工作在核聚变舱中的视觉观测机构及控制方法_4

文档序号:8320358阅读:来源:国知局
第二导向杆228的一端固装于第三轴承支座210上,另一端通过第二套筒226固装于第四轴承支座225上;第二导向杆228与第二直线轴承229为滑动配合;在第二移动平板219的左右两侧对称位置上分别设置有推杆220,推杆220的一端固装于第二移动平板219,另一端分别穿过工字型后侧板206的左右对称豁口空间与处在中节体矩形框架外部的推板222固联;在第二矩形底板201上,位于第二中心滚珠丝杆208的正下方分别设置第二光电开关209和第三光电开关227,第二光电开关209和第三光电开关227分处在第三轴承支座210和第四轴承支座225之间的不同轴向位置上。
[0099]图12、图14所示,在中体节轴向运动模块2中的前节段子模块2B和后节段子模块2C的结构设置中,第三轴承支座210与第四轴承支座225沿前后方向平行正对设置且下端分别固定安装于壳体子模块2A中的第二矩形底板201的上部;在壳体子模块2A中的第二矩形顶板204的下部通过第二电机支座217固定安装第二真空伺服减速电机218 ;第一齿轮216固联于第二真空伺服减速电机218的输出轴上且与下方的第二齿轮212相互啮合,第二齿轮212固联于第二中心滚珠丝杆208的端部且由小圆螺母213进行轴向紧固;第二中心滚珠丝杆208为一阶梯轴,通过分别在两端安装的第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224支承于第三轴承支座210与第四轴承支座225之间,第二螺套207以滚动螺旋配合套装在第二中心滚珠丝杆208的螺纹轴段上;第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224的外圈分别由第三轴承端盖211、第四轴承端盖221紧固,第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224的内圈分别由第二圆螺母214、第二轴用弹性挡圈223紧固;第二移动平板219固装于第二螺套207上并与第三轴承支座210和第四轴承支座225沿前后方向平行正对设置,在第二移动平板219的左右两侧对称位置均固装有第二直线轴承229 ;在第二中心滚珠丝杆208的左右两侧对称设置有第二导向杆228,第二导向杆228的一端固装于第三轴承支座210上,另一端通过第二套筒226固装于第四轴承支座225上;第二导向杆228与第二直线轴承229为滑动配合;在第二移动平板219的左右两侧对称设置有推杆220,推杆220的一端固装于第二移动平板219上,另一端分别穿过工字型后侧板206的左右对称豁口空间与推板222固联;在第二中心滚珠丝杆208的正下方分别设置有第二光电开关209和第三光电开关227,第二光电开关209和第三光电开关227均固装于第二矩形底板201的上部并分别位于第一轴承支座110与第二轴承支座113之间靠近二者之一处。
[0100]当第二真空伺服减速电机218旋转时,通过第一齿轮216与第二齿轮212之间的齿轮传动副,带动第二中心滚珠丝杆208旋转,由于第二中心滚珠丝杆208与第二螺套207构成了丝杠螺母副,配合第二导向杆228与第二直线轴承229之间的滑动导向作用,则第二螺套207带动第二移动平板219沿着中心轴线方向直线移动,实现了前节段子模块2B与后节段子模块2C之间的轴向相对进给运动;第二光电开关209和第三光电开关227均用于感应第二移动平板219的位置变化并分别向仿蠕虫机器人行走机构的控制系统发出前、后两个极端位置的限位命令信号,以精确控制中体节轴向运动模块2的周期性轴向进给距离;第一齿轮216与第二齿轮212之间的齿轮传动副一方面用于电机驱动力矩的机械传递,另一方面可缩短中体节轴向运动模块2的轴向总体长度,增强仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱底部大双环形槽道中曲线蠕行的通过能力。
[0101]本实施例中,图16所示,前体节配重系统7和后体节配重系统8设置为如下相同结构形式:将配重盒701固装于前体节侧向定位模块I中的第一矩形顶板107上表面外侧,配重砝码组702中的各砝码按阵列的形式置于配重盒701中,由于仿蠕虫机器人行走机构运行于核聚变舱内部D字截面环形空间内,而核聚变舱底部大双环形槽道的内、外环壁倾角不等,在D字截面内不呈对称关系,使得仿蠕虫机器人行走机构的前体节侧向定位模块I和后体节侧向定位模块3在D字截面内承受的综合力矩不一定满足平衡条件,前体节配重系统7和后体节配重系统8的加入促进了系统综合承载力矩的平衡,配重砝码组702的砝码总重可调,可随仿蠕虫机器人行走机构承载能力的工况变化做出相应定量调整。
[0102]本实施例中,前体节热控装置9和后体节热控装置11设置为如下相同的结构形式:图19所示,设置第一密封腔壳体901,第一复合隔热材料层902和第一相变材料层906依次由外向内封装于第一密封腔壳体901中;在第一相变材料层906的内部空间中分别引出第一氮气冷却管道908、第一温控模块电源线和信号线907、视觉观测装置电源线和信号线905、第一电机控制器电源线和信号线903以及第一传感部件电源线和信号线904。第一密封腔壳体901、第一复合隔热材料层902、第一相变材料层906均属于隔热模块,第一密封腔壳体901采用铅板制造,并在表面敷有一层有机硅涂料,用于将第一复合隔热材料层902、第一相变材料层906以及内部的其他热控组件等进行密封存储,同时隔离环境辐射;第一复合隔热材料层902采用聚酰亚胺薄膜外加一层反射屏构成,用于隔离环境高温;第一相变材料层906可采用氟化锂等固-液相变材料,通过相变过程吸收内部发热体自身热量;在第一相变材料层906内部空间设有传热模块,由第一氮气冷却管道908和温控模块构成;第一氮气冷却管道908采用不锈钢波纹管,由第一相变材料层906内部空间引出的第一温控模块电源线和信号线907、视觉观测装置电源线和信号线905、第一电机控制器电源线和信号线903以及第一传感部件电源线和信号线904等均采用耐高温耐辐射电缆。
[0103]在本实施例中,中体节热控装置10的结构设置为:图20所示,设置第二密封腔壳体1001,第二复合隔热材料层1007和第二相变材料层1004依次由外向内封装于第二密封腔壳体1001中,在第二相变材料层1004内部空间中分别引出第二氮气冷却管道1006、第二温控模块电源线和信号线1005、第二电机控制器电源线和信号线1002以及第二传感部件电源线和信号线1003。第二密封腔壳体1001、第二复合隔热材料层1007、第二相变材料层1004均属于隔热模块,第二密封腔壳体1001采用铅板制造,并在表面敷有一层有机硅涂料,用于将第二复合隔热材料层1007、第二相变材料层1004以及内部的其他热控组件等进行密封存储,同时隔离环境辐射;第二复合隔热材料层1007采用聚酰亚胺薄膜外加一层反射屏构成,用于隔离环境高温;第二相变材料层1004可采用氟化锂等固-液相变材料,通过相变过程吸收内部发热体自身热量;在第二相变材料层1004内部空间设有传热模块,由第二氮气冷却管道1006和温控模块构成;第二氮气冷却管道1006采用不锈钢波纹管,由第二相变材料层1004内部空间引出的第二温控模块电源线和信号线1005、第二电机控制器电源线和信号线1002以及第二传感部件电源线和信号线1003等均采用耐高温耐辐射电缆。
[0104]在本实施例中,前双万向节4的结构设置为:图17所示,具有结构相同的第一前节段401、第一中前节段407A、第一中后节段407B和第一后节段405,以及结构相同的两只第一前俯仰限位片402和两只第一后俯仰限位片404;第一中前节段407A与第一中后节段407B以背靠背的形式固定联接;第一前节段401的一端通过第一前十字结403与第一中前节段407A构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接,另一端与前体节侧向定位模块I中的后侧板102固联;第一后节段405的一端通过第一后十字结406与第一中后节段407B构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接,另一端与中体节轴向运动模块2中的矩形前侧板203固联;两只第一前俯仰限位片402分别上下对称固装于第一前节段401的上部及下部,两只第一后俯仰限位片404分别上下对称固装于第一后节段405的上部及下部。后双万向节5的结构设置为:图18所示,具有结构相同的第二前节段501、第二中前节段507A、第二中后节段507B和第二后节段505,以及结构相同的两只第二前俯仰限位片502和两只第二后俯仰限位片504 ;第二中前节段507A与第二中后节段507B以背靠背的形式固定联接;第二前节段501的一端通过第二前十字结503与第二中前节段507A构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接,另一端与中体节轴向运动模块2中的推板222固联;第二后节段505的一端通过第二后十字结506与第二中后节段507B构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接,另一端与后体节侧向定位模块3中的后侧板102固联;两只第二前俯仰限位片502分别上下对称固装于第二前节段501的上部及下部,两只第二后俯仰限位片504分别上下对称固装于第二后节段505的上部及下部。前双万向节4及后双万向节5均属于双联式万向节,相比于普通单万向节来说,双联式万向节可在仿婦虫机器人行走机构工作过程中有效适应前体节侧向定位模块I及后体节侧向定位模块3与核聚变舱12底部大双环形槽道的内环壁12M与外环壁12N之间的弹性支撑力变化及重心位置变动,自适应调节中体节轴向运动模块2与前体节侧向定位模块I及后体节侧向定位模块3之间的相对位置关系,防止机构卡死;而前双万向节4中的两只第一前俯仰限位片402以及两只第一后俯仰限位片404可对中体节轴向运动模块2与前体节侧向定位模块I在竖直面内的相对位置关系起到限定作用,同时后双万向节5中的两只第二前俯仰限位片502以及两只第二后俯仰限位片504可对中体节轴向运动模块2与后体节侧向定位模块3在竖直面内的相对位置关系起到限定作用,防止上下相对位置偏离量过大而使得中体节轴向运动模块2对仿蠕虫机器人行走机构的轴向驱动性能造成影响。
[0105]本实施例中视觉观测云台6设置为并联式视觉观测云台的结构形式为:
[0106]图15所示,在第一矩形顶板107的顶面前沿位置处固定设置“L”形总支座601,视觉采集探头606安装在探头支座607中,探头支座607通过三自由度冗余球面并联机构联接于“L”形总支座601 ;三自由度冗余球面并联机构的结构设置为:在“L”形总支座601的前端固装设置定平台615,在定平台615的前端面上沿周向均布安装三个电机支座613,在各电机支座613上分别固装有真空伺服减速电机612 ;三个真空伺服减速电机612的输出轴分别与对应位置上的第一弧形连杆614的第一近端凸台614A固联,三个第一弧形连杆614的第一远端凸台614B分别与对应位置上的第二弧形连杆602的第二近端凸台602A通过第一微型轴承616支承的轴系转动连接,三个第二弧形连杆602的第二远端凸台602B分别与对应位置上的小支座604通过第二微型轴承603支承的轴系转动连接;三个小支座604沿周向均布固装于动平台605,探头支座607固装于动平台605上;动平台605与定平台615同轴正对;在动平台605与定平台615之间设置中心冗余支链,中心冗余支链由第一直连杆611、第二直连杆610以及第三直连杆608构成,第一直连杆611的一端固联于定平台615的中心,另一端与第二直连杆610构成滑动副连接,第三直连杆608的一端固联于动平台605的中心,另一端通过中心球面铰链609与第二直连杆610相联;三个第一弧形连杆614的中心、三个第二弧形连杆602的中心均与中心球面铰链609的球心重合。在这一结构形式中,三自由度冗余球面并联机构通过“L”形总支座601装载于仿蠕虫机器人行走机构的前端部位,由于仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱底部大双环形槽道中蠕动行走,则三自由度冗余球面并联机构的工作空间可覆盖整个核聚变舱内部的环形空间。装载有视觉采集探头606的三自由度冗余球面并联机构形成了并联式视觉观测云台,通过三个真空伺服减速电机612的联合驱动,可实现空间三个正交方向旋转自由度的观测,配合仿蠕虫机器人行走机构的周期性蠕行运动,可以完成对核聚变舱内部D字截面环形空间的360°全方位视觉信息采集功能,并且具有系统刚度大、运动灵活度高、承载能力强、运动定位精度高、奇异位姿可控等多项优越性能
[0107]具体实施中,为了适应核聚变反应舱内部高温、真空、核辐射等极端工作环境条件,前体节侧向定位模块1、中体节轴向运动模块2、后体节侧向定位模块3、前双万向节4、后双万向节5、并联式视觉观测装置6、前体节配重系统7以及后体节配重系统8主体均采用不锈钢材料制造;前体节侧向定位模块I和后体节侧向定位模块3中的第一双列角接触球轴承124和第一深沟球轴承115、中体节轴向运动模块2中的第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224、并联式视觉观测装置6中的第一微型轴承616和第二微型轴承603均采用全陶瓷轴承;视觉采集探头606采用耐高温光纤成像系统;前体节热控装置9和后体节热控装置11中的第一密封腔壳体901、中体节热控装置10中的第二密封腔壳体1001均采
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