CN109539869A - 激光式炮膛维护机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光式炮膛维护机器人，包括机体，机体上设有行走机构、旋转机构、工作头和中空管；旋转机构包括旋转电机、主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，主动齿轮由旋转电机驱动，从动齿轮转动套设于中空管的外部；中空管沿机体的长度方向设置，中空管内固定设有沿其长度方向设置的光纤；工作头与从动齿轮可拆卸固定连接，工作头包括旋转激光扫描头、旋转气刷头和旋转喷油头，针对不同的工作模式，从动齿轮有选择的与某一个工作头连接。将纯体力工作变为机器人作业，减少擦炮人员数量与劳动强度，利用激光径向高速旋转切割清除炮膛内残渣与挂铜，相比人工轴向推拉式清洗方式相比，大大提高了炮膛清洗效率。
Description
技术领域
本发明涉及炮膛清洗设备技术领域，具体的说，涉及一种激光式炮膛维护机器人。
背景技术
现代军事上采用的线膛炮或滑膛炮，都是采用化学能发射的，所以每次火炮发射都会有火焰、烟尘冒出，同时还有一些火药的残留物留在炮膛内，长此以往炮膛就会留有一层漆黑的残留物。而这种残留物不仅会影响射击精度还会减少炮管寿命，因此清洗炮膛也是炮兵部队日常保养必不可少的程序之一。
炮管刷洗主要由人工完成，清洗一只炮管需要4-6个人，耗时2-4小时，效率低，劳动强度高。这种清洁方法完全依赖操作人员的操作水平，导致清洁后的效果并不令人满意。传统手动操作方式一般会采用长杆加刷杆进行清洁及上油，经常会导致对炮膛(炮管)内部的轻微损伤，致使火炮使用寿命降低。如果将炮膛(炮管)整体卸下并对内部铜屑进行彻底清洁，则又会浪费大量人力，且清洁成本非常高，其清洁效果粗糙；劳动强度大，且费时费力。
发明内容
针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种激光式炮膛维护机器人，以节省人力，提高炮膛清洗效率。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种激光式炮膛维护机器人，包括机体，所述机体上设有行走机构、旋转机构、工作头和中空管；
所述旋转机构包括旋转电机、主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述主动齿轮由所述旋转电机驱动，所述从动齿轮转动套设于所述中空管的外部；
所述中空管沿所述机体的长度方向设置，所述中空管内固定设有沿其长度方向设置的光纤；
所述工作头与所述从动齿轮可拆卸固定连接，所述工作头包括旋转激光扫描头、旋转气刷头和旋转喷油头，针对不同的工作模式，所述从动齿轮与其中一个所述工作头连接。
优选地，所述旋转激光扫描头内部设有光路，所述光路包括沿炮膛的轴向延伸的进光端和沿炮膛的径向延伸的出光端，所述进光端与所述从动齿轮螺纹连接，所述光路内设有角度反光镜，所述光纤的一端伸入所述进光端内且指向所述角度反光镜。
优选地，所述机体上设有喷气头、气体接入头和激光接入头，所述喷气头与所述气体接入头相连通，所述激光接入头与所述光纤连接。
优选地，所述旋转气刷头内设有气路，所述气路包括沿炮膛的轴向延伸的进气端和沿炮膛的径向延伸的出气端，所述进气端与所述中空管的内腔相连通，所述进气端与所述从动齿轮螺纹连接，所述出气端设有多个且沿周向分布，每个所述出气端均设有刷丝。
优选地，所述旋转喷油头内设有油路，所述油路呈T形，所述油路包括进油端和两个相对设置的出油端，所述进油端与所述中空管的内腔相连通，所述进油端与所述从动齿轮螺纹连接，所述出油端设有雾化喷嘴。
优选地，所述机体上设有流体接入头，所述流体接入头与所述中空管相连通。
优选地，所述行走机构包括行走电机、压紧导向轮和行走轮，所述压紧导向轮位于所述机体的一侧，所述行走轮位于所述机体的另一侧，所述行走电机驱动所述行走轮行走。
优选地，所述压紧导向轮与所述机体之间设有压紧导向机构，所述压紧导向机构包括杠杆臂和弹性件，所述杠杆臂的第一端与所述压紧导向轮连接，所述弹性件抵靠于所述杠杆臂的第二端，所述弹性件设于所述机体上且位于所述杠杆臂的外侧，所述杠杆臂的中部铰接于支撑轴上，所述支撑轴固定于所述机体上。
优选地，所述机体上设有用于限位所述杠杆臂第二端位置的限位挡件，所述限位挡件位于所述杠杆臂的内侧。
优选地，所述机体上设有监视器、电连接头和总缆管，所述监视器、所述行走电机和所述旋转电机均与所述电连接头电连接。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
(1)极大减少擦炮人员数量与劳动强度，只需二人操作即可完成(小口径火炮只需一人即可完成)；
(2)将纯体力工作变为机器人作业，极大提高了部队装备的现代化水平；
(3)利用激光径向高速旋转切割清除炮膛内残渣与挂铜，相比人工轴向推拉式清洗效率数倍提高、效果更优；
(4)监视器为一高清摄像头，高清摄像头可观察到人眼无法观察分辨出的炮膛隐患缺陷(如裂缝、夹砂等)与残留物，确保火炮安全正常工作；
(5)电连接头集成有视频接头和控制电源接头，电连接头外接辅助工作车上的移动硬盘，移动硬盘具有超大图像储存量，极大提升火炮战时与日常保养管理水平，做到每次清洗有时间、有内容、有编号、有责任人、一旦出现故障与事故，可从源头找出原因所在避免重复损失；
(6)辅助工作车连接4G或无线局域网，可将擦炮时每一个细节即时传输至上级领导，上级领导可随时通过手机或专用显示器查看。
附图说明
图1是本发明激光式炮膛维护机器人处于激光除渣铜式时的结构示意图；
图2是图1的右视结构示意图；
图3是本发明激光式炮膛维护机器人处于刷洗模式时的结构示意图；
图4是图3的侧向剖视结构示意图；
图5是本发明激光式炮膛维护机器人处于涂油模式时的结构示意图；
图6是图5的右视结构示意图；
图7是本发明激光式炮膛维护机器人压紧导向机构的结构示意图；
图中：1-炮管；2-机体；3-总缆管；4-压紧导向轮；5-光纤；6-电连接头；7-行走轮；8-气体接入头；9-行走电机；10-旋转电机；11-监视器；12-旋转激光扫描头；13-角度反光镜；14-主动齿轮；15-从动齿轮；16-喷气头；17-旋转气刷头；18-刷丝；19-激光接入头；20-旋转喷油头；21-雾化喷嘴；22-固定销；23-弹性件；24-支撑轴；25-限位挡件；26-中空管；27-杠杆臂。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，且不用于限定本发明。
本发明的激光式炮膛维护机器人工作时有三种工作模式，分别为激光除渣铜模式、刷洗模式和涂油模式，工作时，先进行激光除渣铜模式，再进行刷洗模式，最后进行涂油模式，不同的工作模式对应不同的工作头。
一、激光除渣模式
如图1和图2共同所示，机体2上设有行走机构、旋转机构、旋转激光扫描头12和中空管26。中空管26沿机体2的长度方向设置，中空管26内固定有光纤5。
如图1、图2和图7共同所示，行走机构包括行走电机9、压紧导向轮4和行走轮7，压紧导向轮4位于机体2的一侧，行走轮7位于机体2的另一侧，压紧导向轮4两两一组共设有4个，行走轮7两两一组共设有4个。行走轮7由行走电机9驱动，带动整个机体2运动。压紧导向轮4与机体2之间设有压紧导向机构，压紧导向机构包括杠杆臂27和位于杠杆臂27第二端外侧的弹性件23，杠杆臂27的第一端与压紧导向轮4连接，弹性件23抵靠于杠杆臂27的第二端，弹性件23设于固定销22，弹性件23可选为扭簧等弹性元件，固定销22固定于机体2上，杠杆臂27的中部铰接于支撑轴24上，支撑轴24固定于机体2上，杠杆臂27的第一端内侧固定有限位挡件25，如限位柱、限位块等，用于限制杠杆臂27的位置范围，进而控制压紧导向轮4的位置。机体2行走时，弹性件23用力顶向杠杆臂27，使得杠杆臂27推动压紧导向轮4向外伸出，以匹配不同口径的火炮，且8个轮子自动调整将整个清洗模块准确至炮管1的中心位置，并随着炮闩和炮口直径的不同能自动调节至中心位置。
旋转机构包括旋转电机10、主动齿轮14和从动齿轮15，主动齿轮14与从动齿轮15啮合，主动齿轮14由旋转电机10驱动，从动齿轮15转动套设于中空管26的外部，旋转激光扫描头12可拆卸固定连接于从动齿轮15上。
旋转激光扫描头12内部设有光路，光路包括沿炮膛轴向的进光端和沿炮膛径向的出光端，进光端与从动齿轮15螺纹连接，光路内设有角度反光镜13，光纤5的一端伸入进光端内且指向角度反光镜13，角度反光镜13上设有45°的斜面，光纤5输送的激光经角度反光镜13反射后沿炮管1径向射出，机体2上设有与光纤5连接的激光接入头19。
机体2上还设有监视器11、喷气头16、电连接头6、总缆管3和气体接入头8，电连接头6集成有视频接头和控制电源接头，监视器11、行走电机9和旋转电机10分别与电连接头6电连接，喷气头16与气体接入头8连通,总缆管3内设有各种机器人所需的线缆。
激光除渣铜模式的工作原理为：
运用高能激光束径向高速旋转切割清除炮膛内残渣与挂铜，在高能激光束的作用下，高能激光束可在瞬间将炮管内阴线和阳面上的残渣与挂铜彻底气化从而达到清理目的。
激光除渣模式的工作过程为：
除渣铜时，激光接入头19与辅助工作车上的激光发生器连接，气体接入头8外接辅助工作车上的高压气泵，电连接头6与辅助工作车上的相应模块连接；
将整个机器人放入炮管1内，杠杆臂27推动压紧导向轮4向外伸出，使得压紧导向轮4和行走轮7均抵靠于炮管1内壁上；
激光由激光接入头19接入，射向角度反光镜13转向，由旋转激光扫描头12射出，旋转电机10通过齿轮副驱动旋转激光扫描头12转动，激光实现对炮管1内壁圆周扫描清洗，旋转电机10转速来控制扫描速度，行走轮7驱动整个机器人在炮管1内运动，行走电机9的转速控制清洗速度，压缩空气经气体接入头8进入机体2内，由喷气头16喷出，压缩空气吹动驱使激光高温氧化气化的废气迅速排出炮管1；检测器11获得检测信号经电连接头6反馈给控制系统，到达整体控制清洗状况。
监视器11可将清洗过程全程记录，并通过电缆传输至“辅助工作车”，然后通过4G或无线局域网即时传输至上级部门。监视器11为特别研制的高清深度摄像头，可非常清晰地观察到炮膛膛线内部任何细微的缺陷，诸如磨损、裂缝、夹沙等，并用自行开发的专用软件将炮膛圆弧图像转换成2D图像，便于分析研究使用。
二、刷洗模式
如图3和图4共同所示，刷洗模式时，将工作头更换为旋转气刷头17，激光接入头19与激光发生器断开连接，激光接入头19外接辅助工作车上的高压气泵，气体接入头8与高压气泵断开连接。旋转气刷头17内设有气路，气路包括沿炮膛轴向的进气端和3个周向均布且沿炮膛径向的出气端，每个出气端均设有刷丝18，进气端与中空管26的内腔相连通，进气端与从动齿轮15螺纹连接。
刷洗炮膛时，压缩空气经激光接入头19进入中空管26，由旋转气刷头17的三个出气端喷出，旋转气刷头17由旋转电机10驱动旋转，旋转气刷头17旋转时进行擦刷和气冲清洗炮管1的内壁，将激光除渣模式清理下来的固定碳化物和其它颗粒残渣彻底冲洗清理干净，机器人由行走电机9驱动从炮管1的一端行走到另一端。
三、涂油模式
如图5和图6共同所示，涂油模式时，将工作头更换为旋转喷油头20，激光接入头19与外接辅助工作车上的高压油泵。旋转喷油头20内设有油路，油路呈T形，油路包括沿炮膛轴向的进油端和两个相对设置的且沿炮膛径向的出油端，进油端与中空管26的内腔相连通，进油端与从动齿轮15螺纹连接，出油端设有雾化喷嘴21。
给炮膛涂油时，防锈油由激光接入头19进入中空管26内，最终输送给雾化喷嘴21，旋转喷油头20由旋转电机10驱动旋转，旋转喷油头20旋转时，雾化喷嘴21喷出雾状的防锈油均匀涂在炮管1的内壁上，机器人由行走电机9驱动从炮管1的一端行走到另一端。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.激光式炮膛维护机器人，其特征在于，包括：机体，所述机体上设有行走机构、旋转机构、工作头和中空管；
所述旋转机构包括旋转电机、主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述主动齿轮由所述旋转电机驱动，所述从动齿轮转动套设于所述中空管的外部；
所述中空管沿所述机体的长度方向设置，所述中空管内固定设有沿其长度方向设置的光纤；
所述工作头与所述从动齿轮可拆卸固定连接，所述工作头包括旋转激光扫描头、旋转气刷头和旋转喷油头，针对不同的工作模式，所述从动齿轮与其中一个所述工作头连接。
2.如权利要求1所述的激光式炮膛维护机器人，其特征在于，所述旋转激光扫描头内部设有光路，所述光路包括沿炮膛的轴向延伸的进光端和沿炮膛的径向延伸的出光端，所述进光端与所述从动齿轮螺纹连接，所述光路内设有角度反光镜，所述光纤的一端伸入所述进光端内且指向所述角度反光镜。
3.如权利要求2所述的激光式炮膛维护机器人，其特征在于，所述机体上设有喷气头、气体接入头和激光接入头，所述喷气头与所述气体接入头相连通，所述激光接入头与所述光纤连接。
4.如权利要求1所述的激光式炮膛维护机器人，其特征在于，所述旋转气刷头内设有气路，所述气路包括沿炮膛的轴向延伸的进气端和沿炮膛的径向延伸的出气端，所述进气端与所述中空管的内腔相连通，所述进气端与所述从动齿轮螺纹连接，所述出气端设有多个且沿周向分布，每个所述出气端均设有刷丝。
5.如权利要求1所述的激光式炮膛维护机器人，其特征在于，所述旋转喷油头内设有油路，所述油路呈T形，所述油路包括进油端和两个相对设置的出油端，所述进油端与所述中空管的内腔相连通，所述进油端与所述从动齿轮螺纹连接，所述出油端设有雾化喷嘴。
6.如权利要求4或5所述的激光式炮膛维护机器人，其特征在于，所述机体上设有流体接入头，所述流体接入头与所述中空管相连通。
7.如权利要求1所述的激光式炮膛维护机器人，其特征在于，所述行走机构包括行走电机、压紧导向轮和行走轮，所述压紧导向轮位于所述机体的一侧，所述行走轮位于所述机体的另一侧，所述行走电机驱动所述行走轮行走。
8.如权利要求7所述的激光式炮膛维护机器人，其特征在于，所述压紧导向轮与所述机体之间设有压紧导向机构，所述压紧导向机构包括杠杆臂和弹性件，所述杠杆臂的第一端与所述压紧导向轮连接，所述弹性件抵靠于所述杠杆臂的第二端，所述弹性件设于所述机体上且位于所述杠杆臂的外侧，所述杠杆臂的中部铰接于支撑轴上，所述支撑轴固定于所述机体上。
9.如权利要求8所述的激光式炮膛维护机器人，其特征在于，所述机体上设有用于限位所述杠杆臂第二端位置的限位挡件，所述限位挡件位于所述杠杆臂的内侧。
10.如权利要求1所述的激光式炮膛维护机器人，其特征在于，所述机体上设有监视器、电连接头和总缆管，所述监视器、所述行走电机和所述旋转电机均与所述电连接头电连接。
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2019
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