一种内管壁激光清洗机器人及方法技术

本发明专利技术涉及内管壁激光清洗机器人，爬行机构的中轴线上具有光通道，光通道的出光口通过中空软性连接结构与爬行机构前方的旋转式清洗头的入光口相连通；伸缩机构通过伸缩动作用以调节爬行机构与旋转式清洗头之间的距离；爬行机构和伸缩机构分别与控制器电连接。本发明专利技术的有益效果为：通过引入伸缩机构，将机器人爬行功能与清洗头旋转清洗功能进行独立拆分，使得两者无需相互配合，可优化工作模式，提升整体清洗流程效率，由旋转式清洗头和伸缩机构配合完成分段清洗，在同样满足清洗的条件下，相比传统清洗头部转速降低一个数量级，可极大提升机器人载体稳定性，而且在完成内壁扫描清洗后，机器人可以以较快的速度退出管道，节省整体清洗流程的时间。体清洗流程的时间。体清洗流程的时间。

【技术实现步骤摘要】
一种内管壁激光清洗机器人及方法


[0001]本专利技术涉及激光清洗
，具体涉及一种内管壁激光清洗机器人及方法。

技术介绍

[0002]随着激光清洗技术不断发展，要求生产设备清洗效率高，目前对于管道内壁的清洗所采用的技术路径一般为机器人带动清洗头进入管道内部进行作业，在作业过程中以一定的角速度旋转清洗头，在管道内形成环形激光扫描线，同时，为了实现光斑沿管道纵向的搭接，需要严格控制机器人的爬行速度，只有当机器人爬行速度和清洗头旋转角速度满足一定条件时才能满足良好的光斑搭接，从而实现管道内壁的全面清洗。
[0003]为了实现良好的光斑搭接，要求清洗头高转速，而机器人慢爬行速度，一般清洗头转速超过10000rpm,机器人爬行速度为mm/s级别，在这种情况下，一方面较高的清洗头转速容易造成机器人载体不稳定；另一方面，目前机器人电机可调速范围有限，当以较慢的爬行速度完成清洗时，机器人无法调整到较高的速度退出管道，影响整体作业效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种内管壁激光清洗机器人及方法，以克服上述现有技术中的不足。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种内管壁激光清洗机器人，包括：爬行机构和伸缩机构，爬行机构的中轴线上具有光通道，光通道的出光口通过中空软性连接结构与爬行机构前方的旋转式清洗头的入光口相连通；伸缩机构通过伸缩动作用以调节爬行机构与旋转式清洗头之间的距离；爬行机构和伸缩机构分别与控制器电连接。
[0006]本专利技术的有益效果是：通过引入伸缩机构，将机器人爬行功能与清洗头旋转清洗功能进行独立拆分，使得两者无需相互配合，可优化工作模式，提升整体清洗流程效率，此外，在同样满足清洗的条件下，采用分段式模式，且机器人在对每段执行清洗任务过程中，爬行机构保持静止不动，由旋转式清洗头和伸缩机构配合完成分段清洗，相比传统清洗头部转速降低一个数量级，可以极大提升机器人载体稳定性，而且在完成内壁扫描清洗后，机器人可以以较快的速度退出管道，节省整体清洗流程的时间。
[0007]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0008]进一步，中空软性连接结构包括：中空连接轴、滚珠花键和中空固定轴，中空连接轴的出光端与旋转式清洗头的入光口连通，中空固定轴的入光端与爬行机构的光通道的出光口连通，滚珠花键设置在中空连接轴的入光端与中空固定轴的出光端之间。
[0009]采用上述进一步的有益效果为：清洗激光可以经光通道的入光口进入光通道内，然后再依次经中空固定轴、中空连接轴后进入旋转式清洗头内，确保即使存在伸缩运动，依旧可以将清洗激光导入旋转式清洗头内。
[0010]进一步，伸缩机构布置在中空软性连接结构的下方，伸缩机构的尾端与中空固定轴相固定，伸缩机构的伸缩端与中空连接轴相连接。
[0011]进一步，中空连接轴内设有电动变焦结构。
[0012]采用上述进一步的有益效果为：清洗激光经过电动变焦结构变焦以后再进入旋转式清洗头内，可以满足不同管径的清洗需求。
[0013]进一步，中空固定轴内设有扩束光路。
[0014]采用上述进一步的有益效果为：由光通道导入中空固定轴内的清洗激光经过扩束光路扩束以后再进入中空连接轴内，可以满足不同管径的清洗需求。
[0015]进一步，伸缩机构采用电动伸缩杆。
[0016]进一步，爬行机构采用自适应变径结构。
[0017]基于上述技术方案，本专利技术还提供一种内管壁激光清洗方法，采用内管壁激光清洗机器人，包括如下步骤：
[0018]S1、将整个机器人置于待清洗管道内；
[0019]S2、确定管道清洗范围的长度S，并对清洗范围S进行分段，以确定每段清洗范围长度s以及段数n，每段清洗范围s小于伸缩机构的行程；
[0020]S3、确定机器人移动步距t，为满足每段之间的搭接，则s＞t；
[0021]S4、确定待清洗管道半径R，根据聚焦光斑直径D与R的关系D＝f(R)，以自动计算聚焦光斑直径D；
[0022]S5、依据螺旋线在沿管道纵向所满足的搭接率条件建立方程式：
[0023][0024]其中，D为机器人的清洗激光在管道内壁上聚焦光斑直径，单位为um；
[0025]a为伸缩机构移动速度，单位为mm/s；
[0026]N为旋转式清洗头旋转速度，单位为rpm；
[0027]τ为光斑搭接率；
[0028]S6、输入爬行机构(1)爬行速度V，机器人爬行至清洗范围起点位置；
[0029]S7、再开始执行全管道指定范围内的分段式自动清洗，且机器人在对每段执行清洗任务过程中，爬行机构保持静止不动，由旋转式清洗头和伸缩机构配合完成该段清洗。
[0030]采用上述进一步的有益效果为：通过引入伸缩机构，将机器人爬行功能与清洗头旋转清洗功能进行独立拆分，使得两者无需相互配合，在同样满足清洗的条件下，采用分段式模式，且机器人在对每段执行清洗任务过程中，爬行机构保持静止不动，由旋转式清洗头和伸缩机构配合完成分段清洗，相比传统清洗头部转速降低一个数量级，可以极大提升机器人载体稳定性，而且在完成内壁扫描清洗后，机器人可以以较快的速度退出管道，节省整体清洗流程的时间。
[0031]进一步，伸缩机构移动速度a的取值范围为：0.1<a<10；光斑搭接率τ的取值范围为：30％<τ<70％，聚焦光斑直径D的取值范围为：50<D<80。
[0032]进一步，每段清洗范围长度s与移动步距t的关系式为：s
‑
t＝2mm。
附图说明
[0033]图1为本专利技术所述内管壁激光清洗机器人的结构图一；
[0034]图2为本专利技术所述内管壁激光清洗机器人的结构图二。
[0035]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0036]1、爬行机构，2、伸缩机构，3、旋转式清洗头，4、中空软性连接结构，410、中空连接轴，420、滚珠花键，430、中空固定轴。
具体实施方式
[0037]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0038]实施例1
[0039]如图1、图2所示，一种内管壁激光清洗机器人，包括：爬行机构1和伸缩机构2，爬行机构1的中轴线上具有光通道，光通道的出光口通过中空软性连接结构4与爬行机构1前方的旋转式清洗头3的入光口相连通，伸缩机构2通过伸缩动作用以调节爬行机构1与旋转式清洗头3之间的距离，即伸缩机构2在进行伸缩动作时，可以驱动旋转式清洗头3靠近和远离爬行机构1；爬行机构1和伸缩机构2分别与控制器电连接；清洗激光可以经光通道的入光口进入光通道内，然后再经中空软性连接结构4进入旋转式清洗头3内，最终再由旋转式清洗头3出射在管道内壁上，以实现激光清洗，采用分段式模式，且机器人在对每段执行清洗任务过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内管壁激光清洗机器人，其特征在于，包括：爬行机构(1)和伸缩机构(2)，所述爬行机构(1)的中轴线上具有光通道，所述光通道的出光口通过中空软性连接结构(4)与爬行机构(1)前方的旋转式清洗头(3)的入光口相连通；所述伸缩机构(2)通过伸缩动作用以调节所述爬行机构(1)与所述旋转式清洗头(3)之间的距离；所述爬行机构(1)和所述伸缩机构(2)分别与控制器电连接。2.根据权利要求1所述的一种内管壁激光清洗机器人，其特征在于，所述中空软性连接结构(4)包括：中空连接轴(410)、滚珠花键(420)和中空固定轴(430)，所述中空连接轴(410)的出光端与所述旋转式清洗头(3)的入光口连通，所述中空固定轴(430)的入光端与所述爬行机构(1)的光通道的出光口连通，所述滚珠花键(420)设置在所述中空连接轴(410)的入光端与所述中空固定轴(430)的出光端之间。3.根据权利要求1或2所述的一种内管壁激光清洗机器人，其特征在于，所述伸缩机构(2)布置在所述中空软性连接结构(4)的下方，所述伸缩机构(2)的尾端与所述中空固定轴(430)相固定，所述伸缩机构(2)的伸缩端与所述中空连接轴(410)相连接。4.根据权利要求2所述的一种内管壁激光清洗机器人，其特征在于，所述中空连接轴(410)内设有电动变焦结构。5.根据权利要求2所述的一种内管壁激光清洗机器人，其特征在于，所述中空固定轴(430)内设有扩束光路。6.根据权利要求1所述的一种内管壁激光清洗机器人，其特征在于，所述伸缩机构(2)采用电动伸缩杆。7.根据权利要求1所述的一种内管壁激光清洗机器人，其特征在于，所述爬行机构(1)采用自适应变径结构。8.一种内管壁激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李震，张金星，叶小威，王亦军，
申请(专利权)人：宝宇武汉激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：