[發(fā)明專利]火炮身管機器人爬行驅(qū)動系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110186321B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張尹馨;王星宇;黃戰(zhàn)華;岳富軍;張光
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: F41A31/02
• 分類號: F41A31/02;B62D55/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗英

本發(fā)明公開了火炮身管機器人爬行驅(qū)動系統(tǒng),可以推動測量系統(tǒng)爬行，記錄、矯正周向位姿，同時可以調(diào)整管壁壓力以保證行進穩(wěn)定性，該系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)包括了主控單元，爬行單元，位姿調(diào)整單元和壓力調(diào)整單元。身管機器人在主控單元控制下進入狹窄管道中進行內(nèi)壁測量，根據(jù)壓力傳感器和傾角傳感器數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)在管道內(nèi)的管壁的壓力和系統(tǒng)的周向偏轉(zhuǎn)等狀態(tài)，并以此控制位姿調(diào)整單元和壓力調(diào)整單元，能夠保證身管機器人在狹窄纖長、環(huán)境復(fù)雜管道中的位姿穩(wěn)定和持續(xù)爬行。本發(fā)明具有裝配簡單、穩(wěn)定性好、使用廣泛的特點，可適應(yīng)不同管徑和不同內(nèi)部環(huán)境的管道。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及爬行驅(qū)動系統(tǒng)，本發(fā)明尤其涉及火炮身管機器人爬行驅(qū)動系統(tǒng)。

背景技術(shù)

火炮在軍工中具有價格低廉、技術(shù)成熟等優(yōu)點，在軍工武器中具有重要地位。而且由于軍工領(lǐng)域的特殊之處，更需要保障管道的可靠性和安全性。必須定期測量管道內(nèi)壁，科學(xué)地、定量地確定管道的質(zhì)量與瑕疵損耗情況。但是火炮身管的內(nèi)膛，具有長度較長(約10米)、口徑較小(直徑在百毫米級)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜(帶有膛線、瑕疵)的特點。相對于定性的測量，更要求能對管道進行定量、精確地測量。為測量所設(shè)計的管道機器人一般分為三個子系統(tǒng)：測量子系統(tǒng)、驅(qū)動子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)。

其中驅(qū)動子系統(tǒng)也叫爬行系統(tǒng)。主要依靠高壓力帶來的摩擦力進行爬行的設(shè)備，驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計難點主要有兩個：1，火炮身管管壁內(nèi)持續(xù)有一定纏角的滑膛線，極易阻礙爬進，同時容易導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)；2，推進系統(tǒng)依賴裝置與管壁較高的壓力支撐才可以正常順著身管依靠摩擦力移動而不會打滑。而某型號155mm管徑的火炮身管的實際實驗數(shù)據(jù)顯示，火炮在使用數(shù)十發(fā)炮彈后，其管徑測量值從外部到內(nèi)部變化范圍達1mm，顯而易見的，從外到內(nèi)磨損愈加嚴重。在剛剛進入時，支撐壓力合理可以正常運行，而隨著身管機器人進入管道內(nèi)部，管徑變大，系統(tǒng)已經(jīng)無法達到有效的支撐。導(dǎo)致身管機器人在內(nèi)部打滑無法移動，或者管道內(nèi)部進入異物或者內(nèi)徑不連續(xù)有凸起，導(dǎo)致身管機器人被卡住、電機停轉(zhuǎn)。事實上，對于測量系統(tǒng)來說這兩種情況都不應(yīng)該出現(xiàn)。

現(xiàn)有國內(nèi)的技術(shù)往往通過手持長竿攜帶攝像機進入管道，或者使用內(nèi)窺鏡測量，此種只能稱為定性的測量，通過定性測量判斷待測物的大致瑕疵程度，準確度很低，而且需要很多人力投入。最關(guān)鍵的是，無法保證測量裝置軸向，周向的具體位置，無論是圖像數(shù)據(jù)，還是點云數(shù)據(jù)都必然無法保證定量。只能用做簡單的查看用途。

還有研究人員通過復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)如行星輪等，提升了結(jié)構(gòu)在管壁內(nèi)部運動能力，可以簡單克服管道的滑膛線，但是裝配難度很高，且穩(wěn)定性不好，對管壁環(huán)境要求很高，在狹長管道中穩(wěn)定性和準確性都不好，難以發(fā)揮大作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺陷，提供一種可以穩(wěn)定爬行、獲取軸向偏轉(zhuǎn)同時可以校正位姿的用于身管機器人的火炮身管機器人爬行驅(qū)動系統(tǒng)。

本發(fā)明的火炮身管機器人爬行驅(qū)動系統(tǒng)，包括沿豎直方向左右平行間隔設(shè)置的兩塊豎直支撐板，一塊沿水平方向設(shè)置的水平頂板的左右兩側(cè)分別支撐固定在所述的兩塊豎直支撐板上，在所述的兩塊豎直支撐板之間的前端固定有一塊連接板，所述的連接板用于安裝測量火炮身管管壁形貌信息的測量子系統(tǒng)；在所述的兩塊豎直支撐板之間的前部和后部分別安裝有一根沿水平方向設(shè)置的帶輪軸，每根帶輪軸分別與豎直支撐板固定相連，在前部的帶輪軸上通過軸承轉(zhuǎn)動安裝有左右兩個主動帶輪，在后部的帶輪軸中間通過軸承轉(zhuǎn)動安裝有一個從動帶輪，所述的兩個主動帶輪與從動帶輪分別通過履帶相連，所述的履帶用于直接接觸火炮身管的管壁，行走步進電機通過連接件固定安裝在兩塊豎直支撐板之間，所述的行走步進電機的轉(zhuǎn)動軸沿水平方向設(shè)置且與一個蝸輪蝸桿傳動副的蝸桿通過套筒同軸線固定相連，所述的蝸輪蝸桿傳動副的蝸輪固定安裝在前部的帶輪軸的中間；