申请/专利权人：河北工业大学

申请日：2023-09-04

公开（公告）日：2024-05-28

公开（公告）号：CN221023936U

主分类号：B62D57/024

分类号：B62D57/024;G21C17/013

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.28#授权

摘要：一种基于柔性偏转关节的核电装备立面仿尺蠖检测机器人，包括仿尺蠖肢体结构体和分别连接于仿尺蠖肢体结构体两端的两个足端吸附检测结构体；所述仿尺蠖肢体结构体由三个相同的肢体模块组成，每个肢体模块包括一个主偏转肢节、两个副偏转肢节、电机连接法兰、关节驱动电机、模块连接组件和柔性套管，副偏转肢节安装在主偏转肢节的两端部，模块连接组件安装在副偏转肢节的外端面；所述柔性套管由弹性体材料制成，柔性套管紧密包覆于肢体模块外壁，柔性套管的两端分别与模块连接组件固连；利用柔性套管对肢体各关节的主被动刚度调控实现仿尺蠖肢体结构体的柔顺运动，所述足端吸附检测结构体包括足端安装底座、足端端盖、接触式检测探头和足端吸附模块。

主权项：1.一种基于柔性偏转关节的核电装备立面仿尺蠖检测机器人，其特征在于所述机器人包括仿尺蠖肢体结构体和分别连接于仿尺蠖肢体结构体两端的足端吸附检测结构体；所述仿尺蠖肢体结构体由至少三个相同的肢体模块组成，每个肢体模块包括一个主偏转肢节、两个副偏转肢节、电机连接法兰、关节驱动电机、输出轴连接盘、模块连接组件和柔性套管，副偏转肢节安装在主偏转肢节的两端部，模块连接组件安装在副偏转肢节的外端面，相邻端面间可实现相对转动，使得单个肢体模块具有四个旋转自由度；主偏转肢节、副偏转肢节均为中空筒状结构，主偏转肢节两端面与其轴线的法平面具有方向相反的22.5°夹角，副偏转肢节外端面与其轴线垂直，内端面与其轴线的法平面具有22.5°夹角，副偏转肢节的内端面与主偏转肢节的端面贴近且同轴连接，所述柔性套管套装在主偏转肢节和两个副偏转肢节外部使主偏转肢节和副偏转肢节之间的关节成为柔性偏转关节；主偏转肢节的端面和副偏转肢节外端面均开设连接通孔，连接通孔边缘向内延伸形成同轴的中空圆柱形的电机安装座，电机安装座的底端面设有螺纹孔，所述电机连接法兰通过紧定螺钉固定安装在电机安装座的底端面，副偏转肢节内端面和模块连接组件的内端面都具有垂直于端面的中空阶梯轴，中空阶梯轴通过轴肩处安装的深沟球轴承与电机安装座形成回转副，中空阶梯轴内腔表面设有键槽，中空阶梯轴底端面设有螺纹孔，所述输出轴连接盘通过紧定螺钉固定安装在中空阶梯轴的底端面；关节驱动电机通过电机连接法兰与电机安装座刚性连接，关节驱动电机的驱动轴插入中空阶梯轴内腔中，并通过平键与中空阶梯轴的键槽配合实现中空阶梯轴和驱动轴的键连接，电机输出轴通过输出轴连接盘与中空阶梯轴刚性连接；所述模块连接组件包括航空插头和可以螺纹连接的公模块连接盘与母模块连接盘；相邻肢体模块间通过模块连接组件串联和电连接；所述公模块连接盘和母模块连接盘均为圆形盘状结构，所述公模块连接盘外表面具有同轴的环形凸台，环形凸台的中心具有公头安装孔，环形凸台表面具有围绕公头安装孔安装的定位凸块，环形凸台的外表面具有外螺纹；母模块连接盘的外表面同轴套装环形套筒，环形套筒可以沿母模块连接盘的周向转动，环形套筒内表面还具有内螺纹并可通过内螺纹与环形凸台外螺纹进行固定连接，母模块连接盘的中心处具有头安装孔，母模块连接盘的中部内凹形成围绕母头安装孔的定位凹槽，航空插头的公头和母头分别固定安装在公头安装孔和母头安装孔中，当航空插头的公头和母头连接时，定位凸块可插入定位凹槽并与其配合，模块连接组件组装时，将定位凸块对准定位凹槽，环形套筒端部对准环形凸台，转动环形套筒使内螺纹和外螺纹相配合并逐渐旋紧，同时公模块连接盘和母模块连接盘逐渐靠近，定位凸块插入定位凹槽中，航空插头的公头插入母头，环形套筒转动到位时航空插头的公头和母头也完成连接；所述柔性套管由弹性材料制成，柔性套管紧密包覆于主偏转肢节和副偏转肢节外壁，柔性套管的两端分别与模块连接组件固连；所述足端吸附检测结构体包括足端安装底座、足端端盖、接触式检测探头和足端吸附模块；所述足端安装底座端部为具有探头安装腔的盘形圆柱体，所述探头安装腔为与足端安装底座同轴的柱型腔，足端安装底座端部还具有用于固定足端端盖的螺纹孔，足端安装底座的底部通过模块连接组件与其他肢体模块相连接，所述足端安装底座端部沿周向均匀分布4～8个柱形的吸附模块安装腔，所述吸附模块安装腔顶部直径变大形成下半球形腔，吸附模块安装腔靠近探头安装腔轴线的内壁具有作为限位块安装孔的径向通孔，吸附模块安装腔顶端部到安装孔内壁具有作为销孔的轴向通孔；所述探头安装腔底面中心具有突出于底面的筒型的弹簧安装腔，探头安装腔内壁具有导向滑轨；所述足端端盖通过螺栓固定在安装底座的端面上，足端端盖的吸附模块安装腔对应的位置具有用于容纳足端吸附模块通过的通孔，所述通孔底部直径扩大形成上半球形腔，足端端盖安装后上半球形与下半球形腔组成球形腔；所述足端吸附模块包括、吸附模块弹簧、磁铁连接架、电磁铁、永磁体和磁吸附垫片；所述吸附模块弹簧置于吸附模块安装腔中，两端分别与吸附模块安装腔底面和电磁铁下端完全接触；磁铁连接架为薄壁筒，中部外侧直径增大成为球形部，所述球形部与球形腔球副连接，永磁体和电磁铁均嵌套于磁铁连接架内部，永磁体和电磁铁均为圆柱体，永磁体位于电磁铁上方，两者刚性连接形成的整个磁体可以沿磁铁连接架的轴向上下运动，电磁铁下端与吸附模块弹簧的上端相连接，永磁体顶部直径减小形成圆台，永磁体顶部的具有用于固定磁吸附垫片的螺纹孔；所述磁吸附垫片为环形导磁金属薄片，磁吸附垫片采用螺栓固定在永磁体顶部，用于增加足端吸附模块与待检测表面的接触面积；所述接触式检测探头包括检测探头架、接触式检测传感器、探头吸附套筒和检测探头弹簧，所述检测探头弹簧置于弹簧安装腔内，检测探头架包括上筒和下筒的阶梯筒型支架，上筒的直径大于下筒，上、下筒交界处封闭形成支撑面，支撑面与探头弹簧顶部接触，检测探头架下筒外壁和探头安装腔之间具有限位块，所述限位块具有可以插入限位块安装孔并与其配合的固定部，固定部上具有螺纹孔，固定部在限位块安装孔中插入到位后，定位销孔与螺纹孔对齐，将螺纹销钉通过定位销孔旋入将固定部和限位块安装孔固定连接，相邻的下筒底部具有凸缘，凸缘上开有容纳导向滑轨通过的通槽缺口和阻挡限位块的盲槽缺口，探头安装腔运动时，限位块在盲槽缺口和支撑面底面之间运动，导向滑轨在检测探头架运动过程中始终保持在通槽缺口中；上筒接近顶部的侧面具有两个y轴定位孔，所述检测探头架的上筒通过4个变异虎克铰转轴由外到内依次与变异虎克铰中圈、变异虎克铰内圈和探头吸附套筒套装连接；所述变异虎克铰中圈侧壁上具有2个x轴转轴安装孔和2个y轴转轴安装孔，所述x轴转轴安装孔和y轴转轴安装孔分别位于变异虎克铰中圈截面的两条正交轴线上，所述变异虎克铰内圈的侧壁上具有2个内转轴安装孔，2个变异虎克铰转轴安装在x轴转轴安装孔和x轴定位孔中，另外2个变异虎克铰转轴安装在y轴转轴安装孔和y轴定位孔中，通过轴孔配合，围绕正交的变异虎克铰转轴轴线上均形成回转副，探头吸附套筒的上端面具有凸缘，变异虎克铰内圈可以夹持固定插入的探头吸附套筒；所述接触式检测传感器整体为圆柱形结构，其上端设有用于与待检测壁面接触的小球体，通过外螺纹与探头吸附套筒的内螺纹配合固定连接，以接触式检测探头的轴线为z轴。

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