阅读说明：本技术 一种炮管内膛线检测机器人及检测方法 (Gun barrel bore line detection robot and detection method ) 是由 乔晋崴 刘娜 任锐 于 2020-11-19 设计创作，主要内容包括：一种炮管内膛线检测机器人及检测方法,包括驱动机构、检测机构和连接机构Ⅰ,驱动机构包括支架Ⅰ,支架I周向布置有多个驱动轮,每个驱动轮可在动力机构Ⅰ的驱动下旋转,每个动力机构Ⅰ可在动力机构Ⅱ的驱动下摆动,每个动力机构Ⅱ与支架Ⅰ可转动连接；检测机构包括支架Ⅱ,支架Ⅱ周向设置有多个位移传感器Ⅰ,每个位移传感器Ⅰ连接有摆动机构,摆动机构的上端与连接轴Ⅱ可转动连接,连接轴Ⅱ转动连接有检测轮；连接机构Ⅰ包括连接轴Ⅰ和连接轴Ⅱ,连接轴Ⅰ和连接轴Ⅱ滑动连接,连接轴Ⅰ的轴肩和连接轴Ⅱ的轴肩通过连接弹簧Ⅰ连接,连接轴Ⅰ与支架Ⅰ可转动连接,所述连接轴Ⅱ与支架Ⅱ可转动连接,提高了检测效率和检测效果。(A robot for detecting an inner bore line of a gun barrel and a detection method comprise a driving mechanism, a detection mechanism and a connecting mechanism I, wherein the driving mechanism comprises a support I, a plurality of driving wheels are circumferentially arranged on the support I, each driving wheel can rotate under the driving of a power mechanism I, each power mechanism I can swing under the driving of a power mechanism II, and each power mechanism II is rotatably connected with the support I; the detection mechanism comprises a support II, a plurality of displacement sensors I are circumferentially arranged on the support II, each displacement sensor I is connected with a swinging mechanism, the upper end of each swinging mechanism is rotatably connected with a connecting shaft II, and the connecting shaft II is rotatably connected with a detection wheel; coupling mechanism I includes connecting axle I and connecting axle II, and II sliding connection of connecting axle I and connecting axle, the shoulder of connecting axle I and the shoulder of connecting axle II pass through coupling spring I to be connected, connecting axle I and I rotatable coupling of support, connecting axle II and II rotatable coupling of support have improved detection efficiency and detection effect.)

一种炮管内膛线检测机器人及检测方法

技术领域

本发明涉及管道内机器人的技术领域，尤其涉及一种炮管内膛线检测机器人及检测方法。

背景技术

在军事领域中坦克舰船的使用，对提高我国军事力量和国防能力起到了无可比拟的作用，而坦克舰船的主要威慑力就来源于其发射的炮弹，炮管是炮弹发射的直接载体，因此炮管的安全性检测在军队后勤中占有极其重要的位置。在炮管的使用过程中会不可避免地出现炮弹摩擦后的碎屑残留，局部形变裂纹等问题，这些明显或者潜在的问题如果在后勤保养时没有被及时发现和解决，在战斗过程中极有可能发生炮弹计算轨迹出错，距离出错甚至炸膛等危险，对军队人员的生命安全产生威胁。

现有的膛线检测装置中，公开号为CN110553556A的专利公开了一种枪弹膛线表面痕迹的激光检测装置，该发明真实记录了阳膛线边缘变化的形态，但由于其使用的是金刚石触针测头，采用数字伺服控制测头进入，测头无法保持居中，并且对大型炮管的适应性较差。公开号为CN110976449A的专利公开了一种自适应管径的管道内机器人，但其轮臂无法旋转，因此不能适应膛线曲率，无法在膛线中行走。公开号为CN109483561A的专利中公开了一种模块化支撑履带式机器人，虽然可以在阳线上方自由行走，但履带与管道无法完全接触，履带经过膛线造成的机器拍摄的不稳定问题仍然存在。公开号为CN105715905A的专利中公开了一种螺旋行走方式的机器人，该机器人采用螺旋方式前进，不易偏移或侧翻，但其在膛线中行走时与膛线接触的颠簸问题仍然无法解决。

因此，目前为止直接在膛线中行走的机器人还没有实现，多数机器人只能在光滑或者非光滑的平坦路面上行走，而难以跨越凸起障碍，在布满膛线的炮管中更是难以前行，机器人所能跨越障碍的高度受到其行走单元尺寸，装置核心尺寸，重心位置，及其与地形之间的摩擦等多种影响，如现有的螺旋前进式机器人就只能通过平坦的管道内部，现有的轮式机器人，机身和轮臂无法自己旋转，无法在膛线内前进。这就是现有技术的不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种炮管内膛线检测机器人及检测方法，所述检测机器人可以在膛线中行走，提高了检测效率和检测效果。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种炮管内膛线检测机器人，包括驱动机构、检测机构以及用于连接驱动机构和检测机构的连接机构Ⅰ，所述驱动机构包括支架Ⅰ，所述支架I周向布置有多个驱动轮，每个驱动轮可在动力机构Ⅰ的驱动下旋转，每个动力机构Ⅰ可在动力机构Ⅱ的驱动下摆动，每个动力机构Ⅱ与支架Ⅰ可转动连接；所述检测机构包括支架Ⅱ，所述支架Ⅱ周向设置有多个位移传感器Ⅰ，每个位移传感器Ⅰ连接有摆动机构，所述摆动机构的上端与连接轴Ⅱ可转动连接，所述连接轴Ⅱ转动连接有检测轮；所述连接机构Ⅰ包括连接轴Ⅰ和连接轴Ⅱ，所述连接轴Ⅰ和连接轴Ⅱ滑动连接，所述连接轴Ⅰ的轴肩和连接轴Ⅱ的轴肩通过连接弹簧Ⅰ连接，所述连接轴Ⅰ与支架Ⅰ可转动连接，所述连接轴Ⅱ与支架Ⅱ可转动连接。

优选的，所述检测机构的另一端通过连接机构Ⅱ与测速机构连接，所述测速机构包括支架Ⅲ，所述支架Ⅲ周向设置有多个测速轮，每个测速轮固定设置在转动轴Ⅱ上，每个转动轴Ⅱ的另一端固定连接有速度传感器，所述传动轴Ⅱ与连杆Ⅵ转动连接，每个连杆Ⅵ在动力机构Ⅲ的作用下摆动，每个动力机构Ⅲ与支架Ⅲ可转动连接，所述连接机构Ⅱ包括连接轴Ⅲ和连接轴Ⅳ，所述连接轴Ⅲ和连接轴Ⅳ滑动连接，所述连接轴Ⅲ的轴肩和连接轴Ⅳ的轴肩通过连接弹簧Ⅱ连接，所述连接轴Ⅲ与支架Ⅱ可转动连接，所述连接轴Ⅳ与支架Ⅲ可转动连接。

优选的，所述动力机构Ⅰ包括电机，所述电机固定设置在安装架上，所述电机通过减速机与驱动轴连接，所述驱动轴上固定设置有锥齿轮Ⅰ，所述锥齿轮Ⅰ啮合连接有锥齿轮Ⅱ，所述锥齿轮Ⅱ固定设置在连接轴Ⅰ上，所述驱动轮与连接轴Ⅰ固定连接，所述连接轴Ⅰ与安装架可转动连接，所述动力机构Ⅱ包括液压缸Ⅰ，所述液压缸Ⅰ的底部与支架Ⅰ通过轴承Ⅰ转动连接，所述液压缸Ⅰ的中部铰接有连杆Ⅰ，所述连杆Ⅰ的另一端与安装架的中部铰接，所述液压缸Ⅰ的伸缩杆铰接有连杆Ⅱ，所述连杆Ⅱ的另一端与安装架铰接。

优选的，所述支架Ⅱ上固定设置有摄像头，所述摄像头设置在位移传感器Ⅰ的后侧，所述连接轴Ⅱ为中空轴，所述连接轴Ⅱ内固定设置有位移传感器Ⅱ,所述摄像头、位移传感器Ⅰ和位移传感器Ⅱ均与主板连接，所述主板固定设置在支架Ⅱ上。

优选的，所述摆动机构包括连杆Ⅲ和连杆Ⅳ，所述位移传感器Ⅰ与连杆Ⅲ的一端铰接，所述连杆Ⅲ的另一端与连杆Ⅳ的一端铰接，所述连杆Ⅳ的另一端与支架Ⅱ铰接，所述连杆Ⅳ通过轴承Ⅱ与连接轴Ⅱ转动连接，所述连接轴Ⅱ与转动轴Ⅰ转动连接，所述检测轮固定设置在转动轴Ⅰ上。

优选的，所述连接轴Ⅱ上铰接有棘爪，所述转动轴Ⅰ上固定连接有与棘爪配合的外棘轮，使得检测轮只能单向旋转。

优选的，所述动力机构Ⅲ包括液压缸Ⅱ，所述液压缸Ⅱ的底端通过轴承Ⅲ与支架Ⅲ转动连接，所述液压缸Ⅱ的中部铰接有连杆Ⅴ，所述连杆Ⅴ的另一端与连杆Ⅵ铰接，所述液压缸Ⅱ的伸缩杆与连杆Ⅵ的中部铰接。

优选的，所述连接轴Ⅳ为中空轴，所述连接轴Ⅳ内固定设置有位移传感器Ⅲ，所述支架Ⅲ上固定设置有定位及无线传输装置，所述位移传感器Ⅲ、速度传感器、定位无线传输装置均与主板连接。

一种炮管内膛线检测方法，包括以下步骤：

步骤1：将检测机器人放入需要检测的炮管内，将驱动轮、检测轮和测速轮均嵌入其膛线阴线中；

步骤2：启动设备驱动机构，所述位移传感器Ⅰ一旦接收到位移变化，摄像头启动准备拍摄；

步骤3：所述连接机构Ⅰ和连接机构Ⅱ不断接受位移变化，并把位移变化发送给检测人员，通过位移变化可得膛线螺旋升角是否出现问题；

步骤4：将摄像头拍摄内容发送至检测人员的检测设备中，进行具体情况检查。

进一步地，检测方法包括以下详细动作：

启动电机，所述电机带动减速器将转速控制在0.02m/s，所述锥齿轮Ⅰ啮合传动锥齿轮Ⅱ将扭矩传递给驱动轮，所述驱动轮紧压膛线阴线，通过滚动摩擦带检测机器人前进；

所述检测机器人前进过程中，所述驱动轮、检测轮和测速轮随膛线的螺旋升角变化被动微调方向，使驱动轮、检测轮和测速轮始终在膛线阴线内行走，同时保证检测机器人的同心度；

膛线螺旋升角变化过程中，连接机构Ⅰ和连接机构Ⅱ不断接收位移变化，并通过位移传感器Ⅱ和位移传感器Ⅲ将位移变化传输至主板处，由检测人员检测螺旋升角是否符合设计要求；

所述检测机器人前进过程中遇到膛线缺陷，检测轮会立即检测到径向位移，所述位移传感器Ⅰ捕获到轴向位移，在捕获到轴向位移后，位移传感器Ⅰ把信号传输至主板处，所述定位及无线传输装置也立即工作定位膛线出现缺陷的点的坐标并传输至主板处，主板控制摄像头进行缺陷的拍摄。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1.本发明所述身管内膛线检测机器人，解决了目前检测装置只能用内窥镜对膛线进行观察，效率低且人为失误不可避免的问题，通过其中部的物理接触式的膛线检测机构检测到位移变化之后，跟随其后的侧部摄像头进行拍摄，提高了效率和检测速度，极大程度的减小了人为失误的因素。

2.解决了膛线螺旋升角变化无法精密检测的问题，通过位移传感器Ⅱ和位移传感器Ⅲ，将螺旋升角的变化转化为位移量的变化，并通过位移量的变化检测螺旋升角是否符合设计要求。

3.解决了多数机器人只能在光滑或者非光滑的平坦路面上行走，在布满膛线的炮管中更是难以前行的问题，并且采用模块化设计，结构简单，便于保养，使机器人在平稳检测。

4.所述驱动机构和测速机构能够将检测机构支撑起来，保证检测机构的检测的灵敏度和精确度，所述测速机构上设置有速度传感器，当位移传感器Ⅰ接收到位移信号时，根据速度传感器的数值，延时启动摄像头，检测并拍摄膛线的缺陷。

5.所述驱动机构通过连接机构Ⅰ与检测机构连接，所述检测机构通过连接机构Ⅱ与测速机构连接，采用上述连接机构Ⅰ和连接机构Ⅱ，所述驱动轮、检测轮和测速轮均可随膛线曲率变化，随时被动变化使其前进不受影响，保证驱动机构、检测机构和测速机构在不同曲率膛线中前进时受到的扭转力被抵消。

6.所述测速机构上还设置有定位及无线传输装置，当位移传感器Ⅰ接收到位移信号时，定位及无线传输装置能够定位膛线缺陷处的坐标并将该坐标信号传输至主板。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为检测装置的立体结构示意图；

图2为检测装置的结构示意图；

图3为驱动机构的结构示意图；

图4为图3中A-A的剖视图；

图5为驱动机构的侧视结构示意图；

图6为检测机构的结构示意图；

图7为图6中B-B的剖视图；

图8为检测机构的测试结构示意图；

图9为测速机构的结构示意图；

图10为图9中C-C的剖视图；

图11为连接机构Ⅰ的结构示意图；

图12为图11中D-D的剖视图；

图13为连接机构Ⅱ的结构示意图；

图14为图13中E-E的剖视图。

图中：1-驱动机构，1.1-支架Ⅰ，1.2-轴承Ⅰ，1.3-液压缸Ⅰ，1.4-连杆Ⅰ，1.5-连杆Ⅱ，1.6-安装架，1.7-电机套筒，1.8-驱动轴，1.9-锥齿轮Ⅰ，1.10-锥齿轮Ⅱ，1.11-连接轴Ⅰ，1.12-驱动轮；2-检测结构，2.1-支架Ⅱ，2.2-直线位移传感器Ⅰ，2.3-转动轴Ⅰ，2.5-连杆Ⅲ，2.6-连杆Ⅳ，2.7-轴承Ⅱ，2.8-连接轴Ⅱ，2.9-外棘轮，2.10-棘爪，2.11-检测轮，2.12-连接件，2.13-主板，2.14-摄像头；3-测速机构，3.1-支架Ⅲ，3.2-轴承Ⅲ，3.3-液压缸Ⅱ，3.4-连杆Ⅴ，3.5-连杆Ⅵ，3.6-测速轮，3.7-速度传感器，3.8-定位及无线传输装置，3.9-转动轴Ⅱ；4-连接机构Ⅰ，4.1-连接轴Ⅰ，4.2-连接轴Ⅱ，4.3-连接弹簧Ⅰ，5-连接机构Ⅱ，5.1-连接轴Ⅲ，5.2-连接轴Ⅳ，5.3-连接弹簧Ⅱ。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

实施例1

如图所示，一种炮管内膛线检测机器人，包括驱动机构1、检测机构2以及用于连接驱动机构1和检测机构2的连接机构Ⅰ4，所述驱动机构1包括支架Ⅰ1.1，所述支架I1.1周向布置有多个驱动轮1.12，每个驱动轮1.12可在动力机构Ⅰ的驱动下旋转，每个动力机构Ⅰ可在动力机构Ⅱ的驱动下摆动，每个动力机构Ⅱ与支架Ⅰ1.1可转动连接；所述检测机构2包括支架Ⅱ2.1，所述支架Ⅱ2.1周向设置有多个位移传感器Ⅰ2.2，每个位移传感器Ⅰ2.2连接有摆动机构，所述摆动机构的上端与连接轴Ⅱ2.8可转动连接，所述连接轴Ⅱ2.8转动连接有检测轮2.11；所述连接机构Ⅰ4包括连接轴Ⅰ4.1和连接轴Ⅱ4.2，所述连接轴Ⅰ4.1和连接轴Ⅱ4.2滑动连接，所述连接轴Ⅰ4.1的轴肩和连接轴Ⅱ4.2的轴肩通过连接弹簧Ⅰ4.3连接，所述连接轴Ⅰ4.1与支架Ⅰ1.1可转动连接，所述连接轴Ⅱ4.2与支架Ⅱ2.1可转动连接。

所述检测机构2的另一端通过连接机构Ⅱ5与测速机构3连接，所述测速机构3包括支架Ⅲ3.1，所述支架Ⅲ3.1周向设置有多个测速轮3.6，每个测速轮3.6固定设置在转动轴Ⅱ3.9上，每个转动轴Ⅱ3.9的另一端固定连接有速度传感器3.7，所述传动轴Ⅱ3.9与连杆Ⅵ3.5转动连接，每个连杆Ⅵ3.5在动力机构Ⅲ的作用下摆动，每个动力机构Ⅲ与支架Ⅲ3.1可转动连接，所述连接机构Ⅱ5包括连接轴Ⅲ5.1和连接轴Ⅳ5.2，所述连接轴Ⅲ5.1和连接轴Ⅳ5.2滑动连接，所述连接轴Ⅲ5.1的轴肩和连接轴Ⅳ5.2的轴肩通过连接弹簧Ⅱ5.3连接，所述连接轴Ⅲ5.1与支架Ⅱ2.1可转动连接，所述连接轴Ⅳ5.3与支架Ⅲ3.1可转动连接。

所述动力机构Ⅰ包括电机，所述电机固定设置在安装架1.6上，所述电机通过减速机与驱动轴1.8连接，所述驱动轴1.8上固定设置有锥齿轮Ⅰ1.9，所述锥齿轮Ⅰ1.9啮合连接有锥齿轮Ⅱ1.10，所述锥齿轮Ⅱ1.10固定设置在连接轴Ⅰ1.11上，所述驱动轮1.12与连接轴Ⅰ1.11固定连接，所述连接轴Ⅰ1.11与安装架1.6可转动连接，所述动力机构Ⅱ包括液压缸Ⅰ1.3，所述液压缸Ⅰ1.3的底部与支架Ⅰ1.1通过轴承Ⅰ1.2转动连接，所述液压缸Ⅰ1.3的中部铰接有连杆Ⅰ1.5，所述连杆Ⅰ1.5的另一端与安装架1.6的中部铰接，所述液压缸Ⅰ1.3的伸缩杆铰接有连杆Ⅱ1.4，所述连杆Ⅱ1.4的另一端与安装架1.6铰接。

所述支架Ⅱ2.1上固定设置有摄像头2.14，所述摄像头2.14设置在位移传感器Ⅰ2.2的后侧，所述连接轴Ⅱ4.2为中空轴，所述连接轴Ⅱ4.2内固定设置有位移传感器Ⅱ,所述摄像头2.14、位移传感器Ⅰ2.2和位移传感器Ⅱ均与主板2.13连接，所述主板2.13固定设置在支架Ⅱ2.1上。

所述摆动机构包括连杆Ⅲ2.5和连杆Ⅳ2.6，所述位移传感器Ⅰ2.2与连杆Ⅲ2.5的一端铰接，所述连杆Ⅲ2.5的另一端与连杆Ⅳ2.6的一端铰接，所述连杆Ⅳ2.6的另一端与支架Ⅱ2.1铰接，所述连杆Ⅳ2.6通过轴承Ⅱ2.7与连接轴Ⅱ2.8转动连接，所述连接轴Ⅱ2.8与转动轴Ⅰ2.3转动连接，所述检测轮2.11固定设置在转动轴Ⅰ2.3上。

所述连接轴Ⅱ2.8上铰接有棘爪2.10，所述转动轴Ⅰ2.3上固定连接有与棘爪2.10配合的外棘轮2.9。设置有棘爪2.10和外棘轮2.9能够保证检测轮2.11朝着驱动的方向前行，不会发生反向转动。

所述动力机构Ⅲ包括液压缸Ⅱ3.3，所述液压缸Ⅱ3.3的底端通过轴承Ⅲ3.2与支架Ⅲ3.1转动连接，所述液压缸Ⅱ3.3的中部铰接有连杆Ⅴ3.4，所述连杆Ⅴ3.4的另一端与连杆Ⅵ3.5铰接，所述液压缸Ⅱ3.3的伸缩杆与连杆Ⅵ3.5的中部铰接。

所述连接轴Ⅳ5.2为中空轴，所述连接轴Ⅳ5.2内固定设置有位移传感器Ⅲ，所述位移传感器Ⅲ、速度传感器3.7均与主板2.13连接。

一种炮管内膛线检测方法，包括以下步骤：

步骤1：将检测机器人放入需要检测的炮管内，将驱动轮1.12、检测轮2.11和测速轮3.6均嵌入其膛线阴线中；

步骤2：启动设备驱动机构1，所述位移传感器Ⅰ2.2一旦接收到位移变化，摄像头2.14启动准备拍摄；

步骤3：所述连接机构Ⅰ4和连接机构Ⅱ5不断接受位移变化，并把位移变化发送给检测人员，通过位移变化可得膛线螺旋升角是否出现问题；

步骤4：将摄像头拍摄内容发送至检测人员的检测设备中，进行具体情况检查。

具体的，启动电机，所述电机带动减速器将转速控制在0.02m/s，所述锥齿轮Ⅰ1.9啮合传动锥齿轮Ⅱ1.10将扭矩传递给驱动轮1.12，所述驱动轮1.12紧压膛线阴线，通过滚动摩擦带检测机器人前进；

所述检测机器人前进过程中，所述驱动轮1.12、检测轮2.11和测速轮3.6随膛线的螺旋升角变化被动微调方向，使驱动轮1.12、检测轮2.11和测速轮3.6始终在膛线阴线内行走，同时保证检测机器人的同心度；

膛线螺旋升角变化过程中，连接机构Ⅰ4和连接机构Ⅱ5不断接收位移变化，并通过位移传感器Ⅱ和位移传感器Ⅲ将位移变化传输至主板处，由检测人员检测螺旋升角是否符合设计要求；

所述检测机器人前进过程中遇到膛线缺陷，检测轮2.11会立即检测到径向位移，所述位移传感器Ⅰ捕获到轴向位移，在捕获到轴向位移后，位移传感器Ⅰ把信号传输至主板处，主板控制摄像头进行缺陷的拍摄。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：在本实施例中，所述支架Ⅲ3.1上还固定设置有定位及无线传输装置3.8，所述定位无线传输装置3.8均与主板2.13连接。

所述检测机器人前进过程中遇到膛线缺陷，检测轮2.11会立即检测到径向位移，所述位移传感器Ⅰ捕获到轴向位移，在捕获到轴向位移后，位移传感器Ⅰ把信号传输至主板处，所述定位及无线传输装置3.8也立即工作定位膛线出现缺陷的点的坐标并传输至主板处，主板控制摄像头进行缺陷的拍摄。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点、创造性的特点相一致的最宽的范围。