(142)에 슬라이딩 결합되는 슬라이딩블록(141a)이 결합되어 구성된다.In addition, each of the above scissor guides (140) is configured by combining a sliding block (141a) that is slidably connected to a fixed rail (142) fixed to the housing (110) and the lifting plate (120) at the upper and lower ends on one or the other side so that it can expand and contract according to the lifting of the lifting plate (120).
상기의 시저스가이드(140)는 스파이럴 리프트(112)가 상승하면 X자 형태로 링크결합된 링크바(141)의 상단과 하단의 폭이 좁아 지는 바, 이는 상기 각 링크바(141)에 고정된 슬라이딩블록(141a)이 고정레일(142)을 따라 이동하여 가능하다. The above scissor guide (140) narrows the width of the upper and lower parts of the link bars (141) linked in an X shape when the spiral lift (112) rises. This is possible because the sliding blocks (141a) fixed to each link bar (141) move along the fixed rail (142).
이 때 슬라이딩블록(141a)과 고정레일(142)을 리니어모터로 대체하여 구성할 수 있다.At this time, the sliding block (141a) and fixed rail (142) can be configured by replacing them with a linear motor.
한편 도 4의 (b)와 같이, 상술된 4방면 시저스가이드는 도 4의 (a)에 도시된 2방면 시저스가이드에 비해 하기와 같은 장점을 갖는다.Meanwhile, as shown in (b) of Fig. 4, the four-sided scissor guide described above has the following advantages compared to the two-sided scissor guide shown in (a) of Fig. 4.
먼저 도 4의 (a)와 같이, 시저스가이드(140)가 전/후 2방면에 설치될 경우에는 좌/우 흔들림을 잡아줄 수 있으나, 전/후 방향으로의 흔들림은 잡아줄 수 없는 문제점이 발생되고, 상기 시저스가이드(140)가 좌/우 2방면에 설치될 경우에는 전/후 흔들림을 잡아줄 수 있으나, 좌/우 방향으로의 흔들림은 잡아줄 수 없는 문제점이 발생된다.First, as in (a) of Fig. 4, when the scissor guide (140) is installed in the two directions of front and rear, it can suppress left and right shaking, but there is a problem that it cannot suppress shaking in the front and rear directions. In addition, when the scissor guide (140) is installed in the two directions of left and right, it can suppress forward and rear shaking, but there is a problem that it cannot suppress shaking in the left and right directions.
본 발명의 이러한 문제점을 감안하여 도 4의 (b)와 같이 본 발명의 시저스가이드(140)는 3D 프린팅로봇(100)의 4방면에 설치하여 전/후/좌/우 흔들림과 기울기 없이 안정적인 지지구조를 이룰 수 있게 된다.Considering these problems of the present invention, as shown in (b) of FIG. 4, the scissor guide (140) of the present invention is installed on the four sides of the 3D printing robot (100) to form a stable support structure without shaking or tilting forward/backward/left/right.
또한 본 발명의 3D 프린팅로봇(100)은 4방면 시저스가이드(140) 지지구조로 부피를 최소화 함으로 설치 및 이동이 용이하게 된다.In addition, the 3D printing robot (100) of the present invention is easy to install and move by minimizing its volume with a four-sided scissor guide (140) support structure.
상기 가이드프레임(160)은 선형(線型)의 프레임으로 이루어지며, 상기 노즐이송바(170)를 직선 방향으로 가이드할 수 있도록 기능한다.The above guide frame (160) is formed as a linear frame and functions to guide the nozzle transport bar (170) in a straight direction.
그리고 상기 노즐이송바(170)는 시멘트계 프린팅 재료를 분사하는 노즐부(180)를 결합시켜 이동시키는 기능을 하는 것으로, 상기 가이드프레임(160) 내에서 길이가 조절될 수 있도록 이루어진다.And the nozzle transfer bar (170) has the function of moving the nozzle part (180) that sprays the cement-based printing material by combining it, and is configured so that its length can be adjusted within the guide frame (160).
이를 위해 상기 노즐이송바(170)는 리니어모터(171)를 매개로 가이드프레임(160)의 내에 결합되는 구조이다.For this purpose, the nozzle transport bar (170) is structured to be coupled inside the guide frame (160) via a linear motor (171).
여기서 상기 리니어모터(171)는 가이드프레임(160)에 고정되는 LM가이드(171a)와, 상기 노즐이송바(170)의 저면에 고정되어 상기 LM가이드(171a)를 따라 이송되는 LM블록(171b)으로 구성된다.Here, the linear motor (171) is composed of an LM guide (171a) fixed to a guide frame (160) and an LM block (171b) fixed to the bottom surface of the nozzle transport bar (170) and transported along the LM guide (171a).
이를 통해 상기 노즐이송바(170)는 가이드프레임(160)의 내부에서 그 길이를 조절하여 축조되는 건축물에 형상에 맞게 노즐부(180)를 위치시킬 수 있게 된다. Through this, the nozzle transport bar (170) can be positioned to fit the shape of the building being constructed by adjusting its length inside the guide frame (160).
이러한 상기 노즐부(180)는 상기 노즐이송바(170)의 선단에 결합되어 시멘트계 모르타르를 분사하여 건축물을 축조하는 기능을 한다.The above nozzle part (180) is connected to the tip of the nozzle transfer bar (170) and functions to construct a building by spraying cement mortar.
여기서 상기 노즐부(180)는 상기 재료공급로봇(200)과 연결호스(181)을 통해 연결되어 시멘트계 모르타르를 실시간을 공급받을 수 있도록 이루어진다.Here, the nozzle part (180) is connected to the material supply robot (200) through a connection hose (181) so that cement mortar can be supplied in real time.
상술된 상기 노즐부(180)는 아웃트리거(111)와 스파이럴 리프트(112)를 통해 Z축으로 높이 조절이 가능하고, 또한 회전수단(130)을 통해 수평방향으로 선회가능하고, 또한 노즐이송바(170)의 길이 가변을 통해 X축으로 위치 이동이 가능하게 된다.The nozzle part (180) described above can be adjusted in height along the Z-axis through the outrigger (111) and spiral lift (112), can be rotated horizontally through the rotation means (130), and can be moved in position along the X-axis by varying the length of the nozzle transport bar (170).
이 때 상기 가이드프레임(160)은 노즐이송바(170)가 가이드프레임(160)의 방향으로 이송될 때 선단에 고정된 노즐부(180)가 가이드프레임(160)에 간섭받는 것을 방지하기 위해 부분 절개된 부분절개부(161)가 더 형성되어 구성된다.At this time, the guide frame (160) is configured with a partially cut portion (161) further formed to prevent the nozzle portion (180) fixed to the tip from interfering with the guide frame (160) when the nozzle transfer bar (170) is transferred in the direction of the guide frame (160).
아울러 상기 회전플레이트(150)에는 가이드프레임(160)이 간섭받는 것을 피하면서 연결호스(181)를 지지하기 위한 지지브라켓(151)이 더 연결되고, 상기 지지브라켓(151)의 상단에는 연결호스(181)를 삽입하여 지지하는 원통형상의 지지관체(151a)가 더 고정되어 구성될 수 있다.In addition, a support bracket (151) may be further connected to the above-mentioned rotating plate (150) to support the connecting hose (181) while avoiding interference with the guide frame (160), and a cylindrical support tube (151a) may be further fixed to the upper end of the support bracket (151) to support the connecting hose (181) by inserting it.
한편 상기 재료공급로봇(200)은 상기 3D 프린팅로봇(100)과 연동되어 이동하면서 상기 3D 프린팅로봇(100)으로 시멘트계 프린팅 재료를 실시간으로 배합하여 공급하는 기능을 한다.Meanwhile, the material supply robot (200) moves in conjunction with the 3D printing robot (100) and supplies cement-based printing materials in real time to the 3D printing robot (100).
이러한 상기 재료공급로봇(200)은 시멘트계 프린팅 재료를 배합하는 배합탱크(210)와, 배합된 프린팅 재료를 노즐부(180)로 펌핑하는 펌프(220)가 탑재되어 구성된다.The above material supply robot (200) is configured with a mixing tank (210) for mixing cement-based printing material and a pump (220) for pumping the mixed printing material to the nozzle section (180).
또한 상기 재료공급로봇(200) 역시 캐스터(C)를 회전시키기 위한 모터(M)와, 상기 모터(M)에 전원을 공급하는 2차 배터리(B)가 구비될 수 있다.In addition, the material supply robot (200) may also be equipped with a motor (M) for rotating the caster (C) and a secondary battery (B) for supplying power to the motor (M).
또한 상기 재료공급로봇(200)은 상기 3D 프린팅로봇(100)이 이동될 경우, 상기 3D 프린팅로봇(100)과 일정간격을 두고 자동으로 이동할 수 있도록 근거리 무선센서(230)가 탑재되어 구성될 수 있다.In addition, the material supply robot (200) may be configured to be equipped with a short-range wireless sensor (230) so that it can automatically move at a certain distance from the 3D printing robot (100) when the 3D printing robot (100) moves.
따라서 상기 재료공급로봇(200)은 상기 3D 프린팅로봇(100)과 연동되어 건축물 내부의 이동하면서 시멘트계 프린팅 재료를 실시간으로 공급할 수 있도록 이루어질 수 있다.Accordingly, the material supply robot (200) can be linked with the 3D printing robot (100) to move inside a building and supply cement-based printing material in real time.
또한 상기 재료공급로봇(200)은 배합탱크(210) 내 프린팅 재료가 소진되었을 경우, 이를 외부의 관리자에 알릴 수 있은 근거리 무선통신, 와이파이(Wi-fi), 이더넷(Ethernet), 3G, 4G, 5G, LTE 중 적어도 하나의 통신모듈(240)이 탑재되어 구성될 수 있다.In addition, the material supply robot (200) may be configured to be equipped with at least one communication module (240) among short-range wireless communication, Wi-fi, Ethernet, 3G, 4G, 5G, and LTE that can notify an external manager when the printing material in the mixing tank (210) is exhausted.
따라서 제1실시예의 건축용 3D 프린팅 로봇시스템(300)은 축조되는 건축물 내부 바닥면을 설정된 좌표에 따라 이동하는 3D 프린팅로봇을 통해 건축물을 축조하기 때문에 건축 면적의 크기에 구애받지 않고, 더불어 시멘트계 프린팅 재료를 배합하여 공급하는 재료공급로봇과 연동시켜 건축물을 매우 빠르게 축조할 수 있는 것은 물론, 기존의 크레인 구조의 3D 프린팅 설비에 비해 그 크기를 콤팩트(compact)하게 축소할 수 있으며, 또한 축소된 건축용 3D 프린팅 로봇시스템(300)은 설치 및 이동이 매우 편리한 장점이 있다.Therefore, since the architectural 3D printing robot system (300) of the first embodiment constructs a building by means of a 3D printing robot that moves along the internal floor surface of the building according to set coordinates, it is not limited by the size of the building area, and in addition, it can construct a building very quickly by linking with a material supply robot that mixes and supplies cement-based printing materials, and its size can be reduced to a compact size compared to existing crane-structured 3D printing facilities, and the reduced architectural 3D printing robot system (300) has the advantage of being very convenient to install and move.
[제2실시예][Second embodiment]
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 건축용 3D 프린팅 로봇시스템의 작동 상태를 나타내는 실시예도이다.FIG. 7 and FIG. 8 are exemplary diagrams showing the operating state of an architectural 3D printing robot system according to a second embodiment of the present invention.
제2실시예는 제1실시예를 포함하며, 다만 상기 3D 프린팅로봇(100)은 단일의 승강플레이트(120)에 2개의 회전플레이트(150)가 결합되고, 상기 각각의 회전플레이트(150)에는 상호 간 상반되게 설치되는 가이드프레임(160)과, 노즐이송바(170) 및 노즐부(180)로 구성될 수 있다.The second embodiment includes the first embodiment, except that the 3D printing robot (100) may be configured with two rotating plates (150) coupled to a single lifting plate (120), and each rotating plate (150) may be configured with a guide frame (160), a nozzle transfer bar (170), and a nozzle part (180) that are installed opposite to each other.
이러한 제2실시예의 3D 프린팅 로봇시스템(300)은 상기 각 노즐부(180)로 서로 다른 종류의 시멘트계 프린팅 재료를 공급받을 수 있도록 연결호스(181)를 통해 개별적인 재료공급로봇(200)과 연결된다.The 3D printing robot system (300) of the second embodiment is connected to an individual material supply robot (200) through a connection hose (181) so that different types of cement-based printing materials can be supplied to each nozzle section (180).
여기서 상기 3D 프린팅로봇(100)은 도 6의 (a)와, (b)에 도시된 바와 같이, 전방과 후방에 각각 노즐부(180)가 위치함으로써 상기 3D 프린팅로봇의 이동 경로를 최소화시킬 수 있다.Here, as shown in (a) and (b) of FIG. 6, the 3D printing robot (100) has nozzle parts (180) positioned at the front and rear, respectively, so that the movement path of the 3D printing robot can be minimized.
이는 상기 3D 프린팅로봇(100)은 회전플레이트(150)의 360° 회전동작 없이 전진 및 후진에 동작에 따른 최소한의 이동 경로로 건축물을 축조할 수 있기 때문에 시공성의 향상을 가져올 수 있게 된다.This can improve constructability because the 3D printing robot (100) can construct a building with a minimum movement path according to forward and backward movements without a 360° rotational movement of the rotating plate (150).
또한 제2실시예는 1개의 노즐부(180)가 작동과정에서 회전플레이트에 의해 회전하면, 다른 하나의 노즐부(180) 역시 동반 회전하여 2개의 노즐부(180)는 상호 간에 간섭받는 것을 방지할 수 있다.In addition, in the second embodiment, when one nozzle part (180) rotates by the rotating plate during operation, the other nozzle part (180) also rotates together, so that the two nozzle parts (180) can be prevented from interfering with each other.
또한 제2실시예는 상기 각 재료공급로봇(200)에 서로 다른 종류 및 다른 배합비의 시멘트계 프린팅 재료를 저장하여 건축물의 외벽과, 상기 외벽을 보강하는 보강벽의 재료를 서로 달리 하여 건축물의 안정성과 내구성을 향상시킬 수 있다.In addition, the second embodiment stores cement-based printing materials of different types and different mixing ratios in each of the material supply robots (200) so that the materials for the outer wall of the building and the reinforcing wall reinforcing the outer wall are different from each other, thereby improving the stability and durability of the building.
또한 제2실시예의 3D 프린팅 로봇시스템(300)은 도 7과 같이, 양방향으로 건축물을 동시에 축조할 수 있어 시공성이 향상되는 효과를 갖을 수 있다.In addition, the 3D printing robot system (300) of the second embodiment can simultaneously construct a building in both directions, as shown in FIG. 7, thereby improving constructability.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The embodiments described in this specification and the configurations illustrated in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, it should be understood that there may be various equivalents and modified examples that can replace them at the time of filing this application.
100: 3D 프린팅로봇 110: 하우징 111: 아웃트리거
112: 스파이럴 리프트 113: 통신모듈
120: 승강플레이트 121: 지지링
130: 회전수단 131: 태양기어
132: 유성기어 140: 시저스가이드
141: 링크바 141a:슬라이딩블록
142: 고정레일 150: 회전플레이트
151: 지지브라켓 151a: 지지관체
160: 가이드프레임 161: 부분절개부
170: 노즐이송바 171: 리니어모터
171a: LM가이드 171b: LM블록
180: 노즐부 181: 연결호스
200: 재료공급로봇 210: 배합탱크 220: 펌프
230: 근거리 무선센서 240: 통신모듈
C: 캐스터 M: 모터 B: 배터리100: 3D Printing Robot 110: Housing 111: Outrigger
112: Spiral Lift 113: Communication Module
120: Lifting plate 121: Support ring
130: Rotating means 131: Sun gear
132: Planetary Gear 140: Scissors Guide
141: Link Bar 141a: Sliding Block
142: Fixed rail 150: Rotating plate
151: Support bracket 151a: Support body
160: Guide frame 161: Partial cutout
170: Nozzle transport bar 171: Linear motor
171a: LM guide 171b: LM block
180: Nozzle part 181: Connecting hose
200: Material supply robot 210: Mixing tank 220: Pump
230: Short-range wireless sensor 240: Communication module
C: Caster M: Motor B: Battery
Claims (8)
축조되는 건축물 내부 바닥면을 설정된 좌표에 따라 이동하면서 축조하는 3D 프린팅로봇(100); 및
상기 3D 프린팅로봇(100)과 연동되어 이동하면서 상기 3D 프린팅로봇으로 시멘트계 프린팅 재료를 실시간으로 배합하여 공급하는 재료공급로봇(200);를 포함하여 이루어지되,
상기 재료공급로봇(200)은 상기 3D 프린팅로봇(100)이 이동될 경우, 상기 3D 프린팅로봇(100)과 일정간격을 두고 자동으로 이동할 수 있도록 근거리 무선센서(230)가 탑재되고,
상기 3D 프린팅로봇(100)은
캐스터(C)에 의해 이동하는 하우징(110)와,
상기 하우징(110)에 내장된 승강수단에 의해 승강되는 승강플레이트(120)와,
상기 승강수단에 의해 승강되는 승강플레이트(120)를 지지하기 위해 상기 하우징(110)과 승강플레이트(120)의 사이에 결합되는 시저스가이드(140)와,
상기 승강플레이트(120)와 회전수단(130)을 매개로 연결되는 회전플레이트(150)와,
상기 회전플레이트(150)에 고정되는 가이드프레임(160)과,
상기 가이드프레임(160) 내에서 길이가 조절되는 노즐이송바(170) 및
상기 노즐이송바(170)의 선단에 결합되어 시멘트계 모르타르를 배출시키는 노즐부(180)를 포함하여 이루어지되,
상기 시저스가이드(140)는 상기 승강플레이트(120)의 저면 외각 4방(전/후/좌/우)면에 각각 배치되고,
상기 승강플레이트(120)는 회전 원심력과 길이가 조절되는 노즐이송바(170)에 의해 무게 중심이 가변될 경우에도 시저스가이드(140)에 의해 전/후/좌/우 흔들림과 기울기를 없이 안정적인 수평을 유지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 로봇시스템.
In an architectural 3D printing robot system that can construct a building by spraying cement-based printing materials,
A 3D printing robot (100) that moves along the floor surface inside a building being constructed according to set coordinates and constructs it; and
It comprises a material supply robot (200) that moves in conjunction with the above 3D printing robot (100) and mixes and supplies cement-based printing materials to the above 3D printing robot in real time;
The above material supply robot (200) is equipped with a short-range wireless sensor (230) so that it can automatically move at a certain distance from the 3D printing robot (100) when the 3D printing robot (100) moves.
The above 3D printing robot (100)
A housing (110) that moves by a caster (C),
An elevating plate (120) that is elevated by an elevating means built into the above housing (110), and
A scissor guide (140) coupled between the housing (110) and the lifting plate (120) to support the lifting plate (120) that is lifted by the lifting means,
A rotating plate (150) connected via the above-mentioned lifting plate (120) and the rotating means (130),
A guide frame (160) fixed to the above rotating plate (150),
A nozzle transfer bar (170) whose length is adjusted within the above guide frame (160) and
It is composed of a nozzle part (180) that is connected to the tip of the nozzle transfer bar (170) and discharges cement mortar.
The above scissor guide (140) is placed on each of the four outer sides (front/back/left/right) of the lower surface of the above lifting plate (120).
The above lifting plate (120) is characterized in that it is configured to maintain a stable horizontal level without forward/backward/left/right shaking and tilting by the scissor guide (140) even when the center of gravity is changed by the rotating centrifugal force and the nozzle transfer bar (170) whose length is adjustable.
상기 하우징(110)은 복수의 아웃트리거(111) 더 장착되고,
상기 승강수단은 스파이럴 리프트(112)로 구성되는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린팅 로봇시스템.
In the first paragraph,
The above housing (110) is further equipped with a plurality of outriggers (111),
A construction 3D printing robot system characterized in that the above-mentioned lifting means is composed of a spiral lift (112).
상기 회전수단(130)은 승강플레이트(120)의 상부에 고정된 지지링(121)에 회전가능하게 삽입된 태양기어(131)와, 상기 태양기어(131)의 내부에 치합되는 유성기어(132)로 이루어지되,
상기 유성기어(132)는 상기 승강플레이트(120)의 저면에 고정된 구동모터(M)에 의해 회전하고,
상기 태양기어(131)는 상기 회전플레이트(150)의 저면에 고정되는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린팅 로봇시스템.
In the first paragraph,
The above-mentioned rotation means (130) is composed of a sun gear (131) rotatably inserted into a support ring (121) fixed to the upper part of the lifting plate (120) and a planetary gear (132) meshed inside the sun gear (131).
The above planetary gear (132) rotates by a driving motor (M) fixed to the bottom surface of the above lifting plate (120).
A 3D printing robot system for construction, characterized in that the above sun gear (131) is fixed to the bottom surface of the above rotating plate (150).
상기 노즐부(180)는 상기 재료공급로봇(200)와 연결호스(181)을 통해 연결되어 시멘트계 모르타르를 공급받고,
상기 각 시저스가이드(140)는 승강플레이트(120)의 승강에 따라 신축이 가능하도록 일측 또는 타측의 상단과 하단이 하우징(110)과 승강플레이트(120)에 고정된 고정레일(142)에 슬라이딩 결합되는 슬라이딩블록(141a)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린팅 로봇시스템.
In the first paragraph,
The above nozzle part (180) is connected to the material supply robot (200) through a connection hose (181) and receives cement mortar.
The above-mentioned scissor guide (140) is characterized by including a sliding block (141a) that is slidably connected to a fixed rail (142) fixed to the housing (110) and the lifting plate (120) at the upper and lower ends on one or the other side so that it can expand and contract according to the lifting of the lifting plate (120).
상기 가이드프레임(160)은 노즐이송바(170)의 선단에 고정된 노즐부(180)가 간섭받는 것을 방지하기 위해 부분절개부(161)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린팅 로봇시스템.
In the first paragraph,
The above guide frame (160) is characterized by a construction 3D printing robot system in which a partial cut portion (161) is further formed to prevent the nozzle portion (180) fixed to the tip of the nozzle transfer bar (170) from being interfered with.
상기 3D 프린팅로봇(100)은 단일의 승강플레이트(120)에 2개의 회전플레이트(150)가 결합되고, 상기 각각의 회전플레이트(150)에는 상호 간 상반된 위치로 설치되는 가이드프레임(160)과, 노즐이송바(170) 및 노즐부(180)로 구성되고,
상기 각 노즐부(180)는 서로 다른 시멘트계 프린팅 재료를 공급받을 수 있도록 연결호스를 통해 개별적인 재료공급로봇(200)과 연결되는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린팅 로봇시스템.
In the first paragraph,
The above 3D printing robot (100) is composed of two rotating plates (150) combined on a single lifting plate (120), and each rotating plate (150) is configured with a guide frame (160) installed in opposite positions, a nozzle transfer bar (170), and a nozzle part (180).
An architectural 3D printing robot system characterized in that each of the above nozzle parts (180) is connected to an individual material supply robot (200) through a connecting hose so that different cement-based printing materials can be supplied.
상기 재료공급로봇(200)은 상기 3D 프린팅로봇(100)이 이동될 경우, 상기 3D 프린팅로봇(100)과 일정간격을 두고 자동으로 이동할 수 있도록 근거리 무선센서(230)와, 프린팅 재료가 소진되었을 경우 이를 외부의 관리자에 알릴 수 있은 근거리 무선통신, 와이파이(Wi-fi), 이더넷(Ethernet), 3G, 4G, 5G, LTE 중 적어도 하나의 통신모듈(240)이 탑재되어 구성되는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린팅 로봇시스템.In the first paragraph,
The material supply robot (200) is characterized in that it is configured with a short-range wireless sensor (230) so that the material supply robot (200) can automatically move at a certain interval from the 3D printing robot (100) when the 3D printing robot (100) moves, and at least one communication module (240) among short-range wireless communication, Wi-fi, Ethernet, 3G, 4G, 5G, and LTE that can notify an external manager when printing materials are exhausted.
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