一种自动拍照机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于身管检测领域，具体涉及一种自动拍照机器人。
【背景技术】
[0002]目前的炮膛检测绝大多数仍采用传统的由光学望远系统组成的窥膛镜进行肉眼观察，再凭借专家经验进行观差、判断进而确定炮膛内损伤和修复的等级。这种方式主要依赖于主观判断，而不是客观标准。因此测量结果精度低、误差大，很难适应现代化的火炮生产技术。可以设想，如果设计出一种设备来自动完成内膛信息检测的过程，再将检测到的信息交由计算机系统和一系列算法处理，从而将测得的高精度数据与客观建立起的炮膛内部损伤与评定的客观标准相对照，则可以准确的给出炮膛的修复方案。随着计算机技术的发展，计算机处理图片信息的算法越来越先进，数据处理已经不是难题，因此关键就是炮膛深孔内部信息的获得。这就要求设计出一种新的机电一体化设备，自动完成炮膛内部信息的采集。而随着电子技术、微机应用和自动控制理论、传感器技术以及机器人技术的日趋成熟，使解决这一问题成为了可能。
[0003]为了解决这一问题，国内有哈尔滨理工大学的研究人员做过相关的研究，其保证测量精度的设计思路为利用多爪支撑定心装置实现预紧和定心。但其结构的预紧采用的是压簧，并不能保证任意口径下对身管的有效压力稳定，更难以保证有效驱动。此外，其身管口径适应范围是100mm——203mm，但是在实际测量的时候需要针对不同口径的身管更换支撑臂和测头，严格意义上来讲这不能算是连续变径，操作起来也相对麻烦。其设计的系统给出的设计参数是:整个装置轴线与炮管内膛轴线的同轴度不大于0.5_。而根据其检测的技术指标:直线度测量精度0.1mm ;直径测量精度:< 5 μ m而言，同轴度0.5mm的误差已经是直线测量精度的5倍，更是直径测量精度的100倍。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种自动拍照机器人，用于检测身管内部损伤情况。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:一种自动拍照机器人，包括机架，驱动机构，变径调节机构，拍照机构，传动机构、行走机构和自动控制系统；机架两端为空心圆柱，两圆柱通过沿圆柱周向均匀分布的三根连杆连接，驱动机构与机架的一端圆柱连接，变径调节机构与机架的另一端圆柱连接，拍照机构与驱动机构连接，传动机构与驱动机构连接，行走机构一端与传动机构连接，另一端与变径调节机构连接，自动控制系统固定在驱动机构上；驱动机构包括第一电机外壳，第一步进电机、后端盖、驱动支架安装平台组成，第一电机外壳为无盖盒体，底部设有凸台，驱动支架安装平台为圆柱体，一端挖空；第一步进电机固定在第一电机外壳内，第一电机外壳的无盖一端与后端盖固定连接，另一端的凸台处与驱动支架安装平台挖空一端螺纹连接，驱动支架安装平台另一端与机架固定连接；自动控制系统固定在驱动机构的第一电机外壳内。
[0006]上述变径调节机构包括变径支撑臂、变径支撑臂支架、变径连杆、变径螺母、第二电机固定外壳、第二电机安装外壳、调节弹簧、弹簧导杆、第二步进电机和压力传感器；弹簧导杆为三层阶梯杆，台阶面面积依次减小，第二步进电机通过第二电机固定外壳固定在弹簧导杆大截面端，调节弹簧套在弹簧导杆另一端；第二电机安装外壳中心设有阶梯孔，上述弹簧导杆、调节弹簧组成的柔性调节装置可以沿第二电机安装外壳的孔内滑动，形成间隙的孔轴配合；第二步进电机带有丝杠，沿周向均匀分布的三组变径连杆的一端与第二步进电机的伸出丝杠通过变径螺母连接，另一端与变径支撑臂铰接；变径支撑臂端部与变径支撑臂支架铰接，三组变径支撑臂支架沿周向均匀固定在第二电机安装外壳上；变径调节机构的第二电机安装外壳与机架固定连接，压力传感器设置在变径支撑臂外壁，且远离变径支撑臂支架的一侧。
[0007]上述拍照机构由第三步进电机和相机组成，相机与第三步进电机固定连接，第三步进电机固定在驱动机构的后端盖上。
[0008]上述传动机构包括第一传动轴、平键、蜗杆、蜗轮、同步带轮、驱动支撑臂、第一套筒、第二套筒、角接触球轴承和驱动支撑臂支架；蜗杆与沿其圆周方向均匀分布的三个蜗轮，形成齿轮啮合；第一传动轴上依次布置第一套筒、蜗轮、同步带轮、第二套筒，蜗轮与第一传动轴通过平键连接，同步带轮与第一传动轴通过平键连接，蜗轮与同步带轮轴向长度相加与第一传动轴中段长度相等，同步带轮另一端套在行走机构上；第一套筒和第二套筒两端分别通过角接触球轴承轴向定位，两个角接触球轴承外侧分别设有驱动支撑臂；三组驱动支撑臂支架的一端与驱动支撑臂一端活动连接，三组驱动支撑臂支架的另一端沿周向均匀固定在驱动机构的驱动支架安装平台的端平面上，驱动支撑臂另一端与行走机构连接；传动机构的蜗杆与驱动机构的第一步进电机通过平键连接。
[0009]行走机构包括三组行走装置和第二传动轴；行走装置包括两个行进轮和平行四边形连杆组成，两个行进轮之间通过平行四边形连杆铰接，一个行进轮靠近驱动机构，另一个行进轮靠近变径调节机构，同步带的另一端套在行走机构的第二传动轴上，驱动支撑臂另一端与行走机构的第二传动轴活动联接；靠近传动机构一侧的行进轮套在第二传动轴上，第二传动轴上依次布置第一套筒、行进轮、同步带轮、第二套筒，行进轮和同步带轮与第二传动轴通过平键连接，所述的行进轮与同步带轮轴向长度相加与第二传动轴中段长度相等；第一套筒和第二套筒两端分别通过角接触球轴承轴向定位，角接触球轴承外侧设有驱动支撑臂；行走机构的另一侧行进轮与变径调节机构的变径支撑臂铰接。
[0010]自动控制系统包括电源模块、核心控制模块、矩阵键盘模块、压力传感器模块、步进电机控制模块和显示模块；电源模块分别与核心控制模块、矩阵键盘模块、压力传感器模块、步进电机控制模块和显示模块连接，向上述模块供电，核心控制模块分别与矩阵键盘模块、压力传感器模块、步进电机控制模块和显示模块连接，核心控制模块通过矩阵键盘模块和显示模块实现人机交互，核心控制模块通过采集压力传感器模块的压力信号对步进电机控制模块进行控制。
[0011]电源模块包括9V电源、地GND、单刀双掷开关S1、第二发光二极管D2、直流稳压芯片U2、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第九电阻R9 ;第二发光二极管D2正极与9V电源连接，第二发光二极管D2负极与单刀双掷开关S1的2端连接，单刀双掷开关S1的1端与直流稳压芯片U2的1端连接；电流方向从第二发光二极管D2正极流向负极，当单刀双掷开关S1的2端与1端连接，后电流从直流稳压芯片U2的1端流入，从3端流出；第二电容C2正极与单刀双掷开关S1的1端连接，另一端与地GND连接；第四电容C4一端与单刀双掷开关S1的1端连接，另一端与地GND连接；直流稳压芯片U2的2端直接与地GND连接，第三电容C3与第五电容C5、第九电阻R9并联，第三电容C3的正极与第五电容C5和第九电阻R9连接后与直流稳压芯片U2的3端连接，另一端并联后与地GND连接；第九电阻R9的电流方向从直流稳压芯片U2的3端通过第九电阻R9流向地GND ;其余电容均用作除去噪音信号使输出电压更加稳定；直流稳压芯片U2的3端输出电压VCC为后续系统供电。
[0012]核心控制模块包括核心控制芯片U4、地址锁存器芯片U3、片选信号输出芯片U5、晶振电路、复位电路以及第八电容C8、电源VCC、地GND ;核心控制芯片U4的21、52、64、62引脚与电源模块VCC连接，电流从以上引脚流入；62引脚与第八电容C8的一端连接，第八电容C8另一端与地GND连接，用于滤除噪音信号，电流方向不确定；22、53、63引脚全部与地GND连接，电流从以上三个引脚流出；地址锁存器芯片U3的Dl——D8 口分别与核心控制芯片U4的ΡΑ0——PA7端口对应连接，电流方向从核心控制芯片U4的ΡΑ0——PA7端口流出，从地址锁存器芯片U3的Dl——D8 口流入；地址锁存器芯片U3的5、6、7、8、24引脚与地GND连接，电流从上述引脚流出；18、19引脚与VCC相连，电流从上述引脚流入；13引脚与核心控制芯片U4的43引脚连接，电流从核心控制芯片U4的43引脚流出，从地址锁存器芯片U3的13引脚流入；片选信号输出芯片U5的6、16引脚与VCC连接，电流从上述引脚流入；
4、5、8引脚与地GND连接，电流从上述引脚流出；1、2、3引脚分别与核心控制芯片U4的30、29、28引脚连接，电流从核心控制芯片U4的30、29、28引脚流出，从片选信号输出芯片U5的
1、2、3引脚流入；晶振电路由8MHz晶振Y1、第十电容C1、第i^一电容C11组成，第十电容C10的一端与地GND连接，另一端与核心控制芯片U4的23引脚连接，第i^一电容C11的一端与地GND连接，另一端与核心控制芯片U4的24引脚连接，Y1的1端与核心控制芯片U4的24引脚连接，2端与核心控制芯片U4的23引脚连接；晶振电路产生的系统需要的方波信号，因此晶振电路的元件上的电流方向保持周期性变化；复位电路由第十八电阻R18、复位按钮S8、第九电容C9组成；第十八电阻R18 —端与VCC连接，另一端与核心控制芯片U4的20引脚连接，电流从VCC端流向核心控制芯片U4的20引脚；复位按钮S8和第九电容C9并联后一端与地GND连接，另一端与核心控制芯片U4的20引脚连接；当复位按钮S8未按下时，电路稳定后没有电流流过；当复位按钮S8按下时，第九电容C9通过复位按钮S8放电，电流方向从核心控制芯片U4的20引脚流向地GND。
[0013]上述矩阵键盘模块包括第二按钮S2、第三按钮S3、第四按钮S4、第五按钮S5、第六按钮S6、第七按钮S7、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16 ;第十四电阻R14的一端与VCC连接，另一端与核心控制芯片U4的9引脚连接，电流从VCC通过第十四电阻R14流向核心控制芯片U4的9引脚；第十五电阻R15的一端与VCC连接,另一端与核心控制芯片U4的8引脚连接，电流从VCC通过第十五电阻R15流向核心控制芯片U4的8引脚；第十六电阻R16的一端与VCC连接，另一端与核心控制芯片U4的7引脚连接，电流从VCC通过第十六电阻R16流向核心控制芯片U4的7引脚；第二按钮S2 —端与核心控制芯片U4的5引脚连接，另一端与核心控制芯片U4的9引脚连接；当第二按钮S2未按下时没有电流流过；当第二按钮S2按下时，电流方向从核心控制芯片U4的5引脚流向9引脚；第三按钮S3一端与核心控制芯片U4的5引脚连接，另一端与核心控制芯片U4的8引脚连接；当第三按钮S3未按下时没有电流流过；当第三按钮S3按下时，电流方向从核心控制芯片U4的5引脚流向8引脚；第四按钮S4 —端与核心控制芯片U4的5引脚连接，另一端与核心控制芯片U4的7引脚连接；当第四按钮S4未按下时没有电流流过；当第四按钮S4按下时，电流方向从核心控制芯片U4的5引脚流向7引脚；第五按钮S5 —端与核心控制芯片U4的6引脚连接，另一端与核心控制芯片U4的9引脚连接；当第五按钮S5未按下时没有电流流过；当第五按钮S5按下时，电流方向从核心控制芯片U4的6引脚流向9引脚；第六按钮S6 —端与核心控制芯片U4的6引脚连接，另一端与核心控制芯片U4的8引脚连接；当第六按钮S6未按下时没有电流流过；当第六按钮S6按下时，电流方向从核心控制芯片U4的6引脚流向8引脚；第七按钮S7 —端与核心控制芯片U4的6引脚连接，另一端与核心控制芯片U4的7引脚连接；当第七按钮S7未按下时没有电流流过；当第七按钮S7按下时，电流方向从核心控制芯片U4的6引脚流向7引脚。
[0014]上述压力传感器模块与压力传感器相连，压力传感器模块包括集成运算放大器芯片U1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8、第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、