CN117047582A - 一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，涉及钢管修磨技术领域，包括有修磨机构、支撑固定机构、驱动机构、深度相机、照明灯、工业相机、工控机和电源，修磨机构由调姿电机、回转支撑轴承以及定平台组成，支撑固定机构有两个，驱动机构设置有两个，分别安装在两个支撑固定机构上，用以驱动机器人沿着钢管内壁行进；深度相机和照明灯位于机器人的前端并且安装在其中一个驱动机构上，通过深度相机和照明灯捕获钢管的内壁状况，为钢管内壁的修磨和机器人的运动提供环境信息；工业相机设置在修磨机构上，工业相机通过数据线与钢管外部的工控机连接，电源用于为机器人供电。本发明可以高效、精确、安全地对钢管内壁进行修磨。
Description
技术领域
本发明涉及钢管修磨技术领域，尤其涉及一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人。
背景技术
在工业生产过程中，管道扮演着至关重要的角色，被广泛应用于输送液体、气体和粉末等物质。然而，长期运行和化学作用可能导致管道内壁出现沉积、腐蚀、磨损等问题，这些问题可能降低管道的输送效率、增加维护成本，并且在严重情况下可能导致管道事故。因此，对管道内壁进行定期的修磨维护是至关重要的。目前，传统的管道内壁修磨方式主要依赖于人工操作，不仅效率低下，而且存在一定的安全隐患。
目前，市场上已经有一些管道内壁修磨设备，包括定径钢管内壁修磨机器人。然而，现有技术中的机器人存在一些问题，如仅能适应固定管道直径，无法适应多种管道规格；修磨精度较低，不能满足高精度修磨的需求；操作复杂，需要专业人员进行控制等。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足，提供一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，可以高效、精确、安全地对钢管内壁进行修磨。
为实现本发明目的而提供的一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，包括有修磨机构、支撑固定机构、驱动机构、深度相机、照明灯、工业相机、工控机和电源，所述修磨机构由调姿电机、回转支撑轴承以及定平台组成，通过调姿电机和回转支撑轴承共同配合，为修磨机构提供一个旋转的自由度；所述支撑固定机构有两个，分别位于修磨机构两侧，用于与钢管内壁进行固定；所述驱动机构设置有两个，分别安装在两个支撑固定机构上，用以驱动机器人沿着钢管内壁行进；所述深度相机和照明灯位于机器人的前端并且安装在其中一个驱动机构上，通过深度相机和照明灯捕获钢管的内壁状况，为钢管内壁的修磨和机器人的运动提供环境信息；所述工业相机设置在修磨机构上，工业相机设置有用以观察修磨砂轮修磨状况的灯，所述工业相机通过数据线与钢管外部的工控机连接，所述电源用于为机器人供电。
作为上述方案的进一步改进，所述修磨机构还包括有底平台、两个第一连接板、第二定平台、第三定平台、修磨组件，两个第一连接板分别安装在底平台的两端，所述修磨组件固定在底平台上，所述调姿电机的转子与其中一个第一连接板固定连接，所述调姿电机的外壳与第三定平台固定连接，所述回转支撑轴承一端与另一个第一连接板固定连接，另一端与第二定平台固定连接。
作为上述方案的进一步改进，所述修磨组件包括有修磨砂轮、第一电机固定板、第二电机固定板、第一导轨滑台、第二导轨滑台、修磨电机和砂轮连接杆，所述第一导轨滑台设置有两个，并且对称设置在底平台上，两个所述第一导轨滑台的滑块与第二导轨滑台的底座固定安装，所述第一电机固定板、第二电机固定板垂直安装，所述第二电机固定板固定在第二导轨滑台的滑台上，所述修磨电机安装在第一电机固定板上，这样修磨组件就有了两个移动的自由度，所述修磨电机的输出轴与砂轮连接杆固定连接，所述砂轮连接杆和修磨砂轮固定连接，并且所述修磨电机的输出轴和第一导轨滑台的导轨平行。所述修磨电机通过电机安装孔固定在第一电机固定板上，第一电机固定板和第二电机固定板通过螺钉固定连接。
作为上述方案的进一步改进，所述支撑固定机构包括有连接轴、定心电缸以及与所述驱动机构连接的第四定平台，所述第四定平台、第三定平台、第二定平台均为同轴并且平行设置，所述第四定平台与第三定平台/第二定平台均通过所述连接轴固定连接，所述定心电缸关于第四定平台的中心均布设置有三个。
作为上述方案的进一步改进，所述驱动机构包括有第一肋板、固定板、第二肋板、抱轴法兰、导向光轴和升降驱动组件，所述固定板垂直固定在第四定平台上并且穿过第四定平台的中心，所述升降驱动组件设置有两个，对称分布在固定板上、下两侧，所述抱轴法兰有两个，固定安装在固定板上，所述导向光轴通过抱轴法兰与固定板固定连接，所述导向光轴在固定板两侧预留长度一致，并且端部与升降驱动组件连接。
作为上述方案的进一步改进，所述第一肋板和第二肋板均设置有两个，分别位于固定板的上下两侧，并且两个第一肋板、两个第二肋板均位于升降驱动组件两侧。
作为上述方案的进一步改进，所述升降驱动组件包括上固定板、六角铜柱、下固定板、麦克纳姆轮、车轮固定架、直流减速电机、轴承固定座、车轮固定法兰、球轴承、伺服电缸和直线轴承，所述六角铜柱设置有多个，并且分别与上固定板、下固定板垂直固定安装，所述车轮固定架设置有多个，固定安装在下固定板的下侧面，所述直流减速电机设置有多个，分别固定安装在车轮固定架上，所述麦克纳姆轮有多个，通过车轮固定法兰与直流减速电机的输出轴固定在一起，所述轴承固定座有多个，固定安装在下固定板的上侧面，所述球轴承固定安装在轴承固定座内，所述伺服电缸有多个，其尾部与球轴承固定连接，活动端穿过上固定板的固定孔，固定连接在固定板上，所述直线轴承设置有多个，固定安装在下固定板上，导向光轴的端部活动设置在所述直线轴承内。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明提供的一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，驱动机构为整个机器人在管道内运动提供动力，当深度相机检测到管道内壁的缺陷后，机器人会移动到需要修磨的部位，位于修磨机构两侧的支撑固定机构的六个定心电缸同时伸出，将整个机器人在管道内固定起来，修磨机构具有两个移动自由度和一个旋转自由度，共计三个自由度，然后通过工业相机的辅助，对管道内壁的缺陷进行修磨。本发明具备以下技术优势：
a)可变径设计：机器人可以自动适应不同直径的钢管，从而降低设备更换和调整的时间成本；
b)高精度修磨：利用支撑固定机构和修磨组件，实现高精度的内壁修磨，提高管道内壁光滑程度和精度；
c)环境适应性：机器人在设计中充分考虑了管道内部液体、气体等因素，能够在复杂环境中稳定运行。
综上所述，本发明将在管道内壁修磨领域带来重要的技术突破，弥补现有技术的不足之处，为管道维护提供了一种高效、高精度的解决方案。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明未体现工控机和电源的结构示意图；
图2为本发明修磨机构的结构示意图；
图3为本发明修磨组件的结构示意图；
图4为本发明其中一个支撑固定机构的结构示意图；
图5为本发明其中一个驱动机构的结构示意图；
图6为本发明升降驱动组件的结构示意图；
图中，修磨机构1、支撑固定机构2、驱动机构3、深度相机4、照明灯5、工业相机6、底平台11、第一连接板12、第二定平台13、第三定平台14、调姿电机15、修磨组件16、回转支撑轴承17、修磨砂轮1601、第一电机固定板1602、第二电机固定板1603、第一导轨滑台1604、第二导轨滑台1605、修磨电机1606、砂轮连接杆1607、连接轴21、定心电缸22、第四定平台23、第一肋板31、固定板32、第二肋板33、抱轴法兰34、导向光轴35、升降驱动组件36、上固定板3601、六角铜柱3602、下固定板3603、麦克纳姆轮3604、车轮固定架3605、直流减速电机3606、轴承固定座3607、车轮固定法兰3608、球轴承3609、伺服电缸3610、直线轴承3611。
具体实施方式
如图1-图6所示，本发明提供的一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，包括有修磨机构1、支撑固定机构2、驱动机构3、深度相机4、照明灯5、工业相机6、工控机和电源，修磨机构1由调姿电机15、回转支撑轴承17以及定平台组成，通过调姿电机15和回转支撑轴承17共同配合，为修磨机构1提供一个旋转的自由度；支撑固定机构2有两个，分别位于修磨机构1两侧，用于与钢管内壁进行固定；驱动机构3设置有两个，分别安装在两个支撑固定机构2上，用以驱动机器人沿着钢管内壁行进；深度相机4和照明灯5位于机器人的前端并且安装在其中一个驱动机构3上，通过深度相机4和照明灯5捕获钢管的内壁状况，为钢管内壁的修磨和机器人的运动提供环境信息；工业相机6在修磨机构1上设置有多个，工业相机6设置有用以观察修磨砂轮1601修磨状况的灯，工业相机6通过数据线与钢管外部的工控机连接，电源用于为机器人供电。本申请的创新点不在工业相机6与工控机等的控制原理上，此控制原理属于现有技术，在此不再赘述。
其中，修磨机构1还包括有底平台11、两个第一连接板12、第二定平台13、第三定平台14、修磨组件16，两个第一连接板12分别安装在底平台11的两端，修磨组件16固定在底平台11上，调姿电机15的转子与其中一个第一连接板12固定连接，调姿电机15的外壳与第三定平台14固定连接，回转支撑轴承17一端与另一个第一连接板12固定连接，另一端与第二定平台13固定连接。
具体地，修磨组件16包括有修磨砂轮1601、第一电机固定板1602、第二电机固定板1603、第一导轨滑台1604、第二导轨滑台1605、修磨电机1606和砂轮连接杆1607，第一导轨滑台1604设置有两个，并且对称设置在底平台11上，两个第一导轨滑台1604的滑块与第二导轨滑台1605的底座固定安装，第一电机固定板1602、第二电机固定板1603垂直安装，第二电机固定板1603固定在第二导轨滑台1605的滑台上，修磨电机1606安装在第一电机固定板1602上，这样修磨组件就有了两个移动的自由度，修磨电机1606的输出轴与砂轮连接杆1607固定连接，砂轮连接杆1607和修磨砂轮1601固定连接，并且修磨电机1606的输出轴和第一导轨滑台1604的导轨平行。修磨电机1606通过电机安装孔固定在第一电机固定板1602上，第一电机固定板1602和第二电机固定板1603通过螺钉固定连接。
其中，支撑固定机构2包括有连接轴21、定心电缸22以及与驱动机构3连接的第四定平台23，第四定平台23、第三定平台14、第二定平台13均为同轴并且平行设置，第四定平台23与第三定平台14/第二定平台13均通过连接轴21固定连接，定心电缸22关于第四定平台23的中心均布设置有三个。
其中，驱动机构3包括有第一肋板31、固定板32、第二肋板33、抱轴法兰34、导向光轴35和升降驱动组件36，固定板32垂直固定在第四定平台23上并且穿过第四定平台23的中心，升降驱动组件36设置有两个，对称分布在固定板32上、下两侧，抱轴法兰34有两个，固定安装在固定板32上，导向光轴35通过抱轴法兰34与固定板32固定连接，导向光轴35在固定板32两侧预留长度一致，并且端部与升降驱动组件36连接。
具体地，第一肋板31和第二肋板33均设置有两个，分别位于固定板32的上下两侧，并且两个第一肋板31、两个第二肋板33均位于升降驱动组件36两侧。
其中，升降驱动组件36包括上固定板3601、六角铜柱3602、下固定板3603、麦克纳姆轮3604、车轮固定架3605、直流减速电机3606、轴承固定座3607、车轮固定法兰3608、球轴承3609、伺服电缸3610和直线轴承3611，六角铜柱3602设置有多个，并且分别与上固定板3601、下固定板3603垂直固定安装，车轮固定架3605设置有多个，固定安装在下固定板3603的下侧面，直流减速电机3606设置有多个，分别固定安装在车轮固定架3605上，麦克纳姆轮3604有多个，通过车轮固定法兰3608与直流减速电机3606的输出轴固定在一起，轴承固定座3607有多个，固定安装在下固定板3603的上侧面，球轴承3609固定安装在轴承固定座3607内，伺服电缸3610有多个，其尾部与球轴承3609固定连接，活动端穿过上固定板3601的固定孔，固定连接在固定板32上，直线轴承3611设置有多个，固定安装在下固定板3603上，导向光轴35的端部活动设置在直线轴承3611内。
在具体的实施中，本方案还可以提供远程操控和自主控制两种工作模式，用户可以根据具体情况选择合适的操作方式；
此外，针对修磨过程中的安全风险，本方案还可以配备多种安全措施，如紧急停止按钮、碰撞检测等，确保操作人员和设备的安全。
本方案针对管道内壁修磨领域的技术挑战包括但不限于以下几点：实现钢管内壁修磨的高精度和稳定性；可以自适应不同管道直径进行修磨作业；提供远程操控和自主控制两种工作模式，确保操作的安全性和便捷性；设计高效的修具，以确保修磨过程的顺畅和修磨效果的优良；充分考虑环境因素，如管道内液体、气体等，确保机器人可以在复杂环境中正常运行。
以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，其特征在于：包括有修磨机构（1）、支撑固定机构（2）、驱动机构（3）、深度相机（4）、照明灯（5）、工业相机（6）、工控机和电源，所述修磨机构（1）由调姿电机（15）、回转支撑轴承（17）以及定平台组成，通过调姿电机（15）和回转支撑轴承（17）共同配合，为修磨机构（1）提供一个旋转的自由度；所述支撑固定机构（2）有两个，分别位于修磨机构（1）两侧，用于与钢管内壁进行固定；所述驱动机构（3）设置有两个，分别安装在两个支撑固定机构（2）上，用以驱动机器人沿着钢管内壁行进；所述深度相机（4）和照明灯（5）位于机器人的前端并且安装在其中一个驱动机构（3）上，通过深度相机（4）和照明灯（5）捕获钢管的内壁状况，为钢管内壁的修磨和机器人的运动提供环境信息；所述工业相机（6）设置在修磨机构（1）上，工业相机（6）设置有用以观察修磨砂轮（1601）修磨状况的灯，所述工业相机（6）通过数据线与钢管外部的工控机连接，所述电源用于为机器人供电。
2.根据权利要求1所述的一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，其特征在于：所述修磨机构（1）还包括有底平台（11）、两个第一连接板（12）、第二定平台（13）、第三定平台（14）、修磨组件（16），两个第一连接板（12）分别安装在底平台（11）的两端，所述修磨组件（16）固定在底平台（11）上，所述调姿电机（15）的转子与其中一个第一连接板（12）固定连接，所述调姿电机（15）的外壳与第三定平台（14）固定连接，所述回转支撑轴承（17）一端与另一个第一连接板（12）固定连接，另一端与第二定平台（13）固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，其特征在于：所述修磨组件（16）包括有修磨砂轮（1601）、第一电机固定板（1602）、第二电机固定板（1603）、第一导轨滑台（1604）、第二导轨滑台（1605）、修磨电机（1606）和砂轮连接杆（1607），所述第一导轨滑台（1604）设置有两个，并且对称设置在底平台（11）上，两个所述第一导轨滑台（1604）的滑块与第二导轨滑台（1605）的底座固定安装，所述第一电机固定板（1602）、第二电机固定板（1603）垂直安装，所述第二电机固定板（1603）固定在第二导轨滑台（1605）的滑台上，所述修磨电机（1606）安装在第一电机固定板（1602）上，所述修磨电机（1606）的输出轴与砂轮连接杆（1607）固定连接，所述砂轮连接杆（1607）和修磨砂轮（1601）固定连接，并且所述修磨电机（1606）的输出轴和第一导轨滑台（1604）的导轨平行。
4.根据权利要求2所述的一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，其特征在于：所述支撑固定机构（2）包括有连接轴（21）、定心电缸（22）以及与所述驱动机构（3）连接的第四定平台（23），所述第四定平台（23）、第三定平台（14）、第二定平台（13）均为同轴并且平行设置，所述第四定平台（23）与第三定平台（14）/第二定平台（13）均通过所述连接轴（21）固定连接，所述定心电缸（22）关于第四定平台（23）的中心均布设置有三个。
5.根据权利要求4所述的一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，其特征在于：所述驱动机构（3）包括有第一肋板（31）、固定板（32）、第二肋板（33）、抱轴法兰（34）、导向光轴（35）和升降驱动组件（36），所述固定板（32）垂直固定在第四定平台（23）上，所述升降驱动组件（36）设置有两个，对称分布在固定板（32）上、下两侧，所述抱轴法兰（34）有两个，固定安装在固定板（32）上，所述导向光轴（35）通过抱轴法兰（34）与固定板（32）固定连接，所述导向光轴（35）在固定板（32）两侧预留长度一致，并且端部与升降驱动组件（36）连接。
6.根据权利要求5所述的一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，其特征在于：所述第一肋板（31）和第二肋板（33）均设置有两个，分别位于固定板（32）的上下两侧，并且两个第一肋板（31）、两个第二肋板（33）均位于升降驱动组件（36）两侧。
7.根据权利要求5所述的一种可变径高精度钢管内壁修磨机器人，其特征在于：所述升降驱动组件（36）包括上固定板（3601）、六角铜柱（3602）、下固定板（3603）、麦克纳姆轮（3604）、车轮固定架（3605）、直流减速电机（3606）、轴承固定座（3607）、车轮固定法兰（3608）、球轴承（3609）、伺服电缸（3610）和直线轴承（3611），所述六角铜柱（3602）设置有多个，并且分别与上固定板（3601）、下固定板（3603）垂直固定安装，所述车轮固定架（3605）设置有多个，固定安装在下固定板（3603）的下侧面，所述直流减速电机（3606）设置有多个，分别固定安装在车轮固定架（3605）上，所述麦克纳姆轮（3604）有多个，通过车轮固定法兰（3608）与直流减速电机（3606）的输出轴固定在一起，所述轴承固定座（3607）有多个，固定安装在下固定板（3603）的上侧面，所述球轴承（3609）固定安装在轴承固定座（3607）内，所述伺服电缸（3610）有多个，其尾部与球轴承（3609）固定连接，活动端穿过上固定板（3601）的固定孔，固定连接在固定板（32）上，所述直线轴承（3611）设置有多个，固定安装在下固定板（3603）上，导向光轴（35）的端部活动设置在所述直线轴承（3611）内。
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- 2023-10-11 CN CN202311308764.2A patent/CN117047582A/zh active Pending
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