CN111537671A - 球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，包括支撑机构、支撑定位架、两轴转动平台、悬臂支撑架和弹性压紧机构，支撑机构夹紧在球罐的人孔处，支撑定位架的一端连接支撑机构，支撑定位架的另一端设有两轴转动平台，两轴转动平台连接悬臂支撑架的一端，悬臂支撑架的另一端设有用于压覆检测机器人的弹性压紧机构；该装置通过压覆支撑检测机器人，能够球罐检测机器人运行不受球罐内表面浮锈等因素的影响，进一步还可以通过两轴转动平台建立球罐检测机器人球面运行定位坐标系，辅助准确定位；另外，提供的支撑力还可以通过调整悬臂支撑架的长度调整，很大程度上提高了检测机器人沿壁面运动的可靠性和安全性。

Description

球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置

技术领域

本发明涉及一种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置。

背景技术

球罐作为大型承压设备，需要定期对球罐焊缝进行检验，对于球罐内部定期检修，目前常用的方法是在球罐内部搭设脚手架，用于检验人员攀爬。这种方法存在的缺点：1)搭建和拆卸脚手架的工期长；2)检测人员需要在脚手架上工作，操作不便且很危险。

为解决脚手架拆装带来的问题，不少专利提出了球罐内部载人工作台。中国专利201720881272.6为“一种球罐内部检测工作台”提出的球罐内部检测工作台，其结构由底部支承平台、中央支撑立柱、回转支撑平台、顶部回转平台和升降索引装置组成。又如中国专利201020156974.6为“球罐检验用旋转支架”提出的旋转支架包括主立柱，主立柱上连接的可水平旋转的转臂连接座，以及与转臂连接座连接的四连杆机构，四连杆机构自由端安装着载人吊篮。这一类载人工作台相比脚手架而言，拆装方便，安全性也更高，但不可避免，需要检测人员在吊篮上工作，环境恶劣，检测人员工作强度大。

随着检测机器人技术的发展，球罐检测机器人应用而生，检测机器人通常为采用负压吸附或者磁吸附的爬壁检测机器人，但在检测机器人的使用过程中，普遍存在以下问题：1)检测机器人在壁面攀爬的稳定性问题；由于球罐内部的铁锈以及检测机器人的负载等因素，导致检测机器人在检测过程中会下滑甚至倾倒。2)检测机器人的定位问题。检测机器人的定位对于提升检测自动化，以及检测机器人的协同检测具有重要的意义，但球罐内部光线昏暗，且球罐多为钢制容器，使得基于视觉，基于无线信号等定位方式效果较差。

上述问题是在球罐焊缝进行检验的过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置解决现有技术中存在的检测机器人在球罐壁面攀爬的稳定性不理想，由于球罐内部光线昏暗，且球罐多为钢制容器，使得基于视觉、无线信号等定位方式效果较差的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，包括支撑机构、支撑定位架、两轴转动平台、悬臂支撑架和弹性压紧机构，支撑机构夹紧在球罐的人孔处，支撑定位架的一端连接支撑机构，支撑定位架的另一端设有两轴转动平台，两轴转动平台连接悬臂支撑架的一端，悬臂支撑架的另一端设有用于压覆检测机器人的弹性压紧机构，检测机器人设于球罐的罐内壁上，两轴转动平台包括用于悬臂支撑架在水平向活动的水平旋转组件和用于悬臂支撑架在垂直向活动的竖直俯仰组件，竖直俯仰组件设于水平旋转组件上，水平旋转组件设有水平旋转角度传感器和第一激光测距仪，竖直俯仰组件设有竖直俯仰角度传感器和第二激光测距仪。

进一步地，水平旋转组件包括转台竖直轴、第一连接板、安装架一、水平轴承座、转台支撑板、大齿轮和小齿轮，水平轴承座采用带轴承的水平轴承座，转台竖直轴的一端通过水平轴承座垂直连接转台支撑板，转台竖直轴的另一端设有大齿轮，转台竖直轴的另一端还设有用于连接支撑定位架的第一连接板，第一连接板设有用于连接第一激光测距仪的安装架一，水平旋转角度传感器设于转台支撑板上，水平旋转角度传感器的转轴设有小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，转台竖直轴的另一端还连接支撑定位架。

进一步地，竖直俯仰组件包括转台水平轴、U形连接件、悬臂连接轴、安装架二、联轴器和竖直轴承座，竖直俯仰角度传感器通过联轴器连接转台水平轴的端部，竖直轴承座采用带轴承的竖直轴承座，转台水平轴的两端均通过竖直轴承座连接在转台支撑板上，悬臂连接轴的一端通过U形连接件连接转台水平轴，悬臂连接轴的另一端设有用于连接悬臂支撑架的第二连接板，第二连接板设有用于连接第二激光测距仪的安装架二，两轴转动平台的转台水平轴与转台竖直轴的轴线交点在工作状态位于球罐的球心。

进一步地，支撑定位架采用可收展支撑定位架，支撑定位架包括若干支撑伸缩杆和用于收展支撑伸缩杆的收展件，支撑伸缩杆的顶端以第一连接板为中心环列设置且活动连接第一连接板，支撑伸缩杆的底端连接支撑机构，收展件包括中间连板、第一连接件、收展杆和第二连接件，收展杆的一端通过第一连接件活动连接中间连板，收展杆的另一端通过第二连接件活动连接支撑伸缩杆。

进一步地，悬臂支撑架采用可收展连杆机构，悬臂支撑架包括若干上伸缩杆、若干下伸缩杆、伸展件和顶板，上伸缩杆的一端分别以顶板为中心环列设置且活动连接顶板，上伸缩杆的另一端通过伸展件连接下伸缩杆的端部，下伸缩杆的另一端部以第二连接板为中心环列设置且活动连接第二连接板，伸展件包括中间板、若干伸展杆和若干转动副，上伸缩杆与下伸缩杆一一对应设置，上伸缩杆分别通过转动副活动连接下伸缩杆，伸展杆的一端通过第三连接件和紧定螺钉一活动连接中间板，伸展杆的另一端通过第四连接件和紧定螺钉二活动连接转动副。

进一步地，转动副包括上支座、上连接件、下支座、下连接件、横向支座、横向连接件和支座连板，横向支座的一端垂直设于支座连板上，横向支座的另一端通过横向连接件活动连接伸展杆，支座连板的两端分别设有上支座和下支座，上支座通过上连接件和紧定螺钉三活动连接上伸缩杆，下支座通过下连接件和紧定螺钉四活动连接下伸缩杆。

进一步地，支撑伸缩杆、上伸缩杆与下伸缩杆分别采用空心碳纤维伸缩杆。

进一步地，弹性压紧机构包括导向轴、轴套、弹簧、弹簧压紧套、压紧法兰盘、压紧轴承座、挡圈一、挡圈二和用于连接检测机器人的压紧法兰盘，压紧法兰盘连接在压紧轴承座上，压紧轴承座采用带轴承的压紧轴承座，导向轴穿过挡圈二、压紧轴承座的轴承和轴套，压紧轴承座的轴承被轴套和挡圈二固定在导向轴上，导向轴活动穿过弹簧和弹簧压紧套，弹簧设于轴套与弹簧压紧套间，弹簧压紧套与悬臂支撑架的顶板连接，顶板设有用于导向轴活动穿过的通孔，挡圈一和挡圈二分别固定设于导向轴的两端，弹簧压紧套设于挡圈一和挡圈二间。

进一步地，支撑机构采用铝合金型材结构或台虎钳结构。

进一步地，铝合金型材结构包括限位件和若干立杆，支撑定位架的底端设有收展件，支撑定位架的收展件设于球罐人孔的内侧，限位件设于球罐人孔的外侧，且限位件的宽度大于球罐人孔的直径，立杆的一端连接限位件，立杆的另一端通过连接螺栓连接支撑定位架的收展杆或中间连板，限位件通过定位螺栓和定位螺母连接在球罐人孔凸缘上的连接孔处，限位件采用限位板、十字形限位架、H字形限位架或工字形限位架。

进一步地，台虎钳结构包括用于夹持球罐的人孔钢板的纵向台虎钳和用于夹持工字梁的横向台虎钳，横向台虎钳垂直设于纵向台虎钳的顶部，工字梁设于支撑定位架的底部。

本发明的有益效果是：

一、该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，通过压覆支撑检测机器人，能够不受球罐内表面浮锈等因素的影响，很大程度上提高了检测机器人沿壁面运动的可靠性和安全性，解决了现有的检测机器人采用磁吸附、负压吸附等方式，在实际检测过程中，球罐内部壁面常常具有很多浮锈，大大影响了磁吸附以及负压吸附检测机器人运动的可靠性的问题。

二、区别于球罐内部载人工作台，本发明的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，用以支撑检测机器人，通过检测机器人实现球罐的内部检测，大大降低了检测工作人员的工作强度以及工作危险。

三、本发明能够通过两轴转动平台建立球罐检测机器人球面运行定位坐标系，辅助准确定位；利用球罐、两轴转动平台和悬臂支撑架的几何特性，结合角度传感器，能够很方便的获得检测机器人在球罐罐内壁的位置，解决了由于球罐的内部光线差、电磁信号屏蔽等因素带来的检测机器人定位难的问题。

四、该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置中，大量使用了空心碳纤维管构成的连杆机构，具有结构简单，质量轻，刚度大的特点，机构安装简单，另外，可伸缩的结构能够适应不同尺寸的球罐，提供的支撑力可以通过调整悬臂支撑架的长度调整。

附图说明

图1是本发明实施例球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置的结构示意图；

图2是实施例球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置的另一结构示意图；

图3是实施例中两轴转动平台的结构示意图；

图4是实施例中两轴转动平台的另一结构示意图；

图5是实施例中支撑定位架的展开说明示意图；

图6是实施例中支撑定位架的收展件的说明示意图；

图7是实施例中悬臂支撑架的结构示意图；

图8是实施例中悬臂支撑架的伸展件和转动副的结构示意图；

图9是实施例中支撑定位架的锁紧结构的结构示意图；

图10是实施例中支撑定位架的锁紧结构的分解结构示意图；

图11是实施例中弹性压紧机构的结构示意图；

图12是实施例中弹性压紧机构的剖面结构示意图；

图13是实施例中支撑机构采用铝合金型材结构的结构示意图；

图14是实施例中支撑机构采用台虎钳结构的结构示意图；

图15是实施例中球罐内检测机器人的定位原理说明示意图；

其中：1-支撑机构，2-支撑定位架，3-两轴转动平台，4-悬臂支撑架，5-弹性压紧机构，6-球罐，7-球罐的人孔钢板；

101-立杆，102-限位件，103-加强杆；

11-台虎钳钳体，12-台虎钳压头一，13-带手柄丝杠一，14-U形钳座，15-带手柄丝杠二，16-台虎钳压头二，17-工字梁；

21-支撑伸缩杆，22-中间连板，23-收展杆，24-第一连接件，25-第二连接件，26-外碳纤维杆，27-内碳纤维杆，29-连接螺杆，210-锥形螺母，211-尼龙膨胀套，212-锁紧螺母；

31-第一激光测距仪，32-安装架一，33-第一连接板，34-转台支撑板，35-水平轴承座，36-转台竖直轴，37-大齿轮，38-小齿轮，39-水平旋转角度传感器，310-竖直轴承座，311-联轴器，312-竖直俯仰角度传感器，313-转台水平轴，314-U形连接件，315-悬臂连接轴，316-第二连接板，317-安装架二，318-第二激光测距仪；

41-上伸缩杆，42-下伸缩杆，43-顶板，44-中间板，45-伸展杆，46-第三连接件，47-第四连接件，48-紧定螺钉一，49-紧定螺钉二，410-上支座，411-上连接件，412-下支座，413-下连接件，414-横向支座，415-横向连接件，416-支座连板，417-紧定螺钉三，418-紧定螺钉四；

51-压紧法兰盘，52-压紧轴承座，53-弹簧，54-弹簧压紧套，55-挡圈一，56-导向轴，57-轴套，58-挡圈二。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

一种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，如图1和图2，包括支撑机构1、支撑定位架2、两轴转动平台3、悬臂支撑架4和弹性压紧机构5，支撑机构1夹紧在球罐6的人孔处，支撑定位架2的一端连接支撑机构1，支撑定位架2的另一端设有两轴转动平台3，两轴转动平台3连接悬臂支撑架4的一端，悬臂支撑架4的另一端设有用于压覆检测机器人的弹性压紧机构5，检测机器人设于球罐6的罐内壁上，两轴转动平台3包括用于悬臂支撑架4在水平向活动的水平旋转组件和用于悬臂支撑架4在垂直向活动的竖直俯仰组件，竖直俯仰组件设于水平旋转组件上，水平旋转组件设有水平旋转角度传感器39和第一激光测距仪31，竖直俯仰组件设有竖直俯仰角度传感器312和第二激光测距仪318。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，通过压覆支撑检测机器人，能够不受球罐6内表面浮锈等因素的影响，很大程度上提高了检测机器人沿壁面运动的可靠性和安全性，解决了现有的检测机器人采用磁吸附、负压吸附等方式，在实际检测过程中，球罐6内部壁面常常具有很多浮锈，大大影响了磁吸附以及负压吸附检测机器人运动的可靠性的问题。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，能够大幅度的提升检测机器人在球罐6内部壁面爬行时的安全性，提高检测机器人的负载能力，便于运输，能够利用支撑机构1的几何尺寸方便的计算出检测机器人的位置，解决了由于球罐6内部光线昏暗等因素造成的检测机器人定位困难问题，大大提升了检测的自动化程度。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置中，两轴转动平台3具有水平旋转以及竖直俯仰两个自由度，并带有水平旋转角度传感器39和竖直俯仰角度传感器312两个角度传感器可测量两个方向上的转动角度，带有两个激光测距仪，能够测量支撑定位架2的高度以及悬臂支撑架4的长度。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置中，如图3和图4，水平旋转组件包括转台竖直轴36、第一连接板33、安装架一32、水平轴承座35、转台支撑板34、大齿轮37和小齿轮38，水平轴承座35采用带轴承的水平轴承座35，转台竖直轴36的一端通过水平轴承座35垂直连接转台支撑板34，转台竖直轴36的另一端设有大齿轮37，转台竖直轴36的另一端还设有用于连接支撑定位架2的第一连接板33，第一连接板33设有用于连接第一激光测距仪31的安装架一32水平旋转角度传感器39设于转台支撑板34上，水平旋转角度传感器39的转轴设有小齿轮38，小齿轮38与大齿轮37啮合，转台竖直轴36的另一端还连接支撑定位架2。在一个实施方式中，转台竖直轴36的端部穿过第一连接板33中部的孔，并通过螺母与第一连接板33固连。

通过设置水平旋转组件，便于实现检测机器人的水平向活动的同时，能够通过测量水平转动角度以及支撑定位架2的高度，来为检测机器人的定位提供基础。

水平旋转组件实现悬臂支撑架4在水平向的转动的具体实现过程为，检测机器人在移动过程中带动悬臂支撑架4在水平向活动时，悬臂支撑架4通过竖直俯仰组件带动转台支撑板34，转台支撑板34通过水平轴承座35以转台竖直轴36为中心进行转动，实现检查检测机器人在水平向的活动。同时，转台竖直轴36的转动会带动大齿轮37转动，大齿轮37带动小齿轮38，进而水平旋转角度传感器39实现水平旋转的角度的测量。并由第一激光测距仪31来测量支撑定位架2的顶端到底部的高度。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置中，如图3和图4，竖直俯仰组件包括转台水平轴313、U形连接件314、悬臂连接轴315、安装架二317、联轴器311和竖直轴承座310，竖直俯仰角度传感器312通过联轴器311连接转台水平轴313的端部，竖直轴承座310采用带轴承的竖直轴承座310，转台水平轴313的两端均通过竖直轴承座310连接在转台支撑板34上，悬臂连接轴315的一端通过U形连接件314连接转台水平轴313，悬臂连接轴315的另一端设有用于连接悬臂支撑架4的第二连接板316，第二连接板316设有用于连接第二激光测距仪318的安装架二317。

通过设置竖直俯仰组件，便于实现检测机器人的垂直向活动的同时，能够通过测量垂直向俯仰角度以及悬臂支撑架4的高度，来为检测机器人的定位提供基础。

竖直俯仰组件实现悬臂支撑架4在垂直向的俯仰活动的具体实现过程为，检测机器人在移动过程中带动悬臂支撑架4在垂直向活动时，悬臂支撑架4通过第二连接板316带动悬臂连接轴315，进而由U形连接件314带动转台水平轴313，转动水平轴通过竖直轴承座310中的轴承以转动水平轴为中心进行转动，实现检查检测机器人在垂直向的活动。同时，竖直俯仰角度传感器312在转动水平轴的转动时，实现水平旋转的角度的测量。并由第二激光测距仪318来测量悬臂支撑架4的顶端到底部的高度。

在一个实施方式中，U形连接件314的中部连接悬臂水平轴，U形连接件314的侧部设有用于转动水平轴穿过的连接孔，悬臂连接轴315通过U形连接件314固定连接转台水平轴313，实现悬臂连接轴315与U形连接件314、转台水平轴313的一同在垂直向俯仰活动。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置中，通过设置两轴转动平台3，能够提供悬臂支撑架4与检测机器人的水平旋转与竖直俯仰的自由度，使得末端被支撑的检测机器人能够在球罐6内自由运动，并提供了角度传感器和激光测距仪以获得相关角度及长度信息，用于计算出末端检测机器人的位置。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置中，两轴转动平台3的转台水平轴313与转台竖直轴36的轴线交点优选在工作状态位于球罐6的球心。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置的工作原理说明如下：悬臂支撑架4通过弹性压紧机构5与检测机器人连接，工作状态下，两轴转动平台3设置在球罐6的球心处，优选转台水平轴313与转台竖直轴36的轴线交点位于球罐6的球心，确保在检测机器人的牵引下到达球罐6的罐内壁的各个位置，通过调整悬臂支撑架4的伸展长度，压缩弹簧压紧套54，以确保检测机器人在运动过程中始终获得足够大的压覆力，能够始终贴合壁面运动而不下滑或倾覆。水平旋转角度传感器39与竖直俯仰角度传感器312两个角度传感器实时获得旋转角度和俯仰角度，结合球罐6的直径，进而实时计算出末端检测机器人的三维位置。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置中，如图5，支撑定位架2采用可收展支撑定位架2，支撑定位架包括若干支撑伸缩杆21和用于收展支撑伸缩杆21的收展件，支撑伸缩杆21的顶端以第一连接板33为中心环列设置且活动连接第一连接板33，支撑伸缩杆21的底端连接支撑机构2，如图6，收展件包括中间连板22、第一连接件24、收展杆23和第二连接件25，收展杆23的一端通过第一连接件24活动连接中间连板22，收展杆23的另一端通过第二连接件25活动连接支撑伸缩杆21。

支撑定位架2中，优选通过设置支撑伸缩杆21形成三脚架，来支撑两轴转动平台3和悬臂支撑架4。支撑定位架2采用可收展支撑定位架2，便于将支撑定位架2从球罐6的人孔处放入或取出球罐6，便于收起支撑定位架2后减小占用体积，便于运输。进一步支撑伸缩杆21优选采用空心碳纤维伸缩杆制成，能够实现整体重量较轻的目的。支撑定位架2在展开后可由支撑机构1进行定位，能够通过支撑伸缩杆21实现长度调节，在完成使用后，将支撑定位架2与支撑结构1拆离后，可通过收展件实现支撑定位架2的收拢。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置中，如图7，悬臂支撑架4采用可收展连杆机构，悬臂支撑架4包括若干上伸缩杆41、若干下伸缩杆42、伸展件和顶板43，上伸缩杆41的一端分别以顶板43为中心环列设置且活动连接顶板43，上伸缩杆41的另一端通过伸展件连接下伸缩杆42的端部，下伸缩杆42的另一端部以第二连接板316为中心环列设置且活动连接第二连接板316，如图8，伸展件包括中间板44、若干伸展杆45和若干转动副，上伸缩杆41与下伸缩杆42一一对应设置，上伸缩杆41分别通过转动副活动连接下伸缩杆42，伸展杆45的一端通过第三连接件46和紧定螺钉一48活动连接中间板44，伸展杆45的另一端通过第四连接件47和紧定螺钉二49活动连接转动副。

悬臂支撑架4采用可收展连杆机构，优选由6根或8根碳纤维收展杆23组成连杆结构，展开状态下中间张开大、两端小，并在中间设置伸展件。进一步支撑伸缩杆21、上伸缩杆41与下伸缩杆42优选采用空心碳纤维伸缩杆，能够实现整体重量较轻的目的。

在一个实施方式中，如图8，转动副包括上支座410、上连接件411、下支座412、下连接件413、横向支座414、横向连接件415和支座连板416，横向支座414的一端垂直设于支座连板416上，横向支座414的另一端通过横向连接件415活动连接伸展杆45，支座连板416的两端分别设有上支座410和下支座412，上支座410通过上连接件411和紧定螺钉三417活动连接上伸缩杆41，下支座413通过下连接件414和紧定螺钉四418活动连接下伸缩杆42。在悬臂支撑架4完全展开时，通过紧定螺钉一48、紧定螺钉二49、紧定螺钉三417和紧定螺钉四418，使中间伸展杆45不发生转动。

在一个实施方式中，如图9和图10，空心碳纤维伸缩杆的结构包括一个以上的外碳纤维杆26、锁紧机构和一个以上的内碳纤维杆27，外碳纤维杆26和内碳纤维杆27均采用空心，锁紧机构设于内碳纤维杆27的端部，内碳纤维杆27的端部和锁紧机构分别嵌入外碳纤维杆26的端部，锁紧机构包括连接螺杆28、锥形螺母29和尼龙膨胀套210，连接螺杆28连接内碳纤维杆27，尼龙膨胀套210设有膨胀通道，锥形螺母29嵌入膨胀通道，连接螺杆28穿过锥形螺母29和膨胀通道并锁紧螺母211固定。

空心碳纤维伸缩杆的外碳纤维杆26和内碳纤维杆27之间锁紧或松开由锁紧机构控制，锁紧机构实现锁紧或松开的过程为，通过外碳纤维杆26和内碳纤维杆27的相对旋转，锥形螺母29沿连接螺杆28上下运动，将尼龙膨胀套210撑开或者放松，实现外碳纤维杆26和内碳纤维杆27的锁紧或相对滑动。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置中，如图11和图12，弹性压紧机构5包括导向轴56、轴套57、弹簧53、弹簧压紧套54、压紧法兰盘51、压紧轴承座52、挡圈一55、挡圈二58和用于连接检测机器人的压紧法兰盘51，压紧法兰盘51连接在压紧轴承座52上，压紧轴承座52采用带轴承的压紧轴承座52，导向轴56穿过挡圈二58、压紧轴承座52的轴承和轴套57，压紧轴承座52的轴承被轴套57和挡圈二58固定在导向轴56上，导向轴56活动穿过弹簧53和弹簧压紧套54，弹簧53设于轴套57与弹簧压紧套54间，弹簧压紧套54与悬臂支撑架4的顶板43连接，顶板43设有用于导向轴56活动穿过的通孔，挡圈一55和挡圈二58分别固定设于导向轴56的两端，弹簧压紧套54设于挡圈一55和挡圈二58间。

弹性压紧机构5为具有压缩弹簧压紧套54的压紧机构。弹性压紧机构5用于提供一个连接在检测机器人与支撑机构1之间的弹性连接，并通过弹簧压紧套54的压缩提供给检测机器人支撑力。

弹性压紧机构5的使用过程具体为，在检测机器人在球罐6的罐内壁上爬行时，由于弹簧53的弹力作用，弹簧压紧套54在导向轴56上的位置可以向近压紧法兰盘51方向或远压紧法兰盘51方向活动，从而检测机器人与悬架支撑架末端的距离可以弹性调节，实现对检测机器人的可靠压覆力的同时，实现检测机器人与悬架支撑架的弹性连接。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置中，支撑机构1采用铝合金型材结构或台虎钳结构。通过支撑机构1定位在球罐6的人孔处。

在一个实施方式中，如图13，铝合金型材结构限位件102和若干立杆101，支撑定位架2的底端设有收展件，支撑定位架2的收展件设于球罐人孔的内侧，限位件102设于球罐6人孔的外侧，且限位件102的宽度大于球罐6人孔的直径，立杆101的一端连接限位件102，立杆101的另一端通过连接螺栓连接支撑定位架2的收展杆23或中间连板22，限位件102通过定位螺栓和定位螺母连接在球罐人孔凸缘上的连接孔处，限位件102采用限位板、十字形限位架、H字形限位架或工字形限位架。

铝合金型材结构中，支撑定位架2的收展杆23与限位件102分别设于球罐6人孔的内外两侧，限位件102通过定位螺栓和定位螺母连接在球罐人孔凸缘上的连接孔处，来实现支撑机构1在球罐6人孔处的定位，结构设计简洁可靠，便于使用。进一步地，优选设置加强杆104，加强杆104的两端分别连接立杆101和限位件102，来进一步增加铝合金型材结构的结构稳定性。

在另一实施方式中，如图14，台虎钳结构包括用于夹持球罐的人孔钢板7的纵向台虎钳和用于夹持工字梁17的横向台虎钳，横向台虎钳垂直设于纵向台虎钳的顶部，工字梁17设于支撑定位架2的底部。

台虎钳结构中，横向台虎钳包括台虎钳钳体11、台虎钳压头一12和带手柄丝杠一13，台虎钳钳体11和台虎钳压头一12分别采用L形，台虎钳钳体11和台虎钳压头一12形成用于固定工字梁17的间隙，台虎钳钳体11和台虎钳压头一12之间的距离由带手柄丝杠一13控制，来实现对工字梁17的夹紧固定。

台虎钳结构中，纵向台虎钳包括U形钳座14、带手柄丝杆二15和台虎钳压头二16，U形钳座14形成用于夹持球罐的人孔钢板7的卡槽，带手柄丝杆二15螺纹穿过U形钳座14的侧部并穿入卡槽内，台虎钳压头二16设于带手柄丝杆二15的端部并设于开槽内，带手柄丝杆二15控制台虎钳压头二16移动并夹紧卡槽内的人孔钢板。带手柄丝杆二15与横向台虎钳的台虎钳钳体11分别设于U形钳座14的两侧。

在支撑机构1采用台虎钳结构时的安装过程说明如下：

1)将收拢状态的支撑定位架2打开，保持上部的收展杆23处于收缩状态，并用支撑机构1的横向台虎钳夹紧支撑定位架2底部的工字梁17，将支撑机构1的纵向台虎钳固定到球罐6人孔边缘。

2)将收拢状态下的带弹性压紧机构5的悬臂支撑架4连接到两轴转动平台3上，调节悬臂支撑架4的伸展件，使其伸长到约为工作长度的位置。

3)将检测机器人连接在弹性压紧机构5的压紧法兰盘51上。

4)调节支撑定位架2的三个支撑伸缩杆21，并调整检测机器人的位置，以使支撑定位架2能够伸长到约为工作长度的位置，

5)打开第一激光测距仪31和第二激光测距仪318，记录测距仪的数据，根据激光仪的数据，分别调节支撑定位架2的支撑伸缩杆21以及悬臂支撑架4的上伸缩杆41和下伸缩杆42，直到激光仪所测量的数据符合两轴转动平台3的转台水平轴313与转台竖直轴36的轴线交点位于球罐6球心。

6)控制检测机器人带着悬臂支撑架4沿壁面运动，调整悬臂支撑架4的伸缩长度，直到检测机器人在运动过程中始终贴合壁面运动而不下滑。

实施例的该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，能够将悬臂支撑架4和支撑定位架2收起后运输，也可以拆解后进行运输，实现更小的运输体积，便于进行运输。当将支撑定位架2与悬臂支撑架4收拢时，可以通过球罐6的人孔运输进球罐6内部。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，采用支撑机构1提供支撑力的方式保障检测机器人安全稳定贴合壁面运动。悬臂支撑架4采用可伸缩碳纤维管组成的连杆机构，整体重量轻且具有较大刚度，安装运输方便。利用悬臂支撑架4和支撑定位架2的几何特性，结合角度传感器，方便的实现检测机器人的实时位置的定位，为检测机器人的协同作业以及远程控制提供了基础，提高了检测的自动化。

在一个实施方式中，检测机器人定位原理说明如下：该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置类似于球坐标机构，通过设置两轴转动平台3，具有水平向和垂直向两个转动自由度，并且工作状态下，支撑定位架2与悬臂支撑架4的长度固定，使得悬臂支撑架4的末端能够到达的点的轨迹组成了一个球面，这样就将检测机器人的定位问题转化为悬臂支撑架4末端的位置求解。

由此，通过检测悬臂支撑架4的水平旋转以及竖直俯仰的角度，来计算悬臂支撑架4末端的检测机器人的三维坐标位置。图15中，A点表示检测机器人的位置，AB表示悬臂支撑架4的高度，且悬臂支撑架4的一端B点位于球心，BD表示支持定位架的高度，则在该计算模型下，检测机器人的三维坐标可以表示如下：

式中，x，y，z分别为以球心为原点的直角坐标，α为悬臂支撑架4与竖直方向的俯仰角，θ为悬臂支撑架4与水平方向的旋转角，R表示球罐6内壁的半径。通过确定(R，θ，α)的值就能直接定位悬臂末端的检测机器人，得到其在球罐6内部的绝对坐标位置，其中α优选取值0～180°，θ优选取值0-360°，R优选取值2.3-7.85m。

该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，能够使检测机器人在球罐6的罐内壁进行检测时爬行稳定，安全贴合壁面运动，提高了检测机器人的负载能力，便于安装与收纳运输，结合机构的几何尺寸，能够方便的定位检测机器人，大幅度提升检测的自动化。工作人员可以通过控制检测机器人运动实现检测，工作强度大大降低。

实施例的该种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，支撑定位架2与悬臂支撑架4在收拢状态下可以由人孔进入球罐6，能够为检测机器人提供可靠支撑力，保障检测机器人的安全稳定爬行，同时能够利用机构上的角度传感器和第一激光测距仪31、第二激光测距仪318信号计算出检测机器人的位置，提高了检测的自动化，大大降低了检测工作人员的工作强度。

Claims (11)

1.一种球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：包括支撑机构、支撑定位架、两轴转动平台、悬臂支撑架和弹性压紧机构，支撑机构夹紧在球罐的人孔处，支撑定位架的一端连接支撑机构，支撑定位架的另一端设有两轴转动平台，两轴转动平台连接悬臂支撑架的一端，悬臂支撑架的另一端设有用于压覆检测机器人的弹性压紧机构，检测机器人设于球罐的罐内壁上，两轴转动平台包括用于悬臂支撑架在水平向活动的水平旋转组件和用于悬臂支撑架在垂直向活动的竖直俯仰组件，竖直俯仰组件设于水平旋转组件上，水平旋转组件设有水平旋转角度传感器和第一激光测距仪，竖直俯仰组件设有竖直俯仰角度传感器和第二激光测距仪。

2.如权利要求1所述的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：水平旋转组件包括转台竖直轴、第一连接板、安装架一、水平轴承座、转台支撑板、大齿轮和小齿轮，水平轴承座采用带轴承的水平轴承座，转台竖直轴的一端通过水平轴承座垂直连接转台支撑板，转台竖直轴的另一端设有大齿轮，转台竖直轴的另一端还设有用于连接支撑定位架的第一连接板，第一连接板设有用于连接第一激光测距仪的安装架一，水平旋转角度传感器设于转台支撑板上，水平旋转角度传感器的转轴设有小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，转台竖直轴的另一端还连接支撑定位架。

3.如权利要求2所述的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：竖直俯仰组件包括转台水平轴、U形连接件、悬臂连接轴、安装架二、联轴器和竖直轴承座，竖直俯仰角度传感器通过联轴器连接转台水平轴的端部，竖直轴承座采用带轴承的竖直轴承座，转台水平轴的两端均通过竖直轴承座连接在转台支撑板上，悬臂连接轴的一端通过U形连接件连接转台水平轴，悬臂连接轴的另一端设有用于连接悬臂支撑架的第二连接板，第二连接板设有用于连接第二激光测距仪的安装架二，两轴转动平台的转台水平轴与转台竖直轴的轴线交点在工作状态位于球罐的球心。

4.如权利要求3所述的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：支撑定位架采用可收展支撑定位架，支撑定位架包括若干支撑伸缩杆和用于收展支撑伸缩杆的收展件，支撑伸缩杆的顶端以第一连接板为中心环列设置且活动连接第一连接板，支撑伸缩杆的底端连接支撑机构，收展件包括中间连板、第一连接件、收展杆和第二连接件，收展杆的一端通过第一连接件活动连接中间连板，收展杆的另一端通过第二连接件活动连接支撑伸缩杆。

5.如权利要求4所述的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：悬臂支撑架采用可收展连杆机构，悬臂支撑架包括若干上伸缩杆、若干下伸缩杆、伸展件和顶板，上伸缩杆的一端分别以顶板为中心环列设置且活动连接顶板，上伸缩杆的另一端通过伸展件连接下伸缩杆的端部，下伸缩杆的另一端部以第二连接板为中心环列设置且活动连接第二连接板，伸展件包括中间板、若干伸展杆和若干转动副，上伸缩杆与下伸缩杆一一对应设置，上伸缩杆分别通过转动副活动连接下伸缩杆，伸展杆的一端通过第三连接件和紧定螺钉一活动连接中间板，伸展杆的另一端通过第四连接件和紧定螺钉二活动连接转动副。

6.如权利要求5所述的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：转动副包括上支座、上连接件、下支座、下连接件、横向支座、横向连接件和支座连板，横向支座的一端垂直设于支座连板上，横向支座的另一端通过横向连接件活动连接伸展杆，支座连板的两端分别设有上支座和下支座，上支座通过上连接件和紧定螺钉三活动连接上伸缩杆，下支座通过下连接件和紧定螺钉四活动连接下伸缩杆。

7.如权利要求5所述的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：支撑伸缩杆、上伸缩杆与下伸缩杆分别采用空心碳纤维伸缩杆。

8.如权利要求5所述的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：弹性压紧机构包括导向轴、轴套、弹簧、弹簧压紧套、压紧法兰盘、压紧轴承座、挡圈一、挡圈二和用于连接检测机器人的压紧法兰盘，压紧法兰盘连接在压紧轴承座上，压紧轴承座采用带轴承的压紧轴承座，导向轴穿过挡圈二、压紧轴承座的轴承和轴套，压紧轴承座的轴承被轴套和挡圈二固定在导向轴上，导向轴活动穿过弹簧和弹簧压紧套，弹簧设于轴套与弹簧压紧套间，弹簧压紧套与悬臂支撑架的顶板连接，顶板设有用于导向轴活动穿过的通孔，挡圈一和挡圈二分别固定设于导向轴的两端，弹簧压紧套设于挡圈一和挡圈二间。

9.如权利要求4-8任一项所述的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：支撑机构采用铝合金型材结构或台虎钳结构。

10.如权利要求9所述的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：铝合金型材结构包括限位件和若干立杆，支撑定位架的底端设有收展件，支撑定位架的收展件设于球罐人孔的内侧，限位件设于球罐人孔的外侧，且限位件的宽度大于球罐人孔的直径，立杆的一端连接限位件，立杆的另一端通过连接螺栓连接支撑定位架的收展杆或中间连板，限位件通过定位螺栓和定位螺母连接在球罐人孔凸缘上的连接孔处，限位件采用限位板、十字形限位架、H字形限位架或工字形限位架。

11.如权利要求9所述的球罐检测机器人的罐内壁支撑定位装置，其特征在于：台虎钳结构包括用于夹持球罐的人孔钢板的纵向台虎钳和用于夹持工字梁的横向台虎钳，横向台虎钳垂直设于纵向台虎钳的顶部，工字梁设于支撑定位架的底部。

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