一种变径直管道自适应机器人的制作方法

本实用新型属于自动化设备领域，具体涉及一种变径直管道自适应机器人。

背景技术：

目前，激光加工技术已经被广泛用于管道内壁的激光熔覆、焊接、热处理以及清洗等领域，国内外相关专利与文献对于管道加工的技术手段有一个共同的特点，即激光头自旋焦点沿圆周路径在管壁上移动或者管道自旋。这些方法具有诸多缺点，比如：驱动加工头旋转的运动机构，以及对应设计的激光光路，使得加工头整体结构变得复杂，若让管道旋转则工件变位机构复杂且难以保证管道与入射光束同轴；上述焦点与管道之间相对移动的方式还导致激光加工效率不高、加工效果不均匀，并且激光焦点沿圆周方向顺序移动存在圆周热应力循环变化，导致管道可能变形等问题。

专利号ZL201510195584.7的中国实用新型专利《一种管道内壁激光加工头》公开了一种无须加工头或管道自旋的管道内壁激光加工头，该管道内壁激光加工头利用多个锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜的组合，构成了环形聚焦线光束，无须加工头或管道自旋，即可高效率、高精度、高质量的完成管道内壁的激光加工。但该管道内壁激光加工头工作时，需要与管道行走机构配合，使加工头沿管道前进完成加工。

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；对管径变化的管道无法实现自适应；需要外接电源提供动力，从而限制了机构的灵活性及运动范围，因此很难被广泛地推广应用。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种能够适应不同直径管道的变径直管道自适应机器人。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种变径直管道自适应机器人，包括控制导向组件、四个自适应调整支架组件、方腔组件、动力驱动组件和激光测距组件；

控制导向组件包括四组无杆气缸单元、加强筋、定位板、导向伺服电机和导向联轴器；四组无杆气缸单元分别通过加强筋固定安装在定位板上，相邻两个无杆气缸单元之间的夹角为90度；导向伺服电机通过电机支架安装在定位板上，导向联轴器与导向伺服电机的转轴同轴配合安装；

所述自适应调整支架组件包括小齿轮、双向滚珠丝杠、轴承座、丝杠螺母座、两个导轨组件、安装板、液压缓冲器、轴承座、第一阶梯轴、匸形件、支撑杆和定向轮；小齿轮通过键槽定位与双向滚珠丝杠同轴配合安装；所述双向滚珠丝杠两侧安装在轴承座上，双向滚珠丝杠上设置有两段旋向不同的螺纹，一侧为左旋螺纹，另一侧为右旋螺纹，两侧分别装配各自旋向相同的丝杠螺母座；安装板固定安装在导轨组件上，并通过螺纹孔与丝杠螺母座配合安装；导轨组件由滑轨与滑块组成，两个导轨组件对称分布在双向滚珠丝杠的两侧；液压缓冲器有四组，分别置于两个导轨组件的两侧；轴承座两两组合对称安装在安装板上，第一阶梯轴与轴承座中的轴承同轴配合安装，匸形件一侧通过螺纹配合安装在第一阶梯轴中部，另一侧与支撑杆底部螺纹配合安装，支撑杆另一侧与定向轮配合安装；

方腔组件包括方形腔、第二阶梯轴、法兰轴承座、封盖和传动转接板；方形腔一侧全开与封盖配合安装，方形腔的前后两端与两组法兰轴承座同轴配合安装；第二阶梯轴的一端固定安装在法兰轴承座上，另一端与导向联轴器相连；传动转接板共四个，均安装在第二阶梯轴上；四个自适应调整支架组件分别安装在方形腔的三个侧壁和封盖上；

动力驱动组件包括动力伺服电机、电机支架、动力联轴器、导向杆、第三阶梯轴和大齿轮；动力伺服电机安装在电机支架上，电机支架通过四组导向杆安装在方形腔上，动力联轴器一侧与电机支架输出轴同轴配合，另一侧与第三阶梯轴配合，大齿轮与第三阶梯轴通过键槽配合安装；大齿轮与四个自适应调整支架组件中的四个小齿轮均啮合；

激光测距组件包括螺纹杆、激光测距仪、定位块和法兰盘；法兰盘通过四组螺纹杆安装在电机支架上，激光测距仪有两个，分别对称安装在定位块的两侧，定位块安装在法兰盘上。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型所述的变径直管道自适应机器人通过激光测距仪进行管道直径的在线监测，并将管径变化的信号及时反馈给动力驱动组件，从而实现了机器人整体对管径的自适应调整。

2、本实用新型所述的自适应调整支架组件中包括了双向滚珠丝杠及配套的丝杠螺母座，在丝杠沿固定方向正反转时，可实现丝杠螺母座相向和反向运动，进而实现自适应调整支架不同高度的调整以适应管径大小变化。

3、本实用新型所述的变径直管道自适应机器人通过伺服电机的驱动、大小齿轮的传动以及滚珠丝杠的传动，使得自适应调整支架组件的运动更为平稳，调整精度高。

附图说明

图1为本实用新型所述变径直管道自适应机器人的总体结构图；

图2为控制导向组件的结构图；

图3为无杆气缸单元的结构图；

图4为自适应调整支架组件的结构图；

图5为方腔组件的外部结构图；

图6为方腔组件的内部结构图；

图7为动力驱动组件的结构图；

图8为激光测距组件的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1-8所示，本实用新型提供了一种变径直管道自适应机器人，包括控制导向组件1、四个自适应调整支架组件2、方腔组件3、动力驱动组件4和激光测距组件5；

控制导向组件1包括四组无杆气缸单元101、加强筋102、定位板103、导向伺服电机104和导向联轴器105；四组无杆气缸单元101分别通过加强筋102固定安装在定位板103上，相邻两个无杆气缸单元101之间的夹角为90度。导向伺服电机104通过电机支架安装在定位板103上，导向联轴器105与导向伺服电机104的转轴同轴配合安装。

无杆气缸单元101包括滚动轴承1011、L形安装板1012、转接安装块1013、无杆气缸1014和气缸安装架1015，其中滚动轴承1011与L形安装板1012伸出端的定位孔通过销轴配合安装，L形安装板1012通过转接安装块1013安装在无杆气缸1014的滑块上，气缸安装架1015对称分布在无杆气缸1014两侧，并将无杆气缸1014固定在底板上。

所述自适应调整支架组件2包括小齿轮201、双向滚珠丝杠202、轴承座203、丝杠螺母座204、导轨组件205、安装板206、液压缓冲器207、轴承座208、第一阶梯轴209、匸形件210、支撑杆211和定向轮212；小齿轮201通过键槽定位与双向滚珠丝杠202同轴配合安装；所述双向滚珠丝杠202两侧通过轴阶与卡簧安装在轴承座203上，双向滚珠丝杠202有两段旋向不同的螺纹，一侧为左旋螺纹，另一侧为右旋螺纹，分别装配各自旋向相同的丝杠螺母座204，安装板206通过螺纹孔与丝杠螺母座204配合安装，导轨组件205由滑轨与滑块组成，对称分布在双向滚珠丝杠202两侧，安装板206固定安装在导轨组件205上；液压缓冲器207有四组，分别置于两个导轨组件205的两侧，轴承座208两两组合对称安装在安装板206上，第一阶梯轴209与轴承座208中的轴承同轴配合安装，匸形件210一侧通过螺纹配合安装在第一阶梯轴209中部，另一侧与支撑杆211底部螺纹配合安装，支撑杆211另一侧与定向轮212配合安装。

方腔组件3包括方形腔301、第二阶梯轴302、法兰轴承座303、封盖304和传动转接板305。方形腔301一侧全开与封盖304配合安装，前后开有通孔，通过螺纹孔与两组法兰轴承座303同轴配合安装，第二阶梯轴302的一端通过轴阶与卡簧固定安装在法兰轴承座303上，另一端与导向联轴器105相连，由导向伺服电机104驱动；传动转接板305共四个，传动转接板305中部一侧开有凹槽及四个定位螺纹孔，两两组合对称安装在第二阶梯轴302上，传动转接板305上下端面也设有螺纹孔，一组竖直安装在方形腔301上下面上，另一组水平安装在方形腔301和封盖304上。四个自适应调整支架组件2分别安装在方形腔301的三个侧壁和封盖304上。

动力驱动组件4包括动力伺服电机401、电机支架402、动力联轴器403、导向杆404、第三阶梯轴405和大齿轮406。动力伺服电机401安装在电机支架402上，电机支架402通过四组导向杆404安装在方形腔301上，动力联轴器403一侧与电机支架402输出轴同轴配合，另一侧与第三阶梯轴405配合，大齿轮406与第三阶梯轴405通过键槽配合安装。大齿轮406与四个自适应调整支架组件2中的四个小齿轮201均啮合。

激光测距组件5包括螺纹杆501、激光测距仪502、定位块503和法兰盘504。法兰盘504通过四组螺纹杆501安装在电机支架402上，激光测距仪502有两个，分别对称安装在定位块503的两侧，定位块503安装在法兰盘504上。

上述变径直管道自适应机器人的工作原理为：

导向伺服电机104动作，通过第二阶梯轴302驱动方腔组件3转动，安装在方腔组件3上的四个自适应调整支架组件2的定向轮212因紧贴于管道内壁产生的摩擦力而转动，由于定向轮212的转动轴线与方形腔组件3的中心轴线呈一锐角倾斜角，故定向轮212与管道内壁接触点的运动轨迹为沿着管道轴线的空间螺旋线，从而迫使方形腔组件3沿管道轴线行走；控制导向组件1上的无杆气缸单元101，根据激光测距仪502测试反馈的管径大小变化，使得四组滚动轴承1011在无杆气缸1014的作用下始终与管壁表面保持接触，进而起到控制导向作用。该变径直管道自适应机器人由导向伺服电机104、导向联轴器105、第二阶梯轴302、传动转接板305、方形腔301、自适应调整支架组件2提供系统的动力输出。通过激光测距组件5在线监测管径尺寸变化，并将信号反馈至动力驱动组件4，动力伺服电机401带动大齿轮406转动，进一步驱动小齿轮201沿同一方向旋转，进而驱动自适应调整支架组件2中的双向滚珠丝杠202，使得两个支撑杆211之间的夹角发生变化，实现机器人整体对管径的自适应调整。

本实用新型可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本实用新型的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。