CN115106566B - 一种柔性自适应钻孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性自适应钻孔装置，其包括轨道、运动夹抱机构、柔性制孔机构、Y轴运动机构、外壳，所述轨道安装在待打孔面上，运动夹抱机构位于外壳的底部，运动夹抱机构包括行走机构和夹抱机构，夹抱机构将钻孔小车夹抱在轨道上，行走机构使得钻孔小车在轨道上行走，运动夹抱机构用于X轴运动，柔性制孔机构位于Y轴运动机构上，柔性制孔机构与Y轴运动机构整体位于外壳内部，柔性制孔机构的钻头位于外壳底部，其适用于狭窄空间的自适应钻孔，柔性自适应适配机构具有自动调节钻头方向以保证钻头垂直于曲面，并固定钻头抱夹机构以缓冲钻孔时钻头的震动避免发生偏移，保证钻进的深度和方向，钻头引导机构进行引导以适应一定的行走误差。
Description
技术领域
本发明属于狭窄空间转孔技术领域，具体涉及一种柔性自适应钻孔装置。
背景技术
随着技术的发展，设备以及建筑等内部的布局都会变得更加的紧凑，以实现更小的空间安装更多的设备，因此，在设计之初或者安装过程中就会留下很多狭小的空间，因为空间狭小，在此空间中人员进入困难或操作困难，会影响到钻孔的精度，或者无法进入进行钻孔，因此产生了狭窄空间制孔的需求，现有的技术中已经有向自动化钻孔机器人发展的趋势，但是技术阶段处于发展阶段，集成度和成熟度都较低，无法实现狭小空间高精度的钻孔，对于钻孔的方向控制比较困难，因此，本发明提出微型爬壁机器人方案，实现在狭窄空间内爬行并制孔，并进一步研究其稳定性、通过性，进一步研究工艺参数，实现进气道等狭窄空间制孔技术进步，实现对于轨道、钻孔装置、钻孔精度、钻孔中间过程的钻进稳定等方面的技术进步。
发明内容
为克服上述存在之不足，提出了一种柔性自适应钻孔装置，其可以适用于狭窄空间的自适应的钻孔，对于空间的形状有良好的适应性，设置柔性自适应适配机构，具有自动调节钻头方向以保证钻头垂直于曲面，固定钻头抱夹机构以缓冲钻孔时钻头因震动发生偏移，保证钻进的深度和方向，对于钻进时的震动具有良好的缓冲，避免机械钻孔时对钻孔设备形成强烈冲击，钻头引导机构对钻头的位置进行引导，可以适应一定的行走误差。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：提供一种柔性自适应钻孔装置。其包括轨道、运动夹抱机构、柔性制孔机构、Y轴运动机构、外壳，所述轨道安装在待打孔面上，运动夹抱机构位于外壳的底部，运动夹抱机构包括行走机构和夹抱机构，夹抱机构将钻孔小车夹抱在轨道上，行走机构使得钻孔小车在轨道上行走，运动夹抱机构用于X轴运动，柔性制孔机构位于Y轴运动机构上，柔性制孔机构与Y轴运动机构整体位于外壳内部，柔性制孔机构的钻头位于外壳底部。
根据本发明所述的一种柔性自适应钻孔装置，其进一步的优选技术方案是：轨道为3d打印制造的塑料轨道，该塑料轨道与待钻孔曲面贴合，用于承载爬壁机器人，轨道通过铆接方式与平台底面固定，在轨道上设置引导孔，引导孔中安装法矢孔套构成法矢引导孔，法矢引导孔使每次钻孔动作的进给方向垂直于钻孔位置的切面，法矢孔套采用金属防锈材质。
根据本发明所述的一种柔性自适应钻孔装置，其进一步的优选技术方案是：所述柔性制孔机构包括：
钻孔机构：钻机用于钻孔，包括钻孔电机以及钻头，钻孔电机使用万向轴连接传动杆，传动杆的末端设置钻头；
升降机构：用于柔性制孔机构的整体的升降，下降时使得钻头引导机构进行引导定位，上升柔性制孔机构便于整个钻孔装置移动和下一次的钻孔，通过升降丝杆电机的丝杆连接在固定盘上实现升降，设置光轴对升降的方向进行限制和引导；
钻头引导机构：用于对钻头钻孔时进行定位；
柔性自适应适配机构：柔性自适应适配机构用于对钻头的定位变化进行适应，包括固定盘和引导盘，固定盘与钻孔机构连接，引导盘与固定盘之间采用橡胶柱弹性连接在一起，钻孔机构的传动杆穿过引导盘与固定中心位置，引导盘内部开孔直径大于传动杆外径，在固定盘上设置与传动杆平行安装的直线轴承组件，直线轴承组件对传动杆的运动方向进行限制，钻头引导机构连接在引导盘的下表面，钻头引导机构在钻头的末端与钻头接触并对钻头位置进行定位，在固定盘上表面边缘位置设置推杆电机，推杆电机的推杆穿透固定盘位于固定盘和引导盘之间，推杆电机的推杆与引导盘接触将引导盘顶住起到稳定作用；
进给钻孔机构：用于钻进时的前进，以及对钻进深度进行控制，采用进给丝杆电机进行进给动作。
根据本发明所述的一种柔性自适应钻孔装置，其进一步的优选技术方案是：在引导盘上对应推杆电机的推杆接触位置设置薄膜压力传感器，薄膜压力传感器对压力进行反馈从而控制每一个推杆电机下压的距离。
根据本发明所述的一种柔性自适应钻孔装置，其进一步的优选技术方案是：在钻头上以及轨道上设置有钻头引导机构，钻头引导机构包括连接块、锥形钻套、法矢孔套，锥形钻套与钻头同轴设置且位于钻头的最下端，锥形钻套通过连接块连接在引导盘上，在轨道上设置与锥形钻套的锥形面对应的法矢孔套，法矢孔套在轨道上的位置与待钻孔的位置对应设置或在轨道上均匀间隔布置，且在每个待钻孔位置均有法矢孔套。
根据本发明所述的一种柔性自适应钻孔装置，其进一步的优选技术方案是：所述升降丝杆电机安装在Y轴运动机构上，其向下活动的丝杆连接在固定盘上；所述进给丝杆电机安装在钻孔机构上，其向下活动的丝杆与引导盘形成螺纹配合。
根据本发明所述的一种柔性自适应钻孔装置，其进一步的优选技术方案是：所述光轴数量为两根，且在固定盘边缘位置对称布置，在光轴上端设置钻孔电机座，钻孔电机安装在钻孔电机座上。
根据本发明所述的一种柔性自适应钻孔装置，其进一步的优选技术方案是：所述行走机构包括电机、驱动轮、辅助驱动轮、安装块以及齿轮组和齿轮箱，驱动轮与电机之间通过齿轮组连接，齿轮组位于齿轮箱内，驱动轮位于安装块外侧，驱动轮与被动轮构成四轮小车，两个辅助驱动轮位于安装块内侧，两个辅助驱动轮夹在轨道的侧檐上起到固定引导作用。
根据本发明所述的一种柔性自适应钻孔装置，其进一步的优选技术方案是：所述夹抱机构包括夹持轮、导轮和支架，所述支架安装在壳体底部，夹持轮、导轮均安装在支架上，两个夹持轮对应安装对轨道的侧檐进行夹持，导轮的滚动方向沿X轴向设置，使得夹抱机构仅能向X方向运动，导轮的数量为两个或两个以上。
根据本发明所述的一种柔性自适应钻孔装置，其进一步的优选技术方案是：所述Y轴运动机构包括滑轨滑块系统和安装台，两条滑轨水平并列安装在外壳内部，在滑轨上分别设置滑块，滑块上设置安装台，安装台为方形且中间镂空，柔性制孔机构位于镂空区域，在安装台上安装带法兰直线轴承，光轴套装在带法兰直线轴承内实现柔性制孔机构的升降方向的引导和限制。
根据本发明所述的一种柔性自适应钻孔装置，其进一步的优选技术方案是：设置有视觉识别系统，视觉识别系统连接行走机构，视觉识别系统用于引导行走机构行走从而调整钻孔装置对准钻孔孔位以及引导钻孔装置实现换轨。
相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点/有益效果：
1、 采用3d打印制造的塑料轨道，具有一定柔性能够沿曲面贴合，又具有一定的刚性和结构强度能够承载爬壁机器人，轨道通过铆接方式与平台底面固定。
2、钻孔装置本体体积较小，能在狭窄空间沿柔性轨道爬行，实现在狭窄空间进行钻孔的需求，并且可实现变轨，方便对不同位置进行钻孔。
3、设置钻头引导机构，对钻头的初始位置进行精确的定位，对于后续钻孔过程中的深度、位置等进行引导或提供基础坐标等数据，采用带法矢的引导孔套，实现精确的钻进方向控制，采用金属防锈材质支撑，避免引导孔套发生锈蚀、磨损导致的定位不准确。
4、采用柔性自适应适配机构，具有自动调节钻头方向以保证钻头垂直于曲面，固定钻头抱夹机构以缓冲钻孔时钻头因震动发生偏移，保证钻进的深度和方向，对于钻进时的震动具有良好的缓冲，避免机械钻孔时对钻孔设备形成强烈冲击，钻孔的进给顺利。
5、X轴的移动与Y轴的移动分别进行控制，采用视觉识别系统或其他方式进行位置判断，采用钻头引导机构以及柔性自适应适配机构对钻孔位置进行细微调整，以上措施集合在一起克服定位偏差，实现了钻孔位置的精确定位，不存在钻孔时钻孔机器人与待钻孔位置有偏差的情况。
6.柔性制孔机构使用能够实现独立的升降，实现了柔性制孔机构较大幅度的运动范围，对于较深孔的钻取提供基础，钻头的预压紧、进给分别设置对应的电机，实现各个步骤独立的运行，减小机械钻孔的难度，对于钻孔过程中各个环节的动力独立设置，保证充足动力、减轻对应电机的负担。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明一种柔性自适应钻孔装置在环形轨道上的正视图。
图2是本发明一种柔性自适应钻孔装置在环形轨道上的侧视图。
图3是本发明一种柔性自适应钻孔装置去除外壳后的结构示意图。
图4是本发明一种柔性自适应钻孔装置的柔性制孔机构在Y轴运动机构上的结构示意图。
图5是本发明一种柔性自适应钻孔装置的柔性制孔机构的结构示意图。
图6是图5的正视图。
图7是图6中A-A处的剖视图。
图8是图5的左视图。
图9是图8中B-B处的剖视图。
图10是本发明一种柔性自适应钻孔装置的行走机构的结构示意图。
图11是本发明一种柔性自适应钻孔装置的夹抱机构的结构示意图。
图中标记分别为：1.轨道 11.侧檐
2.运动夹抱机构 21.行走机构 211.电机 212.驱动轮 213.辅助驱动轮 214.安装块 215.齿轮组 216.齿轮箱 217.被动轮 218.引导轮
22.夹抱机构 221.夹持轮 222.导轮 223.支架
3.柔性制孔机构 31.钻孔机构 311.钻孔电机 312.钻孔电机座 313.万向轴314.传动杆 315.钻夹头 316.钻头
32.升降机构 321.光轴 322.带法兰直线轴承 323.升降丝杆电机 324.拱桥
33.钻头引导机构 331.连接块 332.锥形钻套 333.法矢引导孔
34.柔性自适应适配机构 341.固定盘 342.引导盘 343.橡胶柱 344.直线轴承组件 345.推杆电机 346.薄膜压力传感器
35.进给钻孔机构 351.进给丝杆电机
4.Y轴运动机构 41.滑轨滑块系统 42.安装台
5.外壳 51.散热孔。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。
实施例：
如图1-图11所示，一种柔性自适应钻孔装置。其包括轨道1、运动夹抱机构2、柔性制孔机构3、Y轴运动机构4、外壳5，所述轨道1安装在待打孔面上，运动夹抱机构2位于外壳5的底部，运动夹抱机构2包括行走机构21和夹抱机构22，夹抱机构22将外壳5整体夹抱在轨道1上，行走机构21使得外壳5整体在轨道1上行走，运动夹抱机构2用于X轴运动，柔性制孔机构3位于Y轴运动机构4上，柔性制孔机构3与Y轴运动机构4整体位于外壳5内部，柔性制孔机构3的钻头316位于外壳5底部，柔性制孔机构3带有升降机构32，这样就能实现XYZ三个维度方向的位置调整，Y轴运动机构4在外壳5为固定安装的方式，其安装要求水平安装，具体的安装结构可以根据实际的需求布置，只要能实现X轴与Y轴方向的运动，从而实现整体运动即可。
如图1和图2所示，运动夹抱机构2包括行走机构21和夹抱机构22，运动夹抱机构2用于X轴运动，行走机构21主要由一个电机211，输出动力的驱动轮212，两个辅助驱动轮213，以及齿轮组215和齿轮箱216等组成。电机211是选用的一款自带蜗轮蜗杆减速器的直流伺服电机，好处是减速比大，结构紧凑，可精确的控制动力输出。减速输出后的1.3Nm的额定扭矩和25r/min的额定转速经计算完全满足机器人在竖直、水平、倒挂等各种情况下2000mm/min的运动速度。驱动轮212是选用的一款智能小车使用的轮子，主体是工程塑料制成外包一层橡胶，能满足负载，且抓地力较大。辅助驱动轮213是定制的铁芯胶锟，内芯是45#钢制成，外包一层聚氨酯。两个辅助驱动轮213夹住轨道1，驱动机器人在轨道1上前进后退。齿轮组215是定制的直齿轮，负责将驱动轮212和辅助驱动轮213连接到电机211的输出轴。齿轮箱216体零件都是用铝合金材料机加工制成，轻质耐用。一台爬壁机器人装有两套此机构，布置在机器人尾部，左右对称安装，使机器人既能直线行走又能差速转向。
外壳5起到保护作用，防止跌落和撞击对内部的零件直接损伤，但是外壳5的形状越小，越有利于狭窄空间的移动，外壳5上设置有散热孔51、安装凸起等结构。外壳5用于承载机器人各个机构，采用航空铝合金，CNC机加工制成，精度高，最大程度保证轻量化。本发明中的整体的电源采用电池或拖链等方式进行供电，可以根据实际的情况进行选择在此不再赘述，控制方式也只需要匹配对应的无线控制或有线控制设备结构即可实现，程序方面根据需求即可进行编程。如机器人电源模块采用高性能的锂电池，电压25v，两块电池总容量10600mah，预计一块电池可连续工作两小时以上，制孔超过120个，电源模块的电池采用快拆的设计，一台机器人备用多块电池可适应长时间的连续工作。
轨道1为3d打印制造的塑料轨道1，具有柔性能够沿曲面贴合，即与待钻孔曲面贴合，又有刚性和结构强度承载爬壁机器人（爬壁机器人指的是壳体及其内部结构形成的能移动的钻孔小车），轨道1通过铆接方式与平台底面固定，在轨道1上设置引导孔，引导孔中安装法矢孔套构成法矢引导孔333，法矢引导孔333使每次钻孔动作的进给方向垂直于钻孔位置的切面，法矢孔套采用金属防锈材质。轨道1也可采用其他硬质材质，需要轨道1的形状与所需打孔的面形状对应，常用轨道1形状包括圆环形、直线型、螺旋型、椭圆形、弧形，或采用上述多段不同形状轨道1连接在一起形成复合轨道1。并且在轨道1的使用和布置过程中，可以根据轨道1的数据或者测量的数据，生成坐标原点和坐标系，便于对打孔位置和钻孔小车的移动位置进行确定。该钻孔装置本体体积较小，能在狭窄空间沿柔性轨道爬行，实现在狭窄空间进行钻孔的需求，并且可实现变轨，方便对不同位置进行钻孔，机器人制孔完成后会回退到起始位置通过起始位置设置的连接轨道实现变轨动作，变轨全程为自动执行，自动查找下一待钻孔位置，根据轨道编号（在转向位置设置定位标记便于小车识别进行转向）选择轨道，转向过程中摄像头持续检测白色循迹条（白色循迹条提前与轨道同步设置），检测到至少两条直线并判断组成直线像素点个数是否达到指定范围，即转向完成，开启循迹模式，持续检测白色循迹条计算面积并检测是否达到指定范围像素，并获取中心点，机器人按照中心点进行调整方向。
如图3-图9所示，所述柔性制孔机构3包括：
钻孔机构31：钻机用于钻孔，包括钻孔电机311以及钻头316，钻孔电机311使用万向轴313连接传动杆314，传动杆314的末端设置钻头316，使用万向轴313进行连接，是为了适应钻头引导机构33以及柔性自适应适配机构34对钻头316的位置进行细微的调整时，对钻头316的与钻孔电机311的连接起到对应的位置调整；整个转孔机构的详细连接关系为钻孔电机311安装在钻孔电机座312上，钻孔电机座312两端用于安装光轴321，光轴321的下端固定在固定盘341上，光轴321位于固定在Y轴运动机构4的安装台42上的带法兰直线轴承322内，通过带法兰直线轴承322实现升降的方向引导，钻孔电机311连接万向轴313，万向轴313连接的是传动杆314，传动杆314下端设置钻夹头315，钻夹头315安装钻头316。钻孔电机311选用高扭矩高转速的无刷直流电机，最高转速超10000r/min。钻夹头315采用快速夹头，可在1分钟内完成钻头316更换；
升降机构32：用于柔性制孔机构3的整体的升降，下降时使得钻头引导机构33进行引导定位，上升柔性制孔机构3便于整个钻孔装置移动和下一次的钻孔，通过升降丝杆电机323的丝杆连接在固定盘341上实现升降，设置光轴321对升降的方向进行限制和引导，光轴321的上端位于电机安装座上，光轴321的下端安装在固定盘341上，光轴321穿透Y轴运动机构4的安装台42，在与安装台42接触位置设置带法兰直线轴承322对升降进行引导和润滑；升降丝杆电机323安装在Y轴运动机构4上，具体为安装台42上设置拱桥324，在拱桥324上固定安装升降丝杆电机323，升降丝杆电机323的丝杆穿透拱桥324连接到固定盘341，带动整体进行升降；
钻头引导机构33：用于对钻头316钻孔时进行定位；在钻头316上以及轨道1上设置有钻头引导机构33，钻头引导机构33包括连接块331、锥形钻套332、法矢孔套，锥形钻套332与钻头316同轴设置且位于钻头316的最下端，锥形钻套332通过连接块331连接在引导盘342上，在轨道1上设置与锥形钻套332的锥形面对应的法矢孔套，法矢孔套在轨道1上的位置与待钻孔的位置对应设置或在轨道1上均匀间隔布置，且在每个待钻孔位置均有法矢孔套。钻套是由不锈钢材料制成的圆锥状零件，将其装在机构最下方用来与法矢孔套配合定位。引导孔定位，法矢孔套耐磨，共同的作用使长时间保证钻孔的位置精度。
柔性自适应适配机构34：柔性自适应适配机构34用于对钻头316的定位变化进行适应，包括固定盘341和引导盘342，固定盘341与钻孔机构31连接，引导盘342与固定盘341之间采用橡胶柱343弹性连接在一起，弹性橡胶柱343的数量为4个，位于较为边缘的位置，在引导盘342与固定盘341之间对称均匀布置，使得引导盘342与固定盘341之间具有一定的弹性、也能进行一定的位置调整，这是柔性自适应适配机构34的基础，钻孔机构31的传动杆314穿过引导盘342与固定中心位置，引导盘342内部开孔直径大于传动杆314外径，在固定盘341上设置与传动杆314平行安装的直线轴承组件344，直线轴承组件344对传动杆314的运动方向进行限制，钻头引导机构33直接连接在引导盘342的下表面，钻头引导机构33在钻头316的末端与钻头316接触并对钻头316位置进行定位，在固定盘341上表面边缘位置设置推杆电机345，推杆电机345数量为4个，对称均匀布置为最佳方案，推杆电机345的推杆穿透固定盘341位于固定盘341和引导盘342之间，推杆电机345的推杆与引导盘342接触将引导盘342顶住起到稳定作用；在引导盘342上对应推杆电机345的推杆接触位置设置薄膜压力传感器346，薄膜压力传感器346对压力进行反馈从而控制每一个推杆电机345下压的距离，即每一个推杆电机345为独立运行的；推杆电机345与升降丝杆电机323同时作用，用于在开始钻孔之前对引导盘342的位置进行限定，防止孔错位，保证顺利钻进，采用推杆电机345对引导盘342进行压紧，是为了防止在钻孔时钻头316定位机构发生晃动，在未压紧之前引导盘342与固定盘341之间的位置是可以移动的，适应定位机构进行位置调整，在推杆电机345顶住引导盘342后，引导盘342的位置被固定，钻孔位置就固定了，此过程进行也是为顺利钻进做的前置准备。
进给钻孔机构35：用于钻进时的前进，以及对钻进深度进行控制，采用进给丝杆电机351进行进给动作，进给钻孔的深度、钻进速度、钻进压力等都依靠进给丝杆电机351控制。
所述升降丝杆电机323安装在Y轴运动机构4上，其向下活动的丝杆连接在固定盘341上；所述进给丝杆电机351安装在钻孔机构31上，其向下活动的丝杆与引导盘342形成螺纹配合，实际上，是在钻头引导机构33的连接块331内设置螺纹孔形成配合，进给丝杆电机351是与传动杆314外围的轴套连接在一起的，轴套可以两端被万向轴313和钻夹头315给限制位移，轴套内设置传动杆314，进给丝杆电机351安装在一个与固定盘341配合的凸起块上，该凸起块也限制丝杆电机移动的范围，在固定盘341上围绕传动杆314设置有直线轴承组件344对其进行引导，在钻孔电机座312与光轴321连接处也设置有直线轴承；进给丝杆电机351带动下降的部分为整个钻孔机构31。
所述光轴321数量为两根，且在固定盘341边缘位置对称布置，在光轴321上端设置钻孔电机座312，钻孔电机311安装在钻孔电机座312上。
如图10-图11所示，所述行走机构21包括电机、驱动轮212、辅助驱动轮213、安装块214以及齿轮组215和齿轮箱216，驱动轮212与电机之间通过齿轮组215连接，齿轮组215位于齿轮箱216内，驱动轮212位于安装块214外侧，驱动轮212与被动轮217构成四轮小车，其中驱动轮212位于前端，被动轮217位于后端形成小车结构，两个辅助驱动轮213位于安装块214内侧，两个辅助驱动轮213夹在轨道1的侧檐11上起到固定引导作用。在两个辅助驱动轮213的下方的安装块214上还设置有引导轮218，引导轮218用于保证稳定，引导前进方形。在必要时，还可以增加限制机构或刹车机构，将整个外壳5锁定在轨道1某处，方便进行钻孔时的稳定，防止发生位移。
所述夹抱机构22包括夹持轮221、导轮和支架223，所述支架223安装在壳体底部，夹持轮221、导轮222均安装在支架223上，两个夹持轮221对应安装对轨道1的侧檐11进行夹持，导轮222的滚动方向沿X轴向设置，使得夹抱机构22仅能向X方向运动，导轮222的数量为两个或两个以上。
所述Y轴运动机构4包括滑轨滑块系统41和安装台42，两条滑轨水平并列安装在外壳5内部，在滑轨上分别设置滑块，滑块上设置安装台42，安装台42为方形且中间镂空，柔性制孔机构3位于镂空区域，在安装台42上安装带法兰直线轴承322，光轴321套装在带法兰直线轴承322内实现柔性制孔机构3的升降方向的引导和限制，即柔性制孔机构3安装在安装台42上，整体位于镂空区域，在镂空区域内进行升降，镂空区域的形状与柔性制孔机构3的外部轮廓对应，间隔的缝隙不宜过大，使得安装更加的稳定。
设置有视觉识别系统，视觉识别系统连接行走机构，视觉识别系统用于引导行走机构行走从而调整钻孔装置对准钻孔孔位以及引导钻孔装置实现换轨，当然，视觉系统为现有的成熟技术，如何设置其位置以及程序方面可以根据实际的需求进行适应性的设置，在此不再进行赘述，视觉识别系统实际与控制系统连接，控制系统再连接行走机构，通过视觉识别系统的反馈来控制行走机构运动从而调整钻孔装置的位置，控制系统的通讯方式根据实际情况进行选择，WiFi为优先选择，可以根据实际需求安装通讯模块。具体形式可以采用在机器人头部布置有微型相机，机器人运动过程中，相机对轨道1快速连续拍照，通过对轨道1局部特征的快速识别来判断机器人的位置，从而引导机器人精准的定位。
使用方法：钻孔装置移动到指定位置预备制孔，制孔时，升降丝杆电机323推动钻套与法矢孔套配合引导钻机和钻头316对准孔并垂直于孔的切面（整个钻孔部分与y轴模组运动端柔性连接），钻孔电机311四周对称布置的四个推杆电机345推出与钻套的连接平面接触后停止（接触平面上装有四个薄膜压力传感器346）顶住，进给丝杆电机351推动钻机进给钻孔。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，其包括轨道、运动夹抱机构、柔性制孔机构、Y轴运动机构、外壳，所述轨道安装在待打孔面上，运动夹抱机构位于外壳的底部，运动夹抱机构包括行走机构和夹抱机构，夹抱机构将钻孔小车夹抱在轨道上，行走机构使得钻孔小车在轨道上行走，运动夹抱机构用于X轴运动，柔性制孔机构位于Y轴运动机构上，柔性制孔机构与Y轴运动机构整体位于外壳内部，柔性制孔机构的钻头位于外壳底部；其中，柔性制孔机构包括：钻孔机构：钻机用于钻孔，包括钻孔电机以及钻头，钻孔电机使用万向轴连接传动杆，传动杆的末端设置钻头，使用万向轴进行连接，适应钻头引导机构以及柔性自适应适配机构对钻头的位置进行细微的调整时，对钻头的与钻孔电机的连接起到对应的位置调整； 钻头引导机构：用于对钻头钻孔时进行定位，钻头引导机构在钻头的末端与钻头接触并对钻头位置进行定位，钻头引导机构包括连接块、锥形钻套、法矢孔套，锥形钻套与钻头同轴设置且位于钻头的最下端，锥形钻套通过连接块连接在引导盘上，在轨道上设置与锥形钻套的锥形面对应的法矢孔套，锥形钻套与法矢孔套配合定位； 柔性自适应适配机构：柔性自适应适配机构用于对钻头的定位变化进行适应，包括固定盘和引导盘，固定盘与钻孔机构连接，引导盘与固定盘之间采用橡胶柱弹性连接在一起，钻头引导机构连接在引导盘的下表面，钻头引导机构在钻头的末端与钻头接触并对钻头位置进行定位，在固定盘上表面边缘位置设置推杆电机，推杆电机的推杆穿透固定盘位于固定盘和引导盘之间，推杆电机的推杆与引导盘接触将引导盘顶住起到稳定作用。
2.根据权利要求1所述的一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，轨道为3d打印制造的塑料轨道，该塑料轨道与待钻孔曲面贴合，用于承载爬壁机器人，轨道通过铆接方式与平台底面固定，在轨道上设置引导孔，引导孔中安装法矢孔套构成法矢引导孔，法矢引导孔使每次钻孔动作的进给方向垂直于钻孔位置的切面，法矢孔套采用金属防锈材质。
3.根据权利要求1所述的一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，所述柔性制孔机构还包括：升降机构：用于柔性制孔机构的整体的升降，下降时使得钻头引导机构进行引导定位，上升柔性制孔机构便于整个钻孔装置移动和下一次的钻孔，通过升降丝杆电机的丝杆连接在固定盘上实现升降，设置光轴对升降的方向进行限制和引导；钻头引导机构：用于对钻头钻孔时进行定位；柔性自适应适配机构：柔性自适应适配机构用于对钻头的定位变化进行适应，包括固定盘和引导盘，固定盘与钻孔机构连接，引导盘与固定盘之间采用橡胶柱弹性连接在一起，钻孔机构的传动杆穿过引导盘与固定中心位置，引导盘内部开孔直径大于传动杆外径，在固定盘上设置与传动杆平行安装的直线轴承组件，直线轴承组件对传动杆的运动方向进行限制，钻头引导机构连接在引导盘的下表面，钻头引导机构在钻头的末端与钻头接触并对钻头位置进行定位，在固定盘上表面边缘位置设置推杆电机，推杆电机的推杆穿透固定盘位于固定盘和引导盘之间，推杆电机的推杆与引导盘接触将引导盘顶住起到稳定作用；进给钻孔机构：用于钻进时的前进，以及对钻进深度进行控制，采用进给丝杆电机进行进给动作。
4.根据权利要求3所述的一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，在引导盘上对应推杆电机的推杆接触位置设置薄膜压力传感器，薄膜压力传感器对压力进行反馈从而控制每一个推杆电机下压的距离。
5.根据权利要求3所述的一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，在钻头上以及轨道上设置有钻头引导机构，钻头引导机构包括连接块、锥形钻套、法矢孔套，锥形钻套与钻头同轴设置且位于钻头的最下端，锥形钻套通过连接块连接在引导盘上，在轨道上设置与锥形钻套的锥形面对应的法矢孔套，法矢孔套在轨道上的位置与待钻孔的位置对应设置或在轨道上均匀间隔布置，且在每个待钻孔位置均有法矢孔套。
6.根据权利要求3所述的一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，所述升降丝杆电机安装在Y轴运动机构上，其向下活动的丝杆连接在固定盘上；所述进给丝杆电机安装在钻孔机构上，其向下活动的丝杆与引导盘形成螺纹配合。
7.根据权利要求3所述的一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，所述光轴数量为两根，且在固定盘边缘位置对称布置，在光轴上端设置钻孔电机座，钻孔电机安装在钻孔电机座上。
8.根据权利要求1所述的一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，所述行走机构包括电机、驱动轮、辅助驱动轮、安装块以及齿轮组和齿轮箱，驱动轮与电机之间通过齿轮组连接，齿轮组位于齿轮箱内，驱动轮位于安装块外侧，驱动轮与被动轮构成四轮小车，两个辅助驱动轮位于安装块内侧，两个辅助驱动轮夹在轨道的侧檐上起到固定引导作用。
9.根据权利要求8所述的一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，所述夹抱机构包括夹持轮、导轮和支架，所述支架安装在壳体底部，夹持轮、导轮均安装在支架上，两个夹持轮对应安装对轨道的侧檐进行夹持，导轮的滚动方向沿X轴向设置，使得夹抱机构仅能向X方向运动，导轮的数量为两个或两个以上。
10.根据权利要求1所述的一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，所述Y轴运动机构包括滑轨滑块系统和安装台，两条滑轨水平并列安装在外壳内部，在滑轨上分别设置滑块，滑块上设置安装台，安装台为方形且中间镂空，柔性制孔机构位于镂空区域，在安装台上安装带法兰直线轴承，光轴套装在带法兰直线轴承内实现柔性制孔机构的升降方向的引导和限制。
11.根据权利要求1所述的一种柔性自适应钻孔装置，其特征在于，设置有视觉识别系统，视觉识别系统连接行走机构，视觉识别系统用于引导行走机构行走从而调整钻孔装置对准钻孔孔位以及引导钻孔装置实现换轨。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A flexible adaptive drilling device Granted publication date: 20230110 Pledgee: Chengdu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. high tech sub branch Pledgor: Chengdu Lianxing Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024510000077 |