[0042] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
[0043] 如图1-15所示，本发明提供了一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，具体包括自驱履带组件1、自适应组件2、导杆支撑组件3、光电测量/加工组件4、动态聚焦组件5和光纤转接头6。所述自驱履带组件1和自适应组件2均设置有三组，每组自驱履带组件1均通过对应的自适应组件2设置在导杆支撑组件3上，相邻两组自驱履带组件1之间的夹角为120度。每组自适应组件2均包括两个相对设置的自适应连杆，所述自适应连杆呈“人”字形，“人”字形顶部与自驱履带组件1相连，“人”字形底部固定安装在导杆支撑组件3上，所述光电测量/加工组件4设置在导杆支撑组件3的前端，所述光纤转接头6设置在导杆支撑组件3的后端。所述动态聚焦组件5定位安装在导杆支撑组件3的内部。
[0044] 具体的讲，所述自驱履带组件1包括自驱组件101和桁架组件102，自驱组件101安装固定在桁架组件102上。
[0045] 所述桁架组件102包括左板10201、右板10202和四根第一棱柱连接杆10203，四根第一棱柱连接杆10203安装在左板10201与右板10202之间，使得左板10201与右板10202相互平行位置相对。左板10201和右板10202的两端均设置有一个位置对应的轴承安装孔，左板10201和右板10202的中部均设置有两个位置对应的连杆安装孔。
[0046] 所述自驱组件101包括防滑履带103、减速电机10101、减速电机支架10102、主动锥齿轮10103、从动锥齿轮10104、第一深沟球轴承10105、第一阶梯轴10106、限位法兰10107、第一同步轮10108、第二同步轮10109、同步带10110、凸轮轴承导向器10111、第三同步轮10112、第二深沟球轴承10113、第四同步轮10114和第二阶梯轴10115。减速电机10101通过减速电机支架10102安装在左板10201上，主动锥齿轮10103与从动锥齿轮10104组成一对啮合齿轮副，分别与减速电机10101的输出轴和第一阶梯轴10106同轴装配；第一同步轮10108通过两个限位法兰10107固定安装在第一阶梯轴10106上，第一阶梯轴10106的两端通过两个第一深沟球轴承10105安装在左板10201和右板10202中。
[0047] 第二同步轮10109、同步带10110、凸轮轴承导向器10111、第三同步轮10112共同组成动力传递组件，其中第二同步轮10109与第三同步轮10112分别同轴装配在第一阶梯轴10106与第二阶梯轴10115的同侧，凸轮轴承导向器10111安装在右板10202中部螺纹孔处，对同步带10110起到张紧作用，第四同步轮10114固定安装在第二阶梯轴10115中间，第二阶梯轴10115的两端通过两个第二深沟球轴承10113安装在左板10201和右板10202中。
[0048] 防滑履带103缠绕在第一同步轮10108和第四同步轮10114上，第一同步轮10108转动的同时带动防滑履带103运动。
[0049] 所述自适应连杆呈“人”字形，其具体包括定位轴201、两个锁紧螺母202、两根第一连杆203、两根第二连杆204、两个轴承座205、连接轴206和直线轴承座207。定位轴201的两端分别与左板10201和右板10202上位置对应的两个连杆安装孔同轴装配，并通过两个锁紧螺母202实现锁紧。
[0050] 两根第一连杆203相互平行，两根第一连杆203的一端均与定位轴201同轴装配，另一端均与连接轴206同轴装配。两根第二连杆204相互平行，两根第二连杆204的一端均对应安装在一根第一连杆203上，并与第一连杆203的中间通孔同轴配合装配，另一端均安装在导杆支撑组件3上。连接轴206通过两个轴承座205安装在直线轴承座207的上表面。
[0051] 所述导杆支撑组件3包括两个限位卡件301、刚性压簧302、导向轴303、支撑轴304、橡胶限位套305、光轴固定环306、第一连杆法兰底座307、第二棱柱连接杆308和第二连杆法兰底座309。
[0052] 所述第一连杆法兰底座307和第二连杆法兰底座309结构相同，表面均设置有三组连接孔，每组连接孔均用于与自适应连杆中的第二连杆204通过销轴配合连接。
[0053] 所述支撑轴304为空心轴，其穿过第一连杆法兰底座307和第二连杆法兰底座309中部的通孔，并通过一对光轴固定环306定位。两个限位卡件301分别同轴安装在支撑轴304的两端。支撑轴304的上表面沿轴向方向设置有一开口槽3041。第一连杆法兰底座307与第二连杆法兰底座309之间通过多根第二棱柱连接杆308实现等距平行连接。所述光纤转接头6设置在支撑轴304后端，并通过自锁装置实现同轴装配。
[0054] 导向轴303共有三根，围绕支撑轴304均匀设置，并与第一连杆法兰底座307、第二连杆法兰底座309、限位卡件301上的定位通孔同轴配合。每根导向轴303上均安装有两组橡胶限位套305与刚性压簧302。自适应连杆中的直线轴承座207安装在导向轴303上，并与刚性压簧302抵接。
[0055] 所述光电测量/加工组件4包括方形安装架401、电机驱动组件402和共轴激光测量与加工装置403。
[0056] 所述方形安装架401呈中空的长方体结构，其前后方中心分别设有第一通孔40104与第二通孔40102，环绕第二通孔40102均匀设置三个定位孔40101，其侧前方对称设置了2个螺纹孔40103。所述方形安装架401通过穿过三个定位孔40101的螺栓固定安装在导杆支撑组件3上，并使得第二通孔40102与支撑轴304的空心孔位置相对。
[0057] 所述电机驱动组件402包括电机40201、电机支架40202、驱动齿轮40203，驱动齿轮40203与电机40201的转轴同轴装配。电机40201通过电机支架40202安装在方形安装架401侧面。
[0058] 所述共轴激光测量与加工装置403包括螺纹轴40301、圆螺母40302、角接触球轴承40303、从动齿轮40304、U形法兰座40305、45°反射镜40306、U形安装座40307、无线CCD相机
40308和CCD相机安装架40309。
[0059] 所述螺纹轴40301两端均设有外螺纹，中间为空心光轴，且轴外侧设有一道直通矩形凹槽。所述螺纹轴40301的空心部分与支撑轴304的空心孔位置相对，且轴线重合。圆螺母40302、角接触球轴承40303及从动齿轮40304依次安装在螺纹轴40301上，角接触球轴承
40303的外圈与第一通孔40104的内壁同轴配合，从动齿轮40304通过键槽配合固定在螺纹轴40301中部，并与驱动齿轮40203互相啮合，所述U形法兰座40305一侧开有内螺纹通孔
403052，并与螺纹轴40301通过螺纹配合实现装配，另一侧设有通槽403053，在其侧面开有两个第三通孔403054，U形安装座40307置于通槽403053内，并与两侧的第三通孔403054同轴配合安装，无线CCD相机40308与CCD相机安装架40309固定安装在U形安装座40307一侧，
45°反射镜40306固定安装在U形安装座40307另一侧。
[0060] 所述动态聚焦组件5包括第一轴向法兰轴承座501、丝杠502、转接方形卡件503、丝杠螺母座504、延伸轴505、聚焦透镜506、第二轴向法兰轴承座507、膜片联轴器508、电机支座509和镜片电机510，所述丝杠502、转接方形卡件503、丝杠螺母座504、膜片联轴器508、镜片电机510同轴配合安装，组成线性移动动力输出装置。所述第一轴向法兰轴承座501和第二轴向法兰轴承座507的上下两端均设置有通孔，丝杠502的两端支撑安装在第一轴向法兰轴承座501和第二轴向法兰轴承座507的上端通孔中；所述第一轴向法兰轴承座501和第二轴向法兰轴承座507均通过下端通孔套装在支撑轴304上，与支撑轴304同轴配合，并通过底部的定位螺纹孔实现锁紧；聚焦透镜506通过延伸轴505安装在转接方形卡件503上，通过支撑轴304上表面的开口槽3041伸入支撑轴304的内部空腔内，并在空间位置上与支撑轴304同轴。在线性移动动力输出装置的驱动下聚焦透镜506可在支撑轴304的内部空腔内沿着支撑轴304的轴线移动实现动态调整焦距。
[0061] 上述一种自适应异形管道光电测量机器人的工作原理和过程为：
[0062] 当自适应异形管道光电测量机器人进入管道后，三组防滑履带103接触管道内壁，由三组减速电机10101提供动力输出使机器人沿管道内壁行进。在机器人行进过程中，当管道内径发生变化时，自适应连杆与刚性弹簧302之间的作用力会发生变化，进而改变刚性弹簧302的压缩形变，使得第一连杆203与第二连杆204夹角发生变化，进而使得机器人的径向高度发生变化，实现机器人高度的自适应调整。
[0063] 由于每组自适应连杆相对独立，因此当机器人行进在复杂变化管径的管道内可实现防滑履带103与管道内壁接触自适应调整，有效提高了可通过性。
[0064] 光电测量/加工组件4设置在机器人的前端，激光束(测量激光束或加工激光束)由外部的激光器输出后，经过光学变换与耦合后，进入传输光纤，传输光纤与空心的支撑轴304的后端通过光纤转接头6连接，使得激光束依次穿过支撑轴304的空心孔、方形安装架
401的第二通孔40102与螺纹轴40301的空心孔，作用在45°反射镜40306上，经45°反射镜
40306的反射后，激光束照射在管道内壁上，同时在电机驱动组件402作用下，共轴激光测量与加工装置403可环绕中心360°匀速旋转，使激光束随之在管道内壁上360°移动。对于测量激光束而言，一般为经过精确周期调制的脉冲激光束，其经由管壁面漫反射的一部分激光将由设置在前方的无线CCD相机40308同步接收，通过协调控制器(同时连接激光器与无线CCD相机，同步控制二者的时钟信号)可获取任意某个脉冲测量激光束从激光器输出至无线CCD相机接收到管壁面反射激光信号的时间差，从而可计算得到该脉冲测量激光束从激光器输出至无线CCD相机的光程，由于从激光器输出至共轴激光测量与加工装置403的最后反射输出镜面的光程是固定值，因此可计算获得脉冲测量激光束从共轴激光测量与加工装置
403的最后反射输出镜面经管道内壁再返回无线CCD相机的光程，从而通过360°旋转扫描并通过系统计算后可获得管道内的径向尺寸信息，结合管道机器人的轴向行进运动，可获得行进过程管道内的所有径向尺寸信息，并建立管道的内壁三维模型。
[0065] 对于加工激光束而言，加工激光束的传输光路与测量加工束相同(即二者共轴)，在空心的支撑轴304的内部设置有可轴线移动的聚焦透镜506，使得加工激光束从聚焦透镜506至管壁之间的光程等于聚焦透镜焦距(即保持加工激光束聚焦于管壁面上，由于是异形管壁面，故加工过程中需动态调节聚焦透镜的轴向位置)，通过协调调节加工激光束的能量密度和管道机器人的行进速度，可实现管壁面的各种激光加工(如热处理、清洗、焊接等)；
并且在加工过程中，无线CCD相机作为同步监视器，可以实时反馈加工现场信息。本发明是一种自适应异形管道光电测量与加工一体化机器人，即是指可以通过编程，灵活、快速切换该装置的测量与加工功能，协调完成异形管道的在线实时测量与激光加工。
[0066] 本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
