一种工业内窥镜及其伸缩臂装置的制作方法

本发明涉及工业管道内窥镜技术领域，尤其涉及一种工业内窥镜及其伸缩臂装置。

背景技术：

内窥镜检测装置起源于上世纪初，已经经历了100多年的发展，其在工业领域的应用也有40多年的历史，上世纪50年代美国光学公司的传像束第一次用于商品化生产。到目前，内窥镜检测技术已经成功地应用在医疗、火炮检测以及飞机维修等各个方面。尤其是航空航天领域，内窥镜检测技术广泛应用在航天领域的火箭发动机检测过程中。而内窥镜的伸缩臂装置时工业内窥镜的重要组成部分，其性能和稳定性直接影响到内窥镜的检测能力和精度。

但是，目前的工业内窥镜采用的伸缩臂装置，由于使用环境的限制，只能够采用无轨道、大伸缩比的伸缩机构，例如油缸等，而这些伸缩机构的挠度很大，且强度较低，导致内窥镜的测量误差增大，甚至超出了最大允许误差范围。

技术实现要素：

本发明的目的是至少部分解决伸缩臂装置挠度过大的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于工业内窥镜的伸缩臂装置，包括：

固定节臂；

伸缩节臂，所述伸缩节臂至少为一节，且首节所述伸缩节臂与所述固定节臂可伸缩连接，以便首节所述伸缩节臂能够相对于所述固定节臂伸出或缩回；除首节外的任一所述伸缩节臂与其上一节节臂可伸缩连接，以便除首节外的任一所述伸缩节臂能够相对于其上一节节臂伸出或缩回；所述工业内窥镜的摄像测距装置安装于末节伸缩节臂的末端；

第一滑轮驱动组件，所述第一滑轮驱动组件包括安装于所述固定节臂首端的第一绕线器，以及分别安装于所述固定节臂末端、除末节臂外的各所述伸缩节臂两端、以及末节伸缩节臂首端的第一滑轮组，所述第一绕线器与第一电机传动连接，且第一伸缩拉索依次绕过所述第一绕线器和各所述第一滑轮组；

第二滑轮驱动组件，所述第二滑轮驱动组件包括安装于末节伸缩节臂首端的第二绕线器，以及分别安装于除末节臂外的各所述伸缩节臂两端、以及固定节臂末端的第二滑轮组，所述第二绕线器与第二电机传动连接，且第二伸缩拉索依次绕过所述第二绕线器和各所述第二滑轮组。

本发明所提供的用于工业内窥镜的伸缩臂装置，采用电机带动滑轮组的形式实现节臂伸缩。其中第一滑轮组为伸缩节臂提供相对于固定节臂伸出的动力，第一电机启动时，带动第一绕线器转动，从而拉动第一拉索向靠近固定节臂的方向运动，由于第一滑轮组的各滑轮的固定端均与其所在的节臂固定，则在第一拉索和滑轮的作用下，各节伸缩节臂同步向远离固定节臂的方向伸出。第二滑轮组为伸缩节臂提供相对于固定节臂缩回的动力，第二电机启动时，带动第二绕线器转动，由于第二绕线器设置在末节臂上，从而拉动各伸缩节臂向靠近固定节臂的方向缩回。

这样，本发明所提供的伸缩臂装置通过设置两组滑轮组和绕线器的形式，并通过绕线器与滑轮的合理布置，实现了各伸缩节臂的同步伸缩，且通过在节臂之间设置拉索以及多级伸缩的形式，提高了节臂之间的连接强度，避免伸缩臂装置挠度过大，保证了伸缩节臂末端的稳定性，从而保证了内窥镜测量的准确性。

进一步地，所述固定节臂和各所述伸缩节臂均为箱体式结构。

进一步地，所述固定节臂为一级箱体，所述伸缩节臂包括依次设置的二级箱体、三级箱体和四级箱体；

所述第一滑轮组包括安装于所述一级箱体末端的第一滑轮、安装于所述二级箱体首端的第二滑轮、安装于所述二级箱体末端的第三滑轮、安装于三级箱体首端的第四滑轮、安装于所述第三箱体末端的第五滑轮以及安装于所述四级箱体首端的第六滑轮；

所述第一电机安装于所述一级箱体的壁板外部，所述第一拉索的一端固定于所述第一绕线器，另一端依次绕过所述第一滑轮、所述第二滑轮、所述第三滑轮、所述第四滑轮、所述第六滑轮、所述第七滑轮后固定于所述四级箱体的末端；

所述第二滑轮组包括安装于所述三级箱体末端的滑轮甲、安装于所述三级箱体首端的滑轮乙、安装于所述二级箱体末端的滑轮丙、安装于所述二级箱体首端的滑轮丁和安装于所述一级箱体末端的滑轮戊；

所述第二电机安装于所述一级箱体的壁板外部，所述第二拉索的一端固定于所述第二绕线器，另一端依次绕过所述滑轮甲、所述滑轮乙、所述滑轮丙、所述滑轮丁、所述滑轮戊后固定于所述四级箱体的首端。

进一步地，所述第一电机所在的壁板与所述第二电机所在的壁板为所述一级箱体的相对侧壁板。

进一步地，所述第一电机和所述第二电机均为步进电机。

本发明还提供一种工业内窥镜，包括：

伸缩臂装置，所述伸缩臂装置为如上所述的伸缩臂装置；

摄像测距装置，所述摄像测距装置用于检测管道内部工况，且所述摄像测距装置安装于所述伸缩臂装置的末节臂的末端。

进一步地，所述摄像测距装置包括：

伺服电机，所述伺服电机安装于所述伸缩臂装置的末节臂内；

摄像头，所述摄像头与所述伺服电机传动连接，并在所述伺服电机的驱动下转动；

反光片组件，所述反光片组件安装于所述伸缩臂装置的末节臂的底部外侧；

激光测距仪，所述激光测距仪安装于所述伸缩臂装置的固定节臂的底座上。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明所提供的伸缩臂装置一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示伸缩臂装置另一视角的结构示意图；

图3为图1所示伸缩臂装置中箱体式结构的示意图。

附图标记说明：

1-一级箱体2-二级箱体3-三级箱体4-四级箱体

51-第一滑轮52-第二滑轮53-第三滑轮54-第四滑轮

55-第五滑轮56-第六滑轮57-第一绕线器58-第一拉索

61-滑轮甲62-滑轮乙63-滑轮丙64-滑轮丁65-滑轮戊

66-第二绕线器67-第二拉索

7-拉筋

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的伸缩臂装置一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1所示伸缩臂装置另一视角的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的伸缩臂装置用于工业内窥镜，包括固定节臂、伸缩节臂、第一滑轮驱动组件和第二滑轮驱动组件；其中，所述伸缩节臂至少为一节，且首节所述伸缩节臂与所述固定节臂可伸缩连接，以便首节所述伸缩节臂能够相对于所述固定节臂伸出或缩回；除首节外的任一所述伸缩节臂与其上一节节臂可伸缩连接，以便除首节外的任一所述伸缩节臂能够相对于其上一节节臂伸出或缩回；所述工业内窥镜的摄像测距装置安装于末节伸缩节臂的末端；所述第一滑轮驱动组件包括安装于所述固定节臂首端的第一绕线器57，以及分别安装于所述固定节臂末端、除末节臂外的各所述伸缩节臂两端、以及末节伸缩节臂首端的第一滑轮组，所述第一绕线器57与第一电机传动连接，且第一伸缩拉索依次绕过所述第一绕线器57和各所述第一滑轮组；所述第二滑轮驱动组件包括安装于末节伸缩节臂首端的第二绕线器66，以及分别安装于除末节臂外的各所述伸缩节臂两端、以及固定节臂末端的第二滑轮组，所述第二绕线器66与第二电机传动连接，且第二伸缩拉索依次绕过所述第二绕线器66和各所述第二滑轮组。

所述第一电机和所述第二电机均为步进电机或伺服电机。

在该具体实施方式中，本发明所提供的用于工业内窥镜的伸缩臂装置，采用电机带动滑轮组的形式实现节臂伸缩。其中第一滑轮组为伸缩节臂提供相对于固定节臂伸出的动力，第一电机启动时，带动第一绕线器57转动，从而拉动第一拉索58向靠近固定节臂的方向运动，由于第一滑轮组的各滑轮的固定端均与其所在的节臂固定，则在第一拉索58和滑轮的作用下，各节伸缩节臂同步向远离固定节臂的方向伸出。第二滑轮组为伸缩节臂提供相对于固定节臂缩回的动力，第二电机启动时，带动第二绕线器66转动，由于第二绕线器66设置在末节臂上，从而拉动各伸缩节臂向靠近固定节臂的方向缩回。

这样，本发明所提供的伸缩臂装置通过设置两组滑轮组和绕线器的形式，并通过绕线器与滑轮的合理布置，实现了各伸缩节臂的同步伸缩，且通过在节臂之间设置拉索以及多级伸缩的形式，提高了节臂之间的连接强度，避免伸缩臂装置挠度过大，保证了伸缩节臂末端的稳定性，从而保证了内窥镜测量的准确性。

为了提高结构强度，进一步保证各伸缩节臂处于伸长状态时的稳定性，从而保证测量准确性，如图3所示，上述固定节臂和各伸缩节臂可均设置为箱体式结构，该箱体式结构可以为方形箱体，以降低加工难度。在各箱体式结构的侧向还可设置加强筋或拉筋7，设置拉筋7时，可如图3所示，在每节箱体上设置两组交叉拉筋，以进一步提高强度。

具体地，该伸缩臂装置包括四节节臂，即所述固定节臂为一级箱体1，所述伸缩节臂包括依次设置的二级箱体2、三级箱体3和四级箱体4；此时，所述第一滑轮组包括安装于所述一级箱体1末端的第一滑轮51、安装于所述二级箱体2首端的第二滑轮52、安装于所述二级箱体2末端的第三滑轮53、安装于三级箱体3首端的第四滑轮54、安装于所述第三箱体末端的第五滑轮55以及安装于所述四级箱体4首端的第六滑轮56；所述第一电机安装于所述一级箱体1的壁板外部，所述第一拉索58的一端固定于所述第一绕线器57，另一端依次绕过所述第一滑轮51、所述第二滑轮52、所述第三滑轮53、所述第四滑轮54、所述第六滑轮56、所述第七滑轮后固定于所述四级箱体4的末端；所述第二滑轮组包括安装于所述三级箱体3末端的滑轮甲61、安装于所述三级箱体3首端的滑轮乙62、安装于所述二级箱体2末端的滑轮丙63、安装于所述二级箱体2首端的滑轮丁64和安装于所述一级箱体1末端的滑轮戊65；所述第二电机安装于所述一级箱体1的壁板外部，所述第二拉索67的一端固定于所述第二绕线器66，另一端依次绕过所述滑轮甲61、所述滑轮乙62、所述滑轮丙63、所述滑轮丁64、所述滑轮戊65后固定于所述四级箱体4的首端。

在工作过程中，第一电机和第二电机可通过内窥镜的plc指令控制，节臂伸出过程中，plc向第一电机发出开机指令，第一电机带动第一绕线器57逆时针转动，从而使得第一拉索58绷紧，进而向第一滑轮51和安装于所述二级箱体2首端的第二滑轮52施加拉紧力，以带动二级箱体2伸出；二级箱体2伸出的同时，安装于所述二级箱体2末端的第三滑轮53向远离一级箱体1的方向运动，第一拉索58再次绷紧，以带动三级箱体3向远离一级箱体1的方向同步伸出；三级箱体3伸出的同时，安装于三级箱体3首端的第四滑轮54、安装于所述第三箱体末端的第五滑轮55向远离一级箱体1的方向运动，第一拉索58再次绷紧，以带动四级箱体4同步向远离一级箱体1的方向伸出；当四级箱体4完全伸出时，带动其末端的摄像头到达所能进入的最深处。

节臂收缩过程中，plc向第二电机发出开机指令，第二电机带动第二绕线器66逆时针转动，从而使得第二拉索67绷紧并拉动四级箱体4收缩，第二拉索67的绷紧还带动三级箱体3收缩；三级箱体3收缩同时带动安装于所述三级箱体3首端的滑轮乙62运动，第二拉索67再次绷紧，带动二级箱体2收缩。

需要指出的是，文中所述首端是指各节臂远离摄像测距装置的一端(即各伸缩节臂靠近固定节臂的一端)，末端是指各节臂靠近摄像测距装置的一端(即各伸缩节臂远离固定节臂的一端)。

为了避免发生位置干涉和拉索缠绕，所述第一电机所在的壁板与所述第二电机所在的壁板为所述一级箱体1的相对侧壁板。

除了上述伸缩臂装置，本发明还提供一种包括伸缩臂装置的工业内窥镜，具体地，该工业内窥镜包括伸缩臂装置和摄像测距装置，所述摄像测距装置用于检测管道内部工况，且所述摄像测距装置安装于所述伸缩臂装置的末节臂的末端。所述摄像测距装置包括：伺服电机，所述伺服电机安装于所述伸缩臂装置的末节臂内；摄像头，所述摄像头与所述伺服电机传动连接，并在所述伺服电机的驱动下转动；反光片组件，所述反光片组件安装于所述伸缩臂装置的末节臂的底部外侧；激光测距仪，所述激光测距仪安装于所述伸缩臂装置的固定节臂的底座上。

伺服电机通过伺服电机支架安装在四级箱体4的前部(即末端)，伺服电机前端通过连接件连接摄像头，能够实现摄像头的360度旋转。激光测距仪通过激光测距仪连接件安装在一级箱体1外侧。反光片通过反光片连接件安装在四级箱体4的外侧，用于辅助激光测距测距。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。