本實(shí)用新型屬于自動化設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種變徑直管道自適應(yīng)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

目前，激光加工技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于管道內(nèi)壁的激光熔覆、焊接、熱處理以及清洗等領(lǐng)域，國內(nèi)外相關(guān)專利與文獻(xiàn)對于管道加工的技術(shù)手段有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即激光頭自旋焦點(diǎn)沿圓周路徑在管壁上移動或者管道自旋。這些方法具有諸多缺點(diǎn)，比如：驅(qū)動加工頭旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，以及對應(yīng)設(shè)計(jì)的激光光路，使得加工頭整體結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，若讓管道旋轉(zhuǎn)則工件變位機(jī)構(gòu)復(fù)雜且難以保證管道與入射光束同軸；上述焦點(diǎn)與管道之間相對移動的方式還導(dǎo)致激光加工效率不高、加工效果不均勻，并且激光焦點(diǎn)沿圓周方向順序移動存在圓周熱應(yīng)力循環(huán)變化，導(dǎo)致管道可能變形等問題。

專利號ZL201510195584.7的中國實(shí)用新型專利《一種管道內(nèi)壁激光加工頭》公開了一種無須加工頭或管道自旋的管道內(nèi)壁激光加工頭，該管道內(nèi)壁激光加工頭利用多個(gè)錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡的組合，構(gòu)成了環(huán)形聚焦線光束，無須加工頭或管道自旋，即可高效率、高精度、高質(zhì)量的完成管道內(nèi)壁的激光加工。但該管道內(nèi)壁激光加工頭工作時(shí)，需要與管道行走機(jī)構(gòu)配合，使加工頭沿管道前進(jìn)完成加工。

國內(nèi)外針對管道機(jī)器人的研究已經(jīng)有了長足的發(fā)展，常見的行走方式多為慣性沖擊行走、蠕動爬行、彈性驅(qū)動行走或輪式行走等，但是通過對比研究，不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有管道機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)和驅(qū)動原理相對復(fù)雜；對管徑變化的管道無法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)；需要外接電源提供動力，從而限制了機(jī)構(gòu)的靈活性及運(yùn)動范圍，因此很難被廣泛地推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能夠適應(yīng)不同直徑管道的變徑直管道自適應(yīng)機(jī)器人。

本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種變徑直管道自適應(yīng)機(jī)器人，包括控制導(dǎo)向組件、四個(gè)自適應(yīng)調(diào)整支架組件、方腔組件、動力驅(qū)動組件和激光測距組件；

控制導(dǎo)向組件包括四組無桿氣缸單元、加強(qiáng)筋、定位板、導(dǎo)向伺服電機(jī)和導(dǎo)向聯(lián)軸器；四組無桿氣缸單元分別通過加強(qiáng)筋固定安裝在定位板上，相鄰兩個(gè)無桿氣缸單元之間的夾角為90度；導(dǎo)向伺服電機(jī)通過電機(jī)支架安裝在定位板上，導(dǎo)向聯(lián)軸器與導(dǎo)向伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸同軸配合安裝；

所述自適應(yīng)調(diào)整支架組件包括小齒輪、雙向滾珠絲杠、軸承座、絲杠螺母座、兩個(gè)導(dǎo)軌組件、安裝板、液壓緩沖器、軸承座、第一階梯軸、匸形件、支撐桿和定向輪；小齒輪通過鍵槽定位與雙向滾珠絲杠同軸配合安裝；所述雙向滾珠絲杠兩側(cè)安裝在軸承座上，雙向滾珠絲杠上設(shè)置有兩段旋向不同的螺紋，一側(cè)為左旋螺紋，另一側(cè)為右旋螺紋，兩側(cè)分別裝配各自旋向相同的絲杠螺母座；安裝板固定安裝在導(dǎo)軌組件上，并通過螺紋孔與絲杠螺母座配合安裝；導(dǎo)軌組件由滑軌與滑塊組成，兩個(gè)導(dǎo)軌組件對稱分布在雙向滾珠絲杠的兩側(cè)；液壓緩沖器有四組，分別置于兩個(gè)導(dǎo)軌組件的兩側(cè)；軸承座兩兩組合對稱安裝在安裝板上，第一階梯軸與軸承座中的軸承同軸配合安裝，匸形件一側(cè)通過螺紋配合安裝在第一階梯軸中部，另一側(cè)與支撐桿底部螺紋配合安裝，支撐桿另一側(cè)與定向輪配合安裝；

方腔組件包括方形腔、第二階梯軸、法蘭軸承座、封蓋和傳動轉(zhuǎn)接板；方形腔一側(cè)全開與封蓋配合安裝，方形腔的前后兩端與兩組法蘭軸承座同軸配合安裝；第二階梯軸的一端固定安裝在法蘭軸承座上，另一端與導(dǎo)向聯(lián)軸器相連；傳動轉(zhuǎn)接板共四個(gè)，均安裝在第二階梯軸上；四個(gè)自適應(yīng)調(diào)整支架組件分別安裝在方形腔的三個(gè)側(cè)壁和封蓋上；

動力驅(qū)動組件包括動力伺服電機(jī)、電機(jī)支架、動力聯(lián)軸器、導(dǎo)向桿、第三階梯軸和大齒輪；動力伺服電機(jī)安裝在電機(jī)支架上，電機(jī)支架通過四組導(dǎo)向桿安裝在方形腔上，動力聯(lián)軸器一側(cè)與電機(jī)支架輸出軸同軸配合，另一側(cè)與第三階梯軸配合，大齒輪與第三階梯軸通過鍵槽配合安裝；大齒輪與四個(gè)自適應(yīng)調(diào)整支架組件中的四個(gè)小齒輪均嚙合；

激光測距組件包括螺紋桿、激光測距儀、定位塊和法蘭盤；法蘭盤通過四組螺紋桿安裝在電機(jī)支架上，激光測距儀有兩個(gè)，分別對稱安裝在定位塊的兩側(cè)，定位塊安裝在法蘭盤上。

本實(shí)用新型具有如下有益效果：

1、本實(shí)用新型所述的變徑直管道自適應(yīng)機(jī)器人通過激光測距儀進(jìn)行管道直徑的在線監(jiān)測，并將管徑變化的信號及時(shí)反饋給動力驅(qū)動組件，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人整體對管徑的自適應(yīng)調(diào)整。

2、本實(shí)用新型所述的自適應(yīng)調(diào)整支架組件中包括了雙向滾珠絲杠及配套的絲杠螺母座，在絲杠沿固定方向正反轉(zhuǎn)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)絲杠螺母座相向和反向運(yùn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整支架不同高度的調(diào)整以適應(yīng)管徑大小變化。

3、本實(shí)用新型所述的變徑直管道自適應(yīng)機(jī)器人通過伺服電機(jī)的驅(qū)動、大小齒輪的傳動以及滾珠絲杠的傳動，使得自適應(yīng)調(diào)整支架組件的運(yùn)動更為平穩(wěn)，調(diào)整精度高。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述變徑直管道自適應(yīng)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為控制導(dǎo)向組件的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為無桿氣缸單元的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為自適應(yīng)調(diào)整支架組件的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為方腔組件的外部結(jié)構(gòu)圖；

圖6為方腔組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖7為動力驅(qū)動組件的結(jié)構(gòu)圖；

圖8為激光測距組件的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1-8所示，本實(shí)用新型提供了一種變徑直管道自適應(yīng)機(jī)器人，包括控制導(dǎo)向組件1、四個(gè)自適應(yīng)調(diào)整支架組件2、方腔組件3、動力驅(qū)動組件4和激光測距組件5；

控制導(dǎo)向組件1包括四組無桿氣缸單元101、加強(qiáng)筋102、定位板103、導(dǎo)向伺服電機(jī)104和導(dǎo)向聯(lián)軸器105；四組無桿氣缸單元101分別通過加強(qiáng)筋102固定安裝在定位板103上，相鄰兩個(gè)無桿氣缸單元101之間的夾角為90度。導(dǎo)向伺服電機(jī)104通過電機(jī)支架安裝在定位板103上，導(dǎo)向聯(lián)軸器105與導(dǎo)向伺服電機(jī)104的轉(zhuǎn)軸同軸配合安裝。

無桿氣缸單元101包括滾動軸承1011、L形安裝板1012、轉(zhuǎn)接安裝塊1013、無桿氣缸1014和氣缸安裝架1015，其中滾動軸承1011與L形安裝板1012伸出端的定位孔通過銷軸配合安裝，L形安裝板1012通過轉(zhuǎn)接安裝塊1013安裝在無桿氣缸1014的滑塊上，氣缸安裝架1015對稱分布在無桿氣缸1014兩側(cè)，并將無桿氣缸1014固定在底板上。

所述自適應(yīng)調(diào)整支架組件2包括小齒輪201、雙向滾珠絲杠202、軸承座203、絲杠螺母座204、導(dǎo)軌組件205、安裝板206、液壓緩沖器207、軸承座208、第一階梯軸209、匸形件210、支撐桿211和定向輪212；小齒輪201通過鍵槽定位與雙向滾珠絲杠202同軸配合安裝；所述雙向滾珠絲杠202兩側(cè)通過軸階與卡簧安裝在軸承座203上，雙向滾珠絲杠202有兩段旋向不同的螺紋，一側(cè)為左旋螺紋，另一側(cè)為右旋螺紋，分別裝配各自旋向相同的絲杠螺母座204，安裝板206通過螺紋孔與絲杠螺母座204配合安裝，導(dǎo)軌組件205由滑軌與滑塊組成，對稱分布在雙向滾珠絲杠202兩側(cè)，安裝板206固定安裝在導(dǎo)軌組件205上；液壓緩沖器207有四組，分別置于兩個(gè)導(dǎo)軌組件205的兩側(cè)，軸承座208兩兩組合對稱安裝在安裝板206上，第一階梯軸209與軸承座208中的軸承同軸配合安裝，匸形件210一側(cè)通過螺紋配合安裝在第一階梯軸209中部，另一側(cè)與支撐桿211底部螺紋配合安裝，支撐桿211另一側(cè)與定向輪212配合安裝。

方腔組件3包括方形腔301、第二階梯軸302、法蘭軸承座303、封蓋304和傳動轉(zhuǎn)接板305。方形腔301一側(cè)全開與封蓋304配合安裝，前后開有通孔，通過螺紋孔與兩組法蘭軸承座303同軸配合安裝，第二階梯軸302的一端通過軸階與卡簧固定安裝在法蘭軸承座303上，另一端與導(dǎo)向聯(lián)軸器105相連，由導(dǎo)向伺服電機(jī)104驅(qū)動；傳動轉(zhuǎn)接板305共四個(gè)，傳動轉(zhuǎn)接板305中部一側(cè)開有凹槽及四個(gè)定位螺紋孔，兩兩組合對稱安裝在第二階梯軸302上，傳動轉(zhuǎn)接板305上下端面也設(shè)有螺紋孔，一組豎直安裝在方形腔301上下面上，另一組水平安裝在方形腔301和封蓋304上。四個(gè)自適應(yīng)調(diào)整支架組件2分別安裝在方形腔301的三個(gè)側(cè)壁和封蓋304上。

動力驅(qū)動組件4包括動力伺服電機(jī)401、電機(jī)支架402、動力聯(lián)軸器403、導(dǎo)向桿404、第三階梯軸405和大齒輪406。動力伺服電機(jī)401安裝在電機(jī)支架402上，電機(jī)支架402通過四組導(dǎo)向桿404安裝在方形腔301上，動力聯(lián)軸器403一側(cè)與電機(jī)支架402輸出軸同軸配合，另一側(cè)與第三階梯軸405配合，大齒輪406與第三階梯軸405通過鍵槽配合安裝。大齒輪406與四個(gè)自適應(yīng)調(diào)整支架組件2中的四個(gè)小齒輪201均嚙合。

激光測距組件5包括螺紋桿501、激光測距儀502、定位塊503和法蘭盤504。法蘭盤504通過四組螺紋桿501安裝在電機(jī)支架402上，激光測距儀502有兩個(gè)，分別對稱安裝在定位塊503的兩側(cè)，定位塊503安裝在法蘭盤504上。

上述變徑直管道自適應(yīng)機(jī)器人的工作原理為：

導(dǎo)向伺服電機(jī)104動作，通過第二階梯軸302驅(qū)動方腔組件3轉(zhuǎn)動，安裝在方腔組件3上的四個(gè)自適應(yīng)調(diào)整支架組件2的定向輪212因緊貼于管道內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力而轉(zhuǎn)動，由于定向輪212的轉(zhuǎn)動軸線與方形腔組件3的中心軸線呈一銳角傾斜角，故定向輪212與管道內(nèi)壁接觸點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為沿著管道軸線的空間螺旋線，從而迫使方形腔組件3沿管道軸線行走；控制導(dǎo)向組件1上的無桿氣缸單元101，根據(jù)激光測距儀502測試反饋的管徑大小變化，使得四組滾動軸承1011在無桿氣缸1014的作用下始終與管壁表面保持接觸，進(jìn)而起到控制導(dǎo)向作用。該變徑直管道自適應(yīng)機(jī)器人由導(dǎo)向伺服電機(jī)104、導(dǎo)向聯(lián)軸器105、第二階梯軸302、傳動轉(zhuǎn)接板305、方形腔301、自適應(yīng)調(diào)整支架組件2提供系統(tǒng)的動力輸出。通過激光測距組件5在線監(jiān)測管徑尺寸變化，并將信號反饋至動力驅(qū)動組件4，動力伺服電機(jī)401帶動大齒輪406轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步驅(qū)動小齒輪201沿同一方向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動自適應(yīng)調(diào)整支架組件2中的雙向滾珠絲杠202，使得兩個(gè)支撐桿211之間的夾角發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人整體對管徑的自適應(yīng)調(diào)整。

本實(shí)用新型可改變?yōu)槎喾N方式對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，這樣的改變不認(rèn)為脫離本實(shí)用新型的范圍。所有這樣的對所述領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的修改，將包括在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。