本實用新型涉及孔徑測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自定心孔徑測量機器人。

背景技術(shù)：

在飛機、輪船、卡車等大型精密儀器生產(chǎn)中，零部件的內(nèi)徑測量是一項非常重要的工序。為此，國內(nèi)外學(xué)者對零件加工過程中的內(nèi)徑測量進行了大量的研究。目前，常見的內(nèi)徑測量法有內(nèi)徑千分尺接觸式測量法、多普勒效應(yīng)法、激光干涉儀測量法、激光杠桿法等非接觸測量方法。內(nèi)徑千分尺測量法測量效率低、測量參數(shù)少、測量可重復(fù)性差、穩(wěn)定性不高，同時易受環(huán)境和操作人員的影響。多普勒效應(yīng)法、激光干涉儀法、激光杠桿法等非接觸式測量方法測量精度較高，但由于現(xiàn)場環(huán)境以及儀器組建的復(fù)雜性不適合工件的現(xiàn)場測量。而且，上述的幾種方法大都不適合深孔的孔徑測量。

名為“一種自定心深孔參數(shù)測量裝置”(公開號為CN105371775A)的專利公開了一種自定心深孔參數(shù)測量裝置，包括定心裝置、測量記錄裝置和行進裝置。定心裝置位于工件的深孔中，包括套筒、定心軸、兩個錐形體、六個測桿和彈簧。測量記錄裝置包括固定在定心軸兩端的兩個測距傳感器，兩個測距傳感器均與控制終端電連接。行進裝置包括第二電機、卷筒和柔性繩索，柔性繩索的一端與定心軸的一端連接，另一端纏繞在卷筒上，卷筒的轉(zhuǎn)軸與第二電機的輸出軸連接。在彈簧恢復(fù)力作用下兩個錐形體向兩側(cè)移動，測桿在滑槽中滑動，導(dǎo)致測桿沿筒體徑向向外移動，直至測桿的測頭與工件深孔的內(nèi)壁相抵觸，使得兩個錐形體處于受力平衡狀態(tài)，此時定心軸位于件深孔的軸線上，達到深孔定軸的目的，保證工件深孔相關(guān)參數(shù)的精確測量。而其中定心裝置是通過柔性繩索拖曳實現(xiàn)在孔內(nèi)沿軸線方向移動的，此種移動方式具有較大的局限性，測量范圍有限且不方便，而當(dāng)深孔的軸線發(fā)生變化時，定心裝置移動困難且測量精度低，且無法實現(xiàn)盲孔的孔徑測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型提出了一種自定心孔徑測量機器人，在滿足工件深孔參數(shù)的精確測量前提下，又能在孔徑軸線發(fā)生變化時順利拐彎，在孔內(nèi)自由移動，也可實現(xiàn)較深盲孔的孔徑參數(shù)測量。

本實用新型的具體技術(shù)方案如下：一種自定心孔徑測量機器人，包括定心測量裝置、行進裝置、控制裝置和控制終端。

定心測量裝置包括第一套筒、定心軸、兩個錐形體、六個測桿和第一彈簧，定心軸位于第一套筒的軸線上，且定心軸通過軸承與第一套筒連接，第一套筒的筒壁上開設(shè)有兩組通孔，每組通孔為三個，且三個通孔沿圓周均勻分布；兩個錐形體和第一彈簧位于第一套筒中，且活動式套設(shè)在定心軸上，兩個錐形體的錐部分別朝向定心軸的兩端，第一彈簧設(shè)置在兩個錐形體之間；所述每個錐形體的錐面均勻開設(shè)有三個滑槽，且三個滑槽分別沿錐形體沿母線方向開設(shè)，六個測桿分別穿過套筒筒壁上的通孔；每個測桿的一端卡設(shè)在一個滑槽中。當(dāng)定心裝置位于工件的深孔內(nèi)進行測量時，六個測桿分別穿過第一套筒筒壁上的通孔；每個測桿的一端卡設(shè)在一個滑槽中，另一端與工件深孔的內(nèi)壁接觸，第一彈簧處于壓縮狀態(tài)。第一套筒上固定設(shè)置有第一電機，第一電機的輸出軸通過齒輪機構(gòu)與定心軸連接，第一電機通過齒輪機構(gòu)驅(qū)動定心軸轉(zhuǎn)動。

行進裝置包括驅(qū)動電機、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸、第二套筒、輪架和行走輪，所述驅(qū)動電機連接驅(qū)動轉(zhuǎn)軸，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸連接第二套筒，第二套筒通過萬向連軸器與定心測量裝置的定心軸相連；第二套筒的側(cè)壁設(shè)置一組及以上的輪架，每組輪架有三條，且三條輪架沿第二套筒的周向均勻分布，每條輪架的一端與第二套筒連接，另一端安裝行走輪，所有行走輪的轉(zhuǎn)動軸線相互平行且與第二套筒的軸線呈銳角傾斜角；驅(qū)動轉(zhuǎn)軸驅(qū)動第二套筒旋轉(zhuǎn)，帶動定心裝置移動；

控制裝置分別連接控制終端、行進裝置的驅(qū)動電機、定心測量裝置的測距傳感器和第一電機?？刂蒲b置用于接收控制終端的控制信號，控制行進裝置的移動以及定心軸的轉(zhuǎn)動，并將距離傳感器測得的數(shù)據(jù)傳輸給控制終端。

作為本實用新型的進一步改進，所述第二套筒側(cè)壁上設(shè)置兩組輪架。

輪架組數(shù)越多，行進裝置在孔內(nèi)行走時穩(wěn)定性越好，但行走輪越多，與孔內(nèi)壁的摩擦也就越大，行走需要較大的驅(qū)動力，介于穩(wěn)定性與驅(qū)動力的考慮，設(shè)置兩組輪架較為合適。

作為本實用新型的進一步改進，所述第二套筒側(cè)壁設(shè)有通孔，輪架上套設(shè)第二彈簧，輪架的一端穿過通孔與卡持件連接，卡持件用于將輪架限制在第二套筒側(cè)壁上。

輪架與第二套筒側(cè)壁通過孔軸連接，可旋轉(zhuǎn)輪架來調(diào)整行走輪的轉(zhuǎn)動軸線與第二套筒的軸線之間的傾斜角，即螺旋角，也可調(diào)整輪架伸入第二套筒的長度來調(diào)整行走輪到第二套筒的距離。輪架上套設(shè)第二彈簧，在第二彈簧的作用下，行走裝置能夠適應(yīng)管徑變化，在行進過程中行走輪始終與孔內(nèi)壁緊貼，即使在孔徑變化的孔內(nèi)也能移動流暢。

作為本實用新型的進一步改進，所述行進裝置還包括調(diào)整電機、螺桿和三叉元機構(gòu)，所述調(diào)整電機固定設(shè)置在第二套筒內(nèi)，調(diào)整電機連接螺桿，螺桿上套設(shè)三叉元機構(gòu)，三叉元機構(gòu)的每個連接桿均連接有U型桿，U型桿的兩臂分別連接處于同一軸線上的兩個輪架的側(cè)壁，調(diào)整電機驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)，三叉元機構(gòu)在螺桿上移動，通過三個U型桿帶動六個輪架轉(zhuǎn)動相同角度；所述控制裝置連接調(diào)整電機。

調(diào)整電機驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動一定角度，由于三叉元機構(gòu)與螺桿之間為螺紋連接，三叉元機構(gòu)在螺桿上移動，從而帶動三個U型桿移動，繼而使六個輪架向同一方向轉(zhuǎn)動同一角度，達到可以控制螺旋角和步距的目的。機器人無需測量時可以加快行進速度，或者碰到障礙時，也可以通過控制螺旋角偏轉(zhuǎn)，退出管道，還可以通過調(diào)整輪架偏轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)在孔內(nèi)既可前進也可后退。

作為本實用新型的進一步改進，所述控制裝置與驅(qū)動電機、調(diào)整電機、第一電機和測距傳感器之間為有線連接，與控制終端之間為無線連接。

控制裝置、驅(qū)動電機、第一電機、調(diào)整電機與測距傳感器均安裝在機器人上，它們之間距離短，使用有線連接簡單方便，而控制終端在孔外部，若使用有線連接，在深孔內(nèi)或軸線發(fā)生變化的孔內(nèi)，布線有可能會影響機器人在孔內(nèi)移動，故控制終端與機器人使用無線通信較為合適。

作為本實用新型的進一步改進，所述驅(qū)動電機為直流減速電機，所述第一電機為步進電機，所述調(diào)整電機為步進電機。

驅(qū)動電機用于驅(qū)動機器人在孔內(nèi)行走，一般選用只要加上合適的電壓就能轉(zhuǎn)動的直流電機即可，但是直流電機轉(zhuǎn)速很高，對于控制系統(tǒng)的實時性要求高，而加了減速裝置的直流減速電機，其轉(zhuǎn)速被大大降低，有利于控制。第一電機用于驅(qū)動定心軸轉(zhuǎn)動從而可測量孔內(nèi)整個截面的數(shù)據(jù)，使用步進電機可通過控制其轉(zhuǎn)動角度來控制定心軸的轉(zhuǎn)動角度，有利于提高測量精度。驅(qū)動電機用于調(diào)整螺旋角的大小，即行走輪的轉(zhuǎn)軸與第二套筒的軸線之間的夾角，使用步進電機更為合適。

作為本實用新型的進一步改進，所述控制裝置安裝在第二套筒的內(nèi)腔中。

將控制裝置安裝在第二套筒的腔體內(nèi)，一是不占用額外空間，二是第二套筒起到保護控制裝置的作用。

采用本實用新型進行孔參數(shù)測定的過程如下：

1)、根據(jù)待測孔的內(nèi)徑，選擇相應(yīng)長度的測桿，將六個測桿分別穿過第一套筒上對應(yīng)的通孔，安裝在錐形體錐面上的六個滑槽中，將測量機器人放入工件的深孔中，在第一彈簧的恢復(fù)力作用下兩個錐形體受到朝向定心軸端部的推力而分別向兩側(cè)移動，但是因為測桿穿過第一套筒上的通孔，則測桿相對第一套筒軸線方向的位置是固定的，那么兩個錐形體向兩側(cè)移動時，測桿在滑槽中滑動，導(dǎo)致測桿沿第一套筒徑向向外移動，直至測桿的測頭與工件深孔的內(nèi)壁相抵觸，最終使得兩個錐形體處于受力平衡狀態(tài)，相對第一套筒靜止，此時，定心軸位于工件孔的軸線上，定心裝置與工件孔同軸，保證測量精度?？刂平K端發(fā)送采集數(shù)據(jù)信號給控制裝置，控制裝置控制分別設(shè)置在定心軸兩端的兩個測距傳感器，測出工件孔當(dāng)前截面當(dāng)前角度的孔徑尺寸量，并將測量數(shù)據(jù)傳輸給控制終端，控制終端對測量數(shù)據(jù)進行記錄、顯示。

2)、控制終端發(fā)送第一電機控制信號給控制裝置，控制裝置控制第一電機通過齒輪機構(gòu)驅(qū)動定心軸旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)過一定角度記錄當(dāng)前的孔徑尺寸，從而完成整個截面的數(shù)據(jù)測量。

3)、當(dāng)前截面的所有數(shù)據(jù)記錄完成后，控制終端發(fā)送移動控制信號給控制裝置，控制裝置控制驅(qū)動電機驅(qū)動第二套筒轉(zhuǎn)動，帶動定心裝置沿工件孔的軸線方向移動，進行下一個截面的參數(shù)測量。

本實用新型的有益效果：本實用新型相比于現(xiàn)有的自定心深孔參數(shù)測量裝置，使用了螺旋式的行進裝置來驅(qū)動定心測量裝置在孔內(nèi)移動，通過控制驅(qū)動電機正、反轉(zhuǎn)來控制測量機器人在孔內(nèi)分別向前、后方向移動，不需通過外部拽拉實現(xiàn)移動，可測量盲孔的孔徑；采用萬向連軸器連接行進裝置與定心裝置，使測量機器人能夠通過彎道，實現(xiàn)了測量機器人在孔軸線發(fā)生變化的孔內(nèi)也能順利行進并進行測量。本實用新型不僅保留了現(xiàn)有自定心深孔參數(shù)測量裝置的測量精度高、安裝方便等優(yōu)勢，還具有移動靈活、適用范圍廣等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本實用新型自定心孔徑測量機器人位于帶測孔內(nèi)的示意圖。

圖2是本實用新型實施例1中行進裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型實施例2中行進裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3中三叉元機構(gòu)的示意圖。

圖中標(biāo)記：

1.定心測量裝置，11.定心軸，21.第一電機，22.測距傳感器，30.驅(qū)動電機，31.驅(qū)動轉(zhuǎn)軸，32.第二套筒，33.輪架，34.行走輪，35.第二彈簧，36.調(diào)整電機，37.螺桿，38.三叉元機構(gòu)，39.U型桿，4.萬向連軸器，51.控制裝置，52.電池。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施例對本實用新型做進一步說明。

實施例一

如圖1所示，一種自定心孔徑測量機器人，包括定心測量裝置1、行進裝置和控制裝置51。定心測量裝置1包括第一套筒、定心軸11、兩個錐形體、兩個軸承、六個測桿和第一彈簧，定心軸11位于第一套筒的軸線上，且定心軸11通過兩個軸承與第一套筒連接，第一套筒的筒壁上開設(shè)有兩組通孔，每組通孔為三個，且三個通孔均布在與第一套筒軸線垂直的截面上；兩個錐形體和第一彈簧位于第一套筒中，且活動式套設(shè)在定心軸11上，兩個錐形體背向設(shè)置，且兩個錐形體的錐部分別朝向定心軸11的兩端，第一彈簧設(shè)置在兩個錐形體之間；每個錐形體的錐面上沿母線方向均勻開設(shè)有三個滑槽，六個測桿分別穿過第一套筒筒壁上的通孔，測桿包括套桿和測頭，測頭與套桿螺紋連接，套桿的一端卡設(shè)在一個滑槽中，第一彈簧處于壓縮狀態(tài)，一個錐形體上沿其軸線方向開設(shè)有卡槽，第一套筒上設(shè)置有銷釘，銷釘?shù)囊欢嘶顒邮娇ㄔO(shè)在錐形體的卡槽中。定心軸11的兩端各設(shè)置一個測距傳感器22，第一套筒上固定設(shè)置有第一電機21，第一電機21的輸出軸通過齒輪機構(gòu)與定心軸11連接。

如圖2所示，本實施例中行進裝置包括驅(qū)動電機30、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸31、第二套筒32、輪架33和行走輪34，所述驅(qū)動電機30連接驅(qū)動轉(zhuǎn)軸31，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸31連接第二套筒32，第二套筒32的側(cè)壁設(shè)置一組或一組以上輪架33，其中沿周向均勻設(shè)置的三條輪架為一組，每條輪架的一端連接第二套筒的側(cè)壁，另一端安裝行走輪34，所有行走輪34的轉(zhuǎn)動軸線相互平行且與第二套筒32的軸線呈一銳角傾斜角，這樣行走輪與孔內(nèi)壁接觸點的運動軌跡為沿著孔軸線的空間螺旋線，第二套筒32與定心軸11通過萬向連軸器4連接。驅(qū)動轉(zhuǎn)軸在驅(qū)動電機的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，進而帶動第二套筒轉(zhuǎn)動，在第二套筒上行走輪34與孔內(nèi)壁的摩擦作用下，行進裝置沿孔的輪廓移動，通過萬向連軸器4的牽引，拉動定心裝置沿孔軸線移動。而當(dāng)遇到孔軸線發(fā)生變化時，在萬向連軸器4的配合下，行進裝置先行拐彎，然后再拉拽定心裝置1進行拐彎。

本實施例中設(shè)置有兩組共六條輪架，第二套筒的側(cè)壁設(shè)有對應(yīng)的六個通孔，每條輪架33套設(shè)有第二彈簧35，輪架33的一端穿過通孔與卡持件連接，卡持件用于將輪架限制在第二套筒的側(cè)壁上，防止掉落。通過旋轉(zhuǎn)輪架來調(diào)整行走輪的轉(zhuǎn)動軸線與第二套筒的軸線之間的傾斜角，即螺旋角，也可調(diào)整輪架伸入第二套筒內(nèi)的長度來調(diào)整行走輪與第二套筒之間的距離。輪架上33套設(shè)第二彈簧35，在第二彈簧的作用下當(dāng)遇到孔徑變化時，輪架會在第二彈簧的作用下，自適應(yīng)性調(diào)整伸入第二套筒的長度，從而使得行走輪34在整個移動過程中始終與管道內(nèi)壁相接觸，保證測量機器人的順利行進。

控制裝置51與電池52安裝在第二套筒32的內(nèi)腔中，控制裝置51分別連接行進裝置的驅(qū)動電機30和測量記錄裝置的第一電機21、測距傳感器22及控制終端(圖中未標(biāo)出)?？刂蒲b置用于接收控制終端的控制信號，控制行進裝置的移動以及定心軸的轉(zhuǎn)動，并將距離傳感器測得的數(shù)據(jù)傳輸給控制終端。

本實施例中，控制裝置與驅(qū)動電機、第一電機和測距傳感器之間為有線連接，與控制終端之間為無線連接，驅(qū)動電機選用直流減速電機，第一電機選用步進電機。

實施例二

如圖3所示，本實施例與實施例一的區(qū)別在于行進裝置還包括調(diào)整電機36、螺桿37和三叉元機構(gòu)38，所述調(diào)整電機36固定設(shè)置在第二套筒32內(nèi)，調(diào)整電機36的輸出軸通過聯(lián)軸器與螺桿37連接，圖4為三叉元機構(gòu)的示意圖，三叉元機構(gòu)的中心設(shè)有螺紋孔，螺桿37與三叉元機構(gòu)38螺紋連接，三叉元機構(gòu)38的每個連接桿均連接有U型桿39，U型桿39的兩個短軸分別連接處于同一軸線上的兩個輪架33的側(cè)壁，U型桿39與輪架33也通過螺紋連接，調(diào)整電機36連接控制裝置51。本實施例中，控制裝置與調(diào)整電機之間為有線連接，調(diào)整電機為步進電機?？刂蒲b置控制調(diào)整電機帶動螺桿轉(zhuǎn)動一定角度，由于三叉元機構(gòu)與螺桿是通過螺紋連接，三叉元機構(gòu)在螺桿上移動，從而帶動三個U型桿移動，繼而使六個輪架向同一方向轉(zhuǎn)動同一角度，達到可以控制螺旋角和步距的目的。

采用實施例二進行孔參數(shù)測定的過程如下：

1)、根據(jù)待測孔的內(nèi)徑，選擇相應(yīng)長度的測桿，將六個測桿分別穿過筒體上對應(yīng)的通孔，安裝在錐形體錐面上的六個滑槽中，將測量機器人放入工件的深孔中，在彈簧的恢復(fù)力作用下兩個錐形體受到朝向定心軸端部的推力而分別向兩側(cè)移動，但是因為測桿穿過筒體上的通孔，則測桿相對筒體軸線方向的位置是固定的，那么兩個錐形體向兩側(cè)移動時，測桿在滑槽中滑動，導(dǎo)致測桿沿筒體徑向向外移動，直至測桿的測頭與工件深孔的內(nèi)壁相抵觸，最終使得兩個錐形體處于受力平衡狀態(tài)，相對筒體靜止，此時，定心軸位于工件孔的軸線上，定心裝置與工件孔同軸，保證測量精度?？刂平K端發(fā)送采集數(shù)據(jù)信號給控制裝置，控制裝置控制分別設(shè)置在定心軸兩端的兩個測距傳感器，測出工件孔當(dāng)前截面、當(dāng)前角度的孔徑尺寸量，并將測量數(shù)據(jù)傳輸給控制終端，控制終端對測量數(shù)據(jù)進行記錄、顯示。

2)、控制終端發(fā)送第一電機轉(zhuǎn)動角度信息給控制裝置，控制裝置通過脈沖控制第一電機驅(qū)動定心軸旋轉(zhuǎn)控制終端發(fā)送的角度，每轉(zhuǎn)過一定角度記錄當(dāng)前的孔徑尺寸，從而完成整個截面的數(shù)據(jù)測量。

3)、當(dāng)前截面的所有數(shù)據(jù)記錄完成后，控制終端發(fā)送驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動圈數(shù)及進給位置信號給控制裝置，控制裝置控制驅(qū)動電機驅(qū)動第二套筒轉(zhuǎn)動，帶動定心裝置沿工件孔的軸線方向移動，進行下一個截面的參數(shù)測量。

4)、孔內(nèi)測量結(jié)束后，控制終端發(fā)送調(diào)整電機轉(zhuǎn)動角度信息給控制裝置，控制裝置通過脈沖控制調(diào)整電機經(jīng)過中間一系列傳動機制調(diào)整行走輪的螺旋角，加快行進速度退出所測孔。

本實用新型不僅保留了現(xiàn)有自定心深孔參數(shù)測量裝置的測量精度高、安裝方便等優(yōu)勢，還具有移動靈活、適用范圍廣等優(yōu)點。