本發(fā)明屬于表面打磨的，具體涉及一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、水電作為全球最大的低碳清潔能源之一，在全球能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位。水電行業(yè)的設(shè)備制造需求持續(xù)增長。然而，水電設(shè)備中關(guān)鍵零部件（如水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、座環(huán)、閥門等）因流體力學(xué)特性而具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其異型、狹小的作業(yè)空間給制造、安裝和維護(hù)工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。

2、在狹窄空間轉(zhuǎn)輪焊縫的打磨作業(yè)中，傳統(tǒng)方法主要依賴于工人手持砂輪機(jī)進(jìn)行端面打磨。由于砂輪與焊縫之間為剛性接觸，其接觸形狀近似為線條，導(dǎo)致打磨過程中需要通過多段移動(dòng)形成近似包絡(luò)的加工軌跡。然而，剛性接觸特性使得離散直線擬合的軌跡與焊縫實(shí)際廓形存在較大偏差，難以滿足焊縫表面一致性和精度的要求。此外，人工打磨方式不僅效率低，而且打磨質(zhì)量一致性和精度難以滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)打磨過程中產(chǎn)生的煙塵對工人健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

3、目前，現(xiàn)有打磨機(jī)器人采用輪式/履帶式行走部件，因水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪等部件的內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜且空間狹窄，這種行走部件難以有效進(jìn)入，并且移動(dòng)困難，靈活性不足。或者采用足式結(jié)構(gòu)的行走部件，這種行走部件在負(fù)載能力與步態(tài)平衡性上存在矛盾，穩(wěn)定性差，需提升機(jī)器人對傾斜、非連續(xù)表面的吸附與平衡能力。還有蠕動(dòng)式行走部件，依賴連續(xù)動(dòng)力輸入，效率低下，需提升機(jī)構(gòu)負(fù)載能力并降低能耗優(yōu)化。

4、現(xiàn)有打磨機(jī)器人的打磨部件采用砂輪部件或者砂帶部件，砂輪部件打磨采用剛性接觸方式，其接觸形狀為線條，導(dǎo)致離散直線擬合的軌跡與焊縫實(shí)際廓形存在較大偏差，難以滿足焊縫表面一致性和精度的要求。砂帶部件打磨過程中張緊力不足會(huì)導(dǎo)致砂帶打滑或抖動(dòng)，影響打磨質(zhì)量；張緊力過大則會(huì)導(dǎo)致砂帶磨粒脫落甚至斷裂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，該機(jī)器人具有能在狹窄空間和復(fù)雜地形進(jìn)行移動(dòng)的行走部件和基于柔性砂帶的打磨裝置；通過交替吸附機(jī)制實(shí)現(xiàn)在狹窄空間蠕動(dòng)式移動(dòng)；以及通過彈性接觸方式提升打磨精度和表面質(zhì)量。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，包括能在狹窄空間和復(fù)雜地形進(jìn)行移動(dòng)的行走組件、以及彈性接觸和張緊力控制的打磨組件；

4、所述行走組件包括外足層、內(nèi)足層、x軸運(yùn)動(dòng)組件和y軸運(yùn)動(dòng)組件；x軸運(yùn)動(dòng)組件與外足層和y軸運(yùn)動(dòng)組件連接，y軸運(yùn)動(dòng)組件與內(nèi)足層連接，通過x軸運(yùn)動(dòng)組件和y軸運(yùn)動(dòng)組件移動(dòng)配合控制機(jī)器人外足層和內(nèi)足層的交替運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)蠕動(dòng)式行走；

5、所述打磨組件包括內(nèi)殼體、z軸運(yùn)動(dòng)組件和打磨件；內(nèi)殼體通過兩個(gè)z軸運(yùn)動(dòng)組件安裝在行走組件上；打磨件的安裝在內(nèi)殼體內(nèi)，通過z軸運(yùn)動(dòng)組件使打磨組件向下移動(dòng)并與焊縫接觸，實(shí)現(xiàn)打磨水輪機(jī)的焊縫。

6、進(jìn)一步地，所述外足層包括外殼體和外吸附元件，外殼體的底部開口，且底部的側(cè)面向外延伸形成安裝面，安裝面的兩端均安裝有外吸附元件，四個(gè)外吸附元件圍合呈矩形面。

7、進(jìn)一步地，在安裝面的中部安裝1~2外吸附元件。

8、進(jìn)一步地，所述x軸運(yùn)動(dòng)組件包括第一支撐架、第一導(dǎo)軌、第一滑塊和電動(dòng)伸縮桿，所述支撐架呈l形結(jié)構(gòu)，兩個(gè)第一滑塊滑動(dòng)安裝在第一導(dǎo)軌上，兩個(gè)第一滑塊遠(yuǎn)離第一導(dǎo)軌的側(cè)面固定安裝在第一支撐架上，第一導(dǎo)軌安裝在外殼體內(nèi)側(cè)面上，電動(dòng)伸縮桿安裝在支撐架上，其伸縮方向與滑塊的滑動(dòng)方向平行，均沿x軸方向；電動(dòng)伸縮桿的伸縮端與外殼體連接，通過電動(dòng)伸縮桿伸縮實(shí)現(xiàn)外足層沿x軸方向的移動(dòng)。

9、進(jìn)一步地，所述電動(dòng)伸縮桿采用具有步進(jìn)電機(jī)的電動(dòng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)。

10、進(jìn)一步地，所述y軸運(yùn)動(dòng)組件包括兩組，沿z軸對稱安裝在第一支撐架內(nèi)側(cè)的兩端，它包括第二支撐架和第一氣缸滑臺(tái)，第二支撐架固定在第一支撐架長度方向的端部，并沿y軸方向設(shè)置，第一氣缸滑臺(tái)安裝在第二支撐架的內(nèi)側(cè)面上，且其滑動(dòng)方向沿y軸方向；第一氣缸滑臺(tái)與內(nèi)足層連接，通過控制第一氣缸滑臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)足層沿y軸方向移動(dòng)。

11、進(jìn)一步地，所述內(nèi)足層包括兩組，分別與y軸運(yùn)動(dòng)組件連接，它包括第三支撐架和內(nèi)吸附元件，第三支撐架為倒l形結(jié)構(gòu)，其頂面與第一氣缸滑臺(tái)連接，其外側(cè)面中部設(shè)有安裝板，安裝板上安裝有至少兩個(gè)內(nèi)吸附元件。

12、進(jìn)一步地，所述外吸附元件與內(nèi)吸附元件的結(jié)構(gòu)相同，它包括微型氣缸和電磁鐵，微型氣缸的伸縮端向下伸縮并與電磁鐵連接，通過控制電磁鐵的電流大小，實(shí)現(xiàn)控制吸附元件的吸附力大?。煌ㄟ^微型氣缸的行程單獨(dú)控制各個(gè)電磁鐵在z軸方向的運(yùn)動(dòng)量。

13、進(jìn)一步地，所述z軸運(yùn)動(dòng)組件包括第二導(dǎo)軌、第二滑塊和第二氣缸滑臺(tái)；第二滑塊安裝在第三支撐架的內(nèi)側(cè)面上并與第二導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，第二導(dǎo)軌沿z軸安裝在內(nèi)殼體的外側(cè)面，第二氣缸滑臺(tái)分別與第三支撐架的內(nèi)側(cè)面和內(nèi)殼體的外側(cè)面連接，且第二氣缸滑臺(tái)的移動(dòng)方向沿z軸方向移動(dòng)，通過控制第二氣缸滑臺(tái)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)殼體以及安裝在內(nèi)殼體的上打磨組件移動(dòng)。

14、進(jìn)一步地，所述打磨件安裝在內(nèi)殼體內(nèi)，它包括支撐板、驅(qū)動(dòng)組件、張力組件、研磨組件和法向運(yùn)動(dòng)組件，所述支撐板固定安裝在內(nèi)殼體上，再驅(qū)動(dòng)組件、張力組件、研磨組件和法向運(yùn)動(dòng)組件固定在支撐板；

15、所述驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)輪以及控制驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)固定在支撐板，所述張力組件包括張力輪和用于支撐張力輪的支撐座，支撐座通過法向運(yùn)動(dòng)組件安裝在支撐板；所述研磨組件包括彈性砂帶、研磨輪和輪座，研磨輪通過輪座固定在支撐板上，驅(qū)動(dòng)輪、張力輪和研磨輪呈三角形分布，且彈性砂帶纏依次繞過驅(qū)動(dòng)輪、張力輪和研磨輪；

16、所述法向驅(qū)動(dòng)組件采用氣缸滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)，氣缸滑臺(tái)的移動(dòng)方向與張力輪的力平衡方向相同；通過控制氣缸滑臺(tái)移動(dòng)微調(diào)張力輪的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)彈性砂帶的張緊力。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

18、（1）通過交替吸附蠕動(dòng)行走機(jī)制、電磁鐵動(dòng)態(tài)吸附控制和彈性砂帶張緊力自適應(yīng)調(diào)節(jié)，共同實(shí)現(xiàn)狹窄非規(guī)則曲面環(huán)境下的高精度打磨與穩(wěn)定移動(dòng)。

19、（2）通過外足層和內(nèi)足層的交替吸附與移動(dòng)（x軸、y軸運(yùn)動(dòng)組件協(xié)同控制），實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在狹窄流道內(nèi)的蠕動(dòng)式行走；外吸附元件和內(nèi)吸附元件均采用“微型氣缸+電磁鐵”組合，通過調(diào)節(jié)電流控制吸附力大小，并通過微型氣缸單獨(dú)調(diào)整z軸方向位移，確保貼合曲面。

20、（3）采用彈性砂帶纏繞驅(qū)動(dòng)輪、張力輪和研磨輪（三角形分布），通過法向運(yùn)動(dòng)組件實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)張力輪位置，優(yōu)化砂帶張緊力。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂帶運(yùn)動(dòng)，結(jié)合z軸運(yùn)動(dòng)組件調(diào)整打磨深度，形成橢圓形接觸區(qū)域，適應(yīng)非規(guī)則曲面。

技術(shù)特征：

1.一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，其特征在于：包括能在狹窄空間和復(fù)雜地形進(jìn)行移動(dòng)的行走組件、以及彈性接觸和張緊力控制的打磨組件；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，其特征在于：所述外足層包括外殼體和外吸附元件，外殼體的底部開口，且底部的側(cè)面向外延伸形成安裝面，安裝面的兩端均安裝有外吸附元件，四個(gè)外吸附元件圍合呈矩形面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，其特征在于：在安裝面的中部安裝1~2外吸附元件。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，其特征在于：所述x軸運(yùn)動(dòng)組件包括第一支撐架、第一導(dǎo)軌、第一滑塊和電動(dòng)伸縮桿，所述支撐架呈l形結(jié)構(gòu)，兩個(gè)第一滑塊滑動(dòng)安裝在第一導(dǎo)軌上，兩個(gè)第一滑塊遠(yuǎn)離第一導(dǎo)軌的側(cè)面固定安裝在第一支撐架上，第一導(dǎo)軌安裝在外殼體內(nèi)側(cè)面上，電動(dòng)伸縮桿安裝在支撐架上，其伸縮方向與滑塊的滑動(dòng)方向平行，均沿x軸方向；電動(dòng)伸縮桿的伸縮端與外殼體連接，通過電動(dòng)伸縮桿伸縮實(shí)現(xiàn)外足層沿x軸方向的移動(dòng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，其特征在于：所述電動(dòng)伸縮桿采用具有步進(jìn)電機(jī)的電動(dòng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，其特征在于：所述y軸運(yùn)動(dòng)組件包括兩組，沿z軸對稱安裝在第一支撐架內(nèi)側(cè)的兩端，它包括第二支撐架和第一氣缸滑臺(tái)，第二支撐架固定在第一支撐架長度方向的端部，并沿y軸方向設(shè)置，第一氣缸滑臺(tái)安裝在第二支撐架的內(nèi)側(cè)面上，且其滑動(dòng)方向沿y軸方向；第一氣缸滑臺(tái)與內(nèi)足層連接，通過控制第一氣缸滑臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)足層沿y軸方向移動(dòng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，其特征在于：所述內(nèi)足層包括兩組，分別與y軸運(yùn)動(dòng)組件連接，它包括第三支撐架和內(nèi)吸附元件，第三支撐架為倒l形結(jié)構(gòu)，其頂面與第一氣缸滑臺(tái)連接，其外側(cè)面中部設(shè)有安裝板，安裝板上安裝有至少兩個(gè)內(nèi)吸附元件。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，其特征在于：所述外吸附元件與內(nèi)吸附元件的結(jié)構(gòu)相同，它包括微型氣缸和電磁鐵，微型氣缸的伸縮端向下伸縮并與電磁鐵連接，通過控制電磁鐵的電流大小，實(shí)現(xiàn)控制吸附元件的吸附力大??；通過微型氣缸的行程單獨(dú)控制各個(gè)電磁鐵在z軸方向的運(yùn)動(dòng)量。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，其特征在于：所述z軸運(yùn)動(dòng)組件包括第二導(dǎo)軌、第二滑塊和第二氣缸滑臺(tái)；第二滑塊安裝在第三支撐架的內(nèi)側(cè)面上并與第二導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，第二導(dǎo)軌沿z軸安裝在內(nèi)殼體的外側(cè)面，第二氣缸滑臺(tái)分別與第三支撐架的內(nèi)側(cè)面和內(nèi)殼體的外側(cè)面連接，且第二氣缸滑臺(tái)的移動(dòng)方向沿z軸方向移動(dòng)，通過控制第二氣缸滑臺(tái)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)殼體以及安裝在內(nèi)殼體的上打磨組件移動(dòng)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，其特征在于：所述打磨件安裝在內(nèi)殼體內(nèi)，它包括支撐板、驅(qū)動(dòng)組件、張力組件、研磨組件和法向運(yùn)動(dòng)組件，所述支撐板固定安裝在內(nèi)殼體上，再驅(qū)動(dòng)組件、張力組件、研磨組件和法向運(yùn)動(dòng)組件固定在支撐板；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于表面打磨的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于轉(zhuǎn)輪狹窄流道非規(guī)則曲面打磨多足機(jī)器人，包括行走組件和打磨組件；所述行走組件包括外足層、內(nèi)足層、X軸運(yùn)動(dòng)組件和Y軸運(yùn)動(dòng)組件；通過X軸運(yùn)動(dòng)組件和Y軸運(yùn)動(dòng)組件移動(dòng)配合控制機(jī)器人外足層和內(nèi)足層的交替運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)蠕動(dòng)式行走；所述打磨組件包括內(nèi)殼體、Z軸運(yùn)動(dòng)組件和打磨件；通過Z軸運(yùn)動(dòng)組件使打磨組件向下移動(dòng)并與焊縫接觸，實(shí)現(xiàn)打磨水輪機(jī)的焊縫。本發(fā)明通過交替吸附蠕動(dòng)行走機(jī)制、電磁鐵動(dòng)態(tài)吸附控制和彈性砂帶張緊力自適應(yīng)調(diào)節(jié)，共同實(shí)現(xiàn)狹窄非規(guī)則曲面環(huán)境下的高精度打磨與穩(wěn)定移動(dòng)。

技術(shù)研發(fā)人員：胡曉兵,張雪健,傅玉聰,李昌力,陸星宇,羅俊杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：宜賓四川大學(xué)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28