一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，包括自驱履带组件、自适应组件、导杆支撑组件、光电测量/加工组件、动态聚焦组件和光纤转接头；自驱履带组件和自适应组件均设置有三组，每组自驱履带组件均通过对应的自适应组件设置在导杆支撑组件上，每组自适应组件均包括两个相对设置的自适应连杆，所述自适应连杆呈“人”字形，“人”字形顶部与自驱履带组件相连，“人”字形底部固定安装在导杆支撑组件上，光电测量/加工组件设置在导杆支撑组件的前端，光纤转接头设置在导杆支撑组件的后端；所述动态聚焦组件定位安装在导杆支撑组件的内部。本发明专利技术能够适应不同直径的管道、结构简单、灵活性好，具有极高的可通过性。

An adaptive integrated robot for photoelectric measurement and processing of special-shaped pipes

The invention provides an adaptive special-shaped pipeline photoelectric measuring and processing integrated robot, which comprises a self-driving crawler assembly, an adaptive component, a guide rod support assembly, an optoelectronic measuring/processing assembly, a dynamic focusing assembly and an optical fiber adapter; the self-driving crawler assembly and an adaptive assembly are arranged in three groups, each of which is a self-driving crawler assembly. Each adaptive component consists of two relatively set adaptive connecting rods. The adaptive connecting rods are in the shape of \human\. The top of the adaptive connecting rod is connected with the self-driving crawler component, and the bottom of the \human\ is fixed on the guide rod supporting component. The measurement/machining assembly is arranged at the front end of the guide rod support assembly, and the optical fiber adapter is arranged at the back end of the guide rod support assembly. The invention can adapt to pipelines of different diameters, has simple structure, good flexibility and high throughput.

【技术实现步骤摘要】
一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人
本专利技术属于精密测量与加工领域，具体涉及一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人。
技术介绍
管道作为水、石油、煤气等气态和液态物质的重要输送工具之一，一般深埋在地下、海底、空中或者建筑物中，难以检测、清扫和维修，一旦因管道污染、腐蚀或破损就会引起运送物质的污染，甚至管道系统的崩溃，造成巨大的经济损失或人类健康安全，因此孕育而生了各种管道机器人。管道机器人能进入人所不及、复杂多变的非结构化管道环境中，通过携带的无损检测装置和作业装置，完成管道的检测、清扫和维护等任务，降低人工作业的的危险性，减轻人的劳动强度。国内外针对管道机器人的研究已经有了长足的发展，常见的行走方式多为惯性冲击行走、蠕动爬行、弹性驱动行走或轮式行走等，但是通过对比研究，不难发现，现有管道机器人的整体结构和驱动原理相对复杂；对非中心对称的复杂变化管径(如具有椭圆、不规则多边形等管截面)的异形管道无法实现自适应；对于这些异形管道，迫切的需要自适应机器人进行测量(尤其是非接触、无损检测)和加工作业，而目前市场上尚未有很好的解决方案。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，提供了一种能够适应不同直径的管道、结构简单、灵活性好的自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，包括自驱履带组件、自适应组件、导杆支撑组件、光电测量/加工组件、动态聚焦组件和光纤转接头；所述自驱履带组件和自适应组件均设置有三组，每组自驱履带组件均通过对应的自适应组件设置在导杆支撑组件上，相邻两组自驱履带组件之间的夹角为120度；每组自适应组件均包括两个相对设置的自适应连杆，所述自适应连杆呈“人”字形，“人”字形顶部与自驱履带组件相连，“人”字形底部固定安装在导杆支撑组件上，所述光电测量/加工组件设置在导杆支撑组件的前端，所述光纤转接头设置在导杆支撑组件的后端；所述动态聚焦组件定位安装在导杆支撑组件的内部；所述自适应连杆包括定位轴、两个锁紧螺母、两根第一连杆、两根第二连杆、两个轴承座、连接轴和直线轴承座；定位轴的两端分别与左板和右板上位置对应的两个连杆安装孔同轴装配，并通过两个锁紧螺母实现锁紧；两根第一连杆相互平行，两根第一连杆的一端均与定位轴同轴装配，另一端均与连接轴同轴装配；两根第二连杆相互平行，两根第二连杆的一端均安装在第一连杆上，并与第一连杆的中间通孔同轴配合装配，另一端均安装在导杆支撑组件上；连接轴通过两个轴承座安装在直线轴承座的上表面；所述导杆支撑组件包括两个限位卡件、刚性压簧、导向轴、支撑轴、橡胶限位套、光轴固定环、第一连杆法兰底座、第二棱柱连接杆和第二连杆法兰底座；所述第一连杆法兰底座和第二连杆法兰底座结构相同，表面均设置有三组连接孔，每组连接孔均用于与自适应连杆中的第一连杆通过销轴配合连接；所述支撑轴为空心轴，其穿过第一连杆法兰底座和第二连杆法兰底座中部的通孔，并通过一对光轴固定环定位；两个限位卡件分别同轴安装在两端支撑轴的两端；支撑轴的上表面沿轴向方向设置有一开口槽；第一连杆法兰底座与第二连杆法兰底座之间通过多根第二棱柱连接杆实现等距平行连接；所述光纤转接头设置在支撑轴后端，并通过自锁装置实现同轴装配；导向轴共有三根，围绕支撑轴均匀设置，并与第一连杆法兰底座、第二连杆法兰底座、限位卡件上的定位通孔同轴配合；每根导向轴上均安装有两组橡胶限位套与刚性压簧；自适应连杆中的直线轴承座安装在导向轴上，并与刚性压簧抵接；所述光电测量/加工组件包括方形安装架、电机驱动组件和共轴激光测量与加工装置；所述方形安装架呈中空的长方体结构，其前后方中心分别设有第一通孔与第二通孔，环绕第二通孔均匀设置三个定位孔，其侧前方对称设置了个螺纹孔；所述方形安装架通过穿过三个定位孔的螺栓固定安装在导杆支撑组件上，并使得第二通孔与支撑轴的空心孔位置相对；所述电机驱动组件包括电机、电机支架、驱动齿轮，驱动齿轮与电机的转轴同轴装配；电机通过电机支架安装在方形安装架侧面；所述共轴激光测量与加工装置包括螺纹轴、圆螺母、角接触球轴承、从动齿轮、U形法兰座、45°反射镜、U形安装座、无线CCD相机和CCD相机安装架；所述螺纹轴两端均设有外螺纹，中间为空心光轴，且轴外侧设有一道直通矩形凹槽；所述螺纹轴的空心部分与支撑轴的空心孔位置相对，且轴线重合；圆螺母、角接触球轴承及从动齿轮依次安装在螺纹轴上，角接触球轴承的外圈与第一通孔的内壁同轴配合，从动齿轮通过键槽配合固定在螺纹轴中部，并与驱动齿轮互相啮合，所述U形法兰座一侧开有内螺纹通孔，并与螺纹轴通过螺纹配合实现装配，另一侧设有通槽，在其侧面开有两个第三通孔，U形安装座置于通槽内，并与两侧的第三通孔同轴配合安装，无线CCD相机与CCD相机安装架固定安装在U形安装座一侧，45°反射镜固定安装在U形安装座另一侧；所述动态聚焦组件包括第一轴向法兰轴承座、丝杠、转接方形卡件、丝杠螺母座、延伸轴、聚焦透镜、第二轴向法兰轴承座、膜片联轴器、电机支座和镜片电机，所述丝杠、转接方形卡件、丝杠螺母座、膜片联轴器、镜片电机同轴配合安装，组成线性移动动力输出装置；所述第一轴向法兰轴承座和第二轴向法兰轴承座的上下两端均设置有通孔，丝杠的两端支撑安装在第一轴向法兰轴承座和第二轴向法兰轴承座的上端通孔上；所述第一轴向法兰轴承座和第二轴向法兰轴承座均通过下端通孔套装在支撑轴上，与支撑轴同轴配合，并通过底部的定位螺纹孔实现锁紧；聚焦透镜通过延伸轴安装在转接方形卡件上，通过支撑轴上表面的开口槽伸入支撑轴的内部空腔内，并在空间位置上与支撑轴同轴；在线性移动动力输出装置的驱动下聚焦透镜可在支撑轴的内部空腔内沿着支撑轴的轴线移动实现动态调整焦聚。进一步的，所述自驱履带组件包括自驱组件和桁架组件，自驱组件安装固定在桁架组件上；所述桁架组件包括左板、右板和四根第一棱柱连接杆，四根第一棱柱连接杆安装在左板与右板之间，使得左板与右板相互平行位置相对；左板和右板的两端均设置有一个位置对应的轴承安装孔，左板和右板的中部均设置有两个位置对应的连杆安装孔；所述自驱组件包括防滑履带、减速电机、减速电机支架、主动锥齿轮、从动锥齿轮、第一深沟球轴承、第一阶梯轴、限位法兰、第一同步轮、第二同步轮、同步带、凸轮轴承导向器、第三同步轮、第二深沟球轴承、第四同步轮和第二阶梯轴；减速电机通过减速电机支架安装在左板上，主动锥齿轮与从动锥齿轮组成一对啮合齿轮副，分别与减速电机的输出轴和第一阶梯轴同轴装配；第一同步轮通过两个限位法兰固定安装在第一阶梯轴上，第一阶梯轴的两端通过两个第一深沟球轴承安装在左板和右板之间；第二同步轮、同步带、凸轮轴承导向器、第三同步轮共同组成动力传递组件，其中第二同步轮与第三同步轮分别同轴装配在第一阶梯轴与第二阶梯轴的同侧，凸轮轴承导向器安装在右板中部螺纹孔处，对同步带起到张紧作用，第四同步轮固定安装在第二阶梯轴中间，第二阶梯轴的两端通过两个第二深沟球轴承安装在左板和右板之间；防滑履带缠绕在第一同步轮和第四同步轮上，第一同步轮转动的同时带动防滑履带运动。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术采用了三组独立电机驱动的防滑履带接触管道内壁，当管道内径发生变化时，通过自适应连杆与刚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，其特征在于，包括自驱履带组件(1)、自适应组件(2)、导杆支撑组件(3)、光电测量/加工组件(4)、动态聚焦组件(5)和光纤转接头(6)；所述自驱履带组件(1)和自适应组件(2)均设置有三组，每组自驱履带组件(1)均通过对应的自适应组件(2)设置在导杆支撑组件(3)上，相邻两组自驱履带组件(1)之间的夹角为120度；每组自适应组件(2)均包括两个相对设置的自适应连杆，所述自适应连杆呈“人”字形，“人”字形顶部与自驱履带组件(1)相连，“人”字形底部固定安装在导杆支撑组件(3)上，所述光电测量/加工组件(4)设置在导杆支撑组件(3)的前端，所述光纤转接头(6)设置在导杆支撑组件(3)的后端；所述动态聚焦组件(5)定位安装在导杆支撑组件(3)的内部；所述自适应连杆包括定位轴(201)、两个锁紧螺母(202)、两根第一连杆(203)、两根第二连杆(204)、两个轴承座(205)、连接轴(206)和直线轴承座(207)；定位轴(201)的两端分别与左板(10201)和右板(10202)上位置对应的两个连杆安装孔同轴装配，并通过两个锁紧螺母(202)实现锁紧；两根第一连杆(203)相互平行，两根第一连杆(203)的一端均与定位轴(201)同轴装配，另一端均与连接轴(206)同轴装配；两根第二连杆(204)相互平行，两根第二连杆(204)的一端均安装在第一连杆(203)上，并与第一连杆(203)的中间通孔同轴配合装配，另一端均安装在导杆支撑组件(3)上；连接轴(206)通过两个轴承座(205)安装在直线轴承座(207)的上表面；所述导杆支撑组件(3)包括两个限位卡件(301)、刚性压簧(302)、导向轴(303)、支撑轴(304)、橡胶限位套(305)、光轴固定环(306)、第一连杆法兰底座(307)、第二棱柱连接杆(308)和第二连杆法兰底座(309)；所述第一连杆法兰底座(307)和第二连杆法兰底座(309)结构相同，表面均设置有三组连接孔，每组连接孔均用于与自适应连杆中的第一连杆(203)通过销轴配合连接；所述支撑轴(304)为空心轴，其穿过第一连杆法兰底座(307)和第二连杆法兰底座(309)中部的通孔，并通过一对光轴固定环(306)定位；两个限位卡件(301)分别同轴安装在两端支撑轴(304)的两端；支撑轴(304)的上表面沿轴向方向设置有一开口槽(3041)；第一连杆法兰底座(307)与第二连杆法兰底座(309)之间通过多根第二棱柱连接杆(308)实现等距平行连接；所述光纤转接头(6)设置在支撑轴(304)后端，并通过自锁装置实现同轴装配；导向轴(303)共有三根，围绕支撑轴(304)均匀设置，并与第一连杆法兰底座(307)、第二连杆法兰底座(309)、限位卡件(301)上的定位通孔同轴配合；每根导向轴(303)上均安装有两组橡胶限位套(305)与刚性压簧(302)；自适应连杆中的直线轴承座(207)安装在导向轴(303)上，并与刚性压簧(302)抵接；所述光电测量/加工组件(4)包括方形安装架(401)、电机驱动组件(402)和共轴激光测量与加工装置(403)；所述方形安装架(401)呈中空的长方体结构，其前后方中心分别设有第一通孔(40104)与第二通孔(40102)，环绕第二通孔(40102)均匀设置三个定位孔(40101)，其侧前方对称设置了(2)个螺纹孔(40103)；所述方形安装架(401)通过穿过三个定位孔(40101)的螺栓固定安装在导杆支撑组件(3)上，并使得第二通孔(40102)与支撑轴(304)的空心孔位置相对；所述电机驱动组件(402)包括电机(40201)、电机支架(40202)、驱动齿轮(40203)，驱动齿轮(40203)与电机(40201)的转轴同轴装配；电机(40201)通过电机支架(40202)安装在方形安装架(401)侧面；所述共轴激光测量与加工装置(403)包括螺纹轴(40301)、圆螺母(40302)、角接触球轴承(40303)、从动齿轮(40304)、U形法兰座(40305)、45°反射镜(40306)、U形安装座(40307)、无线CCD相机(40308)和CCD相机安装架(40309)；所述螺纹轴(40301)两端均设有外螺纹，中间为空心光轴，且轴外侧设有一道直通矩形凹槽；所述螺纹轴(40301)的空心部分与支撑轴(304)的空心孔位置相对，且轴线重合；圆螺母(40302)、角接触球轴承(40303)及从动齿轮(40304)依次安装在螺纹轴(40301)上，角接触球轴承(40303)的外圈与第一通孔(40104)的内壁同轴配合，从动齿轮(40304)通过键槽配合固定在螺纹轴(40301)中部，并与驱动齿轮(40203)互相啮合，所...

【技术特征摘要】
1.一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，其特征在于，包括自驱履带组件(1)、自适应组件(2)、导杆支撑组件(3)、光电测量/加工组件(4)、动态聚焦组件(5)和光纤转接头(6)；所述自驱履带组件(1)和自适应组件(2)均设置有三组，每组自驱履带组件(1)均通过对应的自适应组件(2)设置在导杆支撑组件(3)上，相邻两组自驱履带组件(1)之间的夹角为120度；每组自适应组件(2)均包括两个相对设置的自适应连杆，所述自适应连杆呈“人”字形，“人”字形顶部与自驱履带组件(1)相连，“人”字形底部固定安装在导杆支撑组件(3)上，所述光电测量/加工组件(4)设置在导杆支撑组件(3)的前端，所述光纤转接头(6)设置在导杆支撑组件(3)的后端；所述动态聚焦组件(5)定位安装在导杆支撑组件(3)的内部；所述自适应连杆包括定位轴(201)、两个锁紧螺母(202)、两根第一连杆(203)、两根第二连杆(204)、两个轴承座(205)、连接轴(206)和直线轴承座(207)；定位轴(201)的两端分别与左板(10201)和右板(10202)上位置对应的两个连杆安装孔同轴装配，并通过两个锁紧螺母(202)实现锁紧；两根第一连杆(203)相互平行，两根第一连杆(203)的一端均与定位轴(201)同轴装配，另一端均与连接轴(206)同轴装配；两根第二连杆(204)相互平行，两根第二连杆(204)的一端均安装在第一连杆(203)上，并与第一连杆(203)的中间通孔同轴配合装配，另一端均安装在导杆支撑组件(3)上；连接轴(206)通过两个轴承座(205)安装在直线轴承座(207)的上表面；所述导杆支撑组件(3)包括两个限位卡件(301)、刚性压簧(302)、导向轴(303)、支撑轴(304)、橡胶限位套(305)、光轴固定环(306)、第一连杆法兰底座(307)、第二棱柱连接杆(308)和第二连杆法兰底座(309)；所述第一连杆法兰底座(307)和第二连杆法兰底座(309)结构相同，表面均设置有三组连接孔，每组连接孔均用于与自适应连杆中的第一连杆(203)通过销轴配合连接；所述支撑轴(304)为空心轴，其穿过第一连杆法兰底座(307)和第二连杆法兰底座(309)中部的通孔，并通过一对光轴固定环(306)定位；两个限位卡件(301)分别同轴安装在两端支撑轴(304)的两端；支撑轴(304)的上表面沿轴向方向设置有一开口槽(3041)；第一连杆法兰底座(307)与第二连杆法兰底座(309)之间通过多根第二棱柱连接杆(308)实现等距平行连接；所述光纤转接头(6)设置在支撑轴(304)后端，并通过自锁装置实现同轴装配；导向轴(303)共有三根，围绕支撑轴(304)均匀设置，并与第一连杆法兰底座(307)、第二连杆法兰底座(309)、限位卡件(301)上的定位通孔同轴配合；每根导向轴(303)上均安装有两组橡胶限位套(305)与刚性压簧(302)；自适应连杆中的直线轴承座(207)安装在导向轴(303)上，并与刚性压簧(302)抵接；所述光电测量/加工组件(4)包括方形安装架(401)、电机驱动组件(402)和共轴激光测量与加工装置(403)；所述方形安装架(401)呈中空的长方体结构，其前后方中心分别设有第一通孔(40104)与第二通孔(40102)，环绕第二通孔(40102)均匀设置三个定位孔(40101)，其侧前方对称设置了(2)个螺纹孔(40103)；所述方形安装架(401)通过穿过三个定位孔(40101)的螺栓固定安装在导杆支撑组件(3)上，并使得第二通孔(40102)与支撑轴(304)的空心孔位置相对；所述电机驱动组件(402)包括电机(40201)、电机支架(40202)、驱动齿轮(40203)，驱动齿轮(40203)与电机(40201)的转轴同轴装配；电机(40201)通过电机支架(40202)安装在方形安装架(401)侧面；所述共轴激光测量与加工装置(403)包括螺纹轴(40301)、圆螺母(40302)、角接触球轴承(40303)、从动齿轮(40304)、U形法兰座(40305)、45°反射镜(40306)、U形安装座(40307)、无线CCD相机(40308)和CCD相机安装架(40309)；所述螺纹轴(40301)两端均设有外螺纹，中间为空心光轴，且轴外侧设有一道直通矩形凹槽；所述螺纹轴(40301)的空心部分与支撑轴(304)的空心孔位置相对，且轴线重合；圆螺母(40302)、角接触球轴承(40303)及从动齿轮(40304)依次安装在螺纹轴(40301)上...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏鑫磊，
申请(专利权)人：温州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33