一种用于火炮身管检测的机械装置及其方法
阅读说明：本技术 一种用于火炮身管检测的机械装置及其方法 (Mechanical device and method for artillery barrel detection ) 是由 郝永平 曹昭睿 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：一种用于火炮身管检测的机械装置及其方法,所属机器人技术领域,装置包括沿膛线稳定前进的移动机构和搭载机构,移动机构和搭载机构的主体结构均为轴类零件,移动机构和搭载机构通过圆锥配合进行连接与固定；其中,移动机构包括第一步进电机、驱动套轮、支撑主轴、电源支撑套板、支撑套轮、齿轮套和弹簧,搭载机构包括第二步进电机、旋转套支撑轴、旋转套和滚动轴承。本发明的装置采用三爪定心结构驱动套轮和支撑套轮保证装置稳定行进,并结合弹簧机构,在整体装置运动过程中极大减少装置振动,以保证装置轴线与火炮轴线一致,达到提高检测精度的效果。(A mechanical device and method for artillery barrel detection belongs to the technical field of robots, and comprises a moving mechanism and a carrying mechanism which stably advance along rifling, wherein the main structures of the moving mechanism and the carrying mechanism are shaft parts, and the moving mechanism and the carrying mechanism are connected and fixed through conical matching; the moving mechanism comprises a first stepping motor, a driving sleeve wheel, a supporting main shaft, a power supply supporting sleeve plate, a supporting sleeve wheel, a gear sleeve and a spring, and the carrying mechanism comprises a second stepping motor, a rotating sleeve supporting shaft, a rotating sleeve and a rolling bearing. The device adopts a three-jaw centering structure to drive the sleeve wheel and the supporting sleeve wheel to ensure that the device stably advances, and combines a spring mechanism to greatly reduce the vibration of the device in the movement process of the whole device so as to ensure that the axis of the device is consistent with the axis of the artillery and achieve the effect of improving the detection precision.)
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种特殊作业管道机器人机械装置及其方法，即一种用于火炮身管检测的机械装置及其方法。
背景技术
火炮是现在战争中最重要的常规武器，其中，身管是火炮的重要组成部分，身管内膛的阴线、阳线及表面质量直接影响到弹丸的射程、精度及威力，因此对火炮身管各参数进行检测十分重要。
随着现代检测技术的提升，检测方式的多样化，各种前沿的检测方式也在军事领域开始应用。火炮内膛作为一种至关重要的检测目标，其检测便捷度及精确性都对国家军事实力有着极其重要的影响。检测过程中机械装置的稳定性对最终结果的精度影响重大，因此检测系统机械装置的创新与改进意义非凡。
火炮身管为内膛表面复杂的类管道零件，因此在火炮检测中该技术主要集中在管道机器人运动方式的针对性改进。管道机器人是一种携带有一种或多种传感器且自身结构能使其在管道内自动行走的机械系统，机器人通过工作人员或计算机的控制，能在管道内实现一系列管道作业。由于火炮内膛表面存在大量规则的螺旋槽，常规的管道机器人运动方式会产生一定的振动，影响炮膛检测的准确性，因此针对该特殊情况的运动方式改进有着极为重要的意义。
发明内容
为了减少火炮检测过程中由于机械装置所带来的检测误差，本发明提出一种用于火炮身管检测的机械装置，采用三爪定心结构驱动套轮和支撑套轮保证装置稳定行进，并结合弹簧机构，在整体装置运动过程中极大减少装置振动，以保证装置轴线与火炮轴线一致，达到提高检测精度的效果。其具体技术方案如下：
一种用于火炮身管检测的机械装置，包括沿膛线稳定前进的移动机构1和搭载机构2，所述移动机构1和搭载机构2的主体结构均为轴类零件，移动机构1和搭载机构2通过圆锥配合进行连接与固定；
所述移动机构1包括第一步进电机12、驱动套轮13、支撑主轴11、电源支撑套板15、支撑套轮14、齿轮套17和弹簧16；所述齿轮套17、支撑套轮14、电源支撑套板15和驱动套轮13依次沿支撑主轴11轴向设置，所述驱动套轮13和支撑套轮14与电源支撑套板15间分别由弹簧16连接；所述第一步进电机12固定连接在驱动套轮13上；如图1所示；
所述搭载机构2包括第二步进电机20、旋转套支撑轴21、旋转套22和滚动轴承23；所述旋转套支撑轴21通过锥孔与支撑主轴11首端连接并由螺母固定；所述旋转套22与旋转套支撑轴21由滚动轴承23相连，所述第二步进电机20通过电机固定套25固定在旋转套22首端，所述第二步进电机20的主轴上设置有旋转套齿轮24，所述旋转套齿轮24与齿轮套17啮合；如图2所示；
另外，本发明提供的上述技术方案还具有如下技术特征：
上述技术中，所述驱动套轮13包括第一固定环130、第一移动环131、第一连接杆132、驱动轮座133、驱动轮134、第一带轮135和第二带轮136；3个所述驱动轮134绕支撑主轴11为120°均布并进行一定角度旋转，3个所述驱动轮134与3个所述第一步进电机12分别由3个所述驱动轮座133固定；3个所述驱动轮134的轮面设置有沟槽，沟槽与火炮膛线阳线啮合，用于电机驱动使火炮身管检测的机械装置沿膛线行走，减少机械运动时产生的振动；3个所述驱动轮13分别设置有第一带轮135，3个所述第一步进电机12分别设置有第二带轮136，3个所述第一带轮135与3个所述第二带轮136通过传送带连接；所述第一固定环130的中间部位均直接与支撑主轴11螺纹配合连接；所述第一固定环130的两端与驱动轮座133的一端相连；所述驱动轮座133的另一端通过第一连接杆132与第一移动环131相连；所述第一移动环131与支撑主轴11的轴孔连接，并未固定；如图3所示；
上述技术中，所述支撑套轮14包括二固定环140、第二移动环141、第二连接杆142、支撑轮座143和支撑轮144；3个所述支撑轮144绕支撑主轴11为120°均布并进行一定角度旋转，3个所述支撑轮144分别由3个所述支撑轮座143固定；3个所述支撑轮144的轮面设置有沟槽，沟槽与火炮膛线阳线啮合；所述第二固定环140的中间部位均直接与支撑主轴11螺纹配合连接；所述第二固定环140的两端与支撑轮座143的一端相连；所述支撑轮座143的另一端通过第二连接杆142与第二移动环141相连；所述第二移动环141与支撑主轴11的轴孔连接，并未固定；如图3所示；
上述技术中，所述驱动套轮13为自动定心；
上述技术中，所述支撑套轮14为自动定心；
上述技术中，所述第一连接杆132、驱动轮座133、驱动轮134、第一带轮135及第二带轮136均沿支撑主轴11轴线120°均布；
上述技术中，所述第一连接杆142、支撑轮座143、支撑轮144、均沿支撑主轴11轴线120°均布；
上述技术中，所述电源支撑套板15包括两个固定环，两个固定环通过螺纹连接并固定在支撑主轴11上；所述第一移动环131通过弹簧16与电源支撑套板15连接，在运动过程中，第一移动环131受力使驱动轮134在运动时紧压火炮阳线；
上述技术中，所述旋转套22通过滚动轴承23与旋转套支撑轴21配合，在整体机械装置进行检测时实现旋转运动。
一种用于火炮身管检测的方法，采用上述一种用于火炮身管检测的机械装置，包括如下步骤：
步骤1：将整体装置放入火炮内，并保证驱动轮134和支撑轮144的轮面与膛线啮合；
步骤2：启动第一步进电机12，第一步进电机12通过第一带轮135、第二带轮136带动驱动轮134转动，使装置沿火炮膛线螺旋前进；
步骤3：当运动到需检测位置时，第一步进电机12停止工作，装置停止位移；
步骤4：启动第二步进电机20，第二步进电机20驱动旋转套齿轮24与齿轮套17啮合工作，使旋转套22绕旋转套支撑轴21转动，完成检测工作。
本发明的一种用于火炮身管检测的机械装置及其方法，与现有技术相比，有益效果为：
一、本发明装置的驱动套轮和支撑套轮均为三爪定心结构，同时由弹簧提供的弹力可保证各轮与火炮内膛产生一定量压力，具有一定柔性。针对火炮膛线复杂的情况，对各轮的安装位置及轮本身进行优化设计，使其与火炮膛线啮合，在整体装置运动过程中极大减少装置振动，尽量保证整体装置轴线与火炮轴线一致，检测精度可提高30％以上。
二、本发明的用于火炮身管检测的机械装置，使用简单方便，检测速度快且稳定，具有良好的可实现性。
附图说明
图1为本发明一种用于火炮身管检测的机械装置的整体结构示意图；
图2为本发明一种用于火炮身管检测的机械装置的搭载机构示意图；
图3为本发明一种用于火炮身管检测的机械装置的移动机构示意图。
图中：1-移动机构，2-搭载机构，11-支撑主轴，12-第一步进电机，13-驱动套轮，14-支撑套轮，15-电源支撑套板，16-弹簧、17-齿轮套，20-第二步进电机，21-旋转套支撑轴，22-旋转套，23-滚动轴承，24-旋转套齿轮，25-电机固定套，130-第一固定环，131-第一移动环，132-第一连接杆，133-驱动轮座，134-驱动轮，135-第一带轮，136-第二带轮，140-第二固定环，141-第二移动环，142-第二连接杆，143-支撑轮座，144-支撑轮。
具体实施方式
下面结合具体实施案例和附图1-3对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
一种用于火炮身管检测的机械装置，包括沿膛线稳定前进的移动机构1和搭载机构2，所述移动机构1和搭载机构2的主体结构均为轴类零件，移动机构1和搭载机构2通过圆锥配合进行连接与固定；
所述移动机构1包括第一步进电机12、驱动套轮13、支撑主轴11、电源支撑套板15、支撑套轮14、齿轮套17和弹簧16；所述齿轮套17、支撑套轮14、电源支撑套板15和驱动套轮13依次沿支撑主轴11轴向设置，所述驱动套轮13和支撑套轮14与电源支撑套板15间分别由弹簧16连接；所述第一步进电机12固定连接在驱动套轮13上；如图1所示；
所述驱动套轮13为自动定心；所述驱动套轮13包括第一固定环130、第一移动环131、第一连接杆132、驱动轮座133、驱动轮134、第一带轮135和第二带轮136；3个所述驱动轮134绕支撑主轴11为120°均布并进行一定角度旋转，3个所述驱动轮134与3个所述第一步进电机12分别由3个所述驱动轮座133固定；3个所述驱动轮134的轮面设置有沟槽，沟槽与火炮膛线阳线啮合，用于电机驱动使火炮身管检测的机械装置沿膛线行走，减少机械运动时产生的振动；3个所述驱动轮13分别设置有第一带轮135，3个所述第一步进电机12分别设置有第二带轮136，3个所述第一带轮135与3个所述第二带轮136通过传送带连接；所述第一固定环130的中间部位均直接与支撑主轴11螺纹配合连接；所述第一固定环130的两端与驱动轮座133的一端相连；所述驱动轮座133的另一端通过第一连接杆132与第一移动环131相连；所述第一移动环131与支撑主轴11的轴孔连接，并未固定；所述第一连接杆132、驱动轮座133、驱动轮134、第一带轮135及第二带轮136均沿支撑主轴11轴线120°均布；如图3所示；
所述支撑套轮14为自动定心；所述支撑套轮14包括二固定环140、第二移动环141、第二连接杆142、支撑轮座143和支撑轮144；3个所述支撑轮144绕支撑主轴11为120°均布并进行一定角度旋转，3个所述支撑轮144分别由3个所述支撑轮座143固定；3个所述支撑轮144的轮面设置有沟槽，沟槽与火炮膛线阳线啮合；所述第二固定环140的中间部位均直接与支撑主轴11螺纹配合连接；所述第二固定环140的两端与支撑轮座143的一端相连；所述支撑轮座143的另一端通过第二连接杆142与第二移动环141相连；所述第二移动环141与支撑主轴11的轴孔连接，并未固定；所述第一连接杆142、支撑轮座143、支撑轮144、均沿支撑主轴11轴线120°均布；如图3所示；
所述搭载机构2包括第二步进电机20、旋转套支撑轴21、旋转套22和滚动轴承23；所述旋转套支撑轴21通过锥孔与支撑主轴11首端连接并由螺母固定；所述旋转套22与旋转套支撑轴21由滚动轴承23相连，所述第二步进电机20通过电机固定套25固定在旋转套22首端，所述第二步进电机20的主轴上设置有旋转套齿轮24，所述旋转套齿轮24与齿轮套17啮合；如图2所示；
上述技术中，所述电源支撑套板15包括两个固定环，两个固定环通过螺纹连接并固定在支撑主轴11上；所述第一移动环131通过弹簧16与电源支撑套板15连接，在运动过程中，第一移动环131受力使驱动轮134在运动时紧压火炮阳线；
上述技术中，所述旋转套22通过滚动轴承23与旋转套支撑轴21配合，在整体机械装置进行检测时实现旋转运动。
一种用于火炮身管检测的方法，采用上述一种用于火炮身管检测的机械装置，包括如下步骤：
步骤1：将整体装置放入火炮内，并保证驱动轮134和支撑轮144的轮面与膛线啮合；
步骤2：启动第一步进电机12，第一步进电机12通过第一带轮135、第二带轮136带动驱动轮134转动，使装置沿火炮膛线螺旋前进；
步骤3：当运动到需检测位置时，第一步进电机12停止工作，装置停止位移；
步骤4：启动第二步进电机20，第二步进电机20驱动旋转套齿轮24与齿轮套17啮合工作，使旋转套22绕旋转套支撑轴21转动，完成检测工作。
本实施例将整体装置放入火炮内，需保证轮面与膛线啮合。第一步进电机12通过第一带轮135、第二带轮136带动驱动轮134转动，使装置沿火炮膛线螺旋前进。当运动到需检测位置时，第一步进电机12停止工作，装置停止位移；然后第二步进电机20开始工作，驱动旋转套齿轮24与齿轮套17啮合工作，使旋转套22绕旋转套支撑轴21转动，完成检测工作，本实施例在同样的检测环境下，与现有检测技术相比，更稳定，检测精度比现有技术提高了35％。
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