CN112091928B - 提升核应急机器人作业稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
提升核应急机器人作业稳定性的方法,应用于核应急多功能作业机器人,核应急多功能作业机器人,包括基座、机械臂、工具换接装置及运动支持装置;提升作业稳定性的方法如下:1,将基座调整水平;2,调整核应急多功能作业机器人的重心位置。本发明的优点在于:一方面,通过对运动支持装置的调整,纠正了因地面坑洼造成的作业机器人倾斜状态,提升了作业机器人的平稳性和稳定性;另一方面,通过对四处运动支持装置的调整,使作业机器人的重心得到降低且更靠近基座的中心区域,进一步提升了作业机器人的平稳性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及核应急机器人技术领域,特别是一种提升核应急机器人作业稳定性的方法。
背景技术
随着核电产业的快速发展,对核安全的要求也日益提高,对核电站应急响应机器人的研发需求也逐渐凸显。核电站应急机器人涉及的电气部件耐辐射性能、机器人系统耐辐射性能、系统可靠性及功能多样化都是应急机器人的设计重点和难点。
对核电站应急情况而言,在核辐射环境下发生的事故存在较大的辐射风险,尤其需要核应急机器人参与各项救援工作,核应急机器人可代替操作人员,针对核设施紧急情况采取措施(例如切割、焊接、钻孔作业)。由于核电站现场设施及周围环境条件复杂,从而对核应急机器人设计提出了诸多要求。
其中较为重要的一项要求是:核应急机器人应具有保持或增加其作业时的稳定性,避免出现倾翻现象的功能。为实现该功能,需要克服以下几项难点:1、我们希望核应急机器人具有更广阔的作业范围,但当核应急机器人的机械臂够向较高、较远的作业目标时,会导致核应急机器人的重心升高并且偏离机身的中心位置,进而增加了核应急机器人的不稳定性;2、若核应急机器人在作业时,其下方的承重地面有坑洼或不平整,会导致机身出现倾斜,进而增加了核应急机器人的倾翻风险,若核应急机器人的停放位置不便于挪动,则需要有相应的结构和方法来纠正核应急机器人的机身的倾斜现象。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,而提供一种提升核应急机器人作业稳定性的方法,它满足了核应急机器人对保持作业稳定性的功能需求。
本发明的技术方案是:提升核应急机器人作业稳定性的方法,应用于核应急多功能作业机器人;核应急多功能作业机器人,包括基座、机械臂、工具换接装置、运动支持装置及传感器组件;基座包括底座、安装座A、安装座B、安装座C、回转驱动机构A和回转驱动机构B;安装座B上设有安装缺口B;机械臂后端活动安装在安装座B的安装缺口B中;工具换接装置包括可相互对接或分离的公接头和母接头,公接头活动连接在机械臂前端,母接头用于连接末端工具;运动支持装置包括液压马达A、液压马达B、伸缩套筒、支持壳体、轮带组件和驱动组件;伸缩套筒包括前段套筒、后段套筒和液压缸F;轮带组件包括一号轮、一号轮轴、二号轮、二号轮轴和履带;驱动组件包括电机C、齿轮A、齿轮B、齿轮C、齿轮轴A、齿轮轴B、齿轮D和齿轮E;传感器组件包括倾斜传感器;倾斜传感器安装在安装座A的前端两侧和后端两侧;
提升作业稳定性的方法如下:
S01,将基座调整至水平状态:通过四处倾斜传感器的检测数据综合判断基座是否水平;若已达到水平状态,则进入下一步骤;若未达到水平状态,则通过调整低洼处的运动支持装置,使基座达到水平状态;
S02,调整核应急多功能作业机器人的重心位置:
a、运动支持装置向底座外侧转动:四处运动支持装置的液压马达A启动,分别驱动四处运动支持装置绕各自液压马达A的转轴向底座外侧转动,转动完成后,四处运动支持装置呈“X”形分布,任意相邻的两个运动支持装置之间的夹角为90°;
b、运动支持装置向底座外侧伸出:四处运动支持装置的液压缸F的活塞杆伸出,分别驱动对应的伸缩套筒伸长;四处运动支持装置的电机C启动,分别驱动对应的轮带组件运转;上述两项动作同时运作,使四处运动支持装置均向远离底座的方向移动。
本发明进一步的技术方案是:S01步骤中,调整运动支持装置的方法是:控制液压马达B启动,使运动支持装置绕液压马达B的转轴向下转动,从而局部抬升底座高度。
本发明进一步的技术方案是:S02步骤中,电机C启动后,电机C的动力通过齿轮A同时传递至齿轮B和齿轮C上,再通过齿轮B和齿轮C分别传递至齿轮D和齿轮E上,接着通过齿轮D和齿轮E分别传递至一号轮轴和二号轮轴上,再通过一号轮轴和二号轮轴分别驱动一号轮和二号轮同步转动,一号轮和二号轮转动的同时带动履带回转。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
核应急多功能作业机器人作业时,一方面,通过对运动支持装置的调整,纠正了因地面坑洼造成的作业机器人倾斜状态,提升了作业机器人的平稳性和稳定性;另一方面,通过对四处运动支持装置的调整,使作业机器人的重心得到降低且更靠近基座的中心区域,进一步提升了作业机器人的平稳性和稳定性。上述两项措施相辅相成,在较大程度上避免了作业机器人在作业时因重心不稳而出现倾翻或倾翻趋势。
以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明的核应急多功能作业机器人在作业时的状态图;
图2为核应急多功能作业机器人的结构示意图;
图3为基座的结构示意图;
图4为基座中的底座的结构示意图;
图5为基座中的安装座A的结构示意图;
图6为基座中的安装座B的结构示意图;
图7为基座中的回转驱动机构A的结构示意图;
图8为基座中的回转驱动机构B的结构示意图;
图9为基座中的回转驱动机构A的安装位置示意图;
图10为基座中的回转驱动机构B的安装位置示意图;
图11为运动支持装置的安装位置示意图;
图12为运动支持装置的爆炸图;
图13为运动支持装置的结构示意图;
图14为传感器组件的安装位置示意图。
图例说明:底座11;电机安装孔A111;电机安装孔B112;安装缺口A113;安装座A12;前部安装区域121;后部安装区域122;安装座B13;安装缺口B131;安装座C14;安置腔141;上安置腔1411;下安置腔1412;定位台阶面1413;电机A151;主动齿轮152;主动齿轮轴153;从动齿轮154;电机B161;主动销轮162;圆销1621;锁止凸弧1622;转轴B163;从动槽轮164;锁止凹弧1641;插槽1642;机械臂2;公接头31;母接头32;运动支持装置4;液压马达A41;液压马达B42;伸缩套筒43;前段套筒431;后段套筒432;液压缸F433;支持壳体44;一号轮451;一号轮轴452;二号轮453;二号轮轴454;履带455;防滑齿4551;电机C461;齿轮A462;齿轮B463;齿轮C464;齿轮轴A465;齿轮轴B466;齿轮D467;齿轮E468;倾斜传感器53。
具体实施方式
实施例1:
如图1-14所示,提升核应急机器人作业稳定性的方法,应用于核应急多功能作业机器人。
核应急多功能作业机器人,包括基座、机械臂2、工具换接装置、运动支持装置4及传感器组件;基座包括底座11、安装座A12、安装座B13、安装座C14、回转驱动机构A和回转驱动机构B;安装座B13上设有安装缺口B131;机械臂2后端活动安装在安装座B13的安装缺口B131中;工具换接装置包括可相互对接或分离的公接头31和母接头32,公接头31活动连接在机械臂2前端,母接头32用于连接末端工具;运动支持装置4包括液压马达A41、液压马达B42、伸缩套筒43、支持壳体44、轮带组件和驱动组件;伸缩套筒43包括前段套筒431、后段套筒432和液压缸F433;轮带组件包括一号轮451、一号轮轴452、二号轮453、二号轮轴454和履带455;驱动组件包括电机C461、齿轮A462、齿轮B463、齿轮C464、齿轮轴A465、齿轮轴B466、齿轮D467和齿轮E468;传感器组件包括倾斜传感器53;倾斜传感器53安装在安装座A12的前端两侧和后端两侧;
提升作业稳定性的方法如下:
S01,将基座调整至水平状态:通过四处倾斜传感器的检测数据综合判断基座是否水平;若已达到水平状态,则进入下一步骤;若未达到水平状态,则通过调整低洼处的运动支持装置4,使基座达到水平状态。
S02,调整核应急多功能作业机器人的重心位置:
a、运动支持装置向底座外侧转动:四处运动支持装置4的液压马达A41启动,分别驱动四处运动支持装置4绕各自液压马达A41的转轴向底座11外侧转动,转动完成后,四处运动支持装置4呈“X”形分布,任意相邻的两个运动支持装置4之间的夹角为90°;
b、运动支持装置向底座外侧伸出:四处运动支持装置4的液压缸F433的活塞杆伸出,分别驱动对应的伸缩套筒43伸长;四处运动支持装置4的电机C461启动,电机C461的动力通过齿轮A462同时传递至齿轮B463和齿轮C464上,再通过齿轮B463和齿轮C464分别传递至齿轮D467和齿轮E468上,接着通过齿轮D467和齿轮E468分别传递至一号轮轴452和二号轮轴454上,再通过一号轮轴452和二号轮轴454分别驱动一号轮451和二号轮453同步转动,一号轮451和二号轮453转动的同时带动履带455回转;上述两项动作同时运作,使四处运动支持装置4均向远离底座11的方向移动。
优选,S01步骤中,调整运动支持装置4的方法是:控制液压马达B42启动,使运动支持装置4绕液压马达B42的转轴向下转动,从而局部抬升底座11高度。
完成上述操作后,纠正了因地面坑洼造成的作业机器人倾斜状态,提升了作业机器人的平稳性和稳定性;作业机器人的重心得到降低且更靠近基座的中心区域,进一步提升了作业机器人的平稳性和稳定性,较大程度上避免了作业机器人在作业时因重心不稳而出现倾翻或倾翻趋势。
如图1-13所示,所述的核应急多功能作业机器人,包括基座、机械臂2、工具换接装置、运动支持装置4及传感器组件。
基座包括底座11、安装座A12、安装座B13、安装座C14、回转驱动机构A和回转驱动机构B。
底座11上设有电机安装孔A111和电机安装孔B112,底座11的前端两侧和后端两侧分别设有用于安装运动支持装置的安装缺口A113。
安装座A12固定安装在底座11上端,其前后两端分别设有前部安装区域121和后部安装区域122,前部安装区域121为设在安装座A12前端、从上至下贯通安装座A12的弧形缺口,后部安装区域122为设在安装座A12后端、从上至下贯通安装座A12的安装孔。
安装座B13活动安装在安装座A12的前部安装区域121中,安装座B13呈圆柱形,并与前部安装区域121的弧度相适应,其上设有用于安装机械臂的安装缺口B131。
安装座C14活动安装在安装座A12的后部安装区域122中,安装座C14呈圆柱形,并与后部安装区域122的孔径相适应,其上设有绕安装座C14的中心线呈环形均布的三个安置腔141,安置腔141从上至下依次包括用于放置母接头32的上安置腔1411和用于容纳与母接头32相连接的末端工具的下安置腔1412,上安置腔1411在安装座C14的上端形成开口。
回转驱动机构A安装在底座11与安装座B13之间,以驱动安装座B13做水平方向的旋转。回转驱动机构A包括电机A151、主动齿轮152、主动齿轮轴153及从动齿轮154。电机A151固定安装在底座11的电机安装孔A111中。主动齿轮152固定安装在电机A151的机轴上。主动齿轮轴153竖直布置并可转动的安装在底座11上,其上端与安装座B13的下端固接。从动齿轮154固定安装在主动齿轮轴153上并与主动齿轮152啮合。电机A151的动力通过主动齿轮152、从动齿轮154及主动齿轮轴153传递至安装座B13上,以驱动安装座B13转动。
回转驱动机构B安装在底座11与安装座C14之间,以驱动安装座C14做水平方向的旋转。回转驱动机构B包括电机B161、主动销轮162、转轴B163及从动槽轮164。电机B161固定安装在底座11的电机安装孔B112中。主动销轮162中部设有中心孔A,端面上固接有圆销1621,侧壁面上设有锁止凸弧1622,主动销轮162通过中心孔A固定安装在电机B161的机轴上。转轴B163竖直布置并可转动的安装在底座11上,其上端与安装座C14的下端固接。从动槽轮164中部设有中心孔B,侧壁面上设有三段锁止凹弧1641,三段锁止凹弧1641绕中心孔B呈环形均布,相邻的锁止凸弧1641之间设有供圆销1621插入的插槽1642,从动槽轮164通过中心孔B固定安装在转轴B163上,并通过锁止凹弧1641与主动销轮162的锁止凸弧1622相贴合。电机B161的动力通过主动销轮162、从动槽轮164及转轴B163传递至安装座C14,以驱动安装座C14间歇转动,每次转动角度为120°。
机械臂2活动安装在安装座B13的安装缺口B131中。
工具换接装置包括可相互对接或分离的公接头31和母接头32,公接头31活动连接在机械臂2的后端,母接头32用于连接末端工具。
运动支持装置4分别安装在底座11前端两侧的安装缺口A113和后端两侧的安装缺口A113中。运动支持装置4包括液压马达A41、液压马达B42、伸缩套筒43、支持壳体44、轮带组件和驱动组件。
液压马达A41安装在底座11的安装缺口A113中,其转轴竖直向下伸出。
液压马达B42固定连接在液压马达A41的转轴上,其转轴水平方向伸出。
伸缩套筒43包括前段套筒431、后段套筒432和液压缸F433,前段套筒431固接在液压马达B42的转轴上,后段套筒432与前段套筒431活动套接,液压缸F433安装在前段套筒431和后段套筒432之间,以驱动伸缩套筒43伸长或缩短。
支持壳体44焊固在伸缩套筒43的后段套筒432上。
轮带组件包括一号轮451、一号轮轴452、二号轮453、二号轮轴454和履带455。一号轮451固定安装在一号轮轴452上,二号轮453固定安装在二号轮轴454上,一号轮轴452和二号轮轴454分别可转动的安装在支持壳体44上,履带455绕设在一号轮451与二号轮453之间。
驱动组件包括电机C461、齿轮A462、齿轮B463、齿轮C464、齿轮轴A465、齿轮轴B466、齿轮D467和齿轮E468。电机C461固定安装在支持壳体44上,齿轮A462固定安装在电机A461的机轴上,齿轮B463和齿轮C464分别固定安装在齿轮轴A465和齿轮轴B466上,并位于齿轮A462的两侧,并均与齿轮A462啮合,齿轮D465和齿轮E466分别固定安装在一号轮轴452和二号轮轴454上,并分别与齿轮B463和齿轮C464啮合。电机C461的动力通过齿轮A462传递至齿轮B463和齿轮C464上,再通过齿轮B463和齿轮C464分别传递至齿轮D467和齿轮E468,再通过齿轮D467和齿轮E468分别传递至一号轮轴452和二号轮轴454,然后通过一号轮轴452和二号轮轴454分别带动一号轮451和二号轮453转动,一号轮451和二号轮453共同带动履带455运转。
传感器组件包括倾斜传感器,倾斜传感器安装在安装座A12的前端两侧和后端两侧,用于检测作业机器人的基座是否保持水平。
优选,上安置腔1411与母接头32的外形轮廓相适应,下安置腔1412用于容纳不同类型的末端工具。上安置腔1411和下安置腔1412之间设有定位台阶面1413。该结构可使母接头32装入安置腔141内后,位置被上安置腔1411和定位台阶面1413精确固定,没有滑移或晃动的空间,有利于保持作业机器人行进及作业过程的稳定性。
优选,安置腔141的轴心线相对于竖直平面倾斜8~12°。该结构可使最靠近底座11后端的安置腔141朝向底座11前端倾斜,当换装末端工具时,公接头31可很方便的与放置在底座11后端安置腔141内的母接头32进行对接。
优选,履带455内侧表面上设有防滑齿4551,一号轮451和二号轮452的外圆面中部设有一圈供履带455嵌入的定位槽,定位槽内设有供防滑齿4551嵌入的防滑齿槽。当履带455嵌入一号轮451和二号轮453的定位槽中时,履带455外侧表面与一号轮451和二号轮453的外圆面齐平,履带455内侧表面的防滑齿4551与一号轮451和二号轮453上的防滑齿槽啮合。上述结构中的定位槽可避免履带455在一号轮451和二号轮452上出现轴向滑移,上述结构中的防滑齿与防滑齿槽相啮合的结构可避免履带455在一号轮451和二号轮453上打滑。
Claims (3)
1.提升核应急机器人作业稳定性的方法,应用于核应急多功能作业机器人;其特征是,核应急多功能作业机器人,包括基座、机械臂、工具换接装置、运动支持装置及传感器组件;
基座包括底座、安装座A、安装座B、安装座C、回转驱动机构A和回转驱动机构B;底座上设有电机安装孔A和电机安装孔B,底座的前端两侧和后端两侧分别设有用于安装运动支持装置的安装缺口A;安装座A固定安装在底座上端,其前后两端分别设有前部安装区域和后部安装区域,前部安装区域为设在安装座A前端、从上至下贯通安装座A的弧形缺口,后部安装区域为设在安装座A后端、从上至下贯通安装座A的安装孔;安装座B活动安装在安装座A的前部安装区域中,安装座B呈圆柱形,并与前部安装区域的弧度相适应,其上设有用于安装机械臂的安装缺口B;安装座C活动安装在安装座A的后部安装区域中,安装座C呈圆柱形,并与后部安装区域的孔径相适应,其上设有绕安装座C的中心线呈环形均布的三个安置腔,安置腔从上至下依次包括用于放置母接头的上安置腔和用于容纳与母接头相连接的末端工具的下安置腔,上安置腔在安装座C的上端形成开口;回转驱动机构A安装在底座与安装座B之间,以驱动安装座B做水平方向的旋转;回转驱动机构A包括电机A、主动齿轮、主动齿轮轴及从动齿轮;电机A固定安装在底座的电机安装孔A中;主动齿轮固定安装在电机A的机轴上;主动齿轮轴竖直布置并可转动的安装在底座上,其上端与安装座B的下端固接;从动齿轮固定安装在主动齿轮轴上并与主动齿轮啮合;电机A的动力通过主动齿轮、从动齿轮及主动齿轮轴传递至安装座B上,以驱动安装座B转动;回转驱动机构B安装在底座与安装座C之间,以驱动安装座C做水平方向的旋转;回转驱动机构B包括电机B、主动销轮、转轴B及从动槽轮;电机B固定安装在底座的电机安装孔B中;主动销轮中部设有中心孔A,端面上固接有圆销,侧壁面上设有锁止凸弧,主动销轮通过中心孔A固定安装在电机B的机轴上;转轴B竖直布置并可转动的安装在底座上,其上端与安装座C的下端固接;从动槽轮中部设有中心孔B,侧壁面上设有三段锁止凹弧,三段锁止凹弧绕中心孔B呈环形均布,相邻的锁止凸弧之间设有供圆销插入的插槽,从动槽轮通过中心孔B固定安装在转轴B上,并通过锁止凹弧与主动销轮的锁止凸弧相贴合;电机B的动力通过主动销轮、从动槽轮及转轴B传递至安装座C,以驱动安装座C间歇转动,每次转动角度为120°;
机械臂后端活动安装在安装座B的安装缺口B中;
工具换接装置包括可相互对接或分离的公接头和母接头,公接头活动连接在机械臂前端,母接头用于连接末端工具;
运动支持装置分别安装在底座前端两侧的安装缺口A和后端两侧的安装缺口A中;运动支持装置包括液压马达A、液压马达B、伸缩套筒、支持壳体、轮带组件和驱动组件;液压马达A安装在底座的安装缺口A中,其转轴竖直向下伸出;液压马达B固定连接在液压马达A的转轴上,其转轴水平方向伸出;伸缩套筒包括前段套筒、后段套筒和液压缸F,前段套筒固接在液压马达B的转轴上,后段套筒与前段套筒活动套接,液压缸F安装在前段套筒和后段套筒之间,以驱动伸缩套筒伸长或缩短;支持壳体焊固在伸缩套筒的后段套筒上;轮带组件包括一号轮、一号轮轴、二号轮、二号轮轴和履带;一号轮固定安装在一号轮轴上,二号轮固定安装在二号轮轴上,一号轮轴和二号轮轴分别可转动的安装在支持壳体上,履带绕设在一号轮与二号轮之间;驱动组件包括电机C、齿轮A、齿轮B、齿轮C、齿轮轴A、齿轮轴B、齿轮D和齿轮E;电机C固定安装在支持壳体上,齿轮A固定安装在电机A的机轴上,齿轮B和齿轮C分别固定安装在齿轮轴A和齿轮轴B上,并位于齿轮A的两侧,并均与齿轮A啮合,齿轮D和齿轮E分别固定安装在一号轮轴和二号轮轴上,并分别与齿轮B和齿轮C啮合;电机C的动力通过齿轮A传递至齿轮B和齿轮C上,再通过齿轮B和齿轮C分别传递至齿轮D和齿轮E,再通过齿轮D和齿轮E分别传递至一号轮轴和二号轮轴,然后通过一号轮轴和二号轮轴分别带动一号轮和二号轮转动,一号轮和二号轮共同带动履带运转;
传感器组件包括倾斜传感器;倾斜传感器安装在安装座A的前端两侧和后端两侧;
提升作业稳定性的方法如下:
S01,将基座调整至水平状态:通过四处倾斜传感器的检测数据综合判断基座是否水平;若已达到水平状态,则进入下一步骤;若未达到水平状态,则通过调整低洼处的运动支持装置,使基座达到水平状态;
S02,调整核应急多功能作业机器人的重心位置:
a、运动支持装置向底座外侧转动:四处运动支持装置的液压马达A启动,分别驱动四处运动支持装置绕各自液压马达A的转轴向底座外侧转动,转动完成后,四处运动支持装置呈“X”形分布,任意相邻的两个运动支持装置之间的夹角为90°;
b、运动支持装置向底座外侧伸出:四处运动支持装置的液压缸F的活塞杆伸出,分别驱动对应的伸缩套筒伸长;四处运动支持装置的电机C启动,分别驱动对应的轮带组件运转;上述两项动作同时运作,使四处运动支持装置均向远离底座的方向移动。
2.如权利要求1所述的提升核应急机器人作业稳定性的方法,其特征是:S01步骤中,调整运动支持装置的方法是:控制液压马达B启动,使运动支持装置绕液压马达B的转轴向下转动,从而局部抬升底座高度。
3.如权利要求2所述的提升核应急机器人作业稳定性的方法,其特征是:S02步骤中,电机C启动后,电机C的动力通过齿轮A同时传递至齿轮B和齿轮C上,再通过齿轮B和齿轮C分别传递至齿轮D和齿轮E上,接着通过齿轮D和齿轮E分别传递至一号轮轴和二号轮轴上,再通过一号轮轴和二号轮轴分别驱动一号轮和二号轮同步转动,一号轮和二号轮转动的同时带动履带回转。
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