一種自動拍照機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于身管檢測領(lǐng)域，具體涉及一種自動拍照機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的炮膛檢測絕大多數(shù)仍采用傳統(tǒng)的由光學(xué)望遠(yuǎn)系統(tǒng)組成的窺膛鏡進(jìn)行肉眼觀察，再憑借專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行觀差、判斷進(jìn)而確定炮膛內(nèi)損傷和修復(fù)的等級。這種方式主要依賴于主觀判斷，而不是客觀標(biāo)準(zhǔn)。因此測量結(jié)果精度低、誤差大，很難適應(yīng)現(xiàn)代化的火炮生產(chǎn)技術(shù)。可以設(shè)想，如果設(shè)計(jì)出一種設(shè)備來自動完成內(nèi)膛信息檢測的過程，再將檢測到的信息交由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和一系列算法處理，從而將測得的高精度數(shù)據(jù)與客觀建立起的炮膛內(nèi)部損傷與評定的客觀標(biāo)準(zhǔn)相對照，則可以準(zhǔn)確的給出炮膛的修復(fù)方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)處理圖片信息的算法越來越先進(jìn)，數(shù)據(jù)處理已經(jīng)不是難題，因此關(guān)鍵就是炮膛深孔內(nèi)部信息的獲得。這就要求設(shè)計(jì)出一種新的機(jī)電一體化設(shè)備，自動完成炮膛內(nèi)部信息的采集。而隨著電子技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用和自動控制理論、傳感器技術(shù)以及機(jī)器人技術(shù)的日趨成熟，使解決這一問題成為了可能。
[0003]為了解決這一問題，國內(nèi)有哈爾濱理工大學(xué)的研究人員做過相關(guān)的研究，其保證測量精度的設(shè)計(jì)思路為利用多爪支撐定心裝置實(shí)現(xiàn)預(yù)緊和定心。但其結(jié)構(gòu)的預(yù)緊采用的是壓簧，并不能保證任意口徑下對身管的有效壓力穩(wěn)定，更難以保證有效驅(qū)動。此外，其身管口徑適應(yīng)范圍是100mm——203mm，但是在實(shí)際測量的時(shí)候需要針對不同口徑的身管更換支撐臂和測頭，嚴(yán)格意義上來講這不能算是連續(xù)變徑，操作起來也相對麻煩。其設(shè)計(jì)的系統(tǒng)給出的設(shè)計(jì)參數(shù)是:整個(gè)裝置軸線與炮管內(nèi)膛軸線的同軸度不大于0.5_。而根據(jù)其檢測的技術(shù)指標(biāo):直線度測量精度0.1mm ;直徑測量精度:< 5 μ m而言，同軸度0.5mm的誤差已經(jīng)是直線測量精度的5倍，更是直徑測量精度的100倍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種自動拍照機(jī)器人，用于檢測身管內(nèi)部損傷情況。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種自動拍照機(jī)器人，包括機(jī)架，驅(qū)動機(jī)構(gòu)，變徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，拍照機(jī)構(gòu)，傳動機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和自動控制系統(tǒng)；機(jī)架兩端為空心圓柱，兩圓柱通過沿圓柱周向均勻分布的三根連桿連接，驅(qū)動機(jī)構(gòu)與機(jī)架的一端圓柱連接，變徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與機(jī)架的另一端圓柱連接，拍照機(jī)構(gòu)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，傳動機(jī)構(gòu)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，行走機(jī)構(gòu)一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，另一端與變徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接，自動控制系統(tǒng)固定在驅(qū)動機(jī)構(gòu)上；驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)外殼，第一步進(jìn)電機(jī)、后端蓋、驅(qū)動支架安裝平臺組成，第一電機(jī)外殼為無蓋盒體，底部設(shè)有凸臺，驅(qū)動支架安裝平臺為圓柱體，一端挖空；第一步進(jìn)電機(jī)固定在第一電機(jī)外殼內(nèi)，第一電機(jī)外殼的無蓋一端與后端蓋固定連接，另一端的凸臺處與驅(qū)動支架安裝平臺挖空一端螺紋連接，驅(qū)動支架安裝平臺另一端與機(jī)架固定連接；自動控制系統(tǒng)固定在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的第一電機(jī)外殼內(nèi)。
[0006]上述變徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括變徑支撐臂、變徑支撐臂支架、變徑連桿、變徑螺母、第二電機(jī)固定外殼、第二電機(jī)安裝外殼、調(diào)節(jié)彈簧、彈簧導(dǎo)桿、第二步進(jìn)電機(jī)和壓力傳感器；彈簧導(dǎo)桿為三層階梯桿，臺階面面積依次減小，第二步進(jìn)電機(jī)通過第二電機(jī)固定外殼固定在彈簧導(dǎo)桿大截面端，調(diào)節(jié)彈簧套在彈簧導(dǎo)桿另一端；第二電機(jī)安裝外殼中心設(shè)有階梯孔，上述彈簧導(dǎo)桿、調(diào)節(jié)彈簧組成的柔性調(diào)節(jié)裝置可以沿第二電機(jī)安裝外殼的孔內(nèi)滑動，形成間隙的孔軸配合；第二步進(jìn)電機(jī)帶有絲杠，沿周向均勻分布的三組變徑連桿的一端與第二步進(jìn)電機(jī)的伸出絲杠通過變徑螺母連接，另一端與變徑支撐臂鉸接；變徑支撐臂端部與變徑支撐臂支架鉸接，三組變徑支撐臂支架沿周向均勻固定在第二電機(jī)安裝外殼上；變徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的第二電機(jī)安裝外殼與機(jī)架固定連接，壓力傳感器設(shè)置在變徑支撐臂外壁，且遠(yuǎn)離變徑支撐臂支架的一側(cè)。
[0007]上述拍照機(jī)構(gòu)由第三步進(jìn)電機(jī)和相機(jī)組成，相機(jī)與第三步進(jìn)電機(jī)固定連接，第三步進(jìn)電機(jī)固定在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的后端蓋上。
[0008]上述傳動機(jī)構(gòu)包括第一傳動軸、平鍵、蝸桿、蝸輪、同步帶輪、驅(qū)動支撐臂、第一套筒、第二套筒、角接觸球軸承和驅(qū)動支撐臂支架；蝸桿與沿其圓周方向均勻分布的三個(gè)蝸輪，形成齒輪嚙合；第一傳動軸上依次布置第一套筒、蝸輪、同步帶輪、第二套筒，蝸輪與第一傳動軸通過平鍵連接，同步帶輪與第一傳動軸通過平鍵連接，蝸輪與同步帶輪軸向長度相加與第一傳動軸中段長度相等，同步帶輪另一端套在行走機(jī)構(gòu)上；第一套筒和第二套筒兩端分別通過角接觸球軸承軸向定位，兩個(gè)角接觸球軸承外側(cè)分別設(shè)有驅(qū)動支撐臂；三組驅(qū)動支撐臂支架的一端與驅(qū)動支撐臂一端活動連接，三組驅(qū)動支撐臂支架的另一端沿周向均勻固定在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動支架安裝平臺的端平面上，驅(qū)動支撐臂另一端與行走機(jī)構(gòu)連接；傳動機(jī)構(gòu)的蝸桿與驅(qū)動機(jī)構(gòu)的第一步進(jìn)電機(jī)通過平鍵連接。
[0009]行走機(jī)構(gòu)包括三組行走裝置和第二傳動軸；行走裝置包括兩個(gè)行進(jìn)輪和平行四邊形連桿組成，兩個(gè)行進(jìn)輪之間通過平行四邊形連桿鉸接，一個(gè)行進(jìn)輪靠近驅(qū)動機(jī)構(gòu)，另一個(gè)行進(jìn)輪靠近變徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，同步帶的另一端套在行走機(jī)構(gòu)的第二傳動軸上，驅(qū)動支撐臂另一端與行走機(jī)構(gòu)的第二傳動軸活動聯(lián)接；靠近傳動機(jī)構(gòu)一側(cè)的行進(jìn)輪套在第二傳動軸上，第二傳動軸上依次布置第一套筒、行進(jìn)輪、同步帶輪、第二套筒，行進(jìn)輪和同步帶輪與第二傳動軸通過平鍵連接，所述的行進(jìn)輪與同步帶輪軸向長度相加與第二傳動軸中段長度相等；第一套筒和第二套筒兩端分別通過角接觸球軸承軸向定位，角接觸球軸承外側(cè)設(shè)有驅(qū)動支撐臂；行走機(jī)構(gòu)的另一側(cè)行進(jìn)輪與變徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的變徑支撐臂鉸接。
[0010]自動控制系統(tǒng)包括電源模塊、核心控制模塊、矩陣鍵盤模塊、壓力傳感器模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊和顯示模塊；電源模塊分別與核心控制模塊、矩陣鍵盤模塊、壓力傳感器模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊和顯示模塊連接，向上述模塊供電，核心控制模塊分別與矩陣鍵盤模塊、壓力傳感器模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊和顯示模塊連接，核心控制模塊通過矩陣鍵盤模塊和顯示模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，核心控制模塊通過采集壓力傳感器模塊的壓力信號對步進(jìn)電機(jī)控制模塊進(jìn)行控制。
[0011]電源模塊包括9V電源、地GND、單刀雙擲開關(guān)S1、第二發(fā)光二極管D2、直流穩(wěn)壓芯片U2、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和第九電阻R9 ;第二發(fā)光二極管D2正極與9V電源連接，第二發(fā)光二極管D2負(fù)極與單刀雙擲開關(guān)S1的2端連接，單刀雙擲開關(guān)S1的1端與直流穩(wěn)壓芯片U2的1端連接；電流方向從第二發(fā)光二極管D2正極流向負(fù)極，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S1的2端與1端連接，后電流從直流穩(wěn)壓芯片U2的1端流入，從3端流出；第二電容C2正極與單刀雙擲開關(guān)S1的1端連接，另一端與地GND連接；第四電容C4一端與單刀雙擲開關(guān)S1的1端連接，另一端與地GND連接；直流穩(wěn)壓芯片U2的2端直接與地GND連接，第三電容C3與第五電容C5、第九電阻R9并聯(lián)，第三電容C3的正極與第五電容C5和第九電阻R9連接后與直流穩(wěn)壓芯片U2的3端連接，另一端并聯(lián)后與地GND連接；第九電阻R9的電流方向從直流穩(wěn)壓芯片U2的3端通過第九電阻R9流向地GND ;其余電容均用作除去噪音信號使輸出電壓更加穩(wěn)定；直流穩(wěn)壓芯片U2的3端輸出電壓VCC為后續(xù)系統(tǒng)供電。
[0012]核心控制模塊包括核心控制芯片U4、地址鎖存器芯片U3、片選信號輸出芯片U5、晶振電路、復(fù)位電路以及第八電容C8、電源VCC、地GND ;核心控制芯片U4的21、52、64、62引腳與電源模塊VCC連接，電流從以上引腳流入；62引腳與第八電容C8的一端連接，第八電容C8另一端與地GND連接，用于濾除噪音信號，電流方向不確定；22、53、63引腳全部與地GND連接，電流從以上三個(gè)引腳流出；地址鎖存器芯片U3的Dl——D8 口分別與核心控制芯片U4的ΡΑ0——PA7端口對應(yīng)連接，電流方向從核心控制芯片U4的ΡΑ0——PA7端口流出，從地址鎖存器芯片U3的Dl——D8 口流入；地址鎖存器芯片U3的5、6、7、8、24引腳與地GND連接，電流從上述引腳流出；18、19引腳與VCC相連，電流從上述引腳流入；13引腳與核心控制芯片U4的43引腳連接，電流從核心控制芯片U4的43引腳流出，從地址鎖存器芯片U3的13引腳流入；片選信號輸出芯片U5的6、16引腳與VCC連接，電流從上述引腳流入；
4、5、8引腳與地GND連接，電流從上述引腳流出；1、2、3引腳分別與核心控制芯片U4的30、29、28引腳連接，電流從核心控制芯片U4的30、29、28引腳流出，從片選信號輸出芯片U5的
1、2、3引腳流入；晶振電路由8MHz晶振Y1、第十電容C1、第i^一電容C11組成，第十電容C10的一端與地GND連接，另一端與核心控制芯片U4的23引腳連接，第i^一電容C11的一端與地GND連接，另一端與核心控制芯片U4的24引腳連接，Y1的1端與核心控制芯片U4的24引腳連接，2端與核心控制芯片U4的23引腳連接；晶振電路產(chǎn)生的系統(tǒng)需要的方波信號，因此晶振電路的元件上的電流方向保持周期性變化；復(fù)位電路由第十八電阻R18、復(fù)位按鈕S8、第九電容C9組成；第十八電阻R18 —端與VCC連接，另一端與核心控制芯片U4的20引腳連接，電流從VCC端流向核心控制芯片U4的20引腳；復(fù)位按鈕S8和第九電容C9并聯(lián)后一端與地GND連接，另一端與核心控制芯片U4的20引腳連接；當(dāng)復(fù)位按鈕S8未按下時(shí)，電路穩(wěn)定后沒有電流流過；當(dāng)復(fù)位按鈕S8按下時(shí)，第九電容C9通過復(fù)位按鈕S8放電，電流方向從核心控制芯片U4的20引腳流向地GND。
[0013]上述矩陣鍵盤模塊包括第二按鈕S2、第三按鈕S3、第四按鈕S4、第五按鈕S5、第六按鈕S6、第七按鈕S7、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16 ;第十四電阻R14的一端與VCC連接，另一端與核心控制芯片U4的9引腳連接，電流從VCC通過第十四電阻R14流向核心控制芯片U4的9引腳；第十五電阻R15的一端與VCC連接,另一端與核心控制芯片U4的8引腳連接，電流從VCC通過第十五電阻R15流向核心控制芯片U4的8引腳；第十六電阻R16的一端與VCC連接，另一端與核心控制芯片U4的7引腳連接，電流從VCC通過第十六電阻R16流向核心控制芯片U4的7引腳；第二按鈕S2 —端與核心控制芯片U4的5引腳連接，另一端與核心控制芯片U4的9引腳連接；當(dāng)?shù)诙粹oS2未按下時(shí)沒有電流流過；當(dāng)?shù)诙粹oS2按下時(shí)，電流方向從核心控制芯片U4的5引腳流向9引腳；第三按鈕S3一端與核心控制芯片U4的5引腳連接，另一端與核心控制芯片U4的8引腳連接；當(dāng)?shù)谌粹oS3未按下時(shí)沒有電流流過；當(dāng)?shù)谌粹oS3按下時(shí)，電流方向從核心控制芯片U4的5引腳流向8引腳；第四按鈕S4 —端與核心控制芯片U4的5引腳連接，另一端與核心控制芯片U4的7引腳連接；當(dāng)?shù)谒陌粹oS4未按下時(shí)沒有電流流過；當(dāng)?shù)谒陌粹oS4按下時(shí)，電流方向從核心控制芯片U4的5引腳流向7引腳；第五按鈕S5 —端與核心控制芯片U4的6引腳連接，另一端與核心控制芯片U4的9引腳連接；當(dāng)?shù)谖灏粹oS5未按下時(shí)沒有電流流過；當(dāng)?shù)谖灏粹oS5按下時(shí)，電流方向從核心控制芯片U4的6引腳流向9引腳；第六按鈕S6 —端與核心控制芯片U4的6引腳連接，另一端與核心控制芯片U4的8引腳連接；當(dāng)?shù)诹粹oS6未按下時(shí)沒有電流流過；當(dāng)?shù)诹粹oS6按下時(shí)，電流方向從核心控制芯片U4的6引腳流向8引腳；第七按鈕S7 —端與核心控制芯片U4的6引腳連接，另一端與核心控制芯片U4的7引腳連接；當(dāng)?shù)谄甙粹oS7未按下時(shí)沒有電流流過；當(dāng)?shù)谄甙粹oS7按下時(shí)，電流方向從核心控制芯片U4的6引腳流向7引腳。
[0014]上述壓力傳感器模塊與壓力傳感器相連，壓力傳感器模塊包括集成運(yùn)算放大器芯片U1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第八電阻R8、第十電阻R10、第i^一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、