一种锥形壳体内焊缝测量-打磨机器人制造技术

一种锥形壳体内焊缝测量‑打磨机器人，属于特种机器人加工领域，包括三组行走机构、折叠顶撑机构、测量‑打磨机构、惯性导航传感器。所述行走机构共有三组，成120度间隔周向分布，用于提供前进动力；所述折叠顶撑机构通过主动适应机构可以实现变径，通过被动适应机构可以自适应壳体锥度特征，同时基于力传感器反馈的信息，调整主动适应机构，使机器人与壳体之间保持稳定支撑力。所述测量‑打磨装置具有三个自由度，集成线激光传感器和打磨头，能够对锥形壳体内焊缝进行非接触测量以及高精度打磨。本发明专利技术能够进入内径尺寸小的锥形壳体内，可自适应壳体内径变化及其锥度特征，对人工无法打磨的具有一定宽度的内焊缝进行非接触测量和高精度打磨。

A robot for measuring and grinding the weld in conical shell

【技术实现步骤摘要】
一种锥形壳体内焊缝测量-打磨机器人
本专利技术属于特种机器人加工领域，涉及一种锥形壳体内焊缝测量-打磨机器人。
技术介绍
锥形壳体是航空航天、核工业等重点领域的典型结构件。由于其制造尺寸大，往往采用焊接拼装而成。在焊装工艺过程中，接缝处必然会残留材料，影响零件的表面精度和性能。因此，需要对焊缝处进行打磨。然而，由于一些型号产品的壳体内径尺寸小，操作空间受限，无法人工完成。常规的工业打磨机器人体积庞大，无法进入；数控镗床一类设备由于悬伸变形，又难以适应壳体深处的焊缝打磨。自动化的打磨设备设计存在诸多困难。此外，由于壳体零件实际尺寸变形，焊缝特征不明，都增加了高精度自动打磨的难度。因此，极有必要研究适应锥形壳体内焊缝的自动打磨设备。郭伟灿等人在申请号为201910826411.9的中国专利技术专利中公开了一种大型储罐爬壁打磨机器人，可以在垂直壁面上附着爬行进行打磨作业，该打磨机器人打磨效果好、运行可靠、工作效率高。许华旸等人在申请号为201910599135.7的中国专利技术专利中公开了一种焊渣打磨机器人，该打磨机器人可以在打磨时将打磨头压紧在焊缝上。但是上述打磨机器人都不能自适应管径变化和壳体的锥度特征来进行高精度打磨。综上所述，既可以变化内径又可以同时适应壳体锥度特征，对锥形壳体进行高精度打磨的机器人仍有待研究。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种具有自动测量、打磨功能，用于锥形壳体内焊缝打磨的机器人。本专利技术采用一种具有主动力控功能的折叠顶撑机构，设计的主动适应和被动适应机构，使机器人与壳体之间保持稳定支撑力，同时可以适应一定内径范围的锥形壳体特征；采用双排轮的分布式驱动结构，提升机器人与壳体间摩擦力，从而提供稳定的打磨支撑力；采用惯性导航传感器和线激光传感器反馈信息，实现机器人打磨位姿调整；采用的3自由度测量-打磨机构，使机器人可基于线激光传感器反馈信息完成一定宽度环焊缝的高精度打磨。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种锥形壳体内焊缝测量-打磨机器人，包括三组行走机构Ⅰ、折叠顶撑机构Ⅱ、测量-打磨机构Ⅲ、测量-打磨机器人外壳1、惯性导航传感器2。所述行走机构Ⅰ用于完成测量-打磨机器人的前进；折叠顶撑机构Ⅱ用于实现测量-打磨机器人的变径，同时与行走机构Ⅰ相互配合，实现对壳体锥度特征的被动适应；测量-打磨机构Ⅲ用于完成对锥形壳体焊缝的非接触测量和高精度打磨。该测量-打磨机器人能够进入内径尺寸小的锥形壳体内，可自适应壳体内径变化及其锥度特征，对人工无法打磨的具有一定宽度的内焊缝进行非接触测量和高精度打磨。主要包括行走机构、折叠顶撑机构和测量-打磨机构。所述的测量-打磨机器人外壳1为六棱柱薄壁结构，沿120度间隔周向分布三个长方形孔，用于通过折叠顶撑机构Ⅱ的弯杆18。所述测量-打磨机器人外壳1主要包括前车板28、中车板20、后车板19。所述后车板19安装在外壳1的后面，用于安装惯性导航传感器2、力传感器11和电机支撑板A21；中车板20位于前车板28和后车板19之间，用于安装丝杠A13、丝杠B24和电机支撑板B27；前车板28安装在外壳1的前面，用于安装直线导轨A26，中间有方形孔能够使移动块25沿着直线导轨A26移动。所述的惯性导航传感器2安装在测量-打磨机器人外壳1的后车板19上，用于反馈测量-打磨机器人的空间位姿信息。所述的三组行走机构Ⅰ相隔120度沿外壳1周向分布，通过螺栓与折叠顶撑机构Ⅱ的弯杆18连接。所述的每组行走机构Ⅰ包括四个行进轮3、车壳4、吊环5、车轴6、伺服电机A7、支撑板8、锥齿轮9和齿轮减速机构10。所述的车壳4为盒体结构，两根车轴6分别安装在车壳4左右两侧；一侧车轴6两端安装行进轮3，作为从动轮组；车壳4另一侧安装支撑板8，且该侧车轴6两端安装行进轮3，作为驱动轮组，该车轴6中设有与齿轮减速机构10配合的齿轮结构；所述齿轮减速机构10经锥齿轮9与伺服电机A7连接；所述伺服电机A7安装在车壳的支撑板8上。所述四个行进轮3分为驱动轮组和从动轮组，双排轮增加了机器人与壳体之间的摩擦力。所述的车壳4顶面上方安装两个吊环5，吊环5的螺栓孔尺寸与折叠顶撑机构Ⅱ的弯杆18的螺栓孔尺寸相配合，吊环5与弯杆18通过螺栓连接。所述折叠顶撑机构Ⅱ包括力传感器11、伺服电机B12、丝杠A13、固定连接件14、丝杠螺母15、直杆A16、直杆B17和弯杆18。所述的力传感器11安装在测量-打磨机器人外壳1的后车板19上，用于反馈支撑力的大小，具体反馈测量-打磨机器人和锥形壳体之间支撑力的大小。所述固定连接件14一端与力传感器11相连接，另一端的轴与电机支撑板A21上的孔通过直线轴承相连接。所述的伺服电机B12安装在与后车板19相连的电机支撑板A21上，通过联轴器与丝杠A13一端连接，丝杠A13另一端安装在中车板20上，伺服电机B12驱动丝杠A13旋转，实现丝杠螺母15的轴向移动。所述的丝杠螺母15与三根直杆B17通过深沟球轴承连接，固定连接件14与三根直杆A16通过深沟球轴承连接，构成主动适应机构，所述丝杠螺母15安装在丝杠A13上。所述的弯杆18与行走机构Ⅰ的吊环5通过螺栓连接，构成被动适应机构。直杆A16、直杆B17分别通过深沟球轴承和弯杆18连接，三根杆之间形成转动连接。所述测量-打磨机构Ⅲ包括伺服电机C22、齿轮机构23、丝杠B24、移动块25、直线导轨A26、直驱电机29、转轴30、伺服电机D31、丝杠C32、直线导轨B33、测量-打磨装置，其中测量-打磨装置包括线激光传感器34和打磨头35。所述的伺服电机C22安装在与中车板20相连的电机支撑板B27上，通过齿轮机构23带动丝杠B24旋转，移动块25套在丝杠B24上，丝杠B24一端固定中车板20上，丝杠B24的转动带动移动块25沿着直线导轨A26移动，进而实现线激光传感器34和打磨头35组成的测量-打磨装置在锥形壳体内的轴向移动。所述的直线导轨A26安装在外壳1的前车板28上，用于移动块25的直线移动。所述的直驱电机29安装在移动块25内，位于其轴心线上，用于带动转轴30旋转。所述的伺服电机D31安装在转轴30内部，与丝杠C32通过联轴器连接。所述直线导轨B33安装在转轴30内，丝杠C32的转动带动测量-打磨装置沿着直线导轨B33移动，进而实现测量-打磨装置在锥形壳体内的径向移动。所述的线激光传感器34和打磨头35集成到一起，安装在丝杠C32上，其中线激光传感器34用于对焊缝进行非接触测量，打磨头35用于对焊缝进行高精度打磨。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术所述的测量-打磨机器人，能够进入内径尺寸小的锥形壳体，在人工无法进行操作的受限环境中完成对焊缝的高精度打磨，适用性强，灵活性好；(2)本专利技术所述的具有力控功能的折叠顶撑机构，能够基于力传感器反馈的信息来调整主动适应机构和被动适应机构，从而适应锥形壳体的内径变化及其锥度特征；(3)本专利技术所述的测量-打磨机构具有三个自由度，可以完成不同型号壳体的焊缝打磨；将测量和打磨装置集成到一起，统一了测量坐标系和打本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锥形壳体内焊缝测量-打磨机器人，其特征在于，所述锥形壳体内焊缝测量-打磨机器人包括三组行走机构Ⅰ、折叠顶撑机构Ⅱ、测量-打磨机构Ⅲ、测量-打磨机器人外壳(1)、惯性导航传感器(2)；所述行走机构Ⅰ用于完成测量-打磨机器人的前进；折叠顶撑机构Ⅱ用于实现测量-打磨机器人的变径，同时与行走机构Ⅰ相互配合，实现对壳体锥度特征的被动适应；测量-打磨机构Ⅲ用于完成对锥形壳体焊缝的非接触测量和高精度打磨；/n所述的测量-打磨机器人外壳(1)为六棱柱薄壁结构，沿120度间隔周向分布三个长方形孔，用于通过折叠顶撑机构Ⅱ的弯杆(18)；所述测量-打磨机器人外壳(1)主要包括前车板(28)、中车板(20)、后车板(19)；所述后车板(19)安装在外壳(1)的后面，用于安装惯性导航传感器(2)、力传感器(11)和电机支撑板A(21)；中车板(20)位于前车板(28)和后车板(19)之间，用于安装丝杠A(13)、丝杠B(24)和电机支撑板B(27)；前车板(28)安装在外壳(1)的前面，用于安装直线导轨A(26)，中间设有方形孔能够使移动块(25)沿直线导轨A(26)移动；/n所述的惯性导航传感器(2)用于反馈测量-打磨机器人的空间位姿信息；/n所述的三组行走机构Ⅰ相隔120度沿外壳(1)周向分布，每组行走机构Ⅰ包括四个行进轮(3)、车壳(4)、吊环(5)、车轴(6)、伺服电机A(7)、支撑板(8)、锥齿轮(9)和齿轮减速机构(10)；所述的车壳(4)为盒体结构，两根车轴(6)分别安装在车壳(4)左右两侧；一侧车轴(6)两端安装行进轮(3)，作为从动轮组；车壳(4)另一侧安装支撑板(8)，该侧车轴(6)两端安装行进轮(3)，作为驱动轮组，该车轴(6)中设有与齿轮减速机构(10)配合的齿轮结构；所述齿轮减速机构(10)经锥齿轮(9)与伺服电机A(7)连接；所述伺服电机A(7)安装在车壳的支撑板(8)上；所述的车壳(4)顶面上方安装两个吊环(5)，吊环(5)与弯杆(18)通过螺栓连接，构成被动适应机构；/n所述折叠顶撑机构Ⅱ包括力传感器(11)、伺服电机B(12)、丝杠A(13)、固定连接件(14)、丝杠螺母(15)、直杆A(16)、直杆B(17)和弯杆(18)；所述的力传感器(11)用于反馈支撑力的大小；所述固定连接件(14)一端与力传感器(11)相连接，另一端与电机支撑板A(21)上的孔相配合连接；所述的伺服电机B(12)安装在电机支撑板A(21)上，通过联轴器与丝杠A(13)一端连接，丝杠A(13)另一端安装在中车板(20)上，伺服电机B(12)驱动丝杠A(13)旋转，实现丝杠螺母(15)的轴向移动；所述的丝杠螺母(15)与三根直杆B(17)连接，固定连接件(14)与三根直杆A(16)连接，构成主动适应机构；所述丝杠螺母(15)安装在丝杠A(13)上；所述直杆A(16)、直杆B(17)分别与弯杆(18)连接，三者间形成转动连接；/n所述的测量-打磨机构Ⅲ包括伺服电机C(22)、齿轮机构(23)、丝杠B(24)、移动块(25)、直线导轨A(26)、直驱电机(29)、转轴(30)、伺服电机D(31)、丝杠C(32)、直线导轨B(33)、测量-打磨装置，其中测量-打磨装置包括线激光传感器(34)和打磨头(35)；所述的伺服电机C(22)安装在电机支撑板B(27)上，通过齿轮机构(23)带动丝杠B(24)旋转，移动块(25)套在丝杠B(24)上，丝杠B(24)的转动带动移动块(25)沿着直线导轨A(26)移动，进而实现测量-打磨装置在锥形壳体内的轴向移动；所述的直线导轨A(26)安装在外壳(1)的前车板(28)上，用于移动块(25)的直线移动；所述的直驱电机(29)安装在移动块(25)内，位于其轴心线上，用于带动转轴(30)旋转；所述的伺服电机D(31)安装在转轴(30)内部，与丝杠C(32)连接；所述直线导轨B(33)安装在转轴(30)内，丝杠C(32)的转动带动测量-打磨装置沿着直线导轨B(33)移动，进而实现测量-打磨装置在锥形壳体内的径向移动；所述的线激光传感器(34)和打磨头(35)集成安装在丝杠C(32)上，其中线激光传感器(34)用于对焊缝进行非接触测量，打磨头(35)用于对焊缝进行高精度打磨。/n...

【技术特征摘要】
1.一种锥形壳体内焊缝测量-打磨机器人，其特征在于，所述锥形壳体内焊缝测量-打磨机器人包括三组行走机构Ⅰ、折叠顶撑机构Ⅱ、测量-打磨机构Ⅲ、测量-打磨机器人外壳(1)、惯性导航传感器(2)；所述行走机构Ⅰ用于完成测量-打磨机器人的前进；折叠顶撑机构Ⅱ用于实现测量-打磨机器人的变径，同时与行走机构Ⅰ相互配合，实现对壳体锥度特征的被动适应；测量-打磨机构Ⅲ用于完成对锥形壳体焊缝的非接触测量和高精度打磨；
所述的测量-打磨机器人外壳(1)为六棱柱薄壁结构，沿120度间隔周向分布三个长方形孔，用于通过折叠顶撑机构Ⅱ的弯杆(18)；所述测量-打磨机器人外壳(1)主要包括前车板(28)、中车板(20)、后车板(19)；所述后车板(19)安装在外壳(1)的后面，用于安装惯性导航传感器(2)、力传感器(11)和电机支撑板A(21)；中车板(20)位于前车板(28)和后车板(19)之间，用于安装丝杠A(13)、丝杠B(24)和电机支撑板B(27)；前车板(28)安装在外壳(1)的前面，用于安装直线导轨A(26)，中间设有方形孔能够使移动块(25)沿直线导轨A(26)移动；
所述的惯性导航传感器(2)用于反馈测量-打磨机器人的空间位姿信息；
所述的三组行走机构Ⅰ相隔120度沿外壳(1)周向分布，每组行走机构Ⅰ包括四个行进轮(3)、车壳(4)、吊环(5)、车轴(6)、伺服电机A(7)、支撑板(8)、锥齿轮(9)和齿轮减速机构(10)；所述的车壳(4)为盒体结构，两根车轴(6)分别安装在车壳(4)左右两侧；一侧车轴(6)两端安装行进轮(3)，作为从动轮组；车壳(4)另一侧安装支撑板(8)，该侧车轴(6)两端安装行进轮(3)，作为驱动轮组，该车轴(6)中设有与齿轮减速机构(10)配合的齿轮结构；所述齿轮减速机构(10)经锥齿轮(9)与伺服电机A(7)连接；所述伺服电机A(7)安装在车壳的支撑板(8)上；所述的车壳(4)顶面上方安装两个吊环(5)，吊环(5)与弯杆(18)通过螺栓连接，构成被动适应机构；
所述折叠顶撑机构Ⅱ包括力传感器(11)、伺服电机B(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永青，李特，白承栋，刘海波，刘阔，郭东明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21