CN216830862U - 一种筒体内壁操控机器人设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种筒体内壁操控机器人设备，该筒体内壁操控机器人设备包括移动轨道和操控机器人；操控机器人的两个移动关节对称安装于移动轨道，并能够沿移动轨道的延伸方向移动；在两个移动关节相对的一侧均安装有一个旋转关节，旋转关节能够转动地装配于移动关节；主体框架与旋转关节一一对应且固定连接；伸缩关节铰接于两个主体框架之间，并能够沿与移动轨道垂直的方向伸展和收缩；在伸缩关节的端部通过末端转动关节安装有末端适配器。上述机器人设备能够解决现有大型筒体内壁检修、探伤、贴片、喷涂等操作自动化程度低、生产效率低、操作环境恶劣、人工操作质量控制困难等问题。

Description

一种筒体内壁操控机器人设备

技术领域

本实用新型涉及航空航天设备制造技术领域，具体涉及一种筒体内壁操控机器人设备。

背景技术

在航空、航天等特殊领域中，经常需要对大型筒体进行加工。大型筒体内壁操作空间有限，局部密闭环境，不利于自动化检修和生产，大部分的检修、探伤、贴片、喷涂等操作作业均采用人工操作为主，质量控制难度大，环境恶劣，不利于工人身心健康。因此，在现有大型筒体内壁检修、探伤、贴片、喷涂等操作过程中存在自动化程度低、生产效率低、操作环境恶劣、人工操作质量控制困难等诸多问题，成为制约大型筒体产品质量可靠、高效生产的关键问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种筒体内壁操控机器人设备，解决现有大型筒体内壁检修、探伤、贴片、喷涂等操作自动化程度低、生产效率低、操作环境恶劣、人工操作质量控制困难等问题。

本实用新型采用以下具体技术方案：

一种筒体内壁操控机器人设备，该筒体内壁操控机器人设备包括移动轨道和操控机器人；

所述操控机器人包括移动关节、旋转关节、伸缩关节、末端转动关节、末端适配器以及主体框架；

两个所述移动关节对称安装于所述移动轨道，并能够沿所述移动轨道的延伸方向移动；

在两个所述移动关节相对的一侧均安装有一个所述旋转关节，所述旋转关节能够转动地装配于所述移动关节；

所述主体框架与所述旋转关节一一对应且固定连接；

所述伸缩关节铰接于两个所述主体框架之间，并能够沿与所述移动轨道垂直的方向伸展和收缩；

在所述伸缩关节的端部通过所述末端转动关节安装有所述末端适配器。

更进一步地，所述移动轨道包括线性导轨、固定安装于所述线性导轨的齿条以及沿所述线性导轨延伸的供电滑触线；

所述移动关节包括与所述线性导轨滚动配合的导向轮、与所述齿条啮合的齿轮以及驱动所述齿轮转动的移动伺服电机。

更进一步地，所述旋转关节包括固定安装于所述移动关节的旋转伺服电机和能够绕所述移动轨道转动的转盘；

所述旋转伺服电机与所述转盘传动连接，用于驱动所述转盘转动。

更进一步地，所述旋转伺服电机通过齿轮传动机构与所述转盘传动连接。

更进一步地，所述转盘的内周侧设置有与所述齿轮传动机构啮合的内齿圈。

更进一步地，所述供电滑触线采用低压直流滑触线。

更进一步地，所述伸缩关节采用模块化的叉式伸缩机构。

更进一步地，所述线性导轨为钢制导轨或铝制导轨。

更进一步地，所述主体框架采用轻质硬铝合金制成。

更进一步地，所述末端转动关节采用电缸或气缸驱动。

有益效果：

本实用新型的筒体内壁操控机器人设备通过移动轨道为操控机器人进入筒体内提供了基础，通过移动关节沿移动轨道的运动能够实现操控机器人沿筒体轴向的位置调节，满足长短各异的不同筒体的柔性自适应生产，移动过程不接触筒体，适应性强，切换速度快，设备利用率高；通过安装于移动关节的旋转关节的驱动能够实现沿筒体内壁周向的角度调节；通过伸缩关节实现在筒体内部径向方向的位置调节，具有广泛的伸展特性，可适用于小收口，大半径的筒体适用工况，满足了特种筒体的自动化生产需求；同时，在伸缩关节的端部通过末端转动关节安装有末端适配器，便于安装各种工具头，从而能够实现对筒体内壁各处的检修、探伤、贴片、喷涂等操作，在满足自动化生产需求同时，可提高生产效率、降低生产成本且提高产品质量；并且采用高精密、高可靠性的伺服电机进行操作控制既能满足定位精度要求，也可以通过程控编程方式适用各种工艺需求，具有更加广泛的适用性。

因此，采用本实用新型的筒体内壁操控机器人设备能够提高生产效率、降低生产成本且提高产品质量，满足大型筒体内壁检修、探伤、贴片、喷涂等操作，并具有操作稳定、精度高、非接触式的特点，满足端头收口等小尺寸筒体使用，并能对生产质量进行实时监控，是解决大型筒体内壁检修、探伤、贴片、喷涂等自动化生产的有效途径。

附图说明

图1为本实用新型筒体内壁操控机器人设备的立体结构示意图；

图2为本实用新型筒体内壁操控机器人设备的布局示意图；

图3为图1中筒体内壁操控机器人设备的操控机器人的立体结构示意图；

图4为本实用新型操控机器人的旋转伺服电机和移动伺服电机的安装结构示意图。

其中，1-移动轨道，2-移动关节，3-旋转关节，4-伸缩关节，5-末端转动关节，6-末端适配器，7-主体框架，8-齿条，9-导向轮，10-移动伺服电机，11-旋转伺服电机，12-转盘

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型实施例提供了一种筒体内壁操控机器人设备，如图1和图2结构所示，该筒体内壁操控机器人设备包括移动轨道1和操控机器人；移动轨道1作为操控机器人的工作轨道，实现对操控机器人的支承以及快速平稳定位移动；移动轨道1可以包括线性导轨、固定安装于线性导轨的齿条8以及沿线性导轨延伸的供电滑触线；还可以在线性导轨上设置丝杠代替齿条8；供电滑触线可以采用低压直流滑触线；线性导轨可以采用钢制导轨或铝制导轨，以适用不同生产需求，通过线性导轨、丝杠或者齿条8等的配合形成高精密移动轨道1，以满足操控机器人移动和定位需求；

如图3结构所示，操控机器人包括两个移动关节2、两个旋转关节3、一个伸缩关节4、一个末端转动关节5、一个末端适配器6以及两个主体框架7；各关节在主体框架7的约束下协同工作，以满足不同规格筒体的使用要求；

两个移动关节2对称安装于移动轨道1，并能够沿移动轨道1的延伸方向移动；两个移动关节2沿移动轨道1间隔设置，形成操控机器人在移动轨道1上的两个支点；如图4结构所示，移动关节2包括与线性导轨滚动配合的导向轮9、与齿条8啮合的齿轮以及驱动齿轮转动的移动伺服电机10；导向轮9可以设置有与线性导轨形状配合的导向槽；移动关节2为操控机器人沿移动轨道1的平稳移动提供足够动力；

在两个移动关节2相对的一侧均安装有一个旋转关节3，旋转关节3能够转动地装配于移动关节2；在每个移动关节2上设置一个旋转关节3，通过对称设置的两个旋转关节3实现在周向的转动；如图4结构所示，旋转关节3可以包括固定安装于移动关节2的旋转伺服电机11和能够绕移动轨道1转动的转盘12；旋转伺服电机11与转盘12传动连接，用于驱动转盘12转动；旋转伺服电机11可以通过齿轮传动机构与转盘12传动连接，转盘12的内周侧设置有与齿轮传动机构啮合的内齿圈；旋转关节3协同伸缩关节4和末端转动关节5实现设备精确调姿，满足筒体内壁工作要求；

主体框架7与旋转关节3一一对应且固定连接；主体框架7满足末端工具的负载要求，是各关节之间协同工作的基础；主体框架7可以采用轻质硬铝合金制成，采用轻质硬铝合金材料制备主体框架7在满足轻量化的同时具有足够的结构强度；

伸缩关节4铰接于两个主体框架7之间，并能够沿与移动轨道1垂直的方向伸展和收缩；伸缩关节4采用模块化的叉式伸缩机构，确保操控机器人具有足够小的外包络尺寸，满足小口径出入口的进出要求。同时通过叉式多级伸展，满足大型筒体作业半径的尺寸要求。伸缩关节4机构可采用多种方式的对称布置，确保操控机器人具有足够的负载强度，同时不同的布置方式也可以带动多种末端工具，以满足不同的使用工况；伸缩关节4可以采用模块化的叉式伸缩机构；叉式多级伸缩机构可实现大型筒体收口直径600mm以上，筒体直径2500mm以内的产品生产需要，适用范围广泛；

在伸缩关节4的端部通过末端转动关节5安装有末端适配器6；末端转动关节5可以采用电缸或气缸驱动。

上述筒体内壁操控机器人设备通过移动轨道1为操控机器人进入筒体内提供了基础，通过移动关节2沿移动轨道1的运动能够实现操控机器人沿筒体轴向的位置调节，满足长短各异的不同筒体的柔性自适应生产，移动过程不接触筒体，适应性强，切换速度快，设备利用率高；通过安装于移动关节2的旋转关节3的驱动能够实现沿筒体内壁周向的角度调节；通过伸缩关节4实现在筒体内部径向方向的位置调节，具有广泛的伸展特性，可适用于小收口，大半径的筒体适用工况，满足了特种筒体的自动化生产需求；同时，在伸缩关节4的端部通过末端转动关节5安装有末端适配器6，便于安装各种工具头，从而能够实现对筒体内壁各处的检修、探伤、贴片、喷涂等操作，在满足自动化生产需求同时，可提高生产效率、降低生产成本且提高产品质量；并且采用高精密、高可靠性的伺服电机进行操作控制既能满足定位精度要求，也可以通过程控编程方式适用各种工艺需求，具有更加广泛的适用性。

因此，采用本实用新型的筒体内壁操控机器人设备能够提高生产效率、降低生产成本且提高产品质量，满足大型筒体内壁检修、探伤、贴片、喷涂等操作，并具有操作稳定、精度高、非接触式的特点，满足端头收口等小尺寸筒体使用，并能对生产质量进行实时监控，是解决大型筒体内壁检修、探伤、贴片、喷涂等自动化生产的有效途径。

上述筒体内壁操控机器人设备中，通过采用移动伺服电机10和旋转伺服电机11驱动，能够确保操控机器人具有足够的控制定位精度，如图4结构所示，各关节伺服电机和控制电路可集成于主体框架7内，使得设备集成度高，通过滑触线供电，无线信号的传输，运行轻便，可靠度高，并且可长期稳定运行。

采用上述结构的筒体内壁操控机器人设备，通过各关节和主体框架7协作执行，在移动轨道1上精确移动，满足大小不同产品的生产需求；操控机器人在移动轨道1上可实现前后移动、绕轨旋转、垂直伸缩和末端转动等功能，满足大型筒体内壁及各端封头的工作需求，使用灵活，可满足多种类型筒体的使用要求，直径、长度大于等于0.5米的筒体均可适用，操作定位精度高于0.05mm。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种筒体内壁操控机器人设备，其特征在于，包括移动轨道和操控机器人；

所述操控机器人包括移动关节、旋转关节、伸缩关节、末端转动关节、末端适配器以及主体框架；

两个所述移动关节对称安装于所述移动轨道，并能够沿所述移动轨道的延伸方向移动；

在两个所述移动关节相对的一侧均安装有一个所述旋转关节，所述旋转关节能够转动地装配于所述移动关节；

所述主体框架与所述旋转关节一一对应且固定连接；

所述伸缩关节铰接于两个所述主体框架之间，并能够沿与所述移动轨道垂直的方向伸展和收缩；

在所述伸缩关节的端部通过所述末端转动关节安装有所述末端适配器。

2.如权利要求1所述的筒体内壁操控机器人设备，其特征在于，所述移动轨道包括线性导轨、固定安装于所述线性导轨的齿条以及沿所述线性导轨延伸的供电滑触线；

所述移动关节包括与所述线性导轨滚动配合的导向轮、与所述齿条啮合的齿轮以及驱动所述齿轮转动的移动伺服电机。

3.如权利要求1所述的筒体内壁操控机器人设备，其特征在于，所述旋转关节包括固定安装于所述移动关节的旋转伺服电机和能够绕所述移动轨道转动的转盘；

所述旋转伺服电机与所述转盘传动连接，用于驱动所述转盘转动。

4.如权利要求3所述的筒体内壁操控机器人设备，其特征在于，所述旋转伺服电机通过齿轮传动机构与所述转盘传动连接。

5.如权利要求4所述的筒体内壁操控机器人设备，其特征在于，所述转盘的内周侧设置有与所述齿轮传动机构啮合的内齿圈。

6.如权利要求2所述的筒体内壁操控机器人设备，其特征在于，所述供电滑触线采用低压直流滑触线。

7.如权利要求1-6任一项所述的筒体内壁操控机器人设备，其特征在于，所述伸缩关节采用模块化的叉式伸缩机构。

8.如权利要求2或6所述的筒体内壁操控机器人设备，其特征在于，所述线性导轨为钢制导轨或铝制导轨。

9.如权利要求1-6任一项所述的筒体内壁操控机器人设备，其特征在于，所述主体框架采用轻质硬铝合金制成。

10.如权利要求1-6任一项所述的筒体内壁操控机器人设备，其特征在于，所述末端转动关节采用电缸或气缸驱动。

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