CN112077818A - 一种超声波焊缝检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超声波焊缝检测机器人，包括磁轮机构、车轮减震机构、绕Z轴旋转的姿态调整机构、绕X轴旋转的姿态调整机构、探头升降横移机构和探头压紧机构。磁轮机构通过与车轮减震机构固连，依靠磁力可以将整个机器人固定在球罐壁面上；车轮减震机构与磁轮机构相连；绕Z轴旋转的姿态调整机构与车身两侧的车轮减震机构相连；绕X轴旋转的姿态调整机构与车身前后两部分的绕Z轴旋转的姿态调整机构相连；探头升降横移机构与车身前半部分的绕X轴旋转的姿态调整机构相连；探头压紧机构与升降横移机构相连。本发明增强了探伤机器人在复杂壁面的适应性，同时也保证了超声波探头在探伤过程中的与壁面的良好接触性。

Description

一种超声波焊缝检测机器人

技术领域

本发明涉及机器人，具体涉及一种超声波焊缝检测机器人。

背景技术

球罐多用于储存特殊介质，且多为易燃、易爆和有毒介质，由于存在腐蚀、压力和其他外部作用，球形储罐不可避免地会受到各种损坏。球罐如果存在安全隐患，未能及时检修而继续使用，将会导致严重事故。在球罐的整个结构中，焊缝结构是最薄弱的，极易出现缺陷从而带来极大的安全隐患，在焊接部件和结构中，裂缝会导致使用寿命和性能的损失，在进行检测为了确保使用的安全性，需要定期检查焊缝。目前对于球罐焊缝的检测多为通过搭设脚手架人工完成检测，这种方式不仅效率低，而且对于检测人员而言具有很高的危险性。

如果能够通过一种检测机器人，代替工人完成球罐焊缝的检测工作，并且可以将检测得到的缺陷结果实时发送到上位机上，则可以减轻工作人员的工作量，提高工作效率，而且还更加安全可靠。目前市面上存在的焊缝检测机器人仅仅只能实现检测功能，并不能进行自动检测，其仍然需要工作人员推动检测机构进行人为检测，这样依旧不能规避球罐焊缝高空检测时的风险性。本发明的应用场景之一便是用于球罐焊缝的自动检测工作，其结构本身具有多个方向的曲率适应，能够进行多种尺寸的球罐内外壁焊缝自动检测，可以解决焊缝检测过程中需要人工参与的问题，提高检测的效率和可靠性，实现焊缝检测的自动化。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种超声波焊缝检测机器人，解决目前球罐焊缝人工检测风险高、成本高、效率低的问题，实现球罐焊缝检测的自动化。

本发明所述的超声波焊缝检测机器人，包括磁轮机构、车轮减震机构、绕Z轴旋转的姿态调整机构、绕X轴旋转的姿态调整机构、探头升降横移机构和探头压紧机构。所述磁轮机构与车轮减震机构固连，所述车轮减震机构一端与磁轮机构固连，另一端通过转动副与绕Z轴旋转的姿态调整机构，所述绕Z轴旋转的姿态调整机构两端分别通过转动副与车轮减震机构相连，所述绕X轴旋转的姿态调整机构两端分别通过转动副与绕Z轴旋转的姿态调整机构相连，所述探头升降横移机构一端通过底板与绕Z轴旋转的姿态调整机构固连，另一端与探头压紧机构通过移动副相连，所述探头压紧机构通过移动副与探头升降横移机构相连。

所述磁轮机构包括磁环、轭铁环、电机轴、电机，所述磁环与扼铁环固连，所述扼铁环与磁环固连，并与电机轴固连，所述电机轴一端与扼铁环固连，另一端与电机固连，所述电机与电机轴固连，另一端与车轮减震机构中的连接件固连。

所述车轮减震机构包括电机支架、平行连杆、连接件、立杆、减震器、销轴，所述电机支架一端与磁轮机构固连，一端同时与平行连杆、销轴通过转动副相连，所述平行连杆一端与电机支架通过转动副相连，一端与连接件通过转动副相连，所述连接件的一端通过转动副与平行连杆、绕Z轴旋转的姿态调整机构中的底板和连杆相连，且另一端与立杆固连，所述立杆一端与连接件固连，另一端与减震器通过转动副相连，所述减震器一端通过转动副与立杆相连，且另一端与销轴通过转动副相连，所述销轴一端通过转动副与减震器相连，且另一端与电机支架通过转动副相连。

所述绕Z轴旋转的姿态调整机构包括底板、底杆、销钉一、打孔螺栓一、连杆、销钉二、旋钮件一、移动块一，所述底板一端通过转动副与车轮减震机构中的连接件相连，一端与底杆和探头升降横移机构中的L型连接件固连，同时与打孔螺栓一通过转动副相连，所述底杆一端与底板固连，一端与绕X轴旋转的姿态调整机构中的连接块、固定块和打孔螺栓一通过转动副相连，所述销钉一与打孔螺栓一固连，所述打孔螺栓一与销钉一、销钉二、旋钮件一固连，其中所述打孔螺栓一的底部依次与底板、底杆通过转动副相连且顶部与移动块一通过螺纹副相连，所述连杆一端通过转动副与车轮减震机构中的连接件相连，另一端通过转动副与移动块一相连，所述销钉二与打孔螺栓一、旋钮件一固连，所述旋钮件一与打孔螺栓一、销钉二固连，所述移动块一与打孔螺栓一通过螺纹副连接，与连杆通过转动副连接。

所述绕X轴旋转的姿态调整机构包括连接块、固定块、销钉三、打孔螺栓二、移动块二、销钉四、旋钮件二，所述连接块与绕Z轴旋转的姿态调整机构中的底杆通过转动副连接，另一端与移动块二通过转动副连接，所述固定块通过转动副与绕Z轴旋转的姿态调整机构中的底杆、打孔螺栓二相连，所述销钉三与打孔螺栓二固连，所述打孔螺栓二与固定块通过转动副连接，与销钉三、销钉四和旋钮件二固连，与移动块二通过螺纹副连接，所述移动块二与连接块通过转动副连接，与打孔螺栓二通过螺纹副连接，所述销钉四与打孔螺栓二和旋钮件二固连，所述旋钮件二与打孔螺栓二和销钉四固连。

所述探头升降横移机构包括L型连接件、丝杆滑台、滑轨、滑块，所述 L型连接件一端与绕Z轴旋转的姿态调整机构中的底板固连，一端与丝杆滑台固连，所述丝杆滑台一端与L型连接件固连，一端与滑轨固连，所述滑轨一端与丝杆滑台固连，一端与滑块通过移动副相连，所述滑块一端与滑轨通过移动副相连，一端与探头压紧机构中的连接板固连。

所述探头压紧机构包括固定滑块、探头减震器、连接板、导轨、移动滑块、探头支架和超声波探头，所述固定滑块一端与探头减震器通过转动副相连，一端与导轨固连，所述探头减震器一端与固定滑块通过转动副连接，一端通过转动副与探头支架相连，所述连接板与探头升降横移机构中的滑块和导轨固连，所述导轨与固定滑块和连接板固连，与移动滑块通过移动副相连，所述移动滑块一端与导轨通过移动副相连，且另一端与探头支架固连，所述探头支架一端与移动滑块固连，另一端的上、下两侧分别与探头减震器和超声波探头通过转动副连接，所述超声波探头与探头支架通过转动副连接。

有益效果：

1、本发明中的车轮采用磁轮的形式，该方式提供的磁力使得机器人在球罐壁面上能够稳定运行、负载能力强、安全系数高且结构简单可靠。

2、本发明中的车轮减震结构采用了减震器结合并联平行四边形结构的方法，使得机器人能够随时紧贴着球罐壁面，并且减震器的弹性可以使得机器人的越障能力增强，能够适 应球罐表面状况复杂的环境；

3、 本发明中的绕Z轴、X轴旋转的姿态调整机构采用了多个连杆机构相互结合的方法，并且设置了旋钮件，通过调节旋钮件可以方便的调节车身的多个方向的仰角姿态，使得机器人可以适应多种不同曲率、不同大小的球罐壁面，增强了机器人的适用性能。

4、本发明中的探头升降横移机构采用了丝杆螺母升降结合滑轨平移的方法，使得探头在遇到较高的焊缝障碍时，可以抬起整个探头结构，待通过障碍后再重新放下探头继续进行探伤工作，提高了探伤过程的可通过性；同时通过滑轨可以调节探头间距，使得机器人能够适应不同壁厚球罐的探伤，增强了实用性能。

5、本发明中的探头压紧机构采用减震器结合滑轨平移的方法，使得超声波探头探伤过程中能随时压紧壁面，保证超声波探头具有良好的耦合性能，提高了焊缝探伤过程的准确性。

附图说明

图1、为本发明的机器人整体示意图；

图2为磁轮机构剖视图；

图3为机器人车轮部分示意图；

图4为机器人后半部分车身示意图；

图5为机器人车身中部的局部剖视图；

图6为机器人探测结构部分示意图；

图7-9为机器人在球罐外壁检测过程中局部视图的正视图、俯视图和仰视图；

图10-12为机器人在球罐内壁检测过程中局部视图的正视图、俯视图和仰视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1-6所示，一种超声波焊缝检测机器人的结构磁轮机构1、磁环11、轭铁环12、电机轴13、电机14、车轮减震机构2、电机支架21、平行连杆22、连接件23、立杆24、减震器25、销轴26、绕Z轴旋转的姿态调整机构3、底板31、底杆32、销钉一33、打孔螺栓一34、连杆35、销钉二36、旋钮件一37、移动块一38、绕X轴旋转的姿态调整机构4、连接块41、固定块42、销钉三43、打孔螺栓二44、移动块二45、销钉四46、旋钮件二47、探头升降横移机构5、L型连接件51、丝杆滑台52、滑轨53、滑块54、探头压紧机构6、固定滑块61、探头减震器62、连接板63、导轨64、移动滑块65、探头支架66、超声波探头67。

如图1所示，一个超声波焊缝检测机器人由4个磁轮机构1、4个车轮减震机构2、2个绕Z轴旋转的姿态调整机构3、1个绕X轴旋转的姿态调整机构4、1个探头升降横移机构5和2个探头压紧机构6组成，磁轮机构1与车轮减震机构2固连，带动机器人吸附在球罐壁面上，车轮减震机构2一端与磁轮机构1固连，另一端通过转动副与绕Z轴旋转的姿态调整机构3，绕Z轴旋转的姿态调整机构3两端分别通过转动副与2个车轮减震机构2相连，带动机器人车轮部分进行绕Z方向仰角姿态调整，绕X轴旋转的姿态调整机构4两端分别通过转动副与2个绕Z轴旋转的姿态调整机构3相连，带动机器人前后半部分车身绕X方向仰角姿态调整，探头升降横移机构5一端通过底板31与绕Z轴旋转的姿态调整机构3固连，另一端与探头压紧机构6通过移动副相连，带动探测探头部分进行升降和横移运动，探头压紧机构6通过移动副与探头升降横移机构5相连。

如图2所示，磁环11与扼铁环12固连形成磁轮，扼铁环12与与电机轴13通过普通平键固连，电机轴13与电机14通过压紧螺丝固连，从而由电机轴的旋转带动磁轮的旋转。

如图3所示，电机支架21一端与磁轮机构1固连，另一端同时与平行连杆22、销轴26通过转动副相连，平行连杆22一端与电机支架21通过转动副相连，一端与连接件23通过转动副相连，连接件23一端通过转动副与平行连杆22相连，一端与立杆24固连，立杆24一端与连接件23固连，另一端与减震器25通过转动副相连，减震器25一端通过转动副与立杆24相连，一端与销轴26通过转动副相连，销轴26一端通过转动副与减震器25相连，一端与电机支架21通过转动副相连，2个平行连杆22和1个电机支架21、1个连接件23组成一组平行四边形结构，1个车轮减震结构包含2组平行四边形结构，由平行四边形的变形结合减震器25的弹性实现机器人车轮的减震性能。

如图4所示，底板31一端通过转动副与车轮减震机构2中的连接件23相连，同时与打孔螺栓一34通过转动副相连，底杆32一端与底板31固连，一端与打孔螺栓一34通过转动副相连，销钉一33与打孔螺栓一34固连，打孔螺栓一34与销钉一33、销钉二36、旋钮件一37固连，与底板31、底杆32通过转动副相连，与移动块一38通过螺纹副相连，连杆35一端通过转动副与车轮减震机构2中的连接件23相连，另一端通过转动副与移动块一38相连，销钉二36与打孔螺栓一34、旋钮件一37固连，旋钮件一37与打孔螺栓一34、销钉二36固连，移动块一38与打孔螺栓一34通过螺纹副连接，与连杆35通过转动副连接，通过旋转旋钮件一37，由螺纹副的作用使得移动块一38在打孔螺栓一34上移动，从而推动左右的减震机构2发生旋转，实现绕Z轴方向机器人姿态的调整。

如图5所示，连接块41与绕Z轴旋转的姿态调整机构3中的底杆32通过转动副连接，另一端与移动块二45通过转动副连接，固定块42通过转动副与绕Z轴旋转的姿态调整机构3中的底杆32、打孔螺栓二44相连，销钉三43与打孔螺栓二44固连，打孔螺栓二44与固定块42通过转动副连接，与销钉三43、销钉四46和旋钮件二47固连，与连接件二45通过螺纹副连接，移动块二45与连接块41通过转动副连接，与打孔螺栓二44通过螺纹副连接，销钉四46与打孔螺栓二44和旋钮件二47固连，旋钮件二47与打孔螺栓二44和销钉四46固连，通过旋转旋钮件二47，由螺纹副的作用使得移动块二45在打孔螺栓二44上移动，从而由连接块41推动左右两侧的绕Z轴旋转的姿态调整机构3中的底杆32发生旋转，实现机器人绕X方向的姿态调整。

如图6所示，L型连接件51与丝杆滑台52固连，丝杆滑台52一端与L型连接件51固连，一端与滑轨53固连，滑轨53一端与丝杆滑台52固连，一端与滑块54通过移动副相连，滑块54一端与滑轨53通过移动副相连，一端与探头压紧机构6中的连接板63固连。固定滑块61一端与探头减震器62通过转动副相连，一端与导轨64固连，探头减震器62一端与固定滑块61通过转动副连接，一端通过转动副与探头支架66相连，连接板63与探头升降横移机构5中的滑块54和导轨64固连，导轨64与固定滑块61和连接板63固连，与移动滑块65通过移动副相连，移动滑块65一端与导轨64通过移动副相连，一端与探头支架66固连，探头支架66一端与移动滑块65固连，一端与探头减震器62和超声波探头67通过转动副连接，超声波探头67与探头支架66通过转动副连接，丝杆滑台52中的电机可以为超声波探头67的升降提供动力源，同时调节滑块54左右运动可以实现两个超声波探头67间距的控制，在探头压紧机构6中，由移动滑块65在导轨64上的运动结合探头减震器62的弹性，可以实现超市波探头可以一直被紧压在球罐壁面上。

机器人应用球罐壁面进行焊缝检测工作时，如图7-9所示，7为球罐检测的外壁，检测机器人可以通过绕Z轴旋转的姿态调整机构3和绕X轴旋转的姿态调整机构4适应球罐外壁的曲率，同理如图10-12所示，8为球罐检测的内壁，检测机器人也可通过绕Z轴旋转的姿态调整机构3和绕X轴旋转的姿态调整机构4适应球罐内壁的曲率。因此，该检测机器人可以适应多种曲率的检测表面，对复杂工况具有很强的兼容性。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (7)

1.一种超声波焊缝检测机器人，其特征在于，包括4个磁轮机构（1）、4个车轮减震机构（2）、2个绕Z轴旋转的姿态调整机构（3）、1个绕X轴旋转的姿态调整机构（4）、1个探头升降横移机构（5）和2个探头压紧机构（6）；所述磁轮机构（1）与车轮减震机构（2）固连，所述车轮减震机构（2）一端与磁轮机构（1）固连，另一端通过转动副与绕Z轴旋转的姿态调整机构（3），所述绕Z轴旋转的姿态调整机构（3）两端分别通过转动副与车轮减震机构（2）相连，所述绕X轴旋转的姿态调整机构（4）两端分别通过转动副与绕Z轴旋转的姿态调整机构（3）相连，所述探头升降横移机构（5）一端通过底板（31）与绕Z轴旋转的姿态调整机构（3）固连，另一端与探头压紧机构(6)通过移动副相连，所述探头压紧机构（6）通过移动副与探头升降横移机构（5）相连。

2.根据权力要求1所述的超声波焊缝检测机器人，其特征在于，所述磁轮机构（1）包括磁环（11）、轭铁环（12）、电机轴（13）、电机（14），所述磁环（11）与扼铁环（12）固连，所述扼铁环（12）与磁环（11）固连，并与电机轴（13）固连，所述电机轴（13）一端与扼铁环（12）固连，另一端与电机（14）固连，所述电机（14）与电机轴（13）固连，另一端与车轮减震机构（2）中的连接件（21）固连。

3.根据权利要求1所述的超声波焊缝检测机器人，其特征在于，所述车轮减震机构（2）包括电机支架（21）、平行连杆（22）、连接件（23）、立杆（24）、减震器（25）、销轴（26），所述电机支架（21）的一端与磁轮机构（1）固连，且另一端同时与平行连杆（22）、销轴（26）通过转动副相连，所述平行连杆（22）的一端与电机支架（21）通过转动副相连，另一端与连接件（23）通过转动副相连，所述连接件（23）一端通过转动副与平行连杆（22）、绕Z轴旋转的姿态调整机构（3）中的底板（31）和连杆（35）相连，一端与立杆（24）固连，所述立杆（24）的一端与连接件（23）固连，且另一端与减震器（25）通过转动副相连，所述减震器（25）的一端通过转动副与立杆（24）相连，且另一端与销轴（26）通过转动副相连，所述销轴（26）的一端通过转动副与减震器（25）相连，且另一端与电机支架（21）通过转动副相连。

4.根据权利要求1所述的超声波焊缝检测机器人，其特征在于，所述绕Z轴旋转的姿态调整机构（3）包括底板（31）、底杆（32）、销钉一（33）、打孔螺栓一（34）、连杆（35）、销钉二（36）、旋钮件一（37）、移动块一（38），所述底板（31）的一端通过转动副与车轮减震机构（2）中的连接件（23）相连，且另一端与底杆（32）和探头升降横移机构（5）中的L型连接件（51）固连，同时与打孔螺栓一（34）通过转动副相连，所述底杆（32）一端与底板（31）固连，一端与绕X轴旋转的姿态调整机构（4）中的连接块（41）、固定块（42）和打孔螺栓一（34）通过转动副相连，所述销钉一（33）与打孔螺栓一（34）固连，所述打孔螺栓一（34）与销钉一（33）、销钉二（36）、旋钮件一（37）固连，其中所述打孔螺栓一（34）的底部依次与底板（31）、底杆（32）通过转动副相连且顶部与移动块一（38）通过螺纹副相连，所述连杆（35）一端通过转动副与车轮减震机构（2）中的连接件（23）相连，另一端通过转动副与移动块一（38）相连。

5.根据权利要求1所述的超声波焊缝检测机器人，其特征在于，所述绕X轴旋转的姿态调整机构（4）包括连接块（41）、固定块（42）、销钉三（43）、打孔螺栓二（44）、移动块二（45）、销钉四（46）、旋钮件二（47），所述连接块（41）与绕Z轴旋转的姿态调整机构（3）中的底杆（32）通过转动副连接，另一端与移动块二（45）通过转动副连接，所述固定块（42）通过转动副与绕Z轴旋转的姿态调整机构（3）中的底杆（32）、打孔螺栓二（44）相连，所述销钉三（43）与打孔螺栓二（44）固连，所述打孔螺栓二（44）与固定块（42）通过转动副连接，与销钉三（43）、销钉四（46）和旋钮件二（47）固连，与移动块二（45）通过螺纹副连接，所述移动块二（45）与连接块（41）通过转动副连接，与打孔螺栓二（44）通过螺纹副连接，所述销钉四（46）与打孔螺栓二（44）和旋钮件二（47）固连，所述旋钮件二（47）与打孔螺栓二（44）和销钉四（46）固连。

6.根据权利要求1所述的超声波焊缝检测机器人，其特征在于，所述探头升降横移机构（5）包括L型连接件（51）、丝杆滑台（52）、滑轨（53）、滑块（54），所述 L型连接件（51）一端与绕Z轴旋转的姿态调整机构（3）中的底板（31）固连，一端与丝杆滑台（52）固连，所述丝杆滑台（52）一端与L型连接件（51）固连，一端与滑轨（53）固连，所述滑轨（53）的一端与丝杆滑台（52）固连，且另一端与滑块（54）通过移动副相连，所述滑块（54）的一端与滑轨（53）通过移动副相连，且另一端与探头压紧机构（6）中的连接板（63）固连。

7.根据权利要求1所述的超声波焊缝检测机器人，其特征在于，所述探头压紧机构（6）包括固定滑块（61）、探头减震器（62）、连接板（63）、导轨（64）、移动滑块（65）、探头支架（66）和超声波探头（67），所述固定滑块（61）的一端与探头减震器（62）通过转动副相连，且另一端与导轨（64）固连，所述探头减震器（62）的一端与固定滑块（61）通过转动副连接，且另一端通过转动副与探头支架（66）相连，所述连接板（63）与探头升降横移机构（5）中的滑块（54）和导轨（64）固连，所述导轨（64）与固定滑块（61）和连接板（63）固连，与移动滑块（65）通过移动副相连，所述移动滑块（65）的一端与导轨（64）通过移动副相连，且另一端与探头支架（66）固连，所述探头支架（66）的一端与移动滑块（65）固连，且另一端的上、下两侧分别与探头减震器（62）和超声波探头（67）通过转动副连接，所述超声波探头（67）与探头支架（66）通过转动副连接。

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