[发明专利]一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人

权利要求书

1.一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，其特征在于，包括自驱履带组件(1)、自适应组件(2)、导杆支撑组件(3)、光电测量/加工组件(4)、动态聚焦组件(5)和光纤转接头(6)；所述自驱履带组件(1)和自适应组件(2)均设置有三组，每组自驱履带组件(1)均通过对应的自适应组件(2)设置在导杆支撑组件(3)上，相邻两组自驱履带组件(1)之间的夹角为120度；每组自适应组件(2)均包括两个相对设置的自适应连杆，所述自适应连杆呈“人”字形，“人”字形顶部与自驱履带组件(1)相连，“人”字形底部固定安装在导杆支撑组件(3)上，所述光电测量/加工组件(4)设置在导杆支撑组件(3)的前端，所述光纤转接头(6)设置在导杆支撑组件(3)的后端；所述动态聚焦组件(5)定位安装在导杆支撑组件(3)的内部；

所述自适应连杆包括定位轴(201)、两个锁紧螺母(202)、两根第一连杆(203)、两根第二连杆(204)、两个轴承座(205)、连接轴(206)和直线轴承座(207)；定位轴(201)的两端分别与左板(10201)和右板(10202)上位置对应的两个连杆安装孔同轴装配，并通过两个锁紧螺母(202)实现锁紧；

两根第一连杆(203)相互平行，两根第一连杆(203)的一端均与定位轴(201)同轴装配，另一端均与连接轴(206)同轴装配；两根第二连杆(204)相互平行，两根第二连杆(204)的一端均对应安装在一根第一连杆(203)上，并与第一连杆(203)的中间通孔同轴配合装配，另一端均安装在导杆支撑组件(3)上；连接轴(206)通过两个轴承座(205)安装在直线轴承座(207)的上表面；

所述导杆支撑组件(3)包括两个限位卡件(301)、刚性压簧(302)、导向轴(303)、支撑轴(304)、橡胶限位套(305)、光轴固定环(306)、第一连杆法兰底座(307)、第二棱柱连接杆(308)和第二连杆法兰底座(309)；

所述第一连杆法兰底座(307)和第二连杆法兰底座(309)结构相同，表面均设置有三组连接孔，每组连接孔均用于与自适应连杆中的第二连杆(204)通过销轴配合连接；

所述支撑轴(304)为空心轴，其穿过第一连杆法兰底座(307)和第二连杆法兰底座(309)中部的通孔，并通过一对光轴固定环(306)定位；两个限位卡件(301)分别同轴安装在支撑轴(304)的两端；支撑轴(304)的上表面沿轴向方向设置有一开口槽(3041)；第一连杆法兰底座(307)与第二连杆法兰底座(309)之间通过多根第二棱柱连接杆(308)实现等距平行连接；所述光纤转接头(6)设置在支撑轴(304)后端，并通过自锁装置实现同轴装配；

导向轴(303)共有三根，围绕支撑轴(304)均匀设置，并与第一连杆法兰底座(307)、第二连杆法兰底座(309)、限位卡件(301)上的定位通孔同轴配合；每根导向轴(303)上均安装有两组橡胶限位套(305)与刚性压簧(302)；自适应连杆中的直线轴承座(207)安装在导向轴(303)上，并与刚性压簧(302)抵接；

所述光电测量/加工组件(4)包括方形安装架(401)、电机驱动组件(402)和共轴激光测量与加工装置(403)；

所述方形安装架(401)呈中空的长方体结构，其前后方中心分别设有第一通孔(40104)与第二通孔(40102)，环绕第二通孔(40102)均匀设置三个定位孔(40101)，其侧前方对称设置了2个螺纹孔(40103)；所述方形安装架(401)通过穿过三个定位孔(40101)的螺栓固定安装在导杆支撑组件(3)上，并使得第二通孔(40102)与支撑轴(304)的空心孔位置相对；

所述电机驱动组件(402)包括电机(40201)、电机支架(40202)、驱动齿轮(40203)，驱动齿轮(40203)与电机(40201)的转轴同轴装配；电机(40201)通过电机支架(40202)安装在方形安装架(401)侧面；

所述共轴激光测量与加工装置(403)包括螺纹轴(40301)、圆螺母(40302)、角接触球轴承(40303)、从动齿轮(40304)、U形法兰座(40305)、45°反射镜(40306)、U形安装座(40307)、无线CCD相机(40308)和CCD相机安装架(40309)；

所述螺纹轴(40301)两端均设有外螺纹，中间为空心光轴，且轴外侧设有一道直通矩形凹槽；所述螺纹轴(40301)的空心部分与支撑轴(304)的空心孔位置相对，且轴线重合；圆螺母(40302)、角接触球轴承(40303)及从动齿轮(40304)依次安装在螺纹轴(40301)上，角接触球轴承(40303)的外圈与第一通孔(40104)的内壁同轴配合，从动齿轮(40304)通过键槽配合固定在螺纹轴(40301)中部，并与驱动齿轮(40203)互相啮合，所述U形法兰座(40305)一侧开有内螺纹通孔(403052)，并与螺纹轴(40301)通过螺纹配合实现装配，另一侧设有通槽(403053)，在其侧面开有两个第三通孔(403054)，U形安装座(40307)置于通槽(403053)内，并与两侧的第三通孔(403054)同轴配合安装，无线CCD相机(40308)与CCD相机安装架(40309)固定安装在U形安装座(40307)一侧，45°反射镜(40306)固定安装在U形安装座(40307)另一侧；

所述动态聚焦组件(5)包括第一轴向法兰轴承座(501)、丝杠(502)、转接方形卡件(503)、丝杠螺母座(504)、延伸轴(505)、聚焦透镜(506)、第二轴向法兰轴承座(507)、膜片联轴器(508)、电机支座(509)和镜片电机(510)，所述丝杠(502)、转接方形卡件(503)、丝杠螺母座(504)、膜片联轴器(508)、镜片电机(510)同轴配合安装，组成线性移动动力输出装置；所述第一轴向法兰轴承座(501)和第二轴向法兰轴承座(507)的上下两端均设置有通孔，丝杠(502)的两端支撑安装在第一轴向法兰轴承座(501)和第二轴向法兰轴承座(507)的上端通孔中；所述第一轴向法兰轴承座(501)和第二轴向法兰轴承座(507)均通过下端通孔套装在支撑轴(304)上，与支撑轴(304)同轴配合，并通过底部的定位螺纹孔实现锁紧；聚焦透镜(506)通过延伸轴(505)安装在转接方形卡件(503)上，通过支撑轴(304)上表面的开口槽(3041)伸入支撑轴(304)的内部空腔内，并在空间位置上与支撑轴(304)同轴；在线性移动动力输出装置的驱动下聚焦透镜(506)可在支撑轴(304)的内部空腔内沿着支撑轴(304)的轴线移动实现动态调整焦距。

2.根据权利要求1所述的自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，其特征在于，所述自驱履带组件(1)包括自驱组件(101)和桁架组件(102)，自驱组件(101)安装固定在桁架组件(102)上；所述桁架组件(102)包括左板(10201)、右板(10202)和四根第一棱柱连接杆(10203)，四根第一棱柱连接杆(10203)安装在左板(10201)与右板(10202)之间，使得左板(10201)与右板(10202)相互平行位置相对；左板(10201)和右板(10202)的两端均设置有一个位置对应的轴承安装孔，左板(10201)和右板(10202)的中部均设置有两个位置对应的连杆安装孔；

所述自驱组件(101)包括防滑履带(103)、减速电机(10101)、减速电机支架(10102)、主动锥齿轮(10103)、从动锥齿轮(10104)、第一深沟球轴承(10105)、第一阶梯轴(10106)、限位法兰(10107)、第一同步轮(10108)、第二同步轮(10109)、同步带(10110)、凸轮轴承导向器(10111)、第三同步轮(10112)、第二深沟球轴承(10113)、第四同步轮(10114)和第二阶梯轴(10115)；减速电机(10101)通过减速电机支架(10102)安装在左板(10201)上，主动锥齿轮(10103)与从动锥齿轮(10104)组成一对啮合齿轮副，分别与减速电机(10101)的输出轴和第一阶梯轴(10106)同轴装配；第一同步轮(10108)通过两个限位法兰(10107)固定安装在第一阶梯轴(10106)上，第一阶梯轴(10106)的两端通过两个第一深沟球轴承(10105)安装在左板(10201)和右板(10202)中；

第二同步轮(10109)、同步带(10110)、凸轮轴承导向器(10111)、第三同步轮(10112)共同组成动力传递组件，其中第二同步轮(10109)与第三同步轮(10112)分别同轴装配在第一阶梯轴(10106)与第二阶梯轴(10115)的同侧，凸轮轴承导向器(10111)安装在右板(10202)中部螺纹孔处，对同步带(10110)起到张紧作用，第四同步轮(10114)固定安装在第二阶梯轴(10115)中间，第二阶梯轴(10115)的两端通过两个第二深沟球轴承(10113)安装在左板(10201)和右板(10202)中；防滑履带(103)缠绕在第一同步轮(10108)和第四同步轮(10114)上，第一同步轮(10108)转动的同时带动防滑履带(103)运动。