CN104875176A - 一种全向轮系及真空检漏机器人 - Google Patents

Abstract

一种全向轮系及真空检漏机器人，属于机器人技术领域，全向轮系的底盘中心设置有能够转动且能够在不同的高度档位上下移动的动力齿轮，动力齿轮为直齿轮，由电机带动转动，在动力齿轮周围的底盘上设置有若干个行走轮系，行走轮系上设置有转向直齿轮及传动直齿轮，动力齿轮能够通过上升及下降来改变行走轮的姿态或用于传递行走的动力，真空检漏机器人包括检漏机构、伸缩机构及行走机构，伸缩机构设置在行走机构上部，检漏机构设置在伸缩机构上部，在检漏机构上设置有摄像头，行走机构采用本发明的全向轮系。本发明的全向轮系动力源少，结构可靠、紧凑，自由度高，本发明的真空检漏机器人动作灵活、高效，检漏效果好，能够实现自动化及可视化。

Description

一种全向轮系及真空检漏机器人

技术领域：

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种新型的全向轮系及应用其自动检测真空容器内泄漏点的真空检漏机器人。

背景技术：

随着近代化工业的发展，航天、化工、核电等行业对真空容器的需求越来越多，真空容器逐步向大型化、多层化、材料复合化方向发展。为了达到绝热、保温、防锈、防潮等功能，许多真空容器被设计成由不同材料组成的夹层结构，结构形式越来越复杂，导致真空检漏的难度变得越来越大。

目前，多数真空容器外部有保温层、装饰板或加强筋等复杂结构，导致在真空容器外壁很难测量，目前在实际检测中采用的检漏方法主要是人进入到真空容器中，进行内部检漏操作，这种方法效率低，只能发现大孔，而且检测人员人身安全难以得到保障。大型真空容器的检漏问题，一直在困扰着真空工作者。尤其是在特定的现场条件下，如何准确、快速地找到漏点，已经成为真空检漏行业持续关注的热点问题。

由于真空容器内部空间有限，检漏机器人的体积必然受到限制，现有的真空检漏机器人通常行走能力有限，没有紧凑、高效的行走机构，检漏机器人在真空容器内的行走会面临很大的困难。

发明内容：

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种结构紧凑、可靠的全向轮系及应用其作为行走机构的，灵活、高效的，能够实现自动化、可视化的真空检漏机器人。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种全向轮系，其特点是，包括底盘，底盘中心设置有能够转动且能够在不同的高度档位上下移动的动力齿轮，所述动力齿轮为直齿轮，由电机带动转动，在动力齿轮周围的底盘上设置有若干个行走轮系；

所述行走轮系包括支架，支架的下部设置有行走轮，支架的上部固定设置有竖直的转向轴，转向轴通过轴承设置在底盘上，在转向轴上固定套装有若干个转向直齿轮，所述转向直齿轮分别与除第一档位外其他不同高度档位的动力齿轮相啮合，在转向轴的下部通过轴承设置有传动直齿轮和第一传动锥齿轮，所述传动直齿轮均能够与处于第一档位的动力齿轮相啮合，传动直齿轮与第一传动锥齿轮同步转动，在支架的侧面通过轴承设置有第二传动锥齿轮，所述第二传动锥齿轮与第一传动锥齿轮相啮合，第二传动锥齿轮带动行走轮。

所述动力齿轮的下方设置有竖直向上的电动推杆，动力齿轮的轴通过轴承与所述电动推杆的伸长端相连接；在底盘上通过轴承设置有主动齿轮，所述主动齿轮与动力齿轮相啮合，主动齿轮由电机带动。

所述底盘上设置有四个行走轮系，动力齿轮共有四个档位，其中：第一行走轮系的转向轴在动力齿轮的第三档位的相对应位置上设置有转向直齿轮；第二行走轮系的转向轴在动力齿轮的第三、第四档位的相对应位置上设置有转向直齿轮，第三行走轮系的转向轴在动力齿轮的第二、第三档位的相对应位置上设置有转向直齿轮，第四行走轮系的转向轴在动力齿轮的第二、三、四档位的相对应位置上均设置有转向直齿轮。

所述转向轴通过阻尼轴承设置在底盘上。

一种真空检漏机器人，包括检漏机构、伸缩机构及行走机构，伸缩机构设置在行走机构上部，检漏机构设置在伸缩机构上部，在检漏机构上设置有摄像头，其特点是，所述行走机构采用本发明的全向轮系。

所述伸缩机构为双层液压缸。

本发明的有益效果：本发明的全向轮系动力源少，结构可靠、紧凑，自由度高，本发明的真空检漏机器人动作灵活、高效，检漏效果好，能够实现自动化及可视化。

附图说明：

图1是本发明的全向轮系的一个实施例的立体图；

图2是图1的仰视图；

图3是图1的第三行走轮系的立体图；

图4是图1的全向轮系直行前进时，四个行走轮的姿态示意图；

图5是图1的全向轮系斜行前进时，四个行走轮的姿态示意图；

图6是图1的全向轮系原地转动时，四个行走轮的姿态示意图；

图7是图1的全向轮系弧形前进时，四个行走轮的姿态示意图；

图8是本发明的真空检漏机器人的结构示意图；

其中：1-底盘，2-动力齿轮，3-第一行走轮系，4-第二行走轮系，5-第三行走轮系，6-第四行走轮系，7-转向直齿轮，8-转向轴，9-支架，10-行走轮，11-主动齿轮，12-电机，13-电动推杆，14-第一传动锥齿轮，15-第二传动锥齿轮，16-变速齿轮，17-传动直齿轮，18-真空容器壁，19-无损检漏刷，20-摄像头，21-液压缸，22-三轴联动机构。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：如图1～图3所示，本发明的全向轮系的一个实施例，包括底盘1，底盘1中心设置有能够转动且能够在不同的高度档位上下移动的动力齿轮2，动力齿轮2下方设置有竖直向上的电动推杆13，电动推杆13的主体设置在底盘1的下部，其伸长端穿过底盘1的通孔，动力齿轮2的轴通过轴承与电动推杆13的伸长端相连接；在底盘1上通过轴承设置有主动齿轮11，所述主动齿轮11的厚度与电动推杆13伸长的长度相一致，且能够与动力齿轮2相啮合，主动齿轮11由电机12带动，所述动力齿轮2为直齿轮，在动力齿轮2周围的底盘1上设置有四个行走轮系，相对应的，动力齿轮2有四个高度档位；

所述行走轮系包括支架9，支架9的下部设置有行走轮10，支架9的上部固定设置有竖直的转向轴8，转向轴8通过阻尼轴承设置在底盘1上，在转向轴8上固定套装有若干个转向直齿轮7，所述转向直齿轮7分别与除第一档位外其他不同高度档位的动力齿轮2相啮合，其中：第一行走轮系3的转向轴8在动力齿轮2的第三档位的相对应位置上设置有转向直齿轮7；第二行走轮系4的转向轴8在动力齿轮2的第三、第四档位的相对应位置上设置有转向直齿轮7，第三行走轮系5的转向轴8在动力齿轮2的第二、第三档位的相对应位置上设置有转向直齿轮7，第四行走轮系6的转向轴8在动力齿轮2的第二、三、四档位的相对应位置上均设置有转向直齿轮7；

在转向轴8的下部通过轴承设置有传动直齿轮17和第一传动锥齿轮14，传动直齿轮17均能够与处于第一档位的动力齿轮2相啮合，所述传动直齿轮17与第一传动锥齿轮14同步转动，在支架9的侧面通过轴承设置有第二传动锥齿轮15，所述第二传动锥齿轮15与第一传动锥齿轮14相啮合，在支架9上通过轴承还设置有两个变速齿轮16，其中上方的变速齿轮与第二传动锥齿轮15同轴转动，下方的变速齿轮与行走轮10同轴转动，两个变速齿轮相啮合。

本实施例的姿态调整、动作或行走的过程如下：

电动推杆13将动力齿轮2移动至第一档位时，动力齿轮能够与主动齿轮11及四个行走轮系的传动直齿轮17相啮合，电机12转动能够带动主动齿轮11转动，并进一步带动动力齿轮2和传动直齿轮17转动，传动直齿轮17带动第一传动锥齿轮14转动，第一传动锥齿轮14带动第二传动锥齿轮15转动，从而通过两个变速齿轮16带动行走轮10转动。

电动推杆13将动力齿轮2向上推至第二档位时，动力齿轮2能够与主动齿轮11、第三行走轮系5的转向直齿轮7及第四行走轮系6的转向直齿轮7相啮合，此时启动电机12，能够通过主动齿轮11带动动力齿轮2，并进一步带动第三行走轮系5、第四行走轮系6上的转向直齿轮7，从而调整了第三行走轮系5及第四行走轮系6相对底盘1的姿态；

电动推杆13将动力齿轮2向上推至第三档位时，动力齿轮2能够与主动齿轮11和第一行走轮系3、第二行走轮系4、第三行走轮系5及第四行走轮系6上的转向直齿轮7相啮合，此时电机12转动，能够通过主动齿轮11带动动力齿轮2，并进一步带动第一行走轮系3、第二行走轮系4、第三行走轮系5及第四行走轮系6上的转向直齿轮7，从而调整了第一行走轮系3、第二行走轮系4、第三行走轮系5及第四行走轮系6相对底盘1的姿态；

电动推杆13将动力齿轮2向上推至第四档位时，动力齿轮2能够与主动齿轮11和第二行走轮系4及第四行走轮系6上的转向直齿轮7相啮合，此时电机转动，能够通过主动齿轮11带动动力齿轮2，并进一步带动第二行走轮系4和第四行走轮系6上的转向直齿轮7转动，从而调整了第二行走轮系4和第四行走轮系6相对底盘1的姿态。

在图1、图2中，动力齿轮2处于第一档位，四个行走轮系的姿态为相互平行，其姿态如图4所示，此时启动电机12，将会使四个行走轮10向同一个方向前进，因而本发明的全向轮系会向着该方向呈直线前进。

如果需要本实施例的全向轮系向斜向直线前进，需要通过电动推杆13将动力齿轮2升至第三档位，然后启动电机12，带动主动齿轮11转动，并进一步通过动力齿轮2带动四个行走轮系上的转向直齿轮7转动，从而能够同时调整四个行走轮系的姿态，其姿态如图5所示；四个行走轮系转动一定角度后，停止电机12；然后通过电动推杆13将动力齿轮2下降至第一档位，然后再次启动电机12，从而可以使全向轮系斜向直线前进，如图5所示，此状态下每个行走轮10转动的角度为45°，能够朝斜向45°直线前进。

如果需要本实施例的全向轮系以底盘1中心为轴做原地打转动作，需让每个行走轮系的行走轮10的前进方向与动力齿轮2的切线平行，则可以按照如下步骤进行：首先通过电动推杆13使动力齿轮2上升至第四档位，然后启动电机12，电机12带动主动齿轮11转动，进一步带动动力齿轮2转动，由于此时动力齿轮2仅与第二行走轮系4、第四行走轮系6上的转向直齿轮啮合，当动力齿轮2转动时，第二行走轮系4和第四行走轮系6的姿态会被调整，当第二行走轮系4和第四行走轮系6的行走轮10的前进方向调整至与动力齿轮2的切线平行时，关闭电机12，通过电动推杆13使动力齿轮2下降至第一档位，再次启动电机12，如图6所示，四个行走轮系将会带动底盘1做以底盘1中心为轴的原地打转动作。

如果需要本实施例的全向轮系以弧线前进，则需要按照如下程序操作：首先将四个行走轮系调整至图5所示的状态，然后通过电动推杆13使动力齿轮2下降至第二档位，启动电机12，使主动齿轮11带动动力齿轮2、进而使第三行走轮系5、第四行走轮系6逆时针转动一定角度，如图7所示，然后关闭电机12，使动力齿轮2位于第一档位，再次启动电机12，则能够使四个行走轮10转动，进而使底盘1带动整个全向轮系以一个圆弧形路线前进。

由于本发明的全向轮系的结构紧凑，动力源少，且自由度多，能够实现较复杂的行进路线，因而较适合在一些复杂工作环境下工作。本发明的真空检漏机器人即依靠本发明的全向轮系实现在真空容器内的行走，本发明的真空检漏机器人包括检漏机构、伸缩机构及本发明的全向轮系，伸缩机构设置在全向轮系的底盘1上，检漏机构设置在伸缩机构上部，伸缩机构为双层的液压缸21，其伸长高度较长。检漏机构为无损检漏刷19及摄像头20，无损检漏刷19及摄像头20的下部通过三轴联动机构22设置在液压缸21的上部，所述三轴联动机构22上设置有三个步进电机及相对应的动作杆，有三个自由度，能够实现无损检漏刷19和摄像头20的x、y、z轴的运动，使无损检漏刷及摄像头20对真空容器壁18进行全方位的检测。无损检漏刷19的型号为瑞诚/ZXCV12。在本实施例的真空检漏机器人中，无损检漏刷19、摄像头20、液压缸21的泵、三轴联动机构22及电机12、电动推杆13均通过无线控制器进行控制。

在进行检漏工作时，首先将本发明的真空检漏机器人放置在真空容器内，然后通过无线控制器启动其全向轮系进行行走，通过摄像头20监控机器人位置。并需要控制液压缸21伸长，然后通过控制三轴联动机构22控制无损检漏刷19及摄像头20的位置，对真空容器壁18进行内部的检漏。由于本发明的真空检漏机器人采用了本发明的全向轮系，因而动作灵活，路线自由，从而能够高效、准确的进行检漏工作，减轻了人工压力，提高了安全性。

Claims (6)

1.一种全向轮系，其特征在于：包括底盘，底盘中心设置有能够转动且能够在不同的高度档位上下移动的动力齿轮，所述动力齿轮为直齿轮，由电机带动转动，在动力齿轮周围的底盘上设置有若干个行走轮系；

所述行走轮系包括支架，支架的下部设置有行走轮，支架的上部固定设置有竖直的转向轴，转向轴通过轴承设置在底盘上，在转向轴上固定套装有若干个转向直齿轮，所述转向直齿轮分别与除第一档位外其他不同高度档位的动力齿轮相啮合，在转向轴的下部通过轴承设置有传动直齿轮和第一传动锥齿轮，所述传动直齿轮均能够与处于第一档位的动力齿轮相啮合，传动直齿轮与第一传动锥齿轮同步转动，在支架的侧面通过轴承设置有第二传动锥齿轮，所述第二传动锥齿轮与第一传动锥齿轮相啮合，第二传动锥齿轮带动行走轮。

2.根据权利要求1所述的全向轮系，其特征在于：所述动力齿轮的下方设置有竖直向上的电动推杆，动力齿轮的轴通过轴承与所述电动推杆的伸长端相连接；在底盘上通过轴承设置有主动齿轮，所述主动齿轮与动力齿轮相啮合，主动齿轮由电机带动。

3.根据权利要求1所述的全向轮系，其特征在于：所述底盘上设置有四个行走轮系，动力齿轮共有四个档位，其中：第一行走轮系的转向轴在动力齿轮的第三档位的相对应位置上设置有转向直齿轮；第二行走轮系的转向轴在动力齿轮的第三、第四档位的相对应位置上设置有转向直齿轮，第三行走轮系的转向轴在动力齿轮的第二、第三档位的相对应位置上设置有转向直齿轮，第四行走轮系的转向轴在动力齿轮的第二、三、四档位的相对应位置上均设置有转向直齿轮。

4.根据权利要求1所述的全向轮系，其特征在于：所述转向轴通过阻尼轴承设置在底盘上。

5.一种真空检漏机器人，包括检漏机构、伸缩机构及行走机构，伸缩机构设置在行走机构上部，检漏机构设置在伸缩机构上部，在检漏机构上设置有摄像头，其特征在于：所述行走机构采用本发明的全向轮系。

6.根据权利要求5所述的真空检漏机器人，其特征在于：所述伸缩机构为双层液压缸。