CN103286775A - 一种挖掘机无损检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机无损检测机器人，包括机器人本体和检测***，其特征在于：所述机器人本体包括六个关节模块和两个电磁吸盘模块；所述关节模块分为两个I型关节模块和四个T型关节模块；四个T型关节模块依次串连并形成两个端部，两个I型关节模块分别与该两个端部活动连接；两个电磁吸盘模块分别与两个I型关节模块活动连接；检测***包括依次连接的超声波探头、数据采集器、远程控制器，超声波探头通过一个转动轴与其中一个电磁吸盘模块连接。本发明挖掘机无损检测机器人运动性能优良，检测效率高，适用于铁磁性物体表面损伤检测，具有安全性、可靠性和实用性。

Description

一种挖掘机无损检测机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种挖掘机无损检测机器人。 

背景技术

目前我国进口旧挖掘机的金额占挖掘机整机进口额90%以上，数量占国内总销量的35%以上。如此巨大数量的旧挖掘机将随之产生环境污染、能耗高等诸多问题，其中最为严重的是在生产安全方面存在巨大的隐患。挖掘机检验成为进出口检验检疫的重要内容之一。挖掘机检测中最重要的一个环节是对其结构件的检测。由于挖掘机工作环境恶劣，其结构件极易腐蚀，同时在应力的作用下容易产生疲劳，对生产安全造成很大隐患。因此，对旧挖掘机进行主要和关键结构件的检测是保证其生产安全的重要前提。 

目前，对旧挖掘机的检测都是人工来实现的，有较大的局限和不足，主要体现在：1)检测过程是一种高空作业，存在着巨大的安全隐患，如跌落、夹伤、液压油喷伤等。2)人工检测速度慢，且检测的一致性无法保障。 

因此，针对以上问题和不足，开发一种挖掘机无损检测机器人，代替人工进行自动检测，对提高检测效率、质量和解决安全问题都具有重大意义。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、构型易改、小巧灵活、控制容易、成本低廉的挖掘机无损检测机器人。 

本发明通过下述技术方案实现： 

一种挖掘机无损检测机器人，包括机器人本体和检测***，所述机器人本体包括六个关节模块和两个电磁吸盘模块；所述关节模块分为两个I型关节模块和四个T型关节模块； 

所述四个T型关节模块依次串连并形成两个端部，两个I型关节模块分别与该两个端部活动连接； 

所述两个电磁吸盘模块分别与两个I型关节模块活动连接； 

所述检测***包括依次连接的超声波探头、数据采集器、远程控制器。 

超声波探头通过一个转动轴与其中一个电磁吸盘模块连接。 

所述I型关节模块包括转动辅助架、输出圆盘、I型舵机、螺栓、螺母、基架、螺纹连接盘、螺钉、转轴； 

I型舵机通过其上的安装孔与基架通过螺栓和螺母固定； 

I型舵机的输出轴与输出圆盘通过齿形花键连接，并在输出轴的轴端用螺钉紧固； 

转动辅助架带有叉状的那端通过螺钉固定设在输出圆盘上，带有圆孔的那端活动套设在转轴上，并通过转轴上的轴肩和螺纹连接盘轴向固定； 

I型舵机的输出轴与转轴在同一直线上，输出圆盘和转动辅助架上开有对应的统一的螺纹孔和光孔，螺纹连接盘套于转轴上，其一面与转动辅助架相对，另一面紧贴基架，通过螺钉、转轴将转动辅助架、螺纹连接盘和基架固接； 

所述T型关节模块包括转动支架、螺栓、T型舵机输出圆盘、上基架、下基架、螺钉、螺母、垫片、空心转轴、T型舵机； 

T型舵机的输出轴所在端面紧贴于上基架内面，并通过其上的安装孔与上基架、下基架用螺栓固接； 

T型舵机的输出轴与输出圆盘通过齿形花键连接，并在输出轴端用螺钉紧固； 

转动支架带叉状的这一端固定于T型舵机输出圆盘上，带圆孔的另一端 活动套设于空心转轴上，由空心转轴轴肩与垫片轴向固定，空心转轴另一端支承于下基架，通过螺钉和螺母固定于下基架； 

T型舵机输出圆盘轴线与空心转轴轴线位于同一直线上； 

转动支架腰部位置开有八个圆周均布的光孔。 

所述电磁吸盘模块包括D型舵机、电磁吸盘本体和端盖；D型舵机安装在电磁吸盘本体内部，端盖通过螺钉与机器人本体两端的I型关节模块相连。 

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果： 

1)六个关节模块采用串联结构，各组成部分依次连接，使得机器人首尾两端对称，首尾可互置，便于操作和控制。 

2)采用两个I型关节模块、四个T型关节模块和两个电磁吸盘模块，这些模块之间的连接和紧固通过在各模块中设计的统一接口和螺栓组实现，通过改变这些模块的连接和组合得到多种机器人构型。机器人的构建简单、方便且快速。 

3)上述这些模块由相同的舵机驱动，控制简单，编程、调试方便。 

4)挖掘机无损检测机器人的检测***通过一个转动关节与电磁吸盘模块连接，因此超声波传感器的运动相对于固定端有七个自由度，可以实现空间任意位置和姿态的检测，同时具有一个冗余自由度实现机器人的末端或关节的避障。 

本发明挖掘机无损检测机器人技术手段简便易行，不仅避免了检测人员在挖掘机上高空作业，减小了检测风险，还使得检测过程全自动控制，提高了检测效率，同时降低了检测过程中人为因素误差，提高了检测可靠性。 

附图说明

图1是本挖掘机无损检测机器人的结构示意图； 

图2是本挖掘机无损检测机器人的简化结构示意图； 

图3是本挖掘机无损检测机器人的I型关节模块示意图； 

图4是图3的***示意图； 

图5是本挖掘机无损检测机器人的T型关节模块示意图； 

图6是图5的***示意图； 

图7是本挖掘机无损检测机器人的电磁吸盘、超声波探头***示意图； 

图8是本挖掘机无损检测机器人，在翻转步态侧面行走时的动作简化图； 

图9是本挖掘机无损检测机器人，在扭转步态侧面行走时的动作简化图； 

图10是本发明的机器人检测***的电气框图。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。 

实施例 

如图1、图2所示。本发明挖掘机无损检测机器人，包括机器人本体和检测***0-4，所述机器人本体包括六个关节模块和两个电磁吸盘模块0-3；所述关节模块分为两个I型关节模块0-2和四个T型关节模块0-1；所述四个T型关节模块0-1依次串连并形成两个端部，两个I型关节模块0-2分别与该两个端部活动连接；所述两个电磁吸盘模块0-3分别与两个I型关节模块0-2活动连接；所述检测***0-4（参见图10）包括依次连接的超声波探头D-1（参见图7）、数据采集器、远程控制器，该超声波探头D-1通过一个转动轴与其中一个电磁吸盘模块0-3连接。 

由上述结构可看出，本挖掘机无损检测机器人共有七个自由度，其中机器人本体有六个自由度。 

如图3、图4所示。I型关节模块包括：转动辅助架I-1、输出圆盘I-2、I型舵机I-3、螺栓I-4、螺母I-5、基架I-6、螺纹连接盘I-7、螺钉I-8、转轴I-9。动力来自于I型舵机I-3为外购标准件，自带有舵机的输出圆盘I-2。I型舵机I-3通过其上的安装孔与基架I-6通过螺栓I-4和螺母I-5固定。I型舵机I-3的 输出轴（图中未示出）与输出圆盘I-2通过齿形花键连接，并在输出轴的轴端用螺钉紧固。转动辅助架I-1带有叉状的那端通过螺钉固定设在输出圆盘I-2上，带有圆孔的那端活动套设在转轴I-9上，并通过转轴I-9上的轴肩和螺纹连接盘I-7轴向固定，I型舵机I-3的输出轴（图中未示出）与转轴I-9在同一直线上，转动辅助架I-1便可绕此直线在输出圆盘I-2的带动下转动。转动辅助架I-1起辅助加固作用。输出圆盘I-2和转动辅助架I-1上开有对应的统一的螺纹孔和光孔，作为与其它模块相连接的标准接口之一。螺纹连接盘I-7套于转轴I-9上，其一面与转动辅助架I-1相对，另一面紧贴基架I-6，通过螺钉I-8和转轴I-9将转动辅助架I-1、螺纹连接盘I-7和基架I-6固接。螺纹连接盘I-7与基架I-6上开有对应的螺纹孔和光孔，作为与其它模块相连接的另一标准接口。固定于输出圆盘I-2的其它模块随输出圆盘I-2相对于舵机本体产生转动，便实现了I型关节模块的功能。 

如图5、图6所示。T型关节模块包括：转动支架T-1、螺栓T-2、T型舵机输出圆盘T-3、上基架T-4、下基架T-5、螺钉T-6、螺母T-7、垫片T-8、空心转轴T-9、T型舵机T-10。动力来自于T型舵机T-10，其为外购标准件，自带T型舵机输出圆盘T-3。T型舵机T-10的输出轴（图中未示出）所在端面紧贴于上基架T-4内面，并通过其上的安装孔与上基架T-4、下基架T-5用螺栓固接。T型舵机T-10的输出轴（图中未示出）与输出圆盘T-3通过齿形花键连接，并在输出轴端用螺钉紧固。转动支架T-1带叉状的这一端固定于（可通过螺钉）T型舵机输出圆盘T-3上，带圆孔的另一端活动套设于空心转轴T-9上，由空心转轴T-9轴肩与垫片T-8轴向固定，空心转轴T-9另一端支承于下基架T-5，通过螺钉T-6和螺母T-7固定于下基架T-5。T型舵机输出圆盘T-3轴线与空心转轴T-9轴线位于同一直线上，转动支架T-1便可在T型舵机输出圆盘T-3的驱动下，绕此直线作相对于T型舵机T-10本体的转动。转动支架T-1腰部位置开有八个圆周均布的光孔，作为T型关节模块之间相连接的标准接口之一，而上基架T-4和下基架T-5组合形成另一与T型关节模块（或 者其他模块）相连接的标准接口。当转动支架T-1在T型舵机输出圆盘T-3的驱动下产生相对转动时，带动与其连接的T型关节模块作相应的转动，便实现了T型关节模块的功能。 

如图7所示。电磁吸盘模块0-3包括：D型舵机D-2、电磁吸盘本体X-2和端盖X-1，超声波传感器D-1转动的动力来自于D型舵机D-2，其为外购标准件。D型舵机D-2安装在电磁吸盘本体X-2内部，通过打开其上端的端盖X-1进行安装和拆卸。端盖X-1通过螺钉与机器人本体两端的I型关节模块相连。 

如图8所示。攀爬步骤为：1）一个电磁吸盘模块（是指图中上端的）吸附在挖掘机上以支撑机器人本体，另一个电磁吸盘模块（是指图中下端的）松开；2）T型关节模块（尤其是电磁吸盘模块附近的那两个）转动，使松开的电磁吸盘模块（可称为游动的电磁吸盘模块）撤离挖掘机表面，整个机器人本体绕离固定的电磁吸盘模块最近的T型关节模块轴翻转，游动的电磁吸盘模块运动到固定的电磁吸盘的另一侧的目标位置；3）游动的电磁吸盘模块到达目标位置后吸附住挖掘机；4）重复前面的步骤，循环交替，机器人本体即实现攀爬运动。在这种步态中，机器人本体的两个电磁吸盘模块前后相对位置交替改变。利用I型关节模块改变电磁吸盘模块的吸附方向，即可实现挖掘机表面不同平面之间过渡或者拐弯等动作。 

如图9所示。攀爬步骤为：1）一个电磁吸盘模块（是指图中上端的）吸附在挖掘机上以支撑机器人本体，另一个电磁吸盘模块（是指图中下端的）松开；2）中间的四个T型关节模块转动，使松开的电磁吸盘模块（可称为游动的电磁吸盘模块）按给定方向缩短两个电磁吸盘模块之间的间距（图中显示为上移），以减少扭转时所需的扭矩；3）游动的电磁吸盘模块到达目标位置后，与固定的电磁吸盘模块相连的I型关节模块旋转指定的角度（图中为180度），到达预期的地点，并吸附在挖掘机表面；4）重复前面的步骤，循环交替，机器人本体即实现攀爬运动。在这种步态中，机器人本体利用I型关节 模块的运动进行快速的运动，而其它I型关节模块所需的运动较少，并且承受的力矩较小，适合机器人本体在平坦表面快速运动到指定的位置。 

如图10所示。远程控制器根据检测位置，规划机器人本体的攀爬路径，计算出各个舵机（参见图1和图7：I型舵机、T型舵机、D型舵机）的位置轨迹。当机器人本体到达预期的位置后，远程控制器通过数据采集装置实时获取超声波探头的检测数据，判断挖掘机待检测部位的损伤情况。 

如上所述，便可较好地实现本发明。 

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种挖掘机无损检测机器人，包括机器人本体和检测***，其特征在于：所述机器人本体包括六个关节模块和两个电磁吸盘模块；所述关节模块分为两个I型关节模块和四个T型关节模块；

所述四个T型关节模块依次串连并形成两个端部，两个I型关节模块分别与该两个端部活动连接；

所述两个电磁吸盘模块分别与两个I型关节模块活动连接；

所述检测***包括依次连接的超声波探头、数据采集器、远程控制器；

所述超声波探头通过一个转动轴与其中一个电磁吸盘模块连接。

2.根据权利要求1所述的挖掘机无损检测机器人，其特征在于：

所述I型关节模块包括转动辅助架、输出圆盘、I型舵机、螺栓、螺母、基架、螺纹连接盘、螺钉、转轴；

I型舵机通过其上的安装孔与基架通过螺栓和螺母固定；

I型舵机的输出轴与输出圆盘通过齿形花键连接，并在输出轴的轴端用螺钉紧固；

转动辅助架带有叉状的那端通过螺钉固定设在输出圆盘上，带有圆孔的那端活动套设在转轴上，并通过转轴上的轴肩和螺纹连接盘轴向固定；

I型舵机的输出轴与转轴在同一直线上，输出圆盘和转动辅助架上开有对应的统一的螺纹孔和光孔，螺纹连接盘套于转轴上，其一面与转动辅助架相对，另一面紧贴基架，通过螺钉、转轴将转动辅助架、螺纹连接盘和基架固接。

3.根据权利要求1所述的挖掘机无损检测机器人，其特征在于：

所述T型关节模块包括转动支架、螺栓、T型舵机输出圆盘、上基架、下基架、螺钉、螺母、垫片、空心转轴、T型舵机；

T型舵机的输出轴所在端面紧贴于上基架内面，并通过其上的安装孔与上基架、下基架用螺栓固接；

T型舵机的输出轴与输出圆盘通过齿形花键连接，并在输出轴端用螺钉紧固；

转动支架带叉状的这一端固定于T型舵机输出圆盘上，带圆孔的另一端活动套设于空心转轴上，由空心转轴轴肩与垫片轴向固定，空心转轴另一端支承于下基架，通过螺钉和螺母固定于下基架；

T型舵机输出圆盘轴线与空心转轴轴线位于同一直线上；

转动支架腰部位置开有八个圆周均布的光孔。

4.根据权利要求1所述的挖掘机无损检测机器人，其特征在于：所述电磁吸盘模块包括D型舵机、电磁吸盘本体和端盖；D型舵机安装在电磁吸盘本体内部，端盖通过螺钉与机器人本体两端的I型关节模块相连。

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