CN108527392A - 一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，包括自驱履带组件、自适应组件、导杆支撑组件、光电测量/加工组件、动态聚焦组件和光纤转接头；自驱履带组件和自适应组件均设置有三组，每组自驱履带组件均通过对应的自适应组件设置在导杆支撑组件上，每组自适应组件均包括两个相对设置的自适应连杆，所述自适应连杆呈“人”字形，“人”字形顶部与自驱履带组件相连，“人”字形底部固定安装在导杆支撑组件上，光电测量/加工组件设置在导杆支撑组件的前端，光纤转接头设置在导杆支撑组件的后端；所述动态聚焦组件定位安装在导杆支撑组件的内部。本发明能够适应不同直径的管道、结构简单、灵活性好，具有极高的可通过性。
Description
技术领域
本发明属于精密测量与加工领域，具体涉及一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人。
背景技术
管道作为水、石油、煤气等气态和液态物质的重要输送工具之一，一般深埋在地下、海底、空中或者建筑物中，难以检测、清扫和维修，一旦因管道污染、腐蚀或破损就会引起运送物质的污染，甚至管道系统的崩溃，造成巨大的经济损失或人类健康安全，因此孕育而生了各种管道机器人。管道机器人能进入人所不及、复杂多变的非结构化管道环境中，通过携带的无损检测装置和作业装置，完成管道的检测、清扫和维护等任务，降低人工作业的的危险性，减轻人的劳动强度。
国内外针对管道机器人的研究已经有了长足的发展，常见的行走方式多为惯性冲击行走、蠕动爬行、弹性驱动行走或轮式行走等，但是通过对比研究，不难发现，现有管道机器人的整体结构和驱动原理相对复杂；对非中心对称的复杂变化管径(如具有椭圆、不规则多边形等管截面)的异形管道无法实现自适应；对于这些异形管道，迫切的需要自适应机器人进行测量(尤其是非接触、无损检测)和加工作业，而目前市场上尚未有很好的解决方案。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种能够适应不同直径的管道、结构简单、灵活性好的自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，包括自驱履带组件、自适应组件、导杆支撑组件、光电测量/加工组件、动态聚焦组件和光纤转接头；所述自驱履带组件和自适应组件均设置有三组，每组自驱履带组件均通过对应的自适应组件设置在导杆支撑组件上，相邻两组自驱履带组件之间的夹角为120度；每组自适应组件均包括两个相对设置的自适应连杆，所述自适应连杆呈“人”字形，“人”字形顶部与自驱履带组件相连，“人”字形底部固定安装在导杆支撑组件上，所述光电测量/加工组件设置在导杆支撑组件的前端，所述光纤转接头设置在导杆支撑组件的后端；所述动态聚焦组件定位安装在导杆支撑组件的内部；
所述自适应连杆包括定位轴、两个锁紧螺母、两根第一连杆、两根第二连杆、两个轴承座、连接轴和直线轴承座；定位轴的两端分别与左板和右板上位置对应的两个连杆安装孔同轴装配，并通过两个锁紧螺母实现锁紧；
两根第一连杆相互平行，两根第一连杆的一端均与定位轴同轴装配，另一端均与连接轴同轴装配；两根第二连杆相互平行，两根第二连杆的一端均安装在第一连杆上，并与第一连杆的中间通孔同轴配合装配，另一端均安装在导杆支撑组件上；连接轴通过两个轴承座安装在直线轴承座的上表面；
所述导杆支撑组件包括两个限位卡件、刚性压簧、导向轴、支撑轴、橡胶限位套、光轴固定环、第一连杆法兰底座、第二棱柱连接杆和第二连杆法兰底座；
所述第一连杆法兰底座和第二连杆法兰底座结构相同，表面均设置有三组连接孔，每组连接孔均用于与自适应连杆中的第一连杆通过销轴配合连接；
所述支撑轴为空心轴，其穿过第一连杆法兰底座和第二连杆法兰底座中部的通孔，并通过一对光轴固定环定位；两个限位卡件分别同轴安装在两端支撑轴的两端；支撑轴的上表面沿轴向方向设置有一开口槽；第一连杆法兰底座与第二连杆法兰底座之间通过多根第二棱柱连接杆实现等距平行连接；所述光纤转接头设置在支撑轴后端，并通过自锁装置实现同轴装配；
导向轴共有三根，围绕支撑轴均匀设置，并与第一连杆法兰底座、第二连杆法兰底座、限位卡件上的定位通孔同轴配合；每根导向轴上均安装有两组橡胶限位套与刚性压簧；自适应连杆中的直线轴承座安装在导向轴上，并与刚性压簧抵接；
所述光电测量/加工组件包括方形安装架、电机驱动组件和共轴激光测量与加工装置；
所述方形安装架呈中空的长方体结构，其前后方中心分别设有第一通孔与第二通孔，环绕第二通孔均匀设置三个定位孔，其侧前方对称设置了个螺纹孔；所述方形安装架通过穿过三个定位孔的螺栓固定安装在导杆支撑组件上，并使得第二通孔与支撑轴的空心孔位置相对；
所述电机驱动组件包括电机、电机支架、驱动齿轮，驱动齿轮与电机的转轴同轴装配；电机通过电机支架安装在方形安装架侧面；
所述共轴激光测量与加工装置包括螺纹轴、圆螺母、角接触球轴承、从动齿轮、U形法兰座、45°反射镜、U形安装座、无线CCD相机和CCD相机安装架；
所述螺纹轴两端均设有外螺纹，中间为空心光轴，且轴外侧设有一道直通矩形凹槽；所述螺纹轴的空心部分与支撑轴的空心孔位置相对，且轴线重合；圆螺母、角接触球轴承及从动齿轮依次安装在螺纹轴上，角接触球轴承的外圈与第一通孔的内壁同轴配合，从动齿轮通过键槽配合固定在螺纹轴中部，并与驱动齿轮互相啮合，所述U形法兰座一侧开有内螺纹通孔，并与螺纹轴通过螺纹配合实现装配，另一侧设有通槽，在其侧面开有两个第三通孔，U形安装座置于通槽内，并与两侧的第三通孔同轴配合安装，无线CCD相机与CCD相机安装架固定安装在U形安装座一侧，45°反射镜固定安装在U形安装座另一侧；
所述动态聚焦组件包括第一轴向法兰轴承座、丝杠、转接方形卡件、丝杠螺母座、延伸轴、聚焦透镜、第二轴向法兰轴承座、膜片联轴器、电机支座和镜片电机，所述丝杠、转接方形卡件、丝杠螺母座、膜片联轴器、镜片电机同轴配合安装，组成线性移动动力输出装置；所述第一轴向法兰轴承座和第二轴向法兰轴承座的上下两端均设置有通孔，丝杠的两端支撑安装在第一轴向法兰轴承座和第二轴向法兰轴承座的上端通孔上；所述第一轴向法兰轴承座和第二轴向法兰轴承座均通过下端通孔套装在支撑轴上，与支撑轴同轴配合，并通过底部的定位螺纹孔实现锁紧；聚焦透镜通过延伸轴安装在转接方形卡件上，通过支撑轴上表面的开口槽伸入支撑轴的内部空腔内，并在空间位置上与支撑轴同轴；在线性移动动力输出装置的驱动下聚焦透镜可在支撑轴的内部空腔内沿着支撑轴的轴线移动实现动态调整焦聚。
进一步的，所述自驱履带组件包括自驱组件和桁架组件，自驱组件安装固定在桁架组件上；所述桁架组件包括左板、右板和四根第一棱柱连接杆，四根第一棱柱连接杆安装在左板与右板之间，使得左板与右板相互平行位置相对；左板和右板的两端均设置有一个位置对应的轴承安装孔，左板和右板的中部均设置有两个位置对应的连杆安装孔；
所述自驱组件包括防滑履带、减速电机、减速电机支架、主动锥齿轮、从动锥齿轮、第一深沟球轴承、第一阶梯轴、限位法兰、第一同步轮、第二同步轮、同步带、凸轮轴承导向器、第三同步轮、第二深沟球轴承、第四同步轮和第二阶梯轴；减速电机通过减速电机支架安装在左板上，主动锥齿轮与从动锥齿轮组成一对啮合齿轮副，分别与减速电机的输出轴和第一阶梯轴同轴装配；第一同步轮通过两个限位法兰固定安装在第一阶梯轴上，第一阶梯轴的两端通过两个第一深沟球轴承安装在左板和右板之间；
第二同步轮、同步带、凸轮轴承导向器、第三同步轮共同组成动力传递组件，其中第二同步轮与第三同步轮分别同轴装配在第一阶梯轴与第二阶梯轴的同侧，凸轮轴承导向器安装在右板中部螺纹孔处，对同步带起到张紧作用，第四同步轮固定安装在第二阶梯轴中间，第二阶梯轴的两端通过两个第二深沟球轴承安装在左板和右板之间；防滑履带缠绕在第一同步轮和第四同步轮上，第一同步轮转动的同时带动防滑履带运动。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用了三组独立电机驱动的防滑履带接触管道内壁，当管道内径发生变化时，通过自适应连杆与刚性弹簧之间的自协调性动作，使得机器人的任意一个防滑履带的径向高度发生变化，实现机器人高度的自适应调整能力，可以自适应各种非中心对称的复杂变化管径(如具有椭圆、不规则多边形等管截面)的异形管道，并灵活行进，具有极高的可通过性。
2、本发明通过在机器人机构中设置空心支撑轴，巧妙解决了激光束的光路集成问题，并且在机器人的前端设置一体化的光电测量/加工组件，激光束(测量激光束或加工激光束)由外部的激光器输出后进入传输光纤，通过光纤转接头使得激光束依次穿过支撑轴的空心孔，经多个反射镜片后输出照射在管道内壁上，同时共轴激光测量与加工装置可环绕中心360°匀速旋转，使激光束随之在管道内壁上360°移动，结合机器人的行进动作，实现了可靠性高、直接有效的异形管道内壁面激光全长全周扫描。
3、本发明集成了异形管道的光电测量与加工一体化功能，通过切换外部输入的测量或加工激光束(二者可通过外光路分时输入或同时耦合调制输入)，结合管道机器人的轴向行进运动，一方面可获得行进过程管道内的所有径向尺寸信息，并建立管道的内壁三维模型；另一方面加工激光束的传输光路与测量加工束二者共轴，可实现管壁面的各种激光加工(如热处理、清洗、焊接等)；并且在加工过程中，无线CCD相机作为同步监视器，可以实时反馈加工现场信息，从而实现测量与加工过程的全闭环控制。因此，可以通过编程，灵活、快速切换该装置的测量与加工功能，协调完成异形管道的在线实时测量与激光加工。
4、本发明的自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，结构紧凑、小巧，自动化、自适应程度高，可实现无人化智能作业，应用于多种恶劣工况环境(如辐射、毒气等)。
附图说明
图1为自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人的整体结构图；
图2为自适应组件和导杆支撑组件的结构图；
图3为自驱履带组件的结构图；
图4为自驱组件的结构图；
图5为桁架组件的结构图；
图6为自适应连杆的结构图；
图7为导杆支撑组件的结构图；
图8为支撑轴开口槽部分的结构图；
图9为动态聚焦组件与支撑轴的位置关系图；
图10为光学测量组件的结构图；
图11为方形安装架的结构图；
图12为电机驱动组件的结构图；
图13为光学测量装置的结构图；
图14为U形法兰座的结构图；
图15为动态聚焦组件的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-15所示，本发明提供了一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，具体包括自驱履带组件1、自适应组件2、导杆支撑组件3、光电测量/加工组件4、动态聚焦组件5和光纤转接头6。所述自驱履带组件1和自适应组件2均设置有三组，每组自驱履带组件1均通过对应的自适应组件2设置在导杆支撑组件3上，相邻两组自驱履带组件1之间的夹角为120度。每组自适应组件2均包括两个相对设置的自适应连杆，所述自适应连杆呈“人”字形，“人”字形顶部与自驱履带组件1相连，“人”字形底部固定安装在导杆支撑组件3上，所述光电测量/加工组件4设置在导杆支撑组件3的前端，所述光纤转接头6设置在导杆支撑组件3的后端。所述动态聚焦组件5定位安装在导杆支撑组件3的内部。
具体的讲，所述自驱履带组件1包括自驱组件101和桁架组件102，自驱组件101安装固定在桁架组件102上。
所述桁架组件102包括左板10201、右板10202和四根第一棱柱连接杆10203，四根第一棱柱连接杆10203安装在左板10201与右板10202之间，使得左板10201与右板10202相互平行位置相对。左板10201和右板10202的两端均设置有一个位置对应的轴承安装孔，左板10201和右板10202的中部均设置有两个位置对应的连杆安装孔。
所述自驱组件101包括防滑履带103、减速电机10101、减速电机支架10102、主动锥齿轮10103、从动锥齿轮10104、第一深沟球轴承10105、第一阶梯轴10106、限位法兰10107、第一同步轮10108、第二同步轮10109、同步带10110、凸轮轴承导向器10111、第三同步轮10112、第二深沟球轴承10113、第四同步轮10114和第二阶梯轴10115。减速电机10101通过减速电机支架10102安装在左板10201上，主动锥齿轮10103与从动锥齿轮10104组成一对啮合齿轮副，分别与减速电机10101的输出轴和第一阶梯轴10106同轴装配；第一同步轮10108通过两个限位法兰10107固定安装在第一阶梯轴10106上，第一阶梯轴10106的两端通过两个第一深沟球轴承10105安装在左板10201和右板10202之间。
第二同步轮10109、同步带10110、凸轮轴承导向器10111、第三同步轮10112共同组成动力传递组件，其中第二同步轮10109与第三同步轮10112分别同轴装配在第一阶梯轴10106与第二阶梯轴10115的同侧，凸轮轴承导向器10111安装在右板10202中部螺纹孔处，对同步带10110起到张紧作用，第四同步轮10114固定安装在第二阶梯轴10115中间，第二阶梯轴10115的两端通过两个第二深沟球轴承10113安装在左板10201和右板10202之间。
防滑履带103缠绕在第一同步轮10108和第四同步轮10114上，第一同步轮10108转动的同时带动防滑履带103运动。
所述自适应连杆呈“人”字形，其具体包括定位轴201、两个锁紧螺母202、两根第一连杆203、两根第二连杆204、两个轴承座205、连接轴206和直线轴承座207。定位轴201的两端分别与左板10201和右板10202上位置对应的两个连杆安装孔同轴装配，并通过两个锁紧螺母202实现锁紧。
两根第一连杆203相互平行，两根第一连杆203的一端均与定位轴201同轴装配，另一端均与连接轴206同轴装配。两根第二连杆204相互平行，两根第二连杆204的一端均安装在第一连杆203上，并与第一连杆203的中间通孔同轴配合装配，另一端均安装在导杆支撑组件3上。连接轴206通过两个轴承座205安装在直线轴承座207的上表面。
所述导杆支撑组件3包括两个限位卡件301、刚性压簧302、导向轴303、支撑轴304、橡胶限位套305、光轴固定环306、第一连杆法兰底座307、第二棱柱连接杆308和第二连杆法兰底座309。
所述第一连杆法兰底座307和第二连杆法兰底座309结构相同，表面均设置有三组连接孔，每组连接孔均用于与自适应连杆中的第一连杆203通过销轴配合连接。
所述支撑轴304为空心轴，其穿过第一连杆法兰底座307和第二连杆法兰底座309中部的通孔，并通过一对光轴固定环306定位。两个限位卡件301分别同轴安装在两端支撑轴304的两端。支撑轴304的上表面沿轴向方向设置有一开口槽3041。第一连杆法兰底座307与第二连杆法兰底座309之间通过多根第二棱柱连接杆308实现等距平行连接。所述光纤转接头6设置在支撑轴304后端，并通过自锁装置实现同轴装配。
导向轴303共有三根，围绕支撑轴304均匀设置，并与第一连杆法兰底座307、第二连杆法兰底座309、限位卡件301上的定位通孔同轴配合。每根导向轴303上均安装有两组橡胶限位套305与刚性压簧302。自适应连杆中的直线轴承座207安装在导向轴303上，并与刚性压簧302抵接。
所述光电测量/加工组件4包括方形安装架401、电机驱动组件402和共轴激光测量与加工装置403。
所述方形安装架401呈中空的长方体结构，其前后方中心分别设有第一通孔40104与第二通孔40102，环绕第二通孔40102均匀设置三个定位孔40101，其侧前方对称设置了2个螺纹孔40103。所述方形安装架401通过穿过三个定位孔40101的螺栓固定安装在导杆支撑组件3上，并使得第二通孔40102与支撑轴304的空心孔位置相对。
所述电机驱动组件402包括电机40201、电机支架40202、驱动齿轮40203，驱动齿轮40203与电机40201的转轴同轴装配。电机40201通过电机支架40202安装在方形安装架401侧面。
所述共轴激光测量与加工装置403包括螺纹轴40301、圆螺母40302、角接触球轴承40303、从动齿轮40304、U形法兰座40305、45°反射镜40306、U形安装座40307、无线CCD相机40308和CCD相机安装架40309。
所述螺纹轴40301两端均设有外螺纹，中间为空心光轴，且轴外侧设有一道直通矩形凹槽。所述螺纹轴40301的空心部分与支撑轴304的空心孔位置相对，且轴线重合。圆螺母40302、角接触球轴承40303及从动齿轮40304依次安装在螺纹轴40301上，角接触球轴承40303的外圈与第一通孔40104的内壁同轴配合，从动齿轮40304通过键槽配合固定在螺纹轴40301中部，并与驱动齿轮40203互相啮合，所述U形法兰座40305一侧开有内螺纹通孔403052，并与螺纹轴40301通过螺纹配合实现装配，另一侧设有通槽403053，在其侧面开有两个第三通孔403054，U形安装座40307置于通槽403053内，并与两侧的第三通孔403054同轴配合安装，无线CCD相机40308与CCD相机安装架40309固定安装在U形安装座40307一侧，45°反射镜40306固定安装在U形安装座40307另一侧。
所述动态聚焦组件5包括第一轴向法兰轴承座501、丝杠502、转接方形卡件503、丝杠螺母座504、延伸轴505、聚焦透镜506、第二轴向法兰轴承座507、膜片联轴器508、电机支座509和镜片电机510，所述丝杠502、转接方形卡件503、丝杠螺母座504、膜片联轴器508、镜片电机510同轴配合安装，组成线性移动动力输出装置。所述第一轴向法兰轴承座501和第二轴向法兰轴承座507的上下两端均设置有通孔，丝杠502的两端支撑安装在第一轴向法兰轴承座501和第二轴向法兰轴承座507的上端通孔上；所述第一轴向法兰轴承座501和第二轴向法兰轴承座507均通过下端通孔套装在支撑轴304上，与支撑轴304同轴配合，并通过底部的定位螺纹孔实现锁紧；聚焦透镜506通过延伸轴505安装在转接方形卡件503上，通过支撑轴304上表面的开口槽3041伸入支撑轴304的内部空腔内，并在空间位置上与支撑轴304同轴。在线性移动动力输出装置的驱动下聚焦透镜506可在支撑轴304的内部空腔内沿着支撑轴304的轴线移动实现动态调整焦聚。
上述一种自适应异形管道光电测量机器人的工作原理和过程为：
当自适应异形管道光电测量机器人进入管道后，三组防滑履带103接触管道内壁，由三组减速电机10101提供动力输出使机器人沿管道内壁行进。在机器人行进过程中，当管道内径发生变化时，自适应连杆与刚性弹簧302之间的作用力会发生变化，进而改变刚性弹簧302的压缩形变，使得第一连杆203与第二连杆204夹角发生变化，进而使得机器人的径向高度发生变化，实现机器人高度的自适应调整。
由于每组自适应连杆相对独立，因此当机器人行进在复杂变化管径的管道内可实现防滑履带103与管道内壁接触自适应调整，有效提高了可通过性。
光电测量/加工组件4设置在机器人的前端，激光束(测量激光束或加工激光束)由外部的激光器输出后，经过光学变换与耦合后，进入传输光纤，传输光纤与空心的支撑轴304的后端通过光纤转接头6连接，使得激光束依次穿过支撑轴304的空心孔、方形安装架401的第二通孔40102与螺纹轴40301的空心孔，作用在45°反射镜40306上，经45°反射镜40306的反射后，激光束照射在管道内壁上，同时在电机驱动组件402作用下，共轴激光测量与加工装置403可环绕中心360°匀速旋转，使激光束随之在管道内壁上360°移动。对于测量激光束而言，一般为经过精确周期调制的脉冲激光束，其经由管壁面漫反射的一部分激光将由设置在前方的无线CCD相机40308同步接收，通过协调控制器(同时连接激光器与无线CCD相机，同步控制二者的时钟信号)可获取任意某个脉冲测量激光束从激光器输出至无线CCD相机接收到管壁面反射激光信号的时间差，从而可计算得到该脉冲测量激光束从激光器输出至无线CCD相机的光程，由于从激光器输出至共轴激光测量与加工装置403的最后反射输出镜面的光程是固定值，因此可计算获得脉冲测量激光束从共轴激光测量与加工装置403的最后反射输出镜面经管道内壁再返回无线CCD相机的光程，从而通过360°旋转扫描并通过系统计算后可获得管道内的径向尺寸信息，结合管道机器人的轴向行进运动，可获得行进过程管道内的所有径向尺寸信息，并建立管道的内壁三维模型。
对于加工激光束而言，加工激光束的传输光路与测量加工束相同(即二者共轴)，在空心的支撑轴304的内部设置有可轴线移动的聚焦透镜506，使得加工激光束从聚焦透镜506至管壁之间的光程等于聚焦透镜焦距(即保持加工激光束聚焦于管壁面上，由于是异形管壁面，故加工过程中需动态调节聚焦透镜的轴向位置)，通过协调调节加工激光束的能量密度和管道机器人的行进速度，可实现管壁面的各种激光加工(如热处理、清洗、焊接等)；并且在加工过程中，无线CCD相机作为同步监视器，可以实时反馈加工现场信息。本发明是一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，即是指可以通过编程，灵活、快速切换该装置的测量与加工功能，协调完成异形管道的在线实时测量与激光加工。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (2)
1.一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，其特征在于，包括自驱履带组件(1)、自适应组件(2)、导杆支撑组件(3)、光电测量/加工组件(4)、动态聚焦组件(5)和光纤转接头(6)；所述自驱履带组件(1)和自适应组件(2)均设置有三组，每组自驱履带组件(1)均通过对应的自适应组件(2)设置在导杆支撑组件(3)上，相邻两组自驱履带组件(1)之间的夹角为120度；每组自适应组件(2)均包括两个相对设置的自适应连杆，所述自适应连杆呈“人”字形，“人”字形顶部与自驱履带组件(1)相连，“人”字形底部固定安装在导杆支撑组件(3)上，所述光电测量/加工组件(4)设置在导杆支撑组件(3)的前端，所述光纤转接头(6)设置在导杆支撑组件(3)的后端；所述动态聚焦组件(5)定位安装在导杆支撑组件(3)的内部；
所述自适应连杆包括定位轴(201)、两个锁紧螺母(202)、两根第一连杆(203)、两根第二连杆(204)、两个轴承座(205)、连接轴(206)和直线轴承座(207)；定位轴(201)的两端分别与左板(10201)和右板(10202)上位置对应的两个连杆安装孔同轴装配，并通过两个锁紧螺母(202)实现锁紧；
两根第一连杆(203)相互平行，两根第一连杆(203)的一端均与定位轴(201)同轴装配，另一端均与连接轴(206)同轴装配；两根第二连杆(204)相互平行，两根第二连杆(204)的一端均安装在第一连杆(203)上，并与第一连杆(203)的中间通孔同轴配合装配，另一端均安装在导杆支撑组件(3)上；连接轴(206)通过两个轴承座(205)安装在直线轴承座(207)的上表面；
所述导杆支撑组件(3)包括两个限位卡件(301)、刚性压簧(302)、导向轴(303)、支撑轴(304)、橡胶限位套(305)、光轴固定环(306)、第一连杆法兰底座(307)、第二棱柱连接杆(308)和第二连杆法兰底座(309)；
所述第一连杆法兰底座(307)和第二连杆法兰底座(309)结构相同，表面均设置有三组连接孔，每组连接孔均用于与自适应连杆中的第一连杆(203)通过销轴配合连接；
所述支撑轴(304)为空心轴，其穿过第一连杆法兰底座(307)和第二连杆法兰底座(309)中部的通孔，并通过一对光轴固定环(306)定位；两个限位卡件(301)分别同轴安装在两端支撑轴(304)的两端；支撑轴(304)的上表面沿轴向方向设置有一开口槽(3041)；第一连杆法兰底座(307)与第二连杆法兰底座(309)之间通过多根第二棱柱连接杆(308)实现等距平行连接；所述光纤转接头(6)设置在支撑轴(304)后端，并通过自锁装置实现同轴装配；
导向轴(303)共有三根，围绕支撑轴(304)均匀设置，并与第一连杆法兰底座(307)、第二连杆法兰底座(309)、限位卡件(301)上的定位通孔同轴配合；每根导向轴(303)上均安装有两组橡胶限位套(305)与刚性压簧(302)；自适应连杆中的直线轴承座(207)安装在导向轴(303)上，并与刚性压簧(302)抵接；
所述光电测量/加工组件(4)包括方形安装架(401)、电机驱动组件(402)和共轴激光测量与加工装置(403)；
所述方形安装架(401)呈中空的长方体结构，其前后方中心分别设有第一通孔(40104)与第二通孔(40102)，环绕第二通孔(40102)均匀设置三个定位孔(40101)，其侧前方对称设置了(2)个螺纹孔(40103)；所述方形安装架(401)通过穿过三个定位孔(40101)的螺栓固定安装在导杆支撑组件(3)上，并使得第二通孔(40102)与支撑轴(304)的空心孔位置相对；
所述电机驱动组件(402)包括电机(40201)、电机支架(40202)、驱动齿轮(40203)，驱动齿轮(40203)与电机(40201)的转轴同轴装配；电机(40201)通过电机支架(40202)安装在方形安装架(401)侧面；
所述共轴激光测量与加工装置(403)包括螺纹轴(40301)、圆螺母(40302)、角接触球轴承(40303)、从动齿轮(40304)、U形法兰座(40305)、45°反射镜(40306)、U形安装座(40307)、无线CCD相机(40308)和CCD相机安装架(40309)；
所述螺纹轴(40301)两端均设有外螺纹，中间为空心光轴，且轴外侧设有一道直通矩形凹槽；所述螺纹轴(40301)的空心部分与支撑轴(304)的空心孔位置相对，且轴线重合；圆螺母(40302)、角接触球轴承(40303)及从动齿轮(40304)依次安装在螺纹轴(40301)上，角接触球轴承(40303)的外圈与第一通孔(40104)的内壁同轴配合，从动齿轮(40304)通过键槽配合固定在螺纹轴(40301)中部，并与驱动齿轮(40203)互相啮合，所述U形法兰座(40305)一侧开有内螺纹通孔(403052)，并与螺纹轴(40301)通过螺纹配合实现装配，另一侧设有通槽(403053)，在其侧面开有两个第三通孔(403054)，U形安装座(40307)置于通槽(403053)内，并与两侧的第三通孔(403054)同轴配合安装，无线CCD相机(40308)与CCD相机安装架(40309)固定安装在U形安装座(40307)一侧，45°反射镜(40306)固定安装在U形安装座(40307)另一侧；
所述动态聚焦组件(5)包括第一轴向法兰轴承座(501)、丝杠(502)、转接方形卡件(503)、丝杠螺母座(504)、延伸轴(505)、聚焦透镜(506)、第二轴向法兰轴承座(507)、膜片联轴器(508)、电机支座(509)和镜片电机(510)，所述丝杠(502)、转接方形卡件(503)、丝杠螺母座(504)、膜片联轴器(508)、镜片电机(510)同轴配合安装，组成线性移动动力输出装置；所述第一轴向法兰轴承座(501)和第二轴向法兰轴承座(507)的上下两端均设置有通孔，丝杠(502)的两端支撑安装在第一轴向法兰轴承座(501)和第二轴向法兰轴承座(507)的上端通孔上；所述第一轴向法兰轴承座(501)和第二轴向法兰轴承座(507)均通过下端通孔套装在支撑轴(304)上，与支撑轴(304)同轴配合，并通过底部的定位螺纹孔实现锁紧；聚焦透镜(506)通过延伸轴(505)安装在转接方形卡件(503)上，通过支撑轴(304)上表面的开口槽(3041)伸入支撑轴(304)的内部空腔内，并在空间位置上与支撑轴(304)同轴；在线性移动动力输出装置的驱动下聚焦透镜(506)可在支撑轴(304)的内部空腔内沿着支撑轴(304)的轴线移动实现动态调整焦聚。
2.根据权利要求1所述的自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，其特征在于，所述自驱履带组件(1)包括自驱组件(101)和桁架组件(102)，自驱组件(101)安装固定在桁架组件(102)上；所述桁架组件(102)包括左板(10201)、右板(10202)和四根第一棱柱连接杆(10203)，四根第一棱柱连接杆(10203)安装在左板(10201)与右板(10202)之间，使得左板(10201)与右板(10202)相互平行位置相对；左板(10201)和右板(10202)的两端均设置有一个位置对应的轴承安装孔，左板(10201)和右板(10202)的中部均设置有两个位置对应的连杆安装孔；
所述自驱组件(101)包括防滑履带(103)、减速电机(10101)、减速电机支架(10102)、主动锥齿轮(10103)、从动锥齿轮(10104)、第一深沟球轴承(10105)、第一阶梯轴(10106)、限位法兰(10107)、第一同步轮(10108)、第二同步轮(10109)、同步带(10110)、凸轮轴承导向器(10111)、第三同步轮(10112)、第二深沟球轴承(10113)、第四同步轮(10114)和第二阶梯轴(10115)；减速电机(10101)通过减速电机支架(10102)安装在左板(10201)上，主动锥齿轮(10103)与从动锥齿轮(10104)组成一对啮合齿轮副，分别与减速电机(10101)的输出轴和第一阶梯轴(10106)同轴装配；第一同步轮(10108)通过两个限位法兰(10107)固定安装在第一阶梯轴(10106)上，第一阶梯轴(10106)的两端通过两个第一深沟球轴承(10105)安装在左板(10201)和右板(10202)之间；
第二同步轮(10109)、同步带(10110)、凸轮轴承导向器(10111)、第三同步轮(10112)共同组成动力传递组件，其中第二同步轮(10109)与第三同步轮(10112)分别同轴装配在第一阶梯轴(10106)与第二阶梯轴(10115)的同侧，凸轮轴承导向器(10111)安装在右板(10202)中部螺纹孔处，对同步带(10110)起到张紧作用，第四同步轮(10114)固定安装在第二阶梯轴(10115)中间，第二阶梯轴(10115)的两端通过两个第二深沟球轴承(10113)安装在左板(10201)和右板(10202)之间；防滑履带(103)缠绕在第一同步轮(10108)和第四同步轮(10114)上，第一同步轮(10108)转动的同时带动防滑履带(103)运动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20220922 Address after: 250000 Hengda Yueting, No. 58, Gongye North Road, Licheng District, Jinan City, Shandong Province Patentee after: Dongdai (Jinan) Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: 325000 Wenzhou City National University Science Park incubator, No. 38 Dongfang South Road, Ouhai Economic Development Zone, Wenzhou, Zhejiang Patentee before: WENZHOU VOCATIONAL & TECHNICAL College |
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Effective date of registration: 20240730 Address after: Room 101, Unit 2, Building 5, No. 543 Huanghe 5th Road, Bincheng District, Binzhou City, Shandong Province 256600 Patentee after: Xu Zhenfeng Country or region after: China Address before: 250000 Hengda Yueting, No. 58, Gongye North Road, Licheng District, Jinan City, Shandong Province Patentee before: Dongdai (Jinan) Intelligent Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |
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Effective date of registration: 20240827 Address after: Building 2, No. 99 Longao North Road, Jinan Area, China (Shandong) Pilot Free Trade Zone, Jinan City, Shandong Province, China 250000, 2018 Patentee after: Shandong Huarui Intelligent Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 101, Unit 2, Building 5, No. 543 Huanghe 5th Road, Bincheng District, Binzhou City, Shandong Province 256600 Patentee before: Xu Zhenfeng Country or region before: China |
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