运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构及控制方法_2

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上;所述第二导向杆与第二直线轴承为滑动配合;
[0029]在所述第二移动平板的左右两侧对称位置上分别设置有推杆,所述推杆的一端固装于第二移动平板,另一端分别穿过所述工字型后侧板的左右对称豁口空间与处在中节体矩形框架外部的推板固联;
[0030]在所述第二矩形底板上,位于所述第二中心滚珠丝杆的正下方分别设置第二光电开关和第三光电开关,所述第二光电开关和第三光电开关分处在第三轴承支座和第四轴承支座之间的不同轴向位置上。
[0031]本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于:所述前体节配重系统和后体节配重系统设置为如下相同结构形式:将配重盒固装于所述前体节侧向定位模块中的第一矩形顶板上表面外侧,配重砝码组中的各砝码按阵列的形式置于配重盒中。
[0032]本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于:所述前体节热控装置和后体节热控装置设置为如下相同的结构形式:
[0033]设置第一密封腔壳体,第一复合隔热材料层和第一相变材料层依次由外向内封装于所述第一密封腔壳体中;在所述第一相变材料层的内部空间中分别引出第一氮气冷却管道、第一温控模块电源线和信号线、视觉观测装置电源线和信号线、第一电机控制器电源线和信号线以及第一传感部件电源线和信号线。
[0034]本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于:所述中体节热控装置的结构设置为:
[0035]设置第二密封腔壳体,第二复合隔热材料层和第二相变材料层依次由外向内封装于第二密封腔壳体中,在所述第二相变材料层内部空间中分别引出第二氮气冷却管道、第二温控模块电源线和信号线、第二电机控制器电源线和信号线以及第二传感部件电源线和信号线。
[0036]本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于:
[0037]所述前双万向节的结构设置为:具有结构相同的第一前节段、第一中前节段、第一中后节段和第一后节段,以及结构相同的两只第一前俯仰限位片和两只第一后俯仰限位片;所述第一中前节段与第一中后节段以背靠背的形式固定联接;第一前节段的一端通过第一前十字结与第一中前节段构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接,另一端与所述前体节侧向定位模块中的后侧板固联;第一后节段的一端通过第一后十字结与第一中后节段构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接,另一端与所述中体节轴向运动模块中的矩形前侧板固联;所述两只第一前俯仰限位片分别上下对称固装于第一前节段的上部及下部,所述两只第一后俯仰限位片分别上下对称固装于第一后节段的上部及下部;
[0038]所述后双万向节的结构设置为:具有结构相同的第二前节段、第二中前节段、第二中后节段和第二后节段,以及结构相同的两只第二前俯仰限位片和两只第二后俯仰限位片;所述第二中前节段与第二中后节段以背靠背的形式固定联接;第二前节段的一端通过第二前十字结与第二中前节段构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接,另一端与所述中体节轴向运动模块中的推板固联;第二后节段的一端通过第二后十字结与第二中后节段构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接,另一端与所述后体节侧向定位模块中的后侧板固联;所述两只第二前俯仰限位片分别上下对称固装于第二前节段的上部及下部,所述两只第二后俯仰限位片分别上下对称固装于第二后节段的上部及下部。
[0039]本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的控制方法的特点是:
[0040]所述行走机构按如下步骤完成一个前进步距的行走过程:
[0041]步骤1:前体节侧向定位模块和后体节侧向定位模块均处于锁止状态,中体节轴向运动模块处于最小缩短状态;行走机构定位在位置A处;
[0042]步骤2:前体节侧向定位模块设置为解锁状态,后体节侧向定位模块保持在锁止状态,中体节轴向运动模块伸长直至达到最大伸长状态,行走机构处在由位置A向位置B的行进中;
[0043]步骤3:前体节侧向定位模块设置为锁止状态,后体节侧向定位模块设置为解锁状态,中体节轴向运动模块缩短直至达到最小缩短状态,行走机构行进到位置B处;
[0044]步骤4:前体节侧向定位模块保持在锁止状态,后体节侧向定位模块进入锁止状态,中体节轴向运动模块保持在最小缩短状态,行走机构定位在位置B处;
[0045]所述行走机构按如下步骤完成一个后退步距的行走过程:
[0046]步骤1:前体节侧向定位模块和后体节侧向定位模块均处于锁止状态,中体节轴向运动模块处于最小缩短状态;行走机构定位在位置A处;
[0047]步骤2:前体节侧向定位模块保持为锁止状态,后体节侧向定位模块设置为解锁状态,中体节轴向运动模块伸长直至达到最大伸长状态,行走机构处在由位置A向位置C的行进中;
[0048]步骤3:前体节侧向定位模块设置为解锁状态,后体节侧向定位模块设置为锁止状态,中体节轴向运动模块缩短直至达到最小缩短状态,行走机构行进到位置C处;
[0049]步骤4:前体节侧向定位模块设置为在锁止状态,后体节侧向定位模块保持在锁止状态,中体节轴向运动模块保持在最小缩短状态,行走机构定位在位置C处。
[0050]与已有技术相比,本发明有益效果体现在:
[0051]1、本发明仿蠕虫机器人行走机构运动范围广阔,其行走轨迹可遍及核聚变舱底部的大双环形槽道整周,满足核环境遥操纵机器人对舱内遥操纵对象涉入深度的总体技术要求。
[0052]2、本发明针对核聚变舱内部环境特点,所设计的仿蠕虫机器人行走机构考虑到了耐高温辐射材质及真空润滑的特定要求,对机构内部的机电零部件出线和电子器件等采用热控装置进行封装,可以最大程度满足机构使用场合的高温、真空、核辐射等极端物理条件,同时机构前、后体节侧向定位模块采用的内、外侧对开支撑子模块结构形式也符合核聚变舱底部大双环形槽道的空间构造特性,实用性强。
[0053]3、针对本发明仿蠕虫机器人行走机构,通过在其前体节侧向定位模块载有并联式视觉观测云台,可以实现空间三个旋转自由度的观测,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;又由于并联式视觉观测云台采用三个相同支链周向均布的球面结构形式,中心冗余支链的加入使得装置具有系统刚度大、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特性。
[0054]3、本发明仿蠕虫机器人行走机构的周期性运动步态跟自然界的蠕虫行走步态类似,控制方法简单便捷,且前体节侧向定位模块与后体节侧向定位模块中的承载子模块均设有分别跟核聚变舱底部的大双环形槽道内、外环壁相配合的内、外滚球弹性支承装置,具有结构自适应性,使得整个机构的运行稳定性好。
[0055]4、本发明仿蠕虫机器人行走机构属于三段式串联结构,由于前体节侧向定位模块与后体节侧向定位模块在中体节轴向运动模块两端对称设置,故前、后体节侧向定位模块之间可以相互替换,通用性好。
[0056]6、本发明可用于核聚变装置遥操作维护机器人系统工程,针对核聚变反应堆的日常工作状态执行专业侦察、监测和巡检等任务,进而促进未来核聚变堆自动化维护技术的可持续发展。
【附图说明】
[0057]图1为本发明仿蠕虫机器人行走机构总体结构示意图;
[0058]图2为核聚变舱内部结构示意图;
[0059]图3为本发明仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱中的总体运行示意图;
[0060]图4为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块结构示意图;
[0061]图5为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中的承载子模块结构示意图;
[0062]图6为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中电驱动子模块结构示意图;
[0063]图7为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中电驱动子模块中心剖视图;
[0064]图8 (a)、图8(b)和图8(c)为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中的内侧对开支撑子模块和外侧对开支撑子模块结构示意图;
[0065]图9为本发明中前体节侧向定位模块在核聚变舱内部的接触状态示意图;
[0066]图10 (a)、图10 (b)和图10 (C)为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中的承载子模块的内滚球弹性支承装置结构示意图及其与核聚变舱底部大双环形槽道内壁的接触状态示意图;
[0067]图11(a)、图11(b)、图11(c)和图11(d)为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中的承载子模块的内万向撑爪结构示意图;
[0068]图12为本发明中中体节轴向运动模块结构示意图;
[0069]图13为本发明中中体节轴向运动模块中的壳体子模块结构示意图;
[0070]图14为本发明中中体节轴向运动模块中的前节段子模块和后节段子模块结构示意图;
[0071]图15为本发明中并联式视觉观测云台结构示意图;
[0072]图16为本发明中前体节配重系统及后体节配重系统结构示意图;
[0073]图17为本发明中前双万向节结构示意图;
[0074]图18为本发明中后双万向节结构示意图;
[0075]图19为本发明中前体节热控装置及后体节热控装置结构示意图;
[0076]图20为本发明中中体节热控装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0077]参见图1、图2和图3,本实施例中运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构Ul的结构形式是:由前体节侧向定位模块I与后体节侧向定位模块3在中体节轴向运动模块2的两端对称设置构成仿蠕虫机器人行走机构;图4所示,前体节侧向定位模块I的结构设置为:电驱动子模块IB固装于承载子模块IA的内部,并有具有相同的结构形式的内侧对开支撑子模块IC和外侧对开支撑子模块ID对称设置于电驱动子模块IB的左右两侧;内侧对开支撑子模块IC和外侧对开支撑子模块ID的一端分别固联于电驱动子模块IB的左右两侧设定位置处,另一端分别沿电驱动子模块IB的左右侧向可伸缩运动并以承载子模块IA为导轨;图1所示,在前体节侧向定位模块I的顶部,位于中央设置前体节热控装置9,位于侧部设置前体节配重系统7,前体节配重系统7处在前体节侧向定位模块I中外侧对开支撑子模块的上方,位于前部设置视觉观测云台6,用于在仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱12内部运行时对舱内各类部件工作状况开展空间360°全方位实时巡视和监测任务;后体节侧向定位模块3与前体节侧向定位模块I具有相同的结构形式;在后体节侧向定位模块3的顶部,位于中央设置后体节热控装置11,位于侧部设置后体节配重系统8,后体节配重系统8处在后体节侧向定位模块3中外侧对开支撑子模块的上方。图12所示,中体节轴向运动模块2的结构设置为:前节段子模块2B固装于壳体子模块2A的内部;前节段子模块2B和后节段子模块2C在壳体子模块2A的内部相联并且相互间沿前后方向可相对运动,形成可伸缩的中体节轴向运动模块2,后节段子模块2C突出于中体节轴向运动模块2的尾部端面;在中体节轴向运动模块2的顶部,位于中央设置中体节热控装置10。在前体节侧向定位模块I与中体节轴向运动模块2之间以前双万向节4相联接,在后体节侧向定位模块3与中体节轴向运动模块2之间以后双万向节5相联接。
[0078]本实施例中,图5所示,前体节侧向定位模块I中承载子模块IA的结构设置为:以第一矩形底板101为底面,以第一矩形顶板107为顶面,在第一矩形底板101和第一矩形顶板107之间以前侧板10
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