CN113028889B - 基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人，包括移动平台、回转装置、升降装置、并联调姿机构、两自由度调节器、径向调节器、送枪装置和双目摄像头。本发明的移动平台采用六轮四驱式浮动轮系实现全地形接触和长距离灵活稳定行走，提高作业稳定性；机器人本体具有空间六个运动自由度，三自由度并联调姿机构可对送枪装置进行姿态调节，提高了清洗机器人的运动灵活性。本发明可自动完成清洗机器人现场环境与位置判断、冷凝器及冷凝管的识别、喷枪移动、调节以及清洗等作业任务，自动化程度高，满足冷凝器高效清洗作业的需求，可提高清洗作业的效率、质量和安全性，降低操作人员的劳动强度和生产成本。

Description

基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人

技术领域

本发明属于汽轮机冷凝器清洗设备技术领域，特别涉及一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人。

背景技术

冷凝器是一种广泛应用于电厂、化工和制药等行业的热交换设备，在热力循环中起冷源作用，其内部主要由数以万计的冷凝管组成。由于冷却水不洁净，热交换时常伴随化学反应等原因，致使在长时间使用后，冷凝管内壁会积聚大量的不利于传热的污垢，严重影响了汽轮机的工作效率，甚至引发事故。因此，保持冷凝管的清洁是预防事故发生和提高汽轮机工作效率的重要途经。目前，对冷凝器污垢的清洗多采用胶球清洗或人工清洗，采用胶球清洗存在胶球回收率低、易堵塞冷凝管、不能完全清除由化学反应而形成的析晶污垢等缺点；由于冷凝管数量多、作业环境恶劣，采用人工清洗劳动强度大，且需要机组停机或降负荷运行，难以满足大规模生产的需要和安全生产的要求。因此，迫切需要针对电厂用户的特定需求及现有清洗方法的不足，研制一种冷凝器清洗机器人，实现对冷凝器的高效清洗作业。

针对冷凝器清洗的诸多问题，现有专利文献提出了一些解决方案，如湖南大学的夏汉民、王耀南等设计了一种利用高压水射流对冷凝器进行清洗的机器人，主要由履带行走机构、回转支承、大臂、小臂和喷枪等部分组成，该清洗机器人采用串联式结构，运动自由度少，且对作业点地面的平整度要求较高。申请号为201520575911.7的中国实用新型专利公开了一种有效清洗冷凝器设备，在冷凝器的下端安装有气镇阀，每隔一段时间突然开起气镇阀，用清洗液将管壁上污垢清洗松动，再通过气镇使得污垢脱落，使冷凝器清洗干净；申请号为202011069839.2的中国发明专利公开了一种基于清洗刷的冷凝器管道在清清洗***，其清洗机构包括清洗刷、叶轮、刷毛和连接体，清洗机构在水的压力作用下可产生水平移动和转动，实现对冷凝器管道内壁沟槽的清理；申请号为201821573557.4的中国实用新型专利公开了一种热定型机冷凝器的自动除尘清洁装置，通过在插管板的外侧设置由限位板、均管和导向环组成的导向加速组件，使胶球在进口处实现分流加速，不易在进口端堆积，提高对冷凝管管内壁的清洁处理；申请号为200810143135.8的中国专利公开了一种冷凝器清洗机器人中的视觉精确定位方法。上述清洗装置多基于胶球清洗或化学清洗方式，串联式结构的清洗机器人存在运动自由度少或结构刚度差等不足等问题，尤其是针对电厂用冷凝器缺乏专用的高效清洗装置。因此，必须针对冷凝器的使用需求研制专用的清洗机器人，弥补现有技术的不足。

冷凝管一般以正方形直列、正方形错列、正三角形错列等几种分布方式嵌于管板上，管口直径只有10-35mm。目前可实现的冷凝器清洗机器人大多采用高压水射流清洗技术，清洗作业时要求清洗设备的高压水喷枪必须对准冷凝管管口才可以启动射流清洗。因此，高效的冷凝器清洗机器人必须具有可移动、结构刚度高、运动自由度多和作业效率高等特点，其主体机构只能采用混联机构。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人，能够用于汽轮机冷凝器高效清洗作业，提高清洗装置的结构刚度、运动精度、灵活性和作业效率，降低劳动强度和人力成本，并能克服现有技术的缺陷。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人，包括移动平台、回转装置、升降装置、并联调姿机构、两自由度调节器、径向调节器、送枪装置和双目摄像头。所述的移动平台包括前驱动轮系、从动轮系、后驱动轮系、板簧、连接座、车架、前驱动组件和后驱动组件，用于承载回转装置、升降装置、并联调姿机构、两自由度调节器、径向调节器和送枪装置，并驱动可移动式冷凝器清洗机器人行走。其中，前驱动轮系、后驱动轮系分别布置在车架下方的前端与后端，从动轮系布置在车架下方的中间位置，前驱动轮系、从动轮系、后驱动轮系均通过板簧、连接座与车架相连接；所述的板簧的两端均通过铰链与连接座相连接，所述的连接座的顶部与车架通过螺栓相连接；两组前驱动组件对称安装在前驱动轮系上，两组后驱动组件对称安装在后驱动轮系上；前驱动组件和后驱动组件分别为前驱动轮系和后驱动轮系的提供驱动移动平台行走的动力；所述的从动轮系起辅助支撑和稳定行走的作用。所述的回转装置的下端固定安装在移动平台的车架上，所述的回转装置用于驱动升降装置、并联调姿机构和两自由度调节器进行绕垂直轴的回转运动。所述的升降装置的下端通过螺钉固定安装在回转装置的顶部，用于驱动并联调姿机构、两自由度调节器和径向调节器进行升降运动。所述的并联调姿机构的下端固定安装在升降装置的顶部，用于支撑并驱动两自由度调节器实现上下伸缩移动、左右摆动和前后摆动共三个自由度的运动及姿态调整。所述的两自由度调节器的后端固定安装在并联调姿机构的顶部，所述的两自由度调节器的前端与径向调节器固连，所述的两自由度调节器用于实现径向调节器、送枪装置及安装在送枪装置上的喷枪的前后进给和绕进给方向水平轴线的回转运动。所述的送枪装置固定安装在径向调节器的外侧端，用于实现安装在送枪装置上的喷枪的前后进给运动。所述的双目摄像头通过螺钉固定安装在径向调节器上，且位于靠近径向调节器的中间位置，主要用于采集、分析工作现场图像、冷凝器冷凝管束的端面，识别和判断冷凝管外端口位置和清洗状态。

所述的前驱动轮系包括前车轴和前驱动轮。其中，所述的前驱动轮有两个，且对称安装在前车轴的两端；所述的前驱动轮与前车轴之间通过轴承相连接，所述的前车轴与板簧通过U型螺栓相连接。所述的后驱动轮系包括后车轴和后驱动轮，两个后驱动轮对称安装在后车轴的两端，且与后车轴之间通过轴承相连接，所述的后车轴与板簧通过U型螺栓相连接。所述的从动轮系包括从动车轴和从动车轮，两个从动车轮对称安装在从动车轴的两端，且与从动车轴之间通过轴承相连接，所述的从动车轴与板簧通过U型螺栓相连接。前驱动轮系、从动轮系、后驱动轮系与板簧、连接座共同构成了移动平台的浮动支撑轮系，可实现清洗机器人在不平坦地面环境下，前驱动轮、从动车轮和后驱动轮始终与地面保持接触，提高了移动平台的支撑能力和移动行走的稳定性。前驱动轮、从动车轮和后驱动轮采用普通橡胶车轮或麦克纳姆全向轮。在所述的车架的内部设有电源、数据采集卡和控制器，采集在所述的车架的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面均设有测距传感器，所述的测距传感器采用激光测距传感器或超声波测距传感器；在车架内还设有导航传感器，所述的导航传感器采用磁导航传感器或激光扫描器或红外发射器。所述的电源用于为移动平台、回转装置、升降装置、并联调姿机构、两自由度调节器、径向调节器、送枪装置和双目摄像头的工作提供电力；所述的数据采集卡用于采集测距传感器、导航传感器、回转装置中的角度传感器和升降装置中的大位移传感器的传感信息，以及来自双目摄像头的图形信息；所述的控制器用于控制移动平台、回转装置、升降装置、并联调姿机构、两自由度调节器、径向调节器、送枪装置执行相应的动作或任务指令。

所述的前驱动组件包括行走电机、主动齿轮和从动齿轮。其中，所述的行走电机通过螺钉固定安装在前车轴上，用于为前驱动轮的转动提供动力；所述的主动齿轮安装在行走电机的输出轴上且与行走电机的输出轴通过平键相连接，所述的从动齿轮固定安装在前驱动轮上且与前驱动轮保持同轴，所述的主动齿轮与从动齿轮保持啮合状态。所述的后驱动组件与所述的前驱动组件的结构完全相同。

所述的回转装置包括回转底座、回转顶盖、回转马达、回转齿轮和内齿圈。其中，所述的回转底座通过螺钉固定安装在车架上；所述的回转顶盖套装在回转底座的外侧，且与回转底座之间通过两个径向轴承和一个止推轴承相连接，所述的径向轴承采用深沟球型径向轴承，所述的止推轴承为圆柱滚子型止推轴承；所述的回转马达固定安装在回转顶盖上，用于驱动回转顶盖进行回转运动；所述的回转齿轮固定安装在回转马达的输出轴上；所述的内齿圈通过螺钉固定安装在回转底座内，且与回转齿轮保持内啮合；在所述的回转顶盖内还设有角度传感器，用于测量回转顶盖相对回转底座的转动角度；所述的回转马达采用伺服减速电机或伺服液压马达。

所述的升降装置包括导向柱、驱动柱和中连板。其中，所述的导向柱、驱动柱各有两个，且均对称安装在回转装置与并联调姿机构之间，导向柱和驱动柱的底部通过螺钉固定安装在回转装置的回转顶盖上，导向柱和驱动柱的顶部与并联调姿机构的底部通过螺钉相连接；所述的中连板套装在导向柱、驱动柱的中部，且与导向柱及驱动柱的下半部分固连；所述的驱动柱采用气缸或液压缸或电动推杆。在所述的导向柱的内部设有大位移传感器，用于测量并联调姿机构在垂直方向上的位移参数。

所述的并联调姿机构为4RPU结构的三自由度并联机构，所述的并联调姿机构包括第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、定平台和动平台。其中，第一支链、第三支链对称布置在定平台顶部的前后两侧，第二支链、第四支链对称布置在定平台顶部的左右两侧，第一支链、第二支链、第三支链、第四支链的下端与定平台固连，第一支链、第二支链、第三支链、第四支链的上端与动平台固连；所述的第一支链与第二支链、第三支链、第四支链的结构完全相同，其机构拓扑结构均为RPU结构。所述的第一支链包括第一铰链、第一直线驱动单元和第一万向节。其中，所述的第一铰链的下端与定平台通过螺钉相连接，第一铰链的上端与第一直线驱动单元的下端固连，所述的第一直线驱动单元的上端与第一万向节的下端固连，所述的第一万向节的上端与动平台通过螺钉相连接。第二支链中的第二铰链、第三支链中的第三铰链、第四支链中的第四铰链的下端均与定平台通过螺钉相连接，第二支链中的第二万向节、第三支链中的第三万向节、第四支链中的第四万向节的上端均与动平台通过螺钉相连接，第二支链中的第二直线驱动单元的上下两端分别与第二万向节的下端、第二铰链的上端固连，第三支链中的第三直线驱动单元的上下两端分别与第三万向节的下端、第三铰链的上端固连，第四支链中的第四直线驱动单元的上下两端分别与第四万向节的下端、第四铰链的上端固连。

第一铰链与第三铰链的轴线相互平行，第二铰链与第四铰链的轴线相互平行，第一铰链与第二铰链的轴线相互垂直。在初始状态下，第一万向节的十字轴两条轴线分别与第三万向节的十字轴的两条轴线保持平行，第二万向节的十字轴两条轴线分别与第四万向节的十字轴的两条轴线保持平行，第一铰链的轴线与第一万向节的十字轴的一条轴线保持平行，第二铰链的轴线与第二万向节的十字轴的一条轴线保持平行。从而保证了并联调姿机构所构成的并联机构具有确定的空间内一个平移和两个转动共三个运动自由度。第一直线驱动单元、第二直线驱动单元、第三直线驱动单元、第四直线驱动单元采用伺服气缸或伺服液压缸或伺服电动推杆或直线伺服电机。从机构学的角度看，并联调姿机构即为一个具有空间一平移和两转动共三个运动自由度的并联机构。所述的并联调姿机构、回转装置、升降装置和两自由度调节器一起构成一个具有空间两个平移三个转动共五个自由度的混联机构，其中垂直方向的移动和绕前后进给方向水平轴的转动为冗余自由度。再加上移动平台在地面上的移动，以及径向调节器中连接滑块的径向移动，本发明共有六个运动自由度，且垂直方向的移动、前后移动和绕前后进给方向水平轴的转动为冗余自由度或垂直方向的移动、左右移动和绕前后进给方向水平轴的转动为冗余自由度。

所述的两自由度调节器包括轴向滑台、T型连杆和回转台。其中，所述的轴向滑台固定安装在并联调姿机构的动平台的上方，且与动平台通过螺栓相连接，所述的轴向滑台用于驱动径向调节器执行前后进给运动任务；所述的T型连杆的前端与回转台固连，所述的T型连杆的后端与轴向滑台的滑块通过螺钉相连接；所述的回转台用于驱动径向调节器执行绕进前后给方向水平轴线的回转运动任务，所述的回转台采用旋转气缸或数控回转台；所述的轴向滑台采用伺服电动滑台。

所述的径向调节器包括固定支架、径向滑台和连接滑块。其中，所述的固定支架位于两自由度调节器的前端，且通过螺钉固定安装在回转台的输出端，主要用于固定安装径向滑台；所述的径向滑台通过螺钉固定安装在固定支架的前侧面上，用于调节连接滑块和送枪装置的径向位移；所述的连接滑块固定安装在径向滑台的运动输出端，用于固定安装送枪装置；所述的送枪装置通过螺钉固定安装在连接滑块上。所述的径向滑台采用伺服电动滑台或双作用气动滑台；所述的径向滑台和所述的连接滑块的数量相同，为3-6个。

所述的双目摄像头通过螺钉固定安装在径向调节器的固定支架上，所述的双目摄像头与车架内的电源、数据采集卡分别通过电源线和数据线相连接，数据采集卡、测距传感器与控制器通过数据线相连接，所述的双目摄像头设有LED照明光源。

使用时，先根据冷凝器清洗作业的任务的要求，选择具有合适直径和工作参数的喷枪。然后，根据作业要求启动前驱动组件和后驱动组件使移动平台在作业现场移动行走至指定作业位置，再根据作业姿态和高度要求分别调整回转装置、升降装置，通过第一直线驱动单元、第二直线驱动单元、第三直线驱动单元和第四直线驱动单元的伸长或缩短调整本发明的并联调姿机构将两自由度调节器、径向调节器调整到合适的作业姿态，通过调节轴向滑台的轴向伺服电机和回转台分别调节径向调节器的前后位置和角度，最后通过径向滑台调节安装在各连接滑块上的送枪装置及喷枪到起始作业位置。

双目摄像头获取的图像信息，以及测距传感器、导航传感器、回转装置中的角度传感器和升降装置中的大位移传感器的传感信息等由数据采集卡采集处理，清洗机器人的姿态调节和作业任务等信息分析和处理任务由控制器完成。

在清洗作业过程中，先根据双目摄像头获取的冷凝器位置确定清洗机器人的起始作业位置，再根据冷凝管端面污染状况、冷凝管在冷凝器中的布局情况和所选择作业喷枪的数量确定每把喷枪的作用区域，并规划各喷枪的作业路径和运动轨迹。清洗时，先清洗冷凝管的外端面，然后按由外向内或由内向外的顺序执行清洗任务。

本发明的有益效果是，与现有的技术相比，本发明的移动平台采用浮动轮系，实现与工作现场地面的全地形接触和稳定支撑；既能保证清洗机器人的长距离稳定行走，又能提高作业的支撑稳定性。除了六轮四驱式移动平台的移动行走外，机器人本体还具有升降、前后伸缩、径向移动共三个移动和分别绕垂直轴和两个水平轴的三个转动共六个运动自由度，回转装置与回转台可分别实现绕垂直轴和水平轴的整周回转，升降装置、径向调节器可分别实现垂直方向升降调节和径向调节，三自由度并联调姿机构可对送枪装置进行姿态调节，明显扩大了机器人的工作空间，提高了清洗机器人的运动灵活性；本发明可满足冷凝器的清洗作业需求，提高清洗效率、质量和安全性，降低了操作人员的劳动强度和生产成本，通过安装在移动平台上的测距传感器、导航传感器、回转装置中的角度传感器和升降装置中的大位移传感器，以及双目摄像头多传感器信息融合，自动完成清洗机器人现场环境与位置判断、冷凝器及冷凝管的识别、喷枪移动、调节以及清洗等作业任务，自动化程度高、工作效率高、劳动强度低；本发明还具有结构紧凑，设备占用空间小、生产成本低、安全性高、适应性强、喷枪更换方便、操作维护简便等优点，可克服现有技术的缺陷。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的前驱动轮系与从动轮系及后驱动轮系之间连接关系示意图；

图3为本发明的前驱动轮系与前驱动组件的结构示意图；

图4为本发明的回转装置的结构示意图；

图5为本发明的并联调姿机构的结构示意图；

图6为本发明的径向调节器与送枪装置的结构示意图；

图7为本发明的送枪装置上喷枪安装位置示意图。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

具体实施方式一：

如图1、图2、图3和图7所示，一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人，包括移动平台1、回转装置2、升降装置3、并联调姿机构4、两自由度调节器5、径向调节器6、送枪装置7和双目摄像头8。所述的移动平台1包括前驱动轮系11、从动轮系12、后驱动轮系13、板簧14、连接座15、车架16、前驱动组件17和后驱动组件18，用于承载回转装置2、升降装置3、并联调姿机构4、两自由度调节器5、径向调节器6和送枪装置7，并驱动清洗机器人行走。其中，前驱动轮系11、后驱动轮系13分别布置在车架16下方的前端与后端，从动轮系12布置在车架16下方的中间位置，前驱动轮系11、从动轮系12、后驱动轮系13均通过板簧14、连接座15与车架16相连接；所述的板簧14的两端均通过铰链与连接座15相连接，所述的连接座15的顶部与车架16通过螺栓相连接；两组前驱动组件17对称安装在前驱动轮系11上，两组后驱动组件18对称安装在后驱动轮系13上；前驱动组件17和后驱动组件18分别为前驱动轮系11和后驱动轮系13的提供驱动移动平台1行走的动力；所述的从动轮系12起辅助支撑和稳定行走的作用。所述的回转装置2的下端固定安装在移动平台1的车架16上，所述的回转装置2用于驱动升降装置3、并联调姿机构4和两自由度调节器5进行绕垂直轴的回转运动。所述的升降装置3的下端通过螺钉固定安装在回转装置2的顶部，用于驱动并联调姿机构4、两自由度调节器5和径向调节器6进行升降运动。所述的并联调姿机构4的下端固定安装在升降装置3的顶部，用于支撑并驱动两自由度调节器5实现上下伸缩移动、左右摆动和前后摆动共三个自由度的运动及姿态调整。所述的两自由度调节器5的后端固定安装在并联调姿机构4的顶部，所述的两自由度调节器5的前端与径向调节器6固连，所述的两自由度调节器5用于实现径向调节器6、送枪装置7及安装在送枪装置7上的喷枪9的前后进给和绕进给方向水平轴线的回转运动。所述的送枪装置7固定安装在径向调节器6的外侧端，用于实现安装在送枪装置7上的喷枪9的前后进给运动。所述的双目摄像头8通过螺钉固定安装在径向调节器6上，且位于靠近径向调节器6的中间位置，主要用于采集、分析工作现场图像、冷凝器冷凝管束的端面，识别和判断冷凝管外端口位置和清洗状态。

如图1、图2和图3所示，所述的前驱动轮系11包括前车轴111和前驱动轮112。其中，所述的前驱动轮112有两个，且对称安装在前车轴111的两端；所述的前驱动轮112与前车轴111之间通过轴承相连接，所述的前车轴111与板簧14通过U型螺栓相连接。所述的后驱动轮系13包括后车轴131和后驱动轮132，两个后驱动轮132对称安装在后车轴131的两端，且与后车轴131之间通过轴承相连接，所述的后车轴131与板簧14通过U型螺栓相连接。所述的从动轮系12包括从动车轴121和从动车轮122，两个从动车轮122对称安装在从动车轴121的两端，且与从动车轴121之间通过轴承相连接，所述的从动车轴121与板簧14通过U型螺栓相连接。前驱动轮系11、从动轮系12、后驱动轮系13与板簧14、连接座15共同构成了移动平台1的浮动支撑轮系，可实现清洗机器人在不平坦地面环境下，前驱动轮112、从动车轮122和后驱动轮132始终与地面保持接触，提高了移动平台1的支撑能力和移动行走的稳定性。前驱动轮112、从动车轮122和后驱动轮132采用普通橡胶车轮或麦克纳姆全向轮。在所述的车架16的内部设有电源、数据采集卡和控制器，采集在所述的车架16的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面均设有测距传感器161，所述的测距传感器161采用激光测距传感器或超声波测距传感器；在车架16内还设有导航传感器，所述的导航传感器采用磁导航传感器或激光扫描器或红外发射器。所述的电源用于为移动平台1、回转装置2、升降装置3、并联调姿机构4、两自由度调节器5、径向调节器6、送枪装置7和双目摄像头8的工作提供电力；所述的数据采集卡用于采集测距传感器161、导航传感器、回转装置中的角度传感器和升降装置中的大位移传感器的传感信息，以及来自双目摄像头8的图形信息；所述的控制器用于控制移动平台1、回转装置2、升降装置3、并联调姿机构4、两自由度调节器5、径向调节器6、送枪装置7执行相应的动作或任务指令。

如图1、图2和图3所示，所述的前驱动组件17包括行走电机171、主动齿轮172和从动齿轮173。其中，所述的行走电机171通过螺钉固定安装在前车轴上111，用于为前驱动轮112的转动提供动力；所述的主动齿轮172安装在行走电机171的输出轴上且与行走电机171的输出轴通过平键相连接，所述的从动齿轮173固定安装在前驱动轮112上且与前驱动轮112保持同轴，所述的主动齿轮172与从动齿轮173保持啮合状态。所述的后驱动组件18与所述的前驱动组件17的结构完全相同。

如图1和图4所示，所述的回转装置2包括回转底座21、回转顶盖22、回转马达23、回转齿轮24和内齿圈25。其中，所述的回转底座21通过螺钉固定安装在车架16上；所述的回转顶盖22套装在回转底座21的外侧，且与回转底座21之间通过两个径向轴承和一个止推轴承相连接，所述的径向轴承采用深沟球型径向轴承，所述的止推轴承为圆柱滚子型止推轴承；所述的回转马达23固定安装在回转顶盖22上，用于驱动回转顶盖22进行回转运动；所述的回转齿轮24固定安装在回转马达23的输出轴上；所述的内齿圈25通过螺钉固定安装在回转底座21内，且与回转齿轮24保持内啮合；在所述的回转顶盖21内还设有角度传感器，用于测量回转顶盖22相对回转底座21的转动角度；所述的回转马达23采用伺服减速电机或伺服液压马达。

如图1所示，所述的升降装置3包括导向柱31、驱动柱32和中连板33，所述的导向柱31、驱动柱32各有两个，且均对称安装在回转装置2与并联调姿机构4之间，导向柱31和驱动柱32的底部通过螺钉固定安装在回转装置2的回转顶盖22上，导向柱31和驱动柱32的顶部与并联调姿机构4的底部通过螺钉相连接；所述的中连板33套装在导向柱31、驱动柱32的中部，且与导向柱31及驱动柱32的下半部分固连；所述的驱动柱32采用气缸或液压缸或电动推杆。在所述的导向柱31的内部设有大位移传感器，用于测量并联调姿机构4在垂直方向上的位移参数。

如图1和图5所示，所述的并联调姿机构4为4RPU结构的三自由度并联机构，所述的并联调姿机构4包括第一支链41、第二支链42、第三支链43、第四支链44、定平台45和动平台46。其中，第一支链41、第三支链42在对称布置在定平台45顶部的前后两侧，第二支链42、第四支链44对称布置在定平台45顶部的左右两侧，第一支链41、第二支链42、第三支链43、第四支链44的下端与定平台45固连，第一支链41、第二支链42、第三支链43、第四支链44的上端与动平台46固连；所述的第一支链41与第二支链42、第三支链43、第四支链44的结构完全相同，其机构拓扑结构均为RPU结构。所述的第一支链41包括第一铰链411、第一直线驱动单元412和第一万向节413。其中，所述的第一铰链411的下端与定平台45通过螺钉相连接，第一铰链411的上端与第一直线驱动单元412的下端固连，所述的第一直线驱动单元412的上端与第一万向节413的下端固连，所述的第一万向节413的上端与动平台46通过螺钉相连接。第二支链42中的第二铰链421、第三支链43中的第三铰链431、第四支链44中的第四铰链441的下端均与定平台45通过螺钉相连接，第二支链42中的第二万向节423、第三支链43中的第三万向节433、第四支链44中的第四万向节443的上端均与动平台46通过螺钉相连接，第二支链42中的第二直线驱动单元422的上下两端分别与第二万向节423的下端、第二铰链421的上端固连，第三支链43中的第三直线驱动单元432的上下两端分别与第三万向节433的下端、第三铰链431的上端固连，第四支链44中的第四直线驱动单元442的上下两端分别与第四万向节443的下端、第四铰链441的上端固连。

如图1所示，所述的两自由度调节器5包括轴向滑台51、T型连杆52和回转台53。其中，所述的轴向滑台51固定安装在并联调姿机构4的动平台46的上方，且与动平台46通过螺栓相连接，所述的轴向滑台51用于驱动径向调节器6执行前后进给运动任务；所述的T型连杆52的前端与回转台53固连，所述的T型连杆52的后端与轴向滑台51的滑块通过螺钉相连接；所述的回转台53用于驱动径向调节器6执行绕进前后给方向水平轴线的回转运动任务，所述的回转台53采用旋转气缸或数控回转台；所述的轴向滑台51采用伺服电动滑台。

如图1和图6所示，所述的径向调节器6包括固定支架61、径向滑台62和连接滑块63。其中，所述的固定支架61位于两自由度调节器5的前端，且通过螺钉固定安装在回转台53的输出端，主要用于固定安装径向滑台62；所述的径向滑台62通过螺钉固定安装在固定支架61的前侧面上，用于调节连接滑块63和送枪装置7的径向位移；所述的连接滑块63固定安装在径向滑台62的运动输出端，用于固定安装送枪装置7；所述的送枪装置7通过螺钉固定安装在连接滑块63上。所述的径向滑台62采用伺服电动滑台或双作用气动滑台；所述的径向滑台62和所述的连接滑块63的数量均为4个。

如图1和图6所示，所述的双目摄像头8通过螺钉固定安装在径向调节器6的固定支架61上，所述的双目摄像头8与车架16内的电源、数据采集卡分别通过电源线和数据线相连接，数据采集卡、测距传感器161与控制器通过数据线相连接，所述的双目摄像头8设有LED照明光源。

具体实施方式二：

如图1和图5所示，第一铰链411与第三铰链431的轴线相互平行，第二铰链421与第四铰链441的轴线相互平行，第一铰链411与第二铰链421的轴线相互垂直。在初始状态下，第一万向节413的十字轴两条轴线分别与第三万向节433的十字轴的两条轴线保持平行，第二万向节423的十字轴两条轴线分别与第四万向节443的十字轴的两条轴线保持平行，第一铰链411的轴线与第一万向节413的十字轴的一条轴线保持平行，第二铰链421的轴线与第二万向节423的十字轴的一条轴线保持平行。从而保证了并联调姿机构4所构成的并联机构具有确定的空间内一个平移和两个转动共三个运动自由度。第一直线驱动单元412、第二直线驱动单元422、第三直线驱动单元432、第四直线驱动单元442采用伺服气缸或伺服电动推杆。从机构学的角度看，并联调姿机构4即为一个具有空间一平移和两转动共三个运动自由度的并联机构。所述的并联调姿机构4、回转装置2、升降装置3和两自由度调节器5一起构成一个具有空间两个平移三个转动共五个自由度的混联机构，其中垂直方向的移动和绕前后进给方向水平轴的转动为冗余自由度。再加上移动平台1在地面上的移动，以及径向调节器6中连接滑块63的径向移动，本发明共有六个运动自由度，且垂直方向的移动、前后移动和绕前后进给方向水平轴的转动为冗余自由度。

如此设计，用直线驱动单元实现并联调姿机构4的四条支链中移动副的功能，结构简单、紧凑，既可以保证第一支链41、第二支链42、第三支链43和第四支链44中移动副的结构刚度、抗扭能力，能有效降低移动副中驱动动力的成本；通过严格限定第一支链41、第二支链42和第三支链43中第一铰链411、第二铰链421、第三铰链431和第四铰链441的轴线之间，以及第一万向节413、第二万向节423、第三万向节433和第四万向节443的十字轴的轴线之间的尺度约束类型，即限定各轴线之间的平行或垂直的关系，可以唯一限定本发明中并联调姿机构4所构成的三自由度并联机构能按照设定的空间一个平移和两个转动共三个自由度进行准确地运动和姿态调整。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：

如图1、图3和图7所示，本实施方式中的驱动柱32采用伺服电液缸或电动推杆，回转马达23采用伺服减速电机，第一直线驱动单元412、第二直线驱动单元422、第三直线驱动单元432、第四直线驱动单元442均采用伺服电动推杆，回转台53采用数控回转台，轴向滑台51采用伺服电动滑台，径向滑台62采用伺服电动滑台。如此设计，统一了各驱动动力源，均采用电驱动，不仅效率高，且结构紧凑，节省了气源或液压泵站***。此外，直流伺服电机还可实现闭环控制，可实现较高的传动精度。驱动柱32、回转马达23、第一直线驱动单元412、第二直线驱动单元422、第三直线驱动单元432、第四直线驱动单元442、回转台53、轴向滑台51、径向滑台62分别通过电缆与控制器相连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一、或二相同。

使用时，先根据冷凝器清洗作业任务的要求，选择具有合适直径和工作参数的喷枪9。然后，根据作业要求启动前驱动组件17和后驱动组件18使移动平台1在作业现场移动行走至指定作业位置，再根据作业姿态和高度要求分别调整回转装置2、升降装置3，通过第一直线驱动单元412、第二直线驱动单元422、第三直线驱动单元432和第四直线驱动单元442的伸长或缩短调整本发明的并联调姿机构4将两自由度调节器5、径向调节器6调整到合适的作业姿态，通过调节轴向滑台51的轴向伺服电机511和回转台53分别调节径向调节器6的前后位置和角度，最后通过径向滑台62调节安装在各连接滑块63上的送枪装置7及喷枪9到起始作业位置。

双目摄像头8获取的图像信息，以及测距传感器161、导航传感器、回转装置2中的角度传感器和升降装置3中的大位移传感器的传感信息由数据采集卡采集处理，清洗机器人的姿态调节和作业任务等信息分析和处理任务由控制器完成。

在清洗作业过程中，先根据双目摄像头8获取的冷凝器位置确定清洗机器人的起始作业位置，再根据冷凝管端面污染状况、冷凝管在冷凝器中的布局情况和所选择作业喷枪9的数量确定每把喷枪的作用区域，并规划各喷枪的作业路径和运动轨迹。清洗时，先清洗冷凝管的外端面，然后按由外向内或由内向外的顺序执行清洗任务。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人，包括移动平台、回转装置、升降装置、并联调姿机构、两自由度调节器、径向调节器、送枪装置和双目摄像头，其特征在于：所述的移动平台包括前驱动轮系、从动轮系、后驱动轮系、板簧、连接座、车架、前驱动组件和后驱动组件，前驱动轮系、后驱动轮系分别布置在车架下方的前端与后端，从动轮系布置在车架下方的中间位置，前驱动轮系、从动轮系、后驱动轮系均通过板簧、连接座与车架相连接，所述的板簧的两端均通过铰链与连接座相连接，所述的连接座的顶部与车架通过螺栓相连接，两组前驱动组件对称安装在前驱动轮系上，两组后驱动组件对称安装在后驱动轮系上；所述的回转装置的下端固定安装在移动平台的车架上，所述的升降装置的下端通过螺钉固定安装在回转装置的顶部；所述的并联调姿机构的下端固定安装在升降装置的顶部，所述的两自由度调节器的后端固定安装在并联调姿机构的顶部，所述的两自由度调节器的前端与径向调节器固连；所述的送枪装置固定安装在径向调节器的外侧端，所述的双目摄像头通过螺钉固定安装在径向调节器上，且位于靠近径向调节器的中间位置；

所述的前驱动轮系包括前车轴和前驱动轮，两个前驱动轮对称安装在前车轴的两端，且与前车轴之间通过轴承相连接，所述的前车轴与板簧通过U型螺栓相连接；所述的后驱动轮系包括后车轴和后驱动轮，两个后驱动轮对称安装在后车轴的两端，且与后车轴之间通过轴承相连接，所述的后车轴与板簧通过U型螺栓相连接；所述的从动轮系包括从动车轴和从动车轮，两个从动车轮对称安装在从动车轴的两端，且与从动车轴之间通过轴承相连接，所述的从动车轴与板簧通过U型螺栓相连接；在所述的车架的内部设有电源、数据采集卡和控制器，在所述的车架的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面均设有测距传感器；

所述的回转装置包括回转底座、回转顶盖、回转马达、回转齿轮和内齿圈，所述的回转底座通过螺钉固定安装在车架上；所述的回转顶盖套装在回转底座的外侧，且与回转底座之间通过两个深沟球型径向轴承和一个圆柱滚子型止推轴承相连接；所述的回转马达固定安装在回转顶盖上，所述的回转齿轮固定安装在回转马达的输出轴上；所述的内齿圈通过螺钉固定安装在回转底座内，且与回转齿轮保持内啮合；在所述的回转顶盖内还设有角度传感器；所述的回转马达采用伺服减速电机或伺服液压马达；

所述的升降装置包括导向柱、驱动柱和中连板，所述的导向柱、驱动柱各有两个，且均对称安装在回转装置与并联调姿机构之间，导向柱和驱动柱的底部通过螺钉固定安装在回转装置的回转顶盖上，导向柱和驱动柱的顶部与并联调姿机构的底部通过螺钉相连接；所述的中连板套装在导向柱、驱动柱的中部，且与导向柱及驱动柱的下半部分固连；所述的驱动柱采用气缸或液压缸或电动推杆；

所述的并联调姿机构为4RPU结构的三自由度并联机构，所述的并联调姿机构包括第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、定平台和动平台，第一支链、第三支链对称布置在定平台顶部的前后两侧，第二支链、第四支链对称布置在定平台顶部的左右两侧，第一支链、第二支链、第三支链、第四支链的下端与定平台固连，第一支链、第二支链、第三支链、第四支链的上端与动平台固连；所述的第一支链与第二支链、第三支链、第四支链的结构完全相同，其机构拓扑结构均为RPU结构；

所述的两自由度调节器包括轴向滑台、T型连杆和回转台，所述的轴向滑台通过螺栓固定安装在并联调姿机构的动平台的上方；所述的T型连杆的前端与回转台固连，所述的T型连杆的后端与轴向滑台的滑块通过螺钉相连接；所述的回转台采用旋转气缸或数控回转台；所述的轴向滑台采用伺服电动滑台；

所述的径向调节器包括固定支架、径向滑台和连接滑块，所述的固定支架位于两自由度调节器的前端，且通过螺钉固定安装在回转台的输出端，所述的径向滑台通过螺钉固定安装在固定支架的前侧面上，所述的连接滑块固定安装在径向滑台的运动输出端；所述的送枪装置通过螺钉固定安装在连接滑块上；

所述的双目摄像头通过螺钉固定安装在径向调节器的固定支架上，所述的双目摄像头与车架内的电源、数据采集卡分别通过电源线和数据线相连接，所述的数据采集卡、所述的测距传感器与控制器通过数据线相连接，所述的双目摄像头设有LED照明光源。

2.根据权利要求1所述的一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人，其特征在于：所述的第一支链包括第一铰链、第一直线驱动单元和第一万向节，所述的第一铰链的下端与定平台通过螺钉相连接，第一铰链的上端与第一直线驱动单元的下端固连，所述的第一直线驱动单元的上端与第一万向节的下端固连，所述的第一万向节的上端与动平台通过螺钉相连接；第二支链中的第二铰链、第三支链中的第三铰链、第四支链中的第四铰链的下端均与定平台通过螺钉相连接，第二支链中的第二万向节、第三支链中的第三万向节、第四支链中的第四万向节的上端均与动平台通过螺钉相连接，第二支链中的第二直线驱动单元的上下两端分别与第二万向节的下端、第二铰链的上端固连，第三支链中的第三直线驱动单元的上下两端分别与第三万向节的下端、第三铰链的上端固连，第四支链中的第四直线驱动单元的上下两端分别与第四万向节的下端、第四铰链的上端固连；第一铰链与第三铰链的轴线相互平行，第二铰链与第四铰链的轴线相互平行，第一铰链与第二铰链的轴线相互垂直；在初始状态下，第一万向节的十字轴两条轴线分别与第三万向节的十字轴的两条轴线保持平行，第二万向节的十字轴两条轴线分别与第四万向节的十字轴的两条轴线保持平行，第一铰链的轴线与第一万向节的十字轴的一条轴线保持平行，第二铰链的轴线与第二万向节的十字轴的一条轴线保持平行。

3.根据权利要求1所述的一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人，其特征在于：所述的前驱动组件包括行走电机、主动齿轮和从动齿轮，所述的行走电机通过螺钉固定安装在前车轴上，所述的主动齿轮安装在行走电机的输出轴上且与行走电机的输出轴通过平键相连接，所述的从动齿轮固定安装在前驱动轮上且与前驱动轮保持同轴，所述的主动齿轮与从动齿轮保持啮合状态。

4.根据权利要求1或权利要求3所述的一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人，其特征在于：所述的后驱动组件与所述的前驱动组件的结构完全相同。

5.根据权利要求2所述的一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人，其特征在于：所述的第一直线驱动单元、所述的第二直线驱动单元、所述的第三直线驱动单元、所述的第四直线驱动单元采用伺服气缸或伺服液压缸或伺服电动推杆或直线伺服电机。

6.根据权利要求1所述的一种基于混联机构的可移动式冷凝器清洗机器人，其特征在于：所述的径向滑台和所述的连接滑块的数量相同，为3-6个；所述的径向滑台采用伺服电动滑台或双作用气动滑台。

Images