一種機(jī)械臂及基于該機(jī)械臂的檢測機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)械臂及基于該機(jī)械臂的檢測機(jī)器人。其中機(jī)械臂包括具有第一關(guān)節(jié)、可伸縮的第二關(guān)節(jié)及第一探頭的第一掃查臂；第一關(guān)節(jié)的輸出軸與第二關(guān)節(jié)的一端連接，用于通過旋轉(zhuǎn)帶動第二關(guān)節(jié)擺動；第一探頭安裝于第二關(guān)節(jié)的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測；或；機(jī)械臂包括具有第一關(guān)節(jié)、可伸縮的第二關(guān)節(jié)、可旋轉(zhuǎn)的第三關(guān)節(jié)及第一探頭的第一掃查臂，第三關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸心線的延伸方向與第二關(guān)節(jié)的伸縮方向相同；第一關(guān)節(jié)的輸出軸與第二關(guān)節(jié)的一端連接，用于通過旋轉(zhuǎn)帶動第二關(guān)節(jié)擺動；第三關(guān)節(jié)的一端與第二關(guān)節(jié)的另一端連接；第一探頭安裝于第三關(guān)節(jié)的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測。通過本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的檢測。
【專利說明】一種機(jī)械臂及基于該機(jī)械臂的檢測機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核電站在役檢查無損檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種用于CEPR型核電站反應(yīng)堆壓力容器檢測的機(jī)械臂及基于該機(jī)械臂的檢測機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]核反應(yīng)堆壓力容器是核電站最為重要的部件之一，是核電廠整個(gè)壽期內(nèi)唯一不可更換的大型部件。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中CEPR型核反應(yīng)堆壓力容器的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1所示，壓力容器I包括筒體10、法蘭11、半球形的下封頭12、管嘴13。其中，筒體10由自上至下依次相焊接的管嘴段筒體101、堆芯段筒體102以及過渡環(huán)段筒體103組成。管嘴段筒體101的上部與所述法蘭11相焊接，法蘭11的上端面上沿其周向開設(shè)有一圈螺栓孔111，螺栓孔111用于連接半球形的上封頭以及在檢測時(shí)用于插設(shè)導(dǎo)向柱，法蘭11具有與該圈螺栓孔111正對的一圈螺栓孔韌帶區(qū)112。管嘴段筒體101沿其周向間隔地開設(shè)有多個(gè)管嘴13，部分管嘴13用于與進(jìn)水主管道(圖中未示出)相連通、另一部分管嘴13用于與出水主管道(圖中未示出)相連通，管嘴13的末端焊接有一圈安全端14，安全端14與進(jìn)水/出水主管道相焊接，安全端14與管嘴13為異種金屬焊接。過渡環(huán)段筒體103的內(nèi)壁上沿其軸向間隔地開設(shè)有多個(gè)導(dǎo)向塊16，導(dǎo)向塊16與過渡環(huán)段筒體103相焊接。壓力容器I的基體金屬的所有內(nèi)壁上均焊接有一層用于防腐內(nèi)部堆焊層。整個(gè)壓力容器I的役前/在役的檢查項(xiàng)包括:a、內(nèi)部堆焊層掃查山、過渡環(huán)段與各導(dǎo)向塊16之間的連接焊縫掃查；c、法蘭11的螺栓孔111螺紋掃查；d、管嘴段筒體101與管嘴13之間的連接焊縫掃查；e、管嘴13與安全端14之間的異種金屬連接焊縫掃查；f、管嘴段筒體101與堆芯段筒體102之間、堆芯段筒體102與過渡環(huán)段筒體103之間的環(huán)焊縫掃查；g、過渡環(huán)段筒體103與下封頭12之間的環(huán)焊縫掃查；h、基體金屬與內(nèi)部堆焊層之間的結(jié)合區(qū)掃查；1、法蘭11的螺栓孔韌帶區(qū)112掃查。。
[0003]為確定核反應(yīng)堆壓力容器的質(zhì)量，核電廠和核動力裝置的檢驗(yàn)規(guī)范和大綱中，對壓力容器上的各焊縫及筒體、下封頭在內(nèi)的堆焊層等提出了無損檢測的強(qiáng)制性要求，并指定分別在投入運(yùn)行前和運(yùn)行一定時(shí)間間隔后對壓力容器實(shí)施役前和在役檢查。
[0004]對反應(yīng)堆壓力容器筒體和下封頭進(jìn)行超聲檢查通常有水浸聚焦檢查和接觸式檢查兩大類，其中接觸式檢查又可分為常規(guī)探頭檢查和相控陣探頭檢查。其中接觸式常規(guī)探頭必須與壓力容器表面保持貼合。而對焊縫的檢查需要使多種角度的探頭超聲波分別從兩側(cè)打到焊縫上。
[0005]現(xiàn)有的檢測方案，掃查臂的設(shè)計(jì)要么其梳狀掃查軌跡與反應(yīng)堆壓力容器下封頭焊縫的形狀不匹配，掃查效率低，要么掃查臂端部的探頭與下封頭內(nèi)壁無法貼合。而且EPR堆型下封頭半徑與圓筒體半徑尺寸有較大差異，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)往往不能兼顧圓筒體和下封頭的掃查。
[0006]上述問題同樣也發(fā)生在具有類似形狀的容器上。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械臂及基于機(jī)械臂的檢測機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)弧形和輻射狀掃查，提高掃查效率。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種機(jī)械臂，所述機(jī)械臂包括第一掃查臂，所述第一掃查臂包括模塊化的第一關(guān)節(jié)、可沿自身軸向伸縮的第二關(guān)節(jié)及第一探頭；
所述第一關(guān)節(jié)的輸出軸與所述第二關(guān)節(jié)的一端連接，用于通過旋轉(zhuǎn)帶動所述第二關(guān)節(jié)擺動；
所述第一探頭安裝于所述第二關(guān)節(jié)的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測；
或.所述機(jī)械臂包括第一掃查臂，所述第一掃查臂包括模塊化的第一關(guān)節(jié)、可沿自身軸向伸縮的第二關(guān)節(jié)、可繞自身軸心線轉(zhuǎn)動的第三關(guān)節(jié)及第一探頭；所述第三關(guān)節(jié)的軸心線的延伸方向與所述第二關(guān)節(jié)的伸縮方向相同；
所述第一關(guān)節(jié)的輸出軸與所述第二關(guān)節(jié)的一端連接，用于通過旋轉(zhuǎn)帶動所述第二關(guān)節(jié)擺動；
所述第三關(guān)節(jié)的一端與所述第二關(guān)節(jié)的另一端連接；
所述第一探頭安裝于所述第三關(guān)節(jié)的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測。
[0009]優(yōu)選的，所述機(jī)械臂還包括第二掃查臂；
所述第二掃查臂包括模塊化的可沿自身軸向伸縮的第四關(guān)節(jié)及第二探頭，所述第四關(guān)節(jié)的一端與所述第一關(guān)節(jié)的固定座連接，所述第二探頭安裝于所述第四關(guān)節(jié)的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測；
或.所述第二掃查臂包括模塊化的可沿自身軸向伸縮的第四關(guān)節(jié)、可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)動的第五關(guān)節(jié)及第二探頭；
所述第五關(guān)節(jié)的軸心線的延伸方向與所述第四關(guān)節(jié)的伸縮方向相同；
所述第四關(guān)節(jié)的一端與所述第一關(guān)節(jié)的固定座相連，所述第五關(guān)節(jié)的一端與所述第四關(guān)節(jié)的另一端連接；所述第二探頭安裝于所述第五關(guān)節(jié)的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測。
[0010]優(yōu)選的，所述第一關(guān)節(jié)包括:第一固定座、安裝在所述第一固定座上的第一電機(jī)組件、由所述第一電機(jī)組件驅(qū)動轉(zhuǎn)動的主動鏈輪、通過鏈條與所述主動鏈輪相傳動的從動鏈輪、與所述從動鏈輪相傳動的蝸輪蝸桿二級減速器；
所述蝸輪蝸桿二級減速器的輸出軸與所述第二關(guān)節(jié)的一端可拆卸式的連接，用于通過旋轉(zhuǎn)帶動所述第二關(guān)節(jié)擺動。
[0011]優(yōu)選的，所述第一關(guān)節(jié)還包括具有兩個(gè)第一同步帶輪以及連接在所述兩個(gè)第一同步帶輪之間的同步帶的第一同步帶輪機(jī)構(gòu)和用于檢測所述第一同步帶輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動角度的
第一編碼器；
其中一個(gè)第一同步帶輪與所述蝸輪蝸桿二級減速器的輸出軸相連，另一個(gè)第一同步帶輪與所述第一編碼器相連。
[0012]優(yōu)選的，所述第二關(guān)節(jié)或所述第四關(guān)節(jié)包括:
依次套設(shè)的多個(gè)伸縮臂、第二電機(jī)組件、與所述第二電機(jī)組件相連的齒輪副、與所述齒輪副相連的絲杠螺母以及一端與所述絲杠螺母相連且另一端與最內(nèi)側(cè)的伸縮臂相連的絲杠螺桿，所述伸縮臂的軸向與所述絲杠螺桿的軸向相平行；所述第二電機(jī)組件驅(qū)動所述齒輪副旋轉(zhuǎn)并進(jìn)而帶動所述絲杠螺母旋轉(zhuǎn)；位于兩個(gè)伸縮臂之間的伸縮臂上設(shè)置有兩個(gè)滑輪且每個(gè)所述滑輪上繞設(shè)有一段繩，所述每段繩的兩端分別固定連接于所述兩個(gè)伸縮臂的不同端，同一伸縮臂的不同滑輪上的繩的繞設(shè)方向相反；
所述伸縮臂均具有相對的第一端和第二端；
所述第二關(guān)節(jié)的最外層的伸縮臂的第一端連接于所述第一關(guān)節(jié)的輸出軸，所述第二關(guān)節(jié)的最內(nèi)層的伸縮臂的第二端連接于所述第三關(guān)節(jié)；
所述第四關(guān)節(jié)的最外層的伸縮臂的第一端連接于所述第一關(guān)節(jié)的固定座，所述第二關(guān)節(jié)的最內(nèi)層的伸縮臂的第二端連接于所述第五關(guān)節(jié)。
[0013]優(yōu)選的，所述第二電機(jī)組件的電機(jī)末端設(shè)置有第二編碼器；
和/或；
所述最內(nèi)側(cè)或最外側(cè)的伸縮臂上設(shè)置有感應(yīng)器，所述電機(jī)組件的支撐架上設(shè)置有接近開關(guān)，所述感應(yīng)器和所述接近開關(guān)用于初始位置、終止位置的標(biāo)定和限位保護(hù)。
[0014]優(yōu)選的，所述第三關(guān)節(jié)或第五關(guān)節(jié)包括:
第二固定座，蝸輪蝸桿副、通過鏈條驅(qū)動所述蝸輪蝸桿副的蝸桿的第三電機(jī)組件、與所述蝸輪蝸桿副的蝸輪同軸連接且穿設(shè)在所述第二固定座腔體內(nèi)的轉(zhuǎn)動軸；
所述第三關(guān)節(jié)的第二固定座與第二關(guān)節(jié)可拆卸式的連接，所述第三關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸上設(shè)有所述第一探頭；
所述第五關(guān)節(jié)的第二固定座與第四關(guān)節(jié)可拆卸式的連接，所述第五關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸上設(shè)有所述第二探頭。
[0015]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動軸通過軸承與所述第二固定座相連，所述軸承采用多層油封進(jìn)行密封和/或所述固定座的腔體內(nèi)充有氣體。
[0016]優(yōu)選的，所述第三關(guān)節(jié)或第五關(guān)節(jié)還包括具有兩個(gè)第二同步帶輪及同步帶的第二同步帶輪機(jī)構(gòu)和第三編碼器；所述轉(zhuǎn)動軸通過所述第二同步帶輪機(jī)構(gòu)的一個(gè)第二同步帶輪連接所述第三編碼器；
和/或；
所述第三電機(jī)組件的電機(jī)末端設(shè)置有第四編碼器。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種檢測機(jī)器人，包上述所述的機(jī)械臂；
所述檢測機(jī)器人還包括:可沿自身軸向伸縮的主立柱、一端連接于所述主立柱且另一端可拆卸地連接于被測試的壓力容器上的至少兩個(gè)支撐腿、一端與所述第一關(guān)節(jié)可拆卸式的連接且另一端與所述主立柱的下部相連并繞所述主立柱的軸向旋轉(zhuǎn)的主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；
所述主立柱的中軸線與被測試的壓力容器的軸心線相重合；所述第二關(guān)節(jié)在所述第一關(guān)節(jié)輸出軸的帶動下繞一垂直于所述主立柱軸向的方向擺動。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明技術(shù)方案，通過第一關(guān)節(jié)帶動第二關(guān)節(jié)進(jìn)行擺動，并設(shè)置第二關(guān)節(jié)可伸縮，使得末端的探頭能夠與下封頭的內(nèi)壁相貼合，實(shí)現(xiàn)了弧形和輻射狀掃查，提高了掃查效率和準(zhǔn)確度。第一機(jī)械臂和第二機(jī)械臂對稱布置，第一機(jī)械臂既可以用于下封頭焊縫掃查又可以用于筒體焊縫掃查。各個(gè)關(guān)節(jié)模塊化可拆卸和獨(dú)立動作有利于現(xiàn)場快速處理故障，第二關(guān)節(jié)和第四關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)完全相同，第三關(guān)節(jié)和第五關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)完全相同，關(guān)節(jié)之間互為備用，有利于提高設(shè)備整體抵抗故障風(fēng)險(xiǎn)的能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中的反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)圖；
圖3為本發(fā)明第一關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖；
圖4為本發(fā)明第二關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖；
圖5為本發(fā)明第三關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖；
圖6為本發(fā)明檢測機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]實(shí)施例一
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種機(jī)械臂的示意圖。其中，該機(jī)械臂包括第一掃查臂21，該第一掃查臂21具體包括第一關(guān)節(jié)23、可沿自身軸向伸縮的第二關(guān)節(jié)24、可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)的第三關(guān)節(jié)25及第一探頭261 ;其中，第三關(guān)節(jié)25的旋轉(zhuǎn)軸心線的延伸方向與第二關(guān)節(jié)24的軸向相同。
[0023]上述第一關(guān)節(jié)23的輸出軸與第二關(guān)節(jié)24的一端連接，輸出軸的旋轉(zhuǎn)會帶動第二關(guān)節(jié)24在上下方向擺動。第三關(guān)節(jié)25的一端與第二關(guān)節(jié)24的另一端連接；第一探頭261安裝于第三關(guān)節(jié)25的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測。
[0024]上述方案中，通過設(shè)置第二關(guān)節(jié)的長度，可使得第二關(guān)節(jié)擺動的弧形軌跡與下封頭的形狀相吻合，從而實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的掃查。該設(shè)置也同樣適用于其他半球形的容器檢測中。
[0025]而可旋轉(zhuǎn)的第三關(guān)節(jié)的設(shè)置，使得探頭可以360°旋轉(zhuǎn)，從而只需要一個(gè)探頭就可以從多個(gè)角度向焊縫發(fā)送超聲波，從而減少了探頭的數(shù)量。
[0026]當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以不設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的第三關(guān)節(jié)，而通過設(shè)置多個(gè)探頭實(shí)現(xiàn)從多個(gè)角度向焊縫發(fā)送超聲波。此時(shí)，探頭261將直接設(shè)置在第二關(guān)節(jié)24上。
[0027]需要說明的是，上述掃查臂可以用于下封頭的掃查，也可以用于筒體的掃查，在用于筒體的掃查時(shí)，只需控制第一關(guān)節(jié)不動作即可。
[0028]為提高掃查效率，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，機(jī)械臂同時(shí)包括兩個(gè)掃查臂，其中第一掃查臂與上述實(shí)施例中介紹的掃查臂相同，第二掃查臂包括可沿自身軸向伸縮的第四關(guān)節(jié)27、可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)的第五關(guān)節(jié)28及第二探頭262。其中，第五關(guān)節(jié)28的旋轉(zhuǎn)軸心線的延伸方向與第四關(guān)節(jié)27的軸向相同；第四關(guān)節(jié)的一端可拆卸的連接在第一關(guān)節(jié)23的固定座上，第五關(guān)節(jié)28的一端與第四關(guān)節(jié)27的另一端連接；第二探頭262安裝于第五關(guān)節(jié)28的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測。
[0029]與第一掃查臂的不同在于，第二掃查臂的第四關(guān)節(jié)與第一關(guān)節(jié)的固定座相連，因此，不會在第一關(guān)節(jié)的帶動下進(jìn)行擺動。該第二掃查臂主要用于筒體及焊縫的掃查。
[0030]在該實(shí)施例中，可旋轉(zhuǎn)的第五關(guān)節(jié)可以不設(shè)置，而通過設(shè)置多個(gè)探頭262實(shí)現(xiàn)從多角度向焊縫發(fā)送超聲波，此時(shí)，探頭262直接設(shè)置在第四關(guān)節(jié)27上。
[0031]需要說明的是，上述具有連接關(guān)系的關(guān)節(jié)之間的連接是可拆卸式的連接，且各關(guān)節(jié)是模塊化的。其中，第二關(guān)節(jié)和第四關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)相同，第三關(guān)節(jié)和第五關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)相同。在其中一些部件出現(xiàn)故障時(shí)，可將對應(yīng)的部件拆卸下來進(jìn)行重新組裝后使用。當(dāng)然，如果是第二掃查臂出現(xiàn)故障，可以不用重新組裝，直接利用第一掃查臂進(jìn)行筒體的掃查。
[0032]其中第一關(guān)節(jié)上可預(yù)留連接主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)29 (下文將提到)的接口。
[0033]以下將對上述各關(guān)節(jié)的具體組成進(jìn)行介紹:
圖3示出了第一關(guān)節(jié)的一種具體組成，其中該第一關(guān)節(jié)包括固定座(圖中未示出)以及安裝在固定座上的電機(jī)組件31和蝸輪蝸桿二級減速器32 ;電機(jī)組件31通過傳動鏈36、主動鏈輪35、張緊鏈輪37、從動鏈輪321帶動蝸輪蝸桿二級減速器32運(yùn)動；其中蝸輪蝸桿二級減速器32的輸出軸322與第二關(guān)節(jié)的一端連接，用于通過旋轉(zhuǎn)帶動第二關(guān)節(jié)擺動。
[0034]其中，蝸輪蝸桿二級減速器32具有大減速比，使得第一掃查臂具有大扭矩，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，能夠承擔(dān)1500NM的擺動扭矩。
[0035]為對輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測量以隨時(shí)進(jìn)行控制，本發(fā)明中第一關(guān)節(jié)還包括具有兩個(gè)同步帶輪331、332以及連接在兩個(gè)同步帶輪之間的同步帶333的同步帶輪機(jī)構(gòu)和用于檢測同步帶輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動角度的編碼器34。其中同步帶輪331與蝸輪蝸桿二級減速器的輸出軸322相連，同步帶輪332與編碼器34相連。這樣編碼器就能夠?qū)ν綆л?32的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測量，從而能夠得到輸出軸322的旋轉(zhuǎn)角度。
[0036]由于蝸輪蝸桿具有大減速比，上述結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械自鎖，從而避免了在斷電狀態(tài)下掃查臂的自然下垂帶來的危險(xiǎn)。
[0037]圖4示出了第二關(guān)節(jié)(或第四關(guān)節(jié))的一種具體結(jié)構(gòu)。參見圖4，該第二關(guān)節(jié)具體包括:
依次套設(shè)的三層方管(即內(nèi)筒板45、中筒板46、外筒板47)、設(shè)于支撐架49上的電機(jī)組件41、與電機(jī)組件41相連的齒輪副42、與齒輪副42相連的絲杠螺母43以及一端與絲杠螺母43相連且另一端與內(nèi)筒板45相連的絲杠螺桿44 ；電機(jī)組件41驅(qū)動齒輪副42旋轉(zhuǎn)并進(jìn)而帶動絲杠螺母43旋轉(zhuǎn)。絲杠螺母43的旋轉(zhuǎn)會帶動絲杠螺桿44的直線運(yùn)動,進(jìn)而帶動與絲杠螺桿44相連的內(nèi)筒板同步直線運(yùn)動。
[0038]其中，中筒板46上設(shè)置有兩個(gè)滑輪481、482，且兩個(gè)滑輪上分別纏繞有鋼絲繩，兩端鋼絲繩的饒舌方向相反。兩段鋼絲繩的兩端均一端固定在內(nèi)筒板45上，另一端固定在外筒板47上。其固定端如圖4中所示的484處。
[0039]上述內(nèi)筒板45的一端與第三關(guān)節(jié)25的固定座相連,夕卜筒板相對的一端與第一關(guān)節(jié)23的輸出軸相連。
[0040]與第二關(guān)節(jié)的不同在于，第四關(guān)節(jié)的最外層的伸縮臂的一端連接于所述第一關(guān)節(jié)的固定座，第二關(guān)節(jié)的最內(nèi)層的伸縮臂的相對一端連接于所述第五關(guān)節(jié)。
[0041]當(dāng)然，在本發(fā)明中，可以設(shè)置多層方管，多層方管之間通過設(shè)于其上直線導(dǎo)軌和滾輪以及纏繞在滾輪上的繩(如鋼絲繩)作同步直線運(yùn)動。
[0042]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，可以在第二關(guān)節(jié)的電機(jī)組件41的電機(jī)末端設(shè)置編碼器，以測量電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度。
[0043]另外，為進(jìn)行限位保護(hù)，可以在內(nèi)筒板上設(shè)置感應(yīng)器，在支撐架上設(shè)置接近開關(guān)，以標(biāo)定初始位置和終止位置，進(jìn)而進(jìn)行限位。
[0044]圖5示出了第三關(guān)節(jié)(或第五關(guān)節(jié))的一種具體結(jié)構(gòu)。如圖5所示，該第三關(guān)節(jié)具體包括:
與第二關(guān)節(jié)可拆卸式連接的固定座51，蝸輪蝸桿副54、通過鏈傳動55與蝸輪蝸桿副54的蝸桿連接的電機(jī)組件53、與蝸輪蝸桿副44的位于固定座內(nèi)腔中的蝸輪同軸連接且穿設(shè)在所述第二固定座腔體內(nèi)的轉(zhuǎn)動軸52，電機(jī)組件53、蝸輪蝸桿副54和轉(zhuǎn)動軸52安裝在固定座51上。電機(jī)組件53通過鏈傳動55帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動蝸輪繞軸線轉(zhuǎn)動。蝸輪與轉(zhuǎn)動軸52相固定連接，此時(shí)，轉(zhuǎn)動軸52相對于固定座51旋轉(zhuǎn)。
[0045]為保證第三關(guān)節(jié)能夠在水下應(yīng)用，在用于連接固定座51與轉(zhuǎn)動軸52的軸承處采用多層油封進(jìn)行動密封，同時(shí)在固定座51腔體內(nèi)接入氣壓進(jìn)行氣密封。
[0046]轉(zhuǎn)動軸52上可設(shè)置有同步帶輪機(jī)構(gòu)56，通過同步帶輪機(jī)構(gòu)56連接一個(gè)編碼器57，編碼器57用于反饋轉(zhuǎn)動軸52的角度位置信息。本發(fā)明中，還可以在電機(jī)組件53的電機(jī)尾端設(shè)置有一個(gè)編碼器用于第三關(guān)節(jié)的位置和速度控制。
[0047]基于上述實(shí)施例介紹的機(jī)械臂，本發(fā)明還提供了一種檢測機(jī)器人。如圖6所示，該檢測機(jī)器人包括上述所述的機(jī)械臂，具體為第一掃查臂65和第二掃查臂66。還包括可沿自身軸向伸縮的主立柱61、一端連接于主立柱61且另一端可拆卸地連接于被測試的壓力容器以主立柱的中軸線與被測試的壓力容器的軸心線相重合的至少兩個(gè)支撐腿62、一端與所述第一關(guān)節(jié)可拆卸式的連接且另一端與主立柱61的下部相連并繞主立柱61的軸向旋轉(zhuǎn)的主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)64 ;主立柱61的軸向與主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)64的旋轉(zhuǎn)軸心線的延伸方向一致。第二關(guān)節(jié)在第一關(guān)節(jié)輸出軸的帶動下繞一垂直于主立柱61軸向的方向擺動
以下介紹幾種具體的檢測方式:
1、核反應(yīng)堆壓力容器(RPV)筒體-內(nèi)部堆焊層
RPV筒體-內(nèi)部堆焊層檢查主要由第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)和第五關(guān)節(jié)幾個(gè)運(yùn)動軸定位至指定姿態(tài)，然后，由主立柱和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)兩個(gè)運(yùn)動軸聯(lián)合運(yùn)動實(shí)現(xiàn)全范圍掃查。內(nèi)部堆焊層沿RPV軸線最深位置為10532.5mm，半徑方向最大值為R=2442.5mm,周向掃查角度要求361° (檢查程序規(guī)定有1°的重疊區(qū)域)。主立柱和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動行程范圍可以覆蓋檢查區(qū)域。反應(yīng)堆壓力容器無損檢測機(jī)器人可以滿足檢查該區(qū)域的要求。此外，掃查運(yùn)動軸的速度和精度也滿足檢查程序要求。
[0048]2、RPV筒體-過渡環(huán)段與其內(nèi)部徑向?qū)驂K連接焊縫
與RPV筒體-內(nèi)部堆焊層檢查類似，RPV筒體-過渡環(huán)段與其內(nèi)部徑向?qū)驂K連接焊縫主要由第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)和第五關(guān)節(jié)幾個(gè)運(yùn)動軸定位至指定姿態(tài)，然后，由主立柱和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)兩個(gè)運(yùn)動軸聯(lián)合運(yùn)動實(shí)現(xiàn)全范圍掃查。導(dǎo)向塊連接焊縫沿RPV軸線最深位置小于9米,半徑方向最大值為R=2442.5mm,周向361° (檢查程序規(guī)定有1°的重疊區(qū)域)。主立柱和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍可以覆蓋檢查區(qū)域。反應(yīng)堆壓力容器無損檢測機(jī)器人可以滿足檢查該區(qū)域的要求。第二關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)有足夠的行程，確保檢查末端可以縮回導(dǎo)向塊內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)避障。此外，掃查運(yùn)動軸的速度和精度也滿足檢查程序要求。
[0049]3、RPV筒體-各直段之間的環(huán)焊縫
RPV筒體-各直段之間的檢查主要由第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)和第五關(guān)節(jié)幾個(gè)運(yùn)動軸定位至指定姿態(tài)，然后，由主立柱和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)兩個(gè)運(yùn)動軸聯(lián)合運(yùn)動實(shí)現(xiàn)全范圍掃查。各直段之間的環(huán)焊縫沿RPV軸線位置分別為3440mm、5782mm和8144mm，半徑方向最大值為R=2442.5mm,周向掃查角度要求361° (檢查程序規(guī)定有1°的重疊區(qū)域)?！爸髁⒅椭餍D(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動行程范圍可以覆蓋檢查區(qū)域。反應(yīng)堆壓力容器無損檢測機(jī)器人可以滿足檢查該區(qū)域的要求。此外，掃查運(yùn)動軸的速度和精度也滿足檢查程序要求。因此,機(jī)器人能夠滿足RPV筒體-各直段之間的環(huán)焊縫的檢查需求。
[0050]4、過渡環(huán)段與下封頭之間的環(huán)焊縫
過渡環(huán)段與下封頭之間的環(huán)焊縫的檢查主要由下封頭掃查臂(第一掃查臂)來完成。
[0051]主立柱、第二關(guān)節(jié)、第五關(guān)節(jié)幾個(gè)運(yùn)動軸定位至指定姿態(tài)，然后，由主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第一關(guān)節(jié)兩個(gè)運(yùn)動軸聯(lián)合運(yùn)動實(shí)現(xiàn)全范圍掃查。過渡環(huán)段與下封頭之間的環(huán)焊縫的理論中心沿RPV軸線位置為8466.8mm,下封頭半徑值為R=2695mm，周向掃查角度要求361° (檢查程序規(guī)定有1°的重疊區(qū)域)。主立柱和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動行程范圍可以覆蓋檢查區(qū)域，下封頭掃查臂的長度滿足R=2695_的長度要求。反應(yīng)堆壓力容器無損檢測機(jī)器人可以滿足檢查該區(qū)域的要求。此外，掃查運(yùn)動軸的速度和精度也滿足檢查程序要求。因此，機(jī)器人能夠滿足過渡環(huán)段與下封頭之間的環(huán)焊縫的檢查需求。
[0052]5、堆焊層與基體金屬結(jié)合區(qū)
堆焊層與基體金屬結(jié)合區(qū)與RPV本體-內(nèi)部堆焊層檢查區(qū)域完全相同，主要由筒體掃查臂(第二掃查臂)和下封頭掃查臂(第一掃查臂)180度對稱布置，并行檢查實(shí)現(xiàn)。
[0053]堆焊層與基體金屬結(jié)合區(qū)主要由第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)和第五關(guān)節(jié)幾個(gè)運(yùn)動軸定位至指定姿態(tài)，然后，由主立柱和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)兩個(gè)運(yùn)動軸聯(lián)合運(yùn)動實(shí)現(xiàn)全范圍掃查。堆焊層與基體金屬結(jié)合區(qū)沿RPV軸線最深位置為10532.5mm，半徑方向最大值為R=2442.5mm，周向掃查角度要求361° (檢查程序規(guī)定有1°的重疊區(qū)域)。主立柱和主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動行程范圍可以覆蓋檢查區(qū)域。反應(yīng)堆壓力容器無損檢測機(jī)器人可以滿足檢查該區(qū)域的要求。此外，掃查運(yùn)動軸的速度和精度也滿足檢查程序要求。
[0054]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械臂，其特征在于:所述機(jī)械臂包括第一掃查臂， 所述第一掃查臂包括模塊化的第一關(guān)節(jié)、可沿自身軸向伸縮的第二關(guān)節(jié)及第一探頭，第二關(guān)節(jié)具有兩端，所述第一關(guān)節(jié)的輸出軸與所述第二關(guān)節(jié)的一端連接，用于通過旋轉(zhuǎn)帶動所述第二關(guān)節(jié)擺動；所述第一探頭安裝于所述第二關(guān)節(jié)的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測； 或 所述第一掃查臂包括模塊化的第一關(guān)節(jié)、可沿自身軸向伸縮的第二關(guān)節(jié)、可繞自身軸心線轉(zhuǎn)動的第三關(guān)節(jié)及第一探頭，所述第三關(guān)節(jié)的軸心線方向與所述第二關(guān)節(jié)的伸縮方向相同；第二關(guān)節(jié)具有兩端，所述第一關(guān)節(jié)的輸出軸與所述第二關(guān)節(jié)的一端連接，用于通過旋轉(zhuǎn)帶動所述第二關(guān)節(jié)擺動；所述第三關(guān)節(jié)具有兩端，其中一端與所述第二關(guān)節(jié)的另一端連接；所述第一探頭安裝于所述第三關(guān)節(jié)的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂還包括第二掃查臂；第一關(guān)節(jié)具有第一固定座； 所述第二掃查臂包括模塊化的可沿自身軸向伸縮的第四關(guān)節(jié)及第二探頭，所述第四關(guān)節(jié)具有兩端，其中一端與所述第一關(guān)節(jié)的固定座連接，所述第二探頭安裝于所述第四關(guān)節(jié)的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測； 或 所述第二掃查臂包括模塊化的可沿自身軸向伸縮的第四關(guān)節(jié)、可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)動的第五關(guān)節(jié)及第二探頭 ，所述第五關(guān)節(jié)的軸心線的延伸方向與所述第四關(guān)節(jié)的伸縮方向相同，第四關(guān)節(jié)具有兩端，第五關(guān)節(jié)具有兩端，所述第四關(guān)節(jié)的一端與所述第一關(guān)節(jié)的固定座相連，所述第五關(guān)節(jié)的一端與所述第四關(guān)節(jié)的另一端連接；所述第二探頭安裝于所述第五關(guān)節(jié)的另一端，用于發(fā)送超聲波以進(jìn)行超聲檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第一關(guān)節(jié)包括:所述第一固定座、安裝在所述第一固定座上的第一電機(jī)組件、由所述第一電機(jī)組件驅(qū)動轉(zhuǎn)動的主動鏈輪、通過鏈條與所述主動鏈輪相傳動的從動鏈輪、與所述從動鏈輪相傳動的蝸輪蝸桿二級減速器； 所述蝸輪蝸桿二級減速箱的輸出軸與所述第二關(guān)節(jié)的一端可拆卸式的連接，用于通過旋轉(zhuǎn)帶動所述第二關(guān)節(jié)擺動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第一關(guān)節(jié)還包括具有兩個(gè)第一同步帶輪以及連接在所述兩個(gè)第一同步帶輪之間的同步帶的第一同步帶輪機(jī)構(gòu)和用于檢測所述第一同步帶輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動角度的第一編碼器； 其中一個(gè)第一同步帶輪與所述蝸輪蝸桿二級減速器的輸出軸相連，另一個(gè)第一同步帶輪與所述第一編碼器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第二關(guān)節(jié)或所述第四關(guān)節(jié)包括: 依次套設(shè)的多個(gè)伸縮臂、第二電機(jī)組件、與所述第二電機(jī)組件相連的齒輪副、與所述齒輪副相連的絲杠螺母以及一端與所述絲杠螺母相連且另一端與最內(nèi)側(cè)的伸縮臂相連的絲杠螺桿，所述伸縮臂的軸向與所述絲杠螺桿的軸向相平行；所述第二電機(jī)組件驅(qū)動所述齒輪副旋轉(zhuǎn)并進(jìn)而帶動所述絲杠螺母旋轉(zhuǎn)；位于兩個(gè)伸縮臂之間的伸縮臂上設(shè)置有兩個(gè)滑輪且每個(gè)所述滑輪上繞設(shè)有一段繩，所述每段繩的兩端分別固定連接于所述兩個(gè)伸縮臂的不同端，同一伸縮臂的不同滑輪上的繩的繞設(shè)方向相反； 所述伸縮臂均具有相對的第一端和第二端； 所述第二關(guān)節(jié)的最外層的伸縮臂的第一端連接于所述第一關(guān)節(jié)的輸出軸，所述第二關(guān)節(jié)的最內(nèi)層的伸縮臂的第二端連接于所述第三關(guān)節(jié)； 所述第四關(guān)節(jié)的最外層的伸縮臂的第一端連接于所述第一關(guān)節(jié)的固定座，所述第二關(guān)節(jié)的最內(nèi)層的伸縮臂的第二端連接于所述第五關(guān)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第二電機(jī)組件的電機(jī)末端設(shè)置有第二編碼器； 和/或； 所述最內(nèi)側(cè)或最外側(cè)的伸縮臂上設(shè)置有感應(yīng)器，所述電機(jī)組件的支撐架上設(shè)置有接近開關(guān)，所述感應(yīng)器和所述接近開關(guān)用于初始位置、終止位置的標(biāo)定和限位保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第三關(guān)節(jié)或第五關(guān)節(jié)包括: 第二固定座，蝸輪蝸桿副、通過鏈條驅(qū)動所述蝸輪蝸桿副的蝸桿的第三電機(jī)組件、與所述蝸輪蝸桿副的蝸輪同軸連接且穿設(shè)在所述第二固定座腔體內(nèi)的轉(zhuǎn)動軸； 所述第三關(guān)節(jié)的第二固定座與第二關(guān)節(jié)可拆卸式的連接，所述第三關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸上設(shè)有所述第一探頭； 所述第五關(guān)節(jié)的第二固定座與第四關(guān)節(jié)可拆卸式的連接，所述第五關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸上設(shè)有所述第二探頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動軸通過軸承與所述第二固定座相連，所述軸承采用多層油封進(jìn)行密封和/或所述固定座的腔體內(nèi)充有氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第三關(guān)節(jié)或第五關(guān)節(jié)還包括具有兩個(gè)第二同步帶輪及同步帶的第二同步帶輪機(jī)構(gòu)和第三編碼器；所述轉(zhuǎn)動軸通過所述第二同步帶輪機(jī)構(gòu)的一個(gè)第二同步帶輪連接所述第三編碼器； 和/或； 所述第三電機(jī)組件的電機(jī)末端設(shè)置有第四編碼器。
10.一種檢測機(jī)器人，其特征在于，所述檢測機(jī)器人包括所述1-9中的任一項(xiàng)所述的機(jī)械臂； 所述檢測機(jī)器人還包括:可沿自身軸向伸縮的主立柱、一端連接于所述主立柱且另一端可拆卸地連接于被測試的壓力容器上的至少兩個(gè)支撐腿、一端與所述第一關(guān)節(jié)可拆卸式的連接且另一端與所述主立柱的下部相連并繞所述主立柱的軸向旋轉(zhuǎn)的主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)； 所述主立柱的中軸線與被測試的壓力容器的軸心線相重合；所述第二關(guān)節(jié)在所述第一關(guān)節(jié)輸出軸的帶動下繞一垂直于所述主立柱軸向的方向擺動。
【文檔編號】B25J18/04GK104015199SQ201410233696
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】吳健榮, 洪茂成, 馬官兵, 王賢彬, 王可慶, 田浩志, 朱傳雨, 李明, 林戈, 陳懷東 申請人:中廣核檢測技術(shù)有限公司, 蘇州熱工研究院有限公司, 中國廣核集團(tuán)有限公司