CN110596155A - 无人机携带冷阴极x射线成像设备的检测执行机构 - Google Patents

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Abstract

本发明为无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，由上连杆、连杆制动器、下连杆、上滑动架、下滑动架、转动板、滑动架制动器、摆杆、固定板、摆杆制动器等组成。上连杆、下连杆、上滑动架、下滑动架、摆杆、固定板组成六杆机构。固定板与无人机固定，电机与固定板固定，上滑动架与成像板固定，下滑动架与X射线机固定。上连杆由电机驱动。连杆制动器限制上连杆与下连杆的相对转动，滑动架制动器限制上滑动架与下滑动架的相对滑动；摆杆制动器限制摆杆与固定板的相对转动。调整X射线机与成像板的位置时，使连杆制动器、滑动架制动器、摆杆制动器中的两个制动器制动，电机转动。此机构可在运动时保持无人机重心平稳。

Description

无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构
技术领域
本发明涉及X射线损伤检测领域，特别是无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构。
背景技术
高压输电线路中的各种重要线夹、瓷瓶和开关等的损伤故障，会导致线路故障并可能造成停电，大型桥梁的铁塔、拉索等损伤故障可能造成断裂、垮塌等重大事故，检测对保障线路及桥梁的服役安全至关重要。而这些重要部件架设位置的高度高、地形险、跨度大，传统巡检难以完成对这些重要部件内部损伤检测。
传统的热阴极X射线检测是较常用的无损检测方法，但由于设备体积与重量的制约，不适用于架空线路中部件的快速检测。近年来发展起来的冷阴极X射线与传统热阴极X射线相比，成像时间更短，辐射量大幅降低，体积小，重量轻，能耗低，寿命长。可由无人机搭载设备飞行对架空线路中的重要部件及桥梁的铁塔、拉索等进行检测。
河北电力公司电力科学研究院设计了一种巡线机器人搭载X射线机的检测装置，实验验证了X射线检测技术在架空输电线路压接金具质量检测的较好适用性，但其在跨越铁塔方面存在一定难度。沈阳农业大学设计了一种无人机搭载红外检测设备的巡检***，对线路进行了检测。
无人机携带冷阴极X射线成像设备进行检测时，需要将导线、线夹、瓷瓶、拉索等置于X射线机与成像板之间，由于架空线路受风时易发生水平方向晃动，故X射线机与成像板应设计为上下两层水平放置。在检测斜放的部件、斜拉索时，需要使X射线机与成像板具备大角度倾斜的能力。为了检测体积较大的部件，需要使X射线机与成像板能改变间距。为了避免无人机碰撞到其他物体，需要冷阴极X射线成像设备能探出一定角度，即以无人机为轴心摆动一定角度。于此同时，应考虑到无人机携带设备在机构运动时，保持重心在水平方向不变，并减少电机数量以减少载重量。
尚未发现通过无人机携带检测设备中，单电机驱动三自由度执行机构的相关技术文件。
发明内容
本发明的目的是通过提供无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，它由单电机驱动，制动器限制运动，实现不同时刻三个方向上的运动，同时在运动过程中保持重心水平方向位置不变。
本发明采用以下技术方案来实现上述目的：上连杆、连杆制动器、下连杆、上滑动架、转动板、下滑动架、滑动架制动器、摆杆、固定板、摆杆制动器、上滑块、间距调节杆、下滑块、配重块、剪叉机构。上连杆、下连杆、上滑动架、下滑动架、摆杆、固定板组成六杆机构。固定板与无人机固定，电机与固定板固定，上滑动架与成像板固定，下滑动架与X射线机固定。上连杆由电机驱动。连杆制动器限制上连杆与下连杆的相对转动，滑动架制动器限制上滑动架与下滑动架的相对滑动；摆杆制动器限制摆杆与固定板的相对转动。调整X射线机与成像板的位置时，使连杆制动器、滑动架制动器、摆杆制动器中的两个制动器制动，电机转动。
所述的无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，其特征在于所述连杆制动器、滑动架制动器、摆杆制动器均为电磁制动器。
所述的无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，其特征在于所述电机在断电时不发生转动。
附图说明
图1是本发明无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构的正面结构示意图。
图2是本发明无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构的背面结构示意图。
图3是图1中上连杆、下连杆、连杆制动器的安装状态下的剖面图。
图4是本发明无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构中连杆制动器、滑动架制动器、摆杆制动器均不通电时的等效结构简图。
图5是本发明无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构的连杆制动器通电，滑动架制动器、摆杆制动器不通电时的等效结构简图。
图6是本发明无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构的滑动架制动器通电，摆杆制动器、连杆制动器不通电时的等效结构简图。
图7是本发明无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构的摆杆制动器通电，滑动架制动器、连杆制动器不通电时的等效结构简图。
图8是是本发明无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构中剪叉机构与摆杆、配重块连接结构简图。
图中：无人机1、电机2、上连杆3、连杆制动器4、下连杆5、上滑动架6、转动板7、下滑动架8、滑动架制动器9、上滑块10、摆杆11、固定板12、摆杆制动器13、间距调节杆14、下滑块15、配重块16、剪叉机构17、制动盘4-1、调节螺钉4-2、磁轭组件4-3、紧定螺钉4-4、弹簧4-5、衔铁4-6、安装螺钉4-7。
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，包括上连杆3、连杆制动器4、下连杆5、上滑动架6、转动板7、下滑动架8、滑动架制动器9、上滑块10、摆杆11、固定板12、摆杆制动器13、间距调节杆14、下滑块15、配重块16、剪叉机构17。上连杆3、下连杆5、上滑动架6、下滑动架8、摆杆11、固定板12组成六杆机构。固定板12与无人机1固定，电机2与固定板12固定，上滑动架6与成像板固定，下滑动架8与X射线机固定。上连杆3由电机2驱动。连杆制动器4限制上连杆3与下连杆5的相对转动，滑动架制动器9限制上滑动架6与下滑动架8的相对滑动。摆杆制动器13限制摆杆11与固定板12的相对转动，如图2所示。
连杆制动器4、滑动架制动器9、摆杆制动器13的结构相同。作为其中一例，连杆制动器4的结构如图3所示，连杆制动器4由制动盘4-1、调节螺钉4-2、磁轭组件4-3、紧定螺钉4-4、弹簧4-5、衔铁4-6、安装螺钉4-7组成。安装螺钉4-7将制动盘4-1固定于下连杆5上，紧定螺钉4-4将磁轭组件4-3固定于上连杆3上，调节螺钉4-2与制动盘4-1、磁轭组件4-3固定。弹簧4-5连接衔铁4-6与磁轭组件4-3，衔铁4-6可沿调节螺钉4-2滑动。
本发明无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构的工作原理及过程如下：
连杆制动器4、滑动架制动器9、摆杆制动器13的工作原理相同，以连杆制动器4为例进行说明。当磁轭组件4-3通电时，磁轭组件4-3产生磁力吸引衔铁4-6，使衔铁4-6与制动盘4-1分离，此时上连杆3与下连杆5可以相对转动。当磁轭组件4-3断电时，磁力消失，弹簧4-5的推力使衔铁4-6与制动盘4-1挤压，产生摩擦力，摩擦产生的力矩通过调节螺钉4-2、磁轭组件4-3、紧定螺钉4-4传递给上连杆3，使上连杆3与下连杆5在摩擦力的作用下停止相对运动。
在X射线机与成像板工作时，连杆制动器4、滑动架制动器9、摆杆制动器13保持断电状态，此时执行机构不能运动，等效机构简图如图4所示。
需要使X射线机与成像板大角度倾斜时，连杆制动器4通电，滑动架制动器9、摆杆制动器13断电。此时上滑动架6与下滑动架8无相对运动，摆杆11与固定板12无相对运动，执行机构由六杆机构变为四杆机构，等效机构简图如图5所示。电机2转动使上连杆3与下连杆5运动，下连杆5推动上滑动架6，使上滑动架6与下滑动架8绕着下滑动架8与摆杆11的铰接处旋转，达到大角度倾斜的目的。同时，摆杆11上部的轴拉动或推动剪叉机构17，使剪叉机构17拉动或推动配重块16在水平方向上运动，配重块16的重心与上滑动架(6)、转动板(7)、下滑动架(8)、X射线机、成像板组合的重心的运动速度的比值不变，在设定好配重块16的重量后，可以使无人机、执行机构、检测设备整体重心在水平方向保持不变。
需要使X射线机与成像板的间距时，滑动架制动器9通电，连杆制动器4、摆杆制动器13断电。此时上连杆3与下连杆5无相对运动，摆杆11与固定板12无相对运动，执行机构由六杆机构变为四杆机构，等效机构简图如图6所示。电机2使上连杆3转动，带动下连杆5，使下连杆5推动或拉动上滑动架6相对下滑动架8滑动，达到调节X射线机与成像板间距的目的。同时，上滑动架6与下滑动架8在间距调节杆14的约束下，运动速度的比值不变，使重心保持在摆杆11与转动板7的铰链连接的轴线上。
需要使X射线机与成像板探出一定距离，即摆杆11相对固定板12转动一定角度时，使摆杆制动器13通电，连杆制动器4、滑动架制动器9断电。此时上连杆3与下连杆5无相对运动，上滑动架6与下滑动架8无相对运动，执行机构由六杆机构变为四杆机构，等效机构简图如图7所示。电机2转动，带动上连杆3与下连杆5组成的构件转动，进一步带动上滑动架6与下滑动架8组成的构件移动，从而使摆杆11摆动一定角度，达到X射线机与成像板相对无人机1探出一定距离的目的。
为了节省时间，避免调节一个参数时影响其他参数，在实际工作中按优先次序采用调节X射线机与成像板间距、调节摆杆11的转动角度、调节X射线机与成像板的倾斜角度的顺序。

Claims (6)

1.无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，包括上连杆(3)、连杆制动器(4)、下连杆(5)、上滑动架(6)、转动板(7)、下滑动架(8)、滑动架制动器(9)、摆杆(11)、固定板(12)、摆杆制动器(13)、上滑块(10)、间距调节杆(14)、下滑块(15)、配重块(16)、剪叉机构(17)。其特征在于，上连杆(3)、下连杆(5)、上滑动架(6)、下滑动架(8)、摆杆(11)、固定板(12)组成六杆机构。固定板(12)与无人机(1)固定，电机(2)与固定板(12)固定，上滑动架(6)与成像板固定，下滑动架(8)与X射线机固定。上连杆(3)由电机(2)驱动。连杆制动器(4)限制上连杆(3)与下连杆(5)的相对转动，滑动架制动器(9)限制上滑动架(6)与下滑动架(8)的相对滑动；摆杆制动器(13)限制摆杆(11)与固定板(12)的相对转动。
2.根据权利要求1所述的无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，其特征在于所述连杆制动器(4)、滑动架制动器(9)、摆杆制动器(13)均为电磁制动器。
3.根据权利要求1所述的无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，其特征在于所述电机(2)在断电时不发生转动。
4.根据权利要求1所述的无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，其特征在于所述摆杆(11)与转动板(7)铰链连接的轴线经过上滑动架(6)、转动板(7)、下滑动架(8)、X射线机、成像板组合的重心。
5.根据权利要求1所述的无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，其特征在于所述间距调节杆(14)上半部分与下半部分长度比值等于X射线机与成像板重量的比值。
6.根据权利要求1所述的无人机携带冷阴极X射线成像设备的检测执行机构，其所有结构杆件均采用工程塑料等轻质绝缘材料制造。
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