一种用于无人机巡检的具有折纸伸缩杆的锅炉壁厚探测臂的制作方法

1.本发明涉及一种无人机机械臂，尤其涉及一种用于无人机巡检的具有折纸伸缩杆的锅炉壁厚探测臂。


背景技术：

2.大型锅炉测厚巡检需要在闷热的密闭空间、粉尘环境甚至是缺氧环境下作业，人工巡检维护成本高、工作效率较低。无人机挂载机械臂和传感器替代部分人工巡检测厚作业可降低成本和事故率。现有的无人机机械臂多采用折叠或者伸缩等形式，既在非工作状态下，希望机械臂可以自身收缩或者折叠，以减小无人机整体尺寸，使得机械臂质心尽可能向无人机质心靠近，由此减小飞行器所受的倾覆力矩，提高飞行稳定性，这对无人机非工作状态下的灵活性和续航能力都有着重大意义；而当无人机处于工作状态时，希望机械臂可以伸长或者展开，以扩大无人机作业半径，这一点对于无人机来说十分重要：由于存在着气动干扰的影响，无人机必然无法不受任何限制地接近工作物体，并且气动干扰会在以无人机旋翼半径的数倍距离内持续对无人机的飞行稳定性造成干扰，这就对无人机近壁飞行的稳定性和精确度提出了相当高的要求。


技术实现要素：

3.本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种用于无人机巡检的具有折纸伸缩杆的锅炉壁厚探测臂。该悬臂机构具有一定自主调整与柔性适应变形的能力，可调节悬臂前端与被测管壁的接触力，降低对无人机定位和姿态控制精度的要求，提高无人机测厚作业下的稳定性。
4.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于无人机巡检的具有折纸伸缩杆的锅炉壁厚探测臂，包括固定于无人机底盘下的支撑结构，以及设置于所述支撑结构上的悬置桁架，所述悬置桁架包括连接组件、折纸伸缩杆、探测器主体装置；所述折纸伸缩杆包括伸缩杆机构、折纸伸缩机构，伸缩杆机构包括至少两级伸缩杆，所述折纸伸缩机构套设于所述伸缩杆机构外，所述折纸伸缩机构由若干个正六棱柱折纸伸缩单元依次首尾连接形成，若干个正六棱柱折纸伸缩单元通过旋转伸缩与所述伸缩杆机构的伸缩同步配合；所述探测器主体装置安装于所述折纸伸缩杆头端；所述伸缩杆机构通过连所述连接组件与所述支撑结构连接。
5.其中，所述连接组件包括中空两级圆柱轴套、滚动轴承、轴向拉压受载盘、轴向承载盖板、固定基座，所述中空两级圆柱轴套与所述轴向拉压受载盘固定连接，所述折纸伸缩机构的末端与所述中空两级圆柱轴套固定连接，所述轴向拉压受载盘与所述滚动轴承的内圈过盈配合，所述滚动轴承的外圈与所述固定基座过盈配合，所述轴向承载盖板的内圆面与所述轴向拉压受载盘间隙配合，所述轴向承载盖板与所述固定基座固定连接。
6.其中，所述正六棱柱折纸伸缩单元包括前后连接板以及连接所述前后连接板的若
干连接侧板，所述连接侧板包括两个可相互折叠的三角形单元体，所述三角形单元体上下边缘与所述前后连接板可折叠连接。
7.其中，所述中空两级圆柱轴套具有与所述正六棱柱折纸伸缩单元的前后连接板的形状匹配的安装凹位。
8.其中，所述固定基座具有延伸入所述中空两级圆柱轴套的固定芯体，所述固定芯体与所述中空两级圆柱轴套、所述轴向拉压受载盘间隙配合，所述固定芯体末端具有固定盘，所述固定盘与所述伸缩杆机构固定连接。
9.其中，所述固定盘与所述伸缩杆机构的头端内部之间连接有伸缩弹簧。
10.其中，所述探测器主体装置包括探测器主体、若干滚轮、连接板、探针，所述探测器主体具有磁吸附力，所述若干滚轮分别设置于所述探测器主体的两侧，用于与锅炉壁接触，所述探测器主体通过所述探针与所述连接板固定连接，所述连接板与所述伸缩杆机构的端部固定连接。
11.实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明实现了无人机探测过程中机械臂的自主伸缩，降低了无人机机械臂作业过程中对飞行精度和稳定性的要求；实现了对探测器磁吸附力的可调性；实现了机械臂结构简单、轻质、高效化；实现了机械结构上的载荷分担，降低了对单个零件的材料强度要求。
附图说明
12.图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明支撑结构和悬置桁架部分的结构示意图；图3是示出图2的纵剖面结构示意图；图4是正六棱柱折纸伸缩单元的结构示意图；图5是示出图3中a部的局部放大结构示意图；图6是探测器主体装置的结构示意图。
具体实施方式
13.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
14.参照图1、图2所示的结构示意图。
15.本发明实施例的一种用于无人机巡检的具有折纸伸缩杆的锅炉壁厚探测臂，是包括设置于无人机底盘下的支撑结构1、悬置桁架2，其中支撑结构起到悬置桁架与无人机底盘的连接桥梁作用，借以支撑结构使得悬置桁架可以悬置在无人机底盘下，进行而作业。
16.如图1、2所示，支撑结构1包括v形支架11，v形支架11的一端与无人机的底盘固定连接，另一端与悬置桁架2的连接组件固定连接。
17.结合图3所示，悬置桁架2包括连接组件21、折纸伸缩杆22、探测器主体装置23，其中，折纸伸缩杆22包括伸缩杆机构23a、折纸伸缩机构23b。
18.伸缩杆机构23a至少包括2 级伸缩杆，在本实施例中，伸缩杆机构23a包括第一伸缩杆231、第二伸缩杆232、第三伸缩杆233、伸缩弹簧234，第二伸缩杆232与第一伸缩杆231间隙配合，所述第三伸缩杆233与第二伸缩杆232间隙配合，所述伸缩弹簧234头部与所述第
三伸缩杆233头部固连，并通过中空伸缩杆中心横跨第一、第二、第三伸缩杆。
19.各活动部件之间配合及运动关系为：第二伸缩杆尾部外圆与第一伸缩杆杆体内圆间隙配合，二者间运动关系为相对滑动或转动，所述第三伸缩杆尾部外圆与第二伸缩杆杆体内圆间隙配合，二者间运动关系为相对滑动或转动，所述伸缩弹簧于内部跨越所述第一伸缩杆、第二伸缩杆、第三伸缩杆，与第三伸缩杆头部、第一伸缩杆尾部固定连接，伸缩弹簧可自由伸缩，带动上述各伸缩杆相对运动。
20.折纸伸缩机构23b套设于所述伸缩杆机构外，折纸伸缩机构23b由若干个正六棱柱折纸伸缩单元241依次首尾连接形成，若干个正六棱柱折纸伸缩单元通过旋转伸缩的方式与所述伸缩杆机构的伸缩同步配合。
21.如图4所示，正六棱柱折纸伸缩单元241包括前连接板2411、后连接板2412以及连接前连接板2411、后连接板2412的若干连接侧板2413，连接侧板2413包括两个可相互折叠的三角形单元体2413a、2413b，三角形单元体上下边缘与前连接板2411、后连接板2412可折叠连接，该折叠可依据链接实现，前连接板2411、后连接板2412为六边形结构，六个侧面均通过2个三角形单元体2413a、2413b进行连接，因此两者在并合时，受限于2个三角形单元体2413a、2413b的连接关系而产生旋转靠合，前连接板2411、后连接板2412具有中心通孔，以使伸缩杆机构23a可穿过。
22.如图5所示，连接组件21包括中空两级圆柱轴套211、滚动轴承212、轴向拉压受载盘213、轴向承载盖板214、固定基座215，固定基座215用于与v形支架11固定连接，中空两级圆柱轴套211与轴向拉压受载盘213固定连接，中空两级圆柱轴套211包括第一级轴套2111、第二级轴套2112，其中，第一级轴套2111呈“土”字结构，第二级轴套2112具有中空腔2113，中空腔2113的边缘形成安装正六棱柱折纸伸缩单元241的前连接板2411或后连接板2412的安装凹位2114。
23.当伸缩杆受拉伸长时，折纸伸缩机构逐渐旋转展开，承受一定拉力载荷，并通过上述中空两级圆柱轴套和轴向拉压受载盘将旋转转移到滚动轴承内圈。
24.固定基座215与v形支架11之间还连接有拉索12。
25.折纸伸缩机构23b的末端与中空两级圆柱轴套211固定连接，具体而言，正六棱柱折纸伸缩单元241的后连接板2412固定安装于安装凹位2114中，固定安装可使用卡接或是焊接等方式。
26.在本实施例中，第一级轴套2111、第二级轴套2112通过螺栓固定连接。
27.轴向拉压受载盘213的“土”字结构的顶部凸起部分与滚动轴承212的内圈过盈配合，滚动轴承212的外圈与固定基座215过盈配合，轴向承载盖板的内圆面与所述轴向拉压受载盘间隙配合，轴向承载盖板214与固定基座215固定连接。
28.固定基座215具有延伸入所述中空两级圆柱轴套的固定芯体2151，固定芯体与所述中空两级圆柱轴套、轴向拉压受载盘间隙配合，固定芯体2151末端具有固定盘2152，固定盘2152与第一伸缩杆231的尾端固定连接。固定盘2152与第三伸缩杆233头部内部之间连接有伸缩弹簧234。
29.如图6，探测器主体装置23安装于折纸伸缩杆22头端，探测器主体装置包括探测器主体231、若干滚轮232、连接板233、探针234，探测器主体231具有磁吸附力，若干滚轮232分别设置于探测器主体231的两侧，用于与锅炉壁接触，探测器主体通过所述探针与所述连接
板固定连接，所述连接板与所述伸缩杆机构的端部固定连接。
30.当探测器吸附于被测表面时，无人机开始按照规划轨迹或由人工操纵飞行，拖动探测器于壁面移动，由于滚轮结构的存在，摩擦力载荷较小，并且，可通过更换外滚轮直径尺寸来改变探测器与壁面相对距离，以达到控制磁吸附力大小的目的。
31.在本实施例中，所述滚动轴承为深沟球轴承。深沟球轴承适用于低速场合，且能承受一定的双向轴向载荷。
32.本发明的技术方案至少具有如下的有益效果：第一伸缩杆、第二伸缩杆、第三伸缩杆依次首尾间隙配合，当磁性探测器主体靠近壁面受磁力拉伸时，伸缩杆依次伸出直至探测器主体吸附于壁面，伸缩弹簧在机械臂接触到壁面时，还能对无人机整体起到缓解冲击的作用；随后无人机按所规划探测轨迹或是由人工操控进行探测，拖动探测器于壁面移动，于是所述滚轮的优势得以体现：尺寸直径可控制磁吸附力大小，同时，由于滚轮产生的滚动摩擦远远小于探测器主体直接接触壁面产生的滑动摩擦，因此可在保证磁吸附力不过弱的前提下降低摩擦力，而该摩擦力便是无人机探测飞行过程中的主要载荷来源，载荷降低，其他条件不变的情况下，无人机的续航能力自然得到改善；在探测过程中，若无人机因气流干扰出现位置偏移或速度波动，伸缩杆会自主伸缩以适应该变化，同时弹簧的存在会为无人机飞行定位提供一定帮助，从而降低了对无人机飞行稳定性和飞行精度的要求；当探测结束时，无人机向远离壁面方向飞行以拖动探测器主体克服磁力离开壁面，伸缩杆不断拉长，此时折纸伸缩机构受拉旋转展开，当弹簧拉力与折纸伸缩机构拉力之和在数值上有超越磁吸附力的趋势时，探测器主体逐渐开始离开壁面，之后弹簧迅速回归自由状态，带动伸缩杆回到非工作位置。
33.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。