CN103322300B - 一种管段变直径支撑机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管段变直径支撑机构，它包括一种管段变直径支撑机构，包括一个主连接板、一个连接板、一个电机、一个主动齿轮、n个从动齿轮和n个相同的变直径机构，其中。所述主连接板和连接板均为圆形板，同心平行固定在外界机座上；所述的n个变直径机构沿主连接板和连接板周向均匀分布而径向安置在被支撑的管段内壁与主连接板和连接板之间；所述n个变直径机构的内端定位安装在主连接板与连接板之间，并通过n个从动齿轮和主动齿轮联接电机，而外端分别通过一个辅助轮对管段内壁滚动接触支撑。该机构能自动调整中心以适应管段，适应管段直径范围大、能实现欠驱动、起到良好的定位和支撑作用。

Description

一种管段变直径支撑机构

技术领域

本发明涉及的是一种管段变直径支撑机构。

背景技术

管段变直径支撑机构是一种通过伸展和弯曲实现支撑机构直径的改变。一般包括变直径驱动单元，变直径传动单元，执行机构，支撑部件。

管段变直径支撑机构是一种能够应用于管径变化的管段支撑，尤其在锅炉厂、发电厂都会用到大量的管段，其中部分管段由于制造工艺、功能需要，管段直径是变化的，比如大直径的管段内壁需要焊接、打磨焊缝、补焊、喷漆和检测等作业，要求管段变直径支撑机构安装在机器人上能起到对管段定位支撑、自动调整中心的作用。

查阅现有资料，人们通过很多方式使管段加工机器人适应不同直径的管段，当管径是理想状态，为理想的圆时，管段加工机器人不需要通过支撑机构实现机器人中心的自动调整，当管径随着机器人的前进方向变化时，需要支撑机构来实现管段加工机器人的支撑和定位，以便机器人其他功能（如打磨、焊接、喷漆、检测、清洗等）的实现。人们采用的机构大都是集成在管段加工机器人本体上，不能实现支撑机构模块化，根据不同应用场合的需要进行安装，且操作复杂，不同程度上增加了管段机器人的自重，和外形尺寸和能耗。

发明内容

本发明的目的是在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种可靠性高，能耗低，控制简单，模块化的管段变直径支撑机构。为达到上述目的，本发明的构思是：本发明包括主连接板、连接板、电机、主动齿轮、n个相同的从动齿轮、和n个相同的变直径机构等。主连接板与连接板中间，沿着连接板的中心，周向均匀固定安装n个相同的旋转轴，旋转轴上分别固定安装n个从动齿轮，从动齿轮上方分别固定安装变直径机构，使机构成为一个整体；电机负责输出动力，固定安装在主连接板反面，主动齿轮固定安装在电机轴上，n个从动齿轮分别固定在与安装在主连接板正面的旋转轴上，且主动齿轮与从动齿轮啮合。实现齿轮传动。变直径机构中的主动杆、机架、被动杆通过相互运动实现弯曲和伸展的动作，管段变直径支撑机构的直径可变，同时辅助轮随着变直径机构的弯曲和伸展，沿着管段内壁滚动，起到定位支撑作用。

当主动齿轮顺时针旋转时，与之啮合的从动齿轮带动旋转轴逆时针旋转，使从动齿轮上方的主动杆与旋转轴一起转动，机架端部的轴承内圈固定在旋转轴上，轴承外圈固定在机架端部，且辅助轴一端固定在机架上，其另一端固定在连接板上，使得旋转轴转动时机架固定。主动杆相对机架转动一定角度，会带动与之铰接的被动杆依次转动，使变直径机构实现弯曲动作；当主动齿轮逆时针旋转时，与之啮合的从动齿轮带动旋转轴顺时针转动，使主动杆相对机架向相反方向转动，带动与之铰接的被动杆依次向相反方向转动，使变直径机构实现伸展动作；当变直径机构弯曲至极限位置时，该管段变直径支撑机构的直径最小，辅助轮与管段内壁接触；当变直径机构伸展至极限位置时，该管段变直径支撑机构的直径最大，辅助轮也与管段内壁接触；该机构适应管段直径的变化范围大，能够自动调整中心，起到良好的支撑和定位作用。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种管段变直径支撑机构，包括一个主连接板、一个连接板、一个电机、一个主动齿轮、n个从动齿轮和n个相同的变直径机构，其中，其特征在于：所述主连接板和连接板均为圆形板，同心平行固定在外界机座上；所述的n个变直径机构沿主连接板和连接板周向均匀分布而径向安置在被支撑的管段内壁与主连接板和连接板之间；所述n个变直径机构的内端定位安装在主连接板与连接板之间，并通过n个从动齿轮和主动齿轮联接电机，而外端分别通过一个辅助轮对管段内壁滚动接触支撑。

所述的n个变直径机构的内端定位安装的结构是：所述主连接板和连接板中间，沿着主连接板中心，周向均匀分布，固定安装n个相同的旋转轴，旋转轴的端部与主连接板和连接板是间隙配合，构成转动副；所述电机固定安装在主连接板外侧面，主动齿轮通过与电机轴间隙配合固定安装在连接板内侧面， n个尺寸相同的从动齿轮分别固定安装在n个旋转轴上，并与主动齿轮啮合，实现齿轮传动；n个相同的变直径机构分别通过旋转轴定位安装在从动齿轮内侧，变直径机构中的一根主动杆与从动齿轮相邻，变直径机构中的一个机架端部通过一个轴承分别安装在旋转轴上，轴承内圈与旋转轴间隙配合，形成转动副，同时，机架伸出的内端上固定安装一个辅助轴，该辅助轴的另一端固定安装在连接板上，使得旋转旋转轴转动时，一根主动杆转动，机架固定。

所述的主连接板的结构是：主连接板中心有中心孔，中心孔与电机装配，主动齿轮与电机轴是间隙配合，而通过键固定安装在电机轴上；主连接板上沿半径为X1的圆周方向上均布安装孔1，分别与n个相同的旋转轴配合，形成转动副，旋转轴上分别安装从动齿轮，使主动齿轮与从动齿轮啮合，实现齿轮系的传动。

所述的连接板的结构是：连接板上沿半径为X2的圆周上均布安装孔2，分别与n个相同的旋转轴间隙配合，构成转动副，连接板上沿半径为X3的圆周上均匀分布安装孔3，分别与n个相同的辅助轴是间隙配合，使辅助轴的一端固定在连接板上。

所述的变直径机构的结构是：所述主动杆的一端部与机架通过旋转轴铰连，主动杆固定安装在旋转轴上，机架上的一个轴承与旋转轴间隙配合，形成转动副，机架一端部与一根被动杆4的叉端部通过销钉铰连，主动杆的伸出端与被动杆1的叉端部铰接，主动杆的外端与被动杆4的中部铰接;被动杆4的另一中部与一根被动杆1中部通过销钉铰连，被动杆4的伸出端与被动杆3的叉端部铰接;被动杆1的另一中部与被动杆3另一中部通过销钉铰连，被动杆1伸出端与一根被动杆2的叉端部铰接;被动杆3的另一中部与被动杆2的另一端部通过销钉铰连，被动杆3的伸出端呈U型，U型槽中间通过销钉转动连接所述辅助轮，辅助轮为柔性材料，与管段内壁接触产生变形，起到支撑和定位的作用。

所述旋转轴旋转时，机架相对旋转轴固定，主动杆相对旋转轴转动；主动杆相对机架旋转角度为时，被动杆4相对于主动杆旋转角度为，被动杆1相对于被动杆4旋转角度为，被动杆3相对于被动杆1旋转角度为，辅助轮沿着管段内壁圆周方向滚动，实现摇杆滑块机构的弯曲动作。同理，主动杆相对机架以相反方向旋转角度为时，被动杆4相对于主动杆反向旋转角度为，被动杆1相对于被动杆4反向旋转角度为，被动杆3相对于被动杆1反向旋转角度为，辅助轮沿着管段内壁圆周方向反向滚动，实现变直径机构的伸展动作。

所述的变直径机构的驱动方式为欠驱动，即电机通过齿轮系同时带动个相同的变直径机构实现弯曲和伸展。

所述的变直径机构的极限角度为、、和时，主动杆与被动杆3端部的连线与机架的夹角为，该管段变直径支撑机构呈弯曲状态，当变直径机构的极限角度、、和为时，主动杆与被动杆3端部的连线与机架的夹角为，该管段变直径支撑机构呈伸展状态。

本发明与现有技术相比较，具有如下突出的实质性特点和显著的优点：采用八个相同的变直径机构同时弯曲和伸展实现直径变化，管段变直径支撑机构变直径范围大，且该机构实现模块化，根据实际作业需要安装在管段机器人上，实现机器人中心的调整和定位支撑作用。该机构采用欠驱动方式能耗低，控制简单，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中该机构在管段内伸展和弯曲至极限位置时的示意图。

图3为图1中主连接板的主视图。

图4为图1中主连接板的主视图。

图5为图1中1个变直径机构与主连接板、连接板、齿轮的安装结构示意图。

图6为图1中1个变直径机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：

参见图1-图6，本管段变直径支撑机构包括一个主连接板27、一个连接板39、一个电机26、一个主动齿轮28、n个从动齿轮29和n个相同的变直径机构40，其中，其特征在于：所述主连接板27和连接板39均为圆形板，同心平行固定在外界机座上；所述的n个变直径机构40沿主连接板27和连接板39周向均匀分布而径向安置在被支撑的管段内壁与主连接板27和连接板39之间；所述n个变直径机构40的内端定位安装在主连接板27与连接板39之间，并通过n个从动齿轮29和主动齿轮28联接电机26，而外端分别通过一个辅助轮33对管段内壁滚动接触支撑。

实施例二，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述的n个变直径机构40的内端定位安装的结构是：所述主连接板27和连接板39中间，沿着主连接板27中心，周向均匀分布，固定安装n个相同的旋转轴37，旋转轴37的端部与主连接板27和连接板39）间隙配合，构成转动副；所述电机26固定安装在主连接板27外侧面，主动齿轮28通过与电机轴间隙配合固定安装在连接板27内侧面， n个尺寸相同的从动齿轮29分别固定安装在n个旋转轴37上，并与主动齿轮28啮合，实现齿轮传动；n个相同的变直径机构40分别通过旋转轴37定位安装在从动齿轮29内侧，变直径机构40中的一根主动杆30与从动齿轮29相邻，变直径机构40中的一个机架36端部通过一个轴承41分别安装在旋转轴37上，轴承41内圈与旋转轴37间隙配合，形成转动副，同时，机架36伸出的内端上固定安装一个辅助轴38，该辅助轴38的另一端固定安装在连接板39上，使得旋转旋转轴37转动时，一根主动杆30转动，机架36固定。

所述的主连接板27的结构是：主连接板27中心有中心孔1，中心孔1与电机26装配，主动齿轮28与电机轴是间隙配合，而通过键固定安装在电机轴上；主连接板27上沿半径为X1的圆周方向上均布安装孔1，分别与n个相同的旋转轴37配合，形成转动副，旋转轴37上分别安装从动齿轮29，使主动齿轮28与从动齿轮4啮合，实现齿轮系的传动。

所述的连接板39的结构是：连接板39上沿半径为X2的圆周上均布安装孔2，分别与n个相同的旋转轴37间隙配合，构成转动副，连接板39上沿半径为X3的圆周上均匀分布安装孔3 18-25，分别与n个相同的辅助轴38是间隙配合，使辅助轴38的一端固定在连接板39上。

所述的变直径机构40的结构是：所述主动杆30的一端部与机架36通过旋转轴37铰连，主动杆30固定安装在旋转轴37上，机架36上的一个轴承41与旋转轴37间隙配合，形成转动副，机架36一端部与一根被动杆4 35的叉端部通过销钉铰连，主动杆30的伸出端与被动杆1 31的叉端部铰接，主动杆30的外端与被动杆4 35的中部铰接;被动杆4 35的另一中部与一根被动杆1 31中部通过销钉铰连，被动杆4 35的伸出端与被动杆3 34的叉端部铰接;被动杆1 31的另一中部与被动杆3 34一中部通过销钉铰连，被动杆1 31伸出端与一根被动杆2 32的叉端部铰接;被动杆3 34的另一中部与被动杆2 32的另一端部通过销钉铰连，被动杆3 34的伸出端呈U型，U型槽中间通过销钉转动连接所述辅助轮33，辅助轮33为柔性材料，与管段内壁接触产生变形，起到支撑和定位的作用。

实施例三：本实施例与实施例一相同，特别之处如下：

所述的管段变直径支撑机构40的内端定位安装的结构是：主连接板27和连接板39中间，沿着主连接板中心，周向均匀分布，固定安装8个相同的旋转轴37，旋转轴37的端部与主连接板27、连接板39是间隙配合，构成转动副；电机26固定安装在主连接板27外侧面，主动齿轮28通过与电机轴间隙配合固定安装在连接板27内侧面， 8个尺寸相同的从动齿轮29分别固定安装在旋转轴37上，并与主动齿轮28啮合，实现齿轮传动；8个相同的变直径机构40分别通过旋转轴37固定安装在从动齿轮29内侧，变直径机构40中的主动杆30与从动齿轮29相邻，机架36端部通过轴承41分别安装在旋转轴37上，轴承41内圈与旋转轴37间隙配合，形成转动副，同时，机架36伸出的内端固定安装辅助轴38，辅助轴38的另一端固定安装在连接板39上，使得旋转旋转轴37转动时，主动杆30转动，机架36固定。

图3所示，所述的主连接板27中心有中心孔1，中心孔1与电机26装配，主动齿轮28与电机轴间隙配合，固定安装在电机轴上。主连接板27上沿半径为X1的圆周方向上均布安装孔1 2-9，分别与8个相同的旋转轴37配合，形成转动副，旋转轴37上分别安装从动齿轮29，使主动齿轮28与从动齿轮4啮合，实现齿轮系的传动。

图4所示，连接板39上沿半径为X2的圆周上均布安装孔2 10-17，分别与8个相同的旋转轴37间隙配合，构成转动副，连接板39上沿半径为X3的圆周上均匀分布安装孔3 18-25，分别与n个相同的辅助轴38是间隙配合，使辅助轴38的一端固定在连接板39上。

图5、6所示，所述主动杆30的一端部与机架36通过旋转轴37铰连，主动杆30固定安装在旋转轴37上，机架36上的一个轴承41与旋转轴37间隙配合，形成转动副，机架36一端部与一根被动杆4 35的叉端部通过销钉铰连，主动杆30的伸出端与被动杆1 31的叉端部铰接；机架36的伸出外端与被动杆4 35的叉端部铰接；被动杆4 35的中部与一根被动杆1 31中部通过销钉铰连，被动杆4 35的伸出端与被动杆3 34的叉端部铰接;被动杆1 31的另一中部与被动杆3 34另一中部通过销钉铰连，被动杆1 31伸出端与一根被动杆2 32的叉端部铰接；被动杆3 34的另一中部与被动杆2 32的另一端部通过销钉铰连，被动杆3 34的伸出端呈U型，U型槽中间通过销钉转动连接所述辅助轮33，辅助轮33为柔性材料，与管段内壁接触产生变形，起到支撑和定位的作用。旋转轴37旋转时，机架36相对旋转轴37固定，主动杆30相对旋转轴37转动。主动杆30相对机架36旋转时，被动杆4 35相对于主动杆30旋转，被动杆1 31相对于被动杆4 35旋转，被动杆3 34相对于被动杆1 31旋转，辅助轮33沿着管段内壁圆周方向滚动，实现摇杆滑块机构15的弯曲动作。同理，主动杆30相对机架36以相反方向旋转时，被动杆4 35相对于主动杆30反向旋转，被动杆1 31相对于被动杆4 35反向旋转，被动杆3 34相对于被动杆1 31反向旋转，辅助轮33沿着管段内壁圆周方向反向滚动，实现变直径机构40的伸展动作。所述的变直径机构40的驱动方式为欠驱动，即电机26通过齿轮系同时带动个相同的变直径机构40实现弯曲和伸展。所述的变直径机构40的极限角度为、、和时，主动杆30与被动杆3 34端部的连线与机架36的夹角为，该管段变直径支撑机构呈弯曲状态，当变直径机构40的极限角度、、和为时，主动杆30与被动杆3 34端部的连线与机架36的夹角为，该管段变直径支撑机构呈伸展状态。

Claims (5)

1.一种管段变直径支撑机构，包括一个主连接板（27）、一个连接板（39）、一个电机（26）、一个主动齿轮（28）、n个从动齿轮（29）和n个相同的变直径机构（40），其中，其特征在于：所述主连接板（27）和连接板（39）均为圆形板，同心平行固定在外界机座上；所述的n个变直径机构（40）沿主连接板（27）和连接板（39）周向均匀分布而径向安置在被支撑的管段内壁与主连接板（27）和连接板（39）之间；所述n个变直径机构（40）的内端定位安装在主连接板（27）与连接板（39）之间，并通过n个从动齿轮（29）和主动齿轮（28）联接电机（26），而外端分别通过一个辅助轮 (33)对管段内壁滚动接触支撑；所述的n个变直径机构（40）的内端定位安装的结构是：所述主连接板（27）和连接板（39）中间，沿着主连接板（27）中心，周向均匀分布，固定安装n个相同的旋转轴（37），旋转轴（37）的端部与主连接板（27）和连接板（39）是间隙配合，构成转动副；所述电机（26）固定安装在主连接板（27）外侧面，主动齿轮（28）通过与电机轴间隙配合固定安装在连接板（27）内侧面， n个尺寸相同的从动齿轮（29）分别固定安装在n个旋转轴（37）上，并与主动齿轮（28）啮合，实现齿轮传动；n个相同的变直径机构（40）分别通过旋转轴（37）定位安装在从动齿轮（29）内侧，变直径机构（40）中的一根主动杆（30）与从动齿轮（29）相邻，变直径机构（40）中的一个机架（36）端部通过一个轴承（41）分别安装在旋转轴（37）上，轴承（41）内圈与旋转轴（37）间隙配合，形成转动副，同时，机架（36）伸出的内端上固定安装一个辅助轴（38），该辅助轴（38）的另一端固定安装在连接板（39）上，使得旋转轴（37）转动时，一根主动杆（30）转动，机架（36）固定；所述的变直径机构（40）的结构是：所述主动杆（30）的一端部与机架（36）通过旋转轴（37）铰连，主动杆（30）固定安装在旋转轴（37）上，机架（36）上的一个轴承（41）与旋转轴（37）间隙配合，形成转动副，机架（36）一端部与一根被动杆4（35）的叉端部通过销钉铰连，主动杆（30）的伸出端与被动杆1（31）的叉端部铰接，主动杆（30）的外端与被动杆4（35）的中部铰接；被动杆4（35）的另一中部与一根被动杆1（31）中部通过销钉铰连，被动杆4（35）的伸出端与被动杆3（34）的叉端部铰接；被动杆1（31）的另一中部与被动杆3（34）一中部通过销钉铰连，被动杆1（31）伸出端与一根被动杆2（32）的叉端部铰接;被动杆3（34）的另一中部与被动杆2（32）的另一端部通过销钉铰连，被动杆3（34）的伸出端呈U型，U型槽中间通过销钉转动连接所述辅助轮（33），辅助轮（33）为柔性材料，与管段内壁接触产生变形，起到支撑和定位的作用。

2.根据权利要求1所述的管段变直径支撑机构，其特征在于：所述的主连接板（27）的结构是：主连接板（27）中心有中心孔（1），中心孔（1）与电机（26）装配，主动齿轮（28）与电机轴是间隙配合，而通过键固定安装在电机轴上；主连接板（27）上沿半径为X1的圆周方向上均布安装孔1（2-9），分别与n个相同的旋转轴（37）配合，形成转动副，旋转轴（37）上分别安装从动齿轮（29），使主动齿轮（28）与从动齿轮(4)啮合，实现齿轮系的传动。

3.根据权利要求1所述的管段变直径支撑机构，其特征在于：所述的连接板(39)的结构是：连接板（39）上沿半径为X2的圆周上均布安装孔2（10-17），分别与n个相同的旋转轴（37）间隙配合，构成转动副，连接板（39）上沿半径为X3的圆周上均匀分布安装孔3（18-25），分别与n个相同的辅助轴（38）是间隙配合，使辅助轴（38）的一端固定在连接板（39）上。

4.根据权利要求1所述的管段变直径支撑机构，其特征在于：所述旋转轴（37）旋转时，机架（36）相对旋转轴（37）固定，主动杆（30）相对旋转轴（37）转动；主动杆（30）相对机架（36）旋转角度为时，被动杆4（35）相对于主动杆（30）旋转角度为，被动杆1（31）相对于被动杆4（35）旋转角度为，被动杆3（34）相对于被动杆1（31）旋转角度为，辅助轮（33）沿着管段内壁圆周方向滚动，实现摇杆滑块机构（40）的弯曲动作；同理，主动杆（30）相对机架（36）以相反方向旋转角度为时，被动杆4（35）相对于主动杆（30）反向旋转角度为，被动杆1（31）相对于被动杆4（35）反向旋转角度为，被动杆3（34）相对于被动杆1（31）反向旋转角度为，辅助轮（33）沿着管段内壁圆周方向反向滚动，实现变直径机构（40）的伸展动作。

5.根据权利要求4所述的管段变直径支撑机构，其特征在于：所述的变直径机构（40）的驱动方式为欠驱动，即电机（26）通过齿轮系同时带动个相同的变直径机构（40）实现弯曲和伸展。