[发明专利]一种变径壳体内焊缝随形磨抛加工机器人

权利要求书

1.一种变径壳体内焊缝随形磨抛加工机器人，其特征在于，所述变径壳体内焊缝随形磨抛加工机器人包括机器人外壳（1）、双排周向伺服运动机构（2）、气动变径机构（3）、加工机构（4）；所述机器人外壳（1）为机器人的结构件；所述双排周向伺服运动机构（2）用于完成机器人在直/锥形壳体内行走及姿态调整；所述气动变径机构（3）用于完成机器人在壳体内柔性运动及加工状态高刚性保持；加工机构（4）用于完成对变径壳体内焊缝区域的随形磨抛加工；

所述机器人外壳（1）包括壳体（1.1）、第一后车板（1.2）、第一中车板（1.3）、第二中车板（1.4）和防护板（1.5）；所述第一后车板（1.2）安装在机器人外壳（1）的后面；所述第一中车板（1.3）位于第一后车板（1.2）和第二中车板（1.4）之间，用于安装轴向移动电机（4.1）；所述第二中车板（1.4）位于第一中车板（1.3）前方，用于安装第一丝杠安装座（4.4）；所述防护板1.5安装在外壳的周向外侧；

所述的双排周向伺服运动机构（2）共有三组，相隔120度沿机器人外壳（1）周向分布，每组双排周向伺服运动机构（2）包括车板、车轴、车轮（2.3）、伺服电机（2.4）、第一减速机（2.5）、安装板（2.6）、连接轴（2.7）和锥齿轮（2.8）；所述车板包括第二后车板（2.1a）和前车板（2.1b），作为结构件，用作伺服电机和车轴的安装；所述车轴包括第一车轴（2.2a）、第二车轴（2.2b）、第三车轴（2.2c）和第四车轴（2.2d），分为两组，每组两个安装在第二后车板（2.1a）和前车板（2.1b）上；所述车轮（2.3）共有八个，分为四组，每组两个通过深沟球轴承安装在四根车轴上，双排轮分布驱动结构有利于减少壳体在机器人作用下的几何变形；所述伺服电机（2.4）固定在安装板（2.6）上，输出轴与第一减速机（2.5）连接；所述第一减速机（2.5）的输出轴与连接轴（2.7）连接；连接轴（2.7）通过锥齿轮（2.8）与其中第三车轴（2.2c）连接，作为驱动轮组；

所述气动变径机构（3）共有三组，相隔120度沿机器人外壳（1）周向分布，分别与双排周向伺服运动机构（2）连接，每组气动变径机构（3）包括气缸、气缸连接头、气缸安装板、连接销、导向杆；所述气缸包括第一气缸（3.1a）和第二气缸（3.1b），作为机器人变径的执行部件，可控制高压气体压强，保证机器人在壳体内柔性行走，与壳体内壁之间有稳定的顶撑力，同时在磨抛加工时机器人能够保持高刚性状态；所述气缸连接头包括第一气缸连接头（3.2a）和第二气缸连接头（3.2b），下部设有内螺纹孔，分别与第一气缸（3.1a）和第二气缸（3.1b）的活塞杆连接，上部设有销孔，第一气缸连接头（3.2a）与第二后车板（2.1a）通过第一连接销（3.4a）连接；第二气缸连接头（3.2b）与前车板（2.1b）通过第二连接销（3.4b）连接，使得机器人自适应直/锥形壳体；气缸安装板包括第一气缸安装板（3.3a）和第二气缸安装板（3.3b），气缸固定在气缸安装板上；所述导向杆包括第一导向杆（3.5a）和第二导向杆（3.5b），固定在第二后车板（2.1a）和前车板（2.1b）上，可以限制其旋转，只能沿着径向直线移动；

所述加工机构4有轴向移动、回转和径向移动三个自由度，包括轴向移动伺服电机（4.1）、轴向连接轴（4.2）、第一丝杠（4.3）、第一丝杠安装座（4.4）、螺母座（4.5）、传动轴（4.6）、回转电机安装座（4.7）、回转伺服电机（4.8）、回转轴（4.9）、第一角接触球轴承（4.10）、第二角接触球轴承（4.11）、伸缩轴（4.12）、隔套（4.13）、直线轴承（4.14）、导杆（4.15）、推力球轴承（4.16）、底板（4.17）、径向移动电机固定座（4.18）、径向移动伺服电机（4.19）、第二减速机（4.20）、第二丝杠（4.21）、第二丝杠安装座（4.22）、同步齿形带（4.23）、丝母座（4.24）、导轨、滑块、挡板、电主轴、砂轮、线激光传感器安装架（4.32）、线激光传感器（4.33）、工业相机安装架（4.34）和工业相机（4.35）；所述轴向移动伺服电机（4.1）安装在第一中车板（1.3）上，与第一丝杠（4.3）通过轴向连接轴（4.2）连接，进而带动第一丝杠（4.3）的旋转；所述第一丝杠安装座（4.4）通过螺钉固定在第二中车板（1.4）上，通过角接触球轴承和第一丝杠（4.3）连接；所述螺母座（4.5）安装在第一丝杠（4.3）上，与传动轴（4.6）连接，第一丝杠（4.3）旋转带动螺母座（4.5）和三组导杆（4.15）沿着三组直线轴承（4.14）移动，实现整个加工机构在变径壳体内的轴向移动；所述回转电机安装座（4.7）安装在传动轴（4.6）上，回转伺服电机（4.8）安装在回转电机安装座（4.7）上，与回转轴（4.9）前端法兰连接；回转伺服电机（4.8）驱动回转轴（4.9）旋转，进而实现整个加工机构在变径壳体内的旋转；

所述第一角接触球轴承（4.10）和第二角接触球轴承（4.11）内圈固定在回转轴（4.9）上，外圈固定在伸缩轴（4.12）内孔，所述伸缩轴（4.12）主要用于第一角接触球轴承（4.10）和第二角接触球轴承（4.11）的安装；所述直线轴承（4.14）共有六个分为三组间隔120°周向均布，外圈安装在隔套（4.13）的内孔上，所述隔套（4.13）用于直线轴承（4.14）的安装；所述导杆（4.15）共有三根，间隔120°周向均布，插入直线轴承（4.14）中；

所述推力球轴承（4.16）与伸缩轴（4.12）配合，座圈安装在底板（4.17）上，用于承受加工机构轴向移动时的轴向力；所述底板（4.17）固定在回转轴（4.9）上；所述径向移动伺服电机（4.19）与第二减速机（4.20）连接，通过径向移动电机固定座（4.18）安装在底板（4.17）上；所述第二丝杠（4.21）通过第二丝杠安装座（4.22）安装在底板（4.17）上，通过同步齿形带（4.23）与第二减速机（4.20）的输出轴连接，径向移动伺服电机（4.19）可以驱动第二丝杠（4.21）旋转；

所述导轨包括山形导轨（4.25a）和平导轨（4.25b），安装在底板（4.17）上；所述滑块包括第一滑块（4.26a）和第二滑块（4.26b），分别与山形导轨（4.25a）和平导轨（4.25b）配合，固定在滑板（4.27）上，用于加工机构（4）的径向移动；所述挡板包括第一挡板（4.28a）和第二挡板（4.28b），分别固定在第一滑块（4.26a）和第二滑块（4.26b）上，径向移动伺服电机（4.19）可以驱动第二丝杠（4.21）旋转，实现滑板（4.27）沿着导轨（4.25）在壳体内径向移动；山形导轨（4.25a）和平导轨（4.25b）的组合使得滑板（4.27）只能沿着导轨（4.25）方向移动，挡板用于防止滑板（4.27）移动时发生倾覆；所述电主轴安装架（4.29）固定在滑板（4.27）上，电主轴包括第一电主轴（4.30a）和第二电主轴（4.30b），固定安装在电主轴安装架上，砂轮包括第一砂轮（4.31a）和第二砂轮（4.31b），分别安装在第一电主轴（4.30a）和第二电主轴（4.30b）上，完成对内焊缝区域的磨抛；所述线激光传感器（4.33）安装在线激光传感器安装架（4.32）上，对内焊缝进行非接触式测量；所述工业相机（4.35）通安装在工业相机安装架（4.34）上，实现对加工过程的实时监控。