一种适用于不同规格管板的蒸汽发生器爬行机器人

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种适用于不同规格管板的蒸汽发生器爬行机器人。

背景技术

随着核工业的发展，核电安全检测问题日益突出。蒸汽发生器热管的安全监测问题已成为核电安全中的一项重要内容。目前，适用于蒸汽发生器热管检测的机器人主要分为串联机器人及管爬机器人两种形式。管爬机器人以其结构简单、体积小、重量轻的优势逐渐占据市场主导地位。管爬机器人的本体主要由运动定位机构、检测工具、脚趾组成。目前，已应用的蒸汽发生器热管检测的爬行机器人主要有以下三种：ZR-100，西屋的PEGASYS及韩国的指状夹持型机器人。

美国西屋PEGASYS机器人由基座部件、块部件以及足部件三部分构成。基座部件上载有检测装置以及管板孔夹紧装置，块部件连接于基座上，并能够实现相对于基座的直线运动与旋转运动，足部件固定于块部件上，并可实现管板上的孔的夹紧与释放，以实现机器人的定位。该机器人自身重量小、承载能力大、可快速完成无死区定位。但是，在不同排待检测热管的定位方面，需要频繁的变换脚趾位置，管孔检测的灵活性方面略显不足。

韩国的指状夹持型机器人(公开号：CN102456420A)由前后移动模块、左右移动模块、检测装置模块及夹持模块组成。夹持模块通过模仿手指的夹持功能夹紧在热管上。机器人通过两组不同的夹持模块的交替夹持与松开实现移动，配合检测装置的移动及旋转功能定位目标检测热管，实现管板上热管的检测。该装置的缺点在于夹持模块机构复杂，且夹持时要求待夹持热管不能为堵管。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于不同规格管板的蒸汽发生器爬行机器人，能够解决现有爬行式SG传热管检修机器人运动方式不够灵活、结构适应性较差的问题，使其具有较高运动灵活性和作业效率，并使其在面对不同型号的SG管板时具有较强的自适应能力。

本发明的技术方案如下：一种适用于不同规格管板的蒸汽发生器爬行机器人，包括基座模块、腿部模块和小臂模块，所述的腿部模块共有四个均设置在基座模块上方，小臂模块通过气动快换接头安装在其中一个腿部模块的下方，用于实现机器人的定位检修功能。

所述的基座模块包括基座箱体、基座上箱盖、基座下箱盖、髋关节电机模块，4个髋关节电机模块固定在基座上箱盖上，用于实现腿部模块髋关节的摆动，基座箱体连接基座上箱盖和基座下箱盖固定。

所述的基座箱体内部配置加强筋。

所述的腿部模块包括腿部第一关节模块、腿部第二关节模块和小臂模块，腿部第一关节模块安装在基座模块的上方，与髋关节电机模块相连接，腿部二关节模块安装在腿部第一关节模块的另一侧，与腿部第一关节模块内的膝关节电机模块的转子相连接，小臂模块安装在腿部第二关节模块的下方与腿部第二关节盖板连接。

所述的腿部第一关节模块包括膝关节电机模块、腿部第一关节外壳、腿部第一关节盖板，膝关节电机模块安装在腿部第一关节外壳上，腿部第一关节盖板安装在腿部第一关节外壳上方。

所述的腿部第一关节模块上的膝关节电机模块的输出端与腿部二关节模块的‘L’形腔体的另一端固定连接。

所述的腿部第二关节模块包括腿部第二关节外壳、腿部第二关节盖板、升降脚趾模块，腿部第二关节模块内部放置IO板与脚趾电磁阀，升降脚趾模块连接安装在腿部第二关节外壳的一端，升降脚趾模块安装在腿部第二关节外壳上。

所述的小臂模块包括小臂关节连接座、气动快换装置、工具模块，小臂关节连接座一端与腿部模块中的升降较重模块相连接，小臂关节连接座的另一端与气动快换装置相连接。

所述的小臂模块通过小臂关节连接座连接在升降脚趾模块上。

本发明的有益效果在于：本发明结构形式简单、运动方式灵活多样、结构自适应能力强，使其具有较高运动灵活性和作业效率，并使其在面对不同型号的SG管板时具有较强的自适应能力；本发明共具有12个运动自由度，其中有8个主动的连续运动自由度和4个被动的连续运动的自由度。8个主动的运动自由度均由电机驱动，搭配绝对式旋转编码器等位置传感器，可以保证各运动自由度均可进行精确的连续运动。8个连续运动自由度使得本发明具有更大的连续的工作空间，且运动方式灵活，在其工作空间内可以进行自由灵活的连续运动。由于管孔位置离散，因此连续的工作空间可以有效适应任意规格的蒸汽发生器。本发明在行走时为四足构型，根据四足机器人的特点，可以进行灵活的行走运动，并且能够很大程度的适应各种情况下的障碍、堵孔及不可落足位置的限制。本发明在工作时可以利用三足抓持，剩余一足作为作业臂进行检修作业。本发明在移动时可以利用四足抓持状态与三足抓持状态交替，从而实现运动。本发明可以在移动的同时将工具定位到指定位置，实现边走边检的效果，提高了作业效率。本发明的混连自由度配置使机器人的各个脚趾在一个位置定位夹紧时可以检修更多的管孔，而且每个脚趾都可以单独定位到其他管孔，从而大大减少了机器人脚趾在管板上的定位夹紧动作，减轻了管板因定位夹紧而产生损坏的风险，增加了管孔的使用寿命。本发明运动自由度设计清晰，各运动自由度的驱动部件、传动部件及其相应的控制部件均集中设计安装，利于运动功能结构的模块化升级，且便于日常的使用和维护拆装。

附图说明

图1为本发明所提供的一种适用于不同规格管板的蒸汽发生器爬行机器人的正等轴测图；

图2为本发明所提供的一种适用于不同规格管板的蒸汽发生器爬行机器人的主视图；

图3为本发明所提供的一种适用于不同规格管板的蒸汽发生器爬行机器人的俯视图；

图4为基座模块的正等轴测图；

图5为基座模块的主视图；

图6为基座模块的俯视图；

图7为图5中的A-A剖视图；

图8为腿部模块的正等轴测图；

图9为腿部模块的主视图；

图10为腿部第一关节腿部模块的正等轴测图；

图11为腿部第一关节模块的仰视图；

图12为图11中的B-B剖视图；

图13为腿部第二关节模块的正等轴测图；

图14为腿部第二关节模块的俯视图；

图15为小臂模块的正等轴测图；

图16为小臂模块的俯视图；

图17为图16的D-D剖视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-3所示，一种适用于不同规格管板的蒸汽发生器爬行机器人，包括基座模块1、腿部模块2和小臂模块3，所述的腿部模块2共有四个均设置在基座模块1上方，用于实现机器人的行走功能。每个腿部模块2包含两个关节，小臂模块3通过气动快换接头安装在其中一个腿部模块2的下方，用于实现机器人的定位检修功能。小臂模块3也包含两个关节，其中的小臂模块3可根据不同检修功能定制，并通过气动快换接头实现在腿部模块2上的快速更换。

如图4-7所示，基座模块1包括基座箱体4、基座上箱盖5、基座下箱盖6、髋关节电机模块7。4个髋关节电机模块7通过使用螺栓及销将其外壳固定在基座上箱盖5上，用于实现腿部模块2髋关节的摆动，其中髋关节电机模块7转子外露出基座上箱盖5一段距离，用于安装腿部模块2。基座箱体4连接基座上箱盖5和基座下箱盖6并通过使用螺栓及销固定，其需要承受一定的负载，因此基座箱体4内部配置加强筋。髋关节电机模块7选用中空轴型号，其为一体式电机模块，配备减速器、电机及驱动器，线路可以从中空轴内穿过。

如图1-3、8、9所示，基座模块1中的髋关节电机模块7与腿部第一关节模块8“L”形腔体的一端固定连接。

如图9所示，腿部模块2包括腿部第一关节模块8、腿部第二关节模块9和小臂模块3。腿部第一关节模块8安装在基座模块1的上方，与髋关节电机模块7相连接，使用螺栓及销与髋关节电机模块7的转子固定。腿部二关节模块9安装在腿部第一关节模块8的另一侧，与腿部第一关节模块9内的膝关节电机模块10的转子相连接，使用螺栓及销固定。小臂模块3安装在腿部第二关节模块9的下方与腿部第二关节盖板14连接，使用螺栓固定。

如图10-12所示，腿部第一关节模块8包括膝关节电机模块10、腿部第一关节外壳11、腿部第一关节盖板12。膝关节电机模块10安装在腿部第一关节外壳11上，使用螺栓及销将膝关节电机模块10的外壳固定在其内部，用于实现腿部模块2膝关节的摆动。膝关节电机模块10选用中空轴型号，可以使线路和气管从其中穿过。膝关节电机模块10为一体式电机模块，带有减速器、电机和驱动器。腿部第一关节盖板12安装在腿部第一关节外壳11上方，使用螺钉相连接。

腿部第一关节模块8上的膝关节电机模块10的输出端与腿部二关节模块11的‘L’形腔体的另一端固定连接。

如图13和14所示，腿部第二关节模块9包括腿部第二关节外壳13、腿部第二关节盖板14、升降脚趾模块15。腿部第二关节模块9内部放置IO板与脚趾电磁阀。升降脚趾模块15连接安装在腿部第二关节外壳13的一端，通过螺栓和销固定。升降脚趾模块15安装在腿部第二关节外壳13上。升降脚趾模块15采用气压驱动实现脚趾的上升运动与下降运动。升降脚趾模块15能够实现脚趾末端的被动转动自由度。

如图15-17所示，小臂模块3包括小臂关节连接座16、气动快换装置17、工具模块18。小臂关节连接座16一端与腿部模块2中的升降较重模块15相连接，使用螺栓及销固定。小臂关节连接座16的另一端与气动快换装置17相连接，通过螺栓固定，实现快速更换不同的工具模块18。工具模块18可根据不同检修功能定制，包括涡流扫查、堵管等检修作业功能，定制后的工具模块18与气动快换装置17连接，使工具模块18可以快速安装或快速更换。

小臂模块3通过小臂关节连接座16能够连接在升降脚趾模块15上，通过螺栓连接，能过实现工具的拆卸。