工作工具或傳感器的機器人定位技術和與之相關的技術的改進的製作方法
2023-06-02 17:45:21 2
專利名稱：工作工具或傳感器的機器人定位技術和與之相關的技術的改進的製作方法
技術領域：
本發明涉及工作工具和傳感器的機器人定位技術的改進，特別是涉及改進的用於定位工作工具和傳感器的機械和軟體工具和用於實現這樣的裝置的控制的控制算法。
背景技術：
諸如發動機和由一殼體包圍的機器之類的機械裝置傳統上是按照定期的維護時間表來加以維護。在發生故障時，操作者或者工程師將按照一個故障檢測程序開動機器或發動機經過一系列的測試運行，並注意機器或發動機對每一測試運行的反應。從觀察機器或發動機對一給定功能的動作或反應，就可以至少部分地診斷出機器發生故障的大致區域。之後將機器拆開到足以便於檢查可能的故障和修理故障損壞的程度。
這樣的工作是耗時的，且在許多情況中，用於機器的故障檢測程序或可用的診斷功能的數量不足以準確地確定出故障的精確位置。在許多情況中，機器或發動機需要部分地拆開，這裡面包含著許多白費的努力，尤其是當故障檢測方式或程序給出了一個虛假的故障指示時。
迄今，機器或發動機的詳細檢查包括判斷聲音的變化、使用超聲波檢測裝置中的裂紋和斷裂以及對特定的零部件進行X射線分析。但在每一情況中，這些技術僅能用來輔助故障的診斷。只有在所關心的部件易於接近時或機器已經部分地拆開時才能真正進行對被懷疑的零部件的檢查。
在諸如蒸汽或燃氣渦輪發動機之類的複雜機器中，為了進行修理或更換，需要在開始拆開機器以便貼近地檢查故障零部件之前確定機器內的故障並精確地確定故障的部位。
在醫學領域中，已有多年使用內窺鏡來檢查的人體內腔的實踐，檢查點有時距離進入點相當遠。典型地，一內窺鏡可在其柔性支撐臂的末端處裝有一檢查光源和一光學接受裝置。它它從身體的一孔口進入，並繼續往裡進直至到達所要達到的疾病/損壞部位，以進行體內檢查。柔性支撐臂能採取一蛇形的路徑，以便能沿著身體孔口的路徑。這樣，身體孔口的壁用來給內窺鏡引導並協助內窺鏡追循其蛇形的路徑。使用內窺鏡來檢查機器和發動機取得了一定程度的成功。但這樣的裝置的一個主要難點是在機器內的內窺鏡控制問題以及為了檢查要在機器的正確部位設置的光源和光學傳感器的布置問題。在機器的檢查點靠近一進入口的情況中，內窺鏡在複雜機器的內部檢查方面已相當成功。同樣，當維修也類似地位於靠近一進入口並且是一個諸如擰緊螺釘或磨削金屬表面之類的簡單修理時，就可以使用一個諸如管道鏡之類的工作裝置。
英國專利說明書No.2033973中提出了一個典型的現有技術的建議，它涉及一種檢查燃氣渦輪發動機的方法，渦輪發動機的機殼上設有至少一個進出孔，這些進出孔允許對發動機機殼內的部件進行檢查，並且該方法包括將引導裝置插入到進出孔中，使引導裝置的一端位於機殼的外面而使引導裝置的另一端靠近所要檢查的發動機部件，將引導裝置固定在所述的位置上，將柔性內窺鏡或其它遙視檢查裝置插入到引導裝置中。在這一情況中，是用引導裝置引導柔性的內窺鏡，而不是像上述那樣用身體孔路的引導方式。
歐洲專利說明書No.0907077中，描述了並要求保護一種用於在現場檢查燃氣渦輪發動機的一級中的渦輪發動機葉片的方法或裝置，其作法是應用渦流電流，這種檢查可以在遠處的一個位置來進行。發動機有包圍著其所要檢查的那一級的機殼以及延伸穿過該機殼並伸入到所關心的渦輪機葉片所在那一級的一管道鏡孔。可以通過將該專利的裝置穿過渦輪機機殼上的管道鏡孔來檢查渦輪機葉片。在這一情況中，該發明的本質是使用傳感器探測裝置來握住渦流線圈，並且傳感通過檢測在諸如渦輪機葉片之類的被檢查部件內的感應渦流電流來檢測結構中的缺陷。
美國專利說明書No.5644394涉及用於修理損壞的燃氣渦輪發動機的壓氣葉片的系統，它包括多個剛性的附屬工具。每一附屬工具單獨地成形為能接近燃氣渦輪發動機的一特點級的損壞了的葉片的前導邊。這些附屬工具能修理損壞的葉片，而無需拆卸燃氣渦輪發動機。但在這一情況中，工具是剛性的並且設計成能並排地在伸入發動機機殼的管道鏡開口中工作。
英國專利說明書No.2154335涉及一種用於諸如飛機發電單元之類的發電裝置的內部檢查的技術鏡(technoscope)，並且這種發電單元裝有非圓形較佳地是帶角部(例如方形)的壁孔口，該技術鏡包括非圓形橫截面並可插入到一個壁孔口中並具有一橫向的末端出口的第一剛性引導軸以及穿過所述第一引導軸並具有一柔性的末端部分和用來控制所述柔性末端部分的一近端的控制系統的一引導件，柔性末端部分的橫截面的中間部分與第一引導軸的中間部分相配合，引導件用來將一柔性內窺鏡軸引導到所要檢查的發電裝置內的要求的位置上。而且，還用一剛性引導軸來插入壁孔口並用來以滑動配合方式為穿過所述引導軸的一柔性的引導件提供支撐。
美國專利說明書No.5803680也涉及一種諸如技術鏡之類的用來機加工在正常情況中無法進入的內腔中的發動機葉片的表面的器械，該器械具有一在機加工位置能被用一光學器件觀察到的機加工工具，該光學器件包括末端連接有頭部的器械柄，所述頭部帶有工具且可相對於器械柄的縱向軸線樞轉。為了創造能用這一器械測量要機加工的表面的損傷的可能性，該器械頭部上裝有一個帶一測量樣板的測量工具，並且當該器械的頭部樞轉進入光學器件的視域內時，可以將該測量工具以一種簡單的方式連接到器械的頭部上，以替代機加工工具。
因此，熟悉本技術領域的人從前面的敘述中會理解，現實需要不拆卸機器或發動機就能進行其內部檢查和修理的功能。對熟悉本技術領域的人來說，以這種方式進行的維護所具有的相當大的優點是顯而易見的，即無需將發動機或機器拆卸就能對其內部的部件進行修理和檢查，將能節省時間耗費和成本。
但是，現有技術都存在這樣的問題，即為了在一部件或零件上工作或者對其進行檢查，所要於其上進行工作的區域或者所要觀察的現場都必須視情況允許地靠近技術鏡、管道鏡或內窺鏡的進入口，或者必須設置引導裝置以在內窺鏡/管道鏡伸向工作/檢查區域的路徑上對其給予支撐。
因此有必要提供一種用來檢查發動機的距離可用進入口更遠和需以螺旋形路徑才能接近的部件和/或在其上進行工作的裝置。
發明內容
因此，本發明通過提供這樣一種裝置來解決發動機內遠處零件的可達性這一問題，該裝置能從發動機或機器上的一進入口沿著一螺旋形的路逕到達機器內部的一工作位置或檢查現場。本發明還設法提供這樣一種裝置，它可以由用於這類的裝置的遠程控制的適當算法來控制，籍此就可以通過對支撐臂進行計算機控制來將工作工具和/或光學器件引導到工作現場。本發明還提供以這樣形式的裝置，它的臂能從進入口進入而後沿著機器或發動機內部的一螺旋形路徑縱向地伸入到工作現場。
這樣的裝置的優點在於，它能將工具、檢查和測試裝置帶入發動機或機器的深入的內部，到達不拆卸通常就無法接近的位置上。一個突出的特徵是，本發明不需要使用在進入口和工作/檢查位置之間的引導或支撐裝置，儘管也可以使用它們。這允許例如對諸如渦輪機葉片之類的部件從其前導邊或後隨邊進入進行在位超聲波檢查，而無需到達其葉梢。
因此，根據本發明的一個方面，提供一種檢查發動機或機器或者在其上進行工作的方法，其中工作/檢查的現場遠離一進入口，該方法包括確定一條在發動機或機器內的到達所述工作/檢查現場的進入路徑，將一工作/檢查工具安裝在一具有多個關節連接件的支撐臂的末端；為至少一些所述關節連接件設置控制裝置，並且使得或允許所述臂進入所述發動機或機器並沿其自身的縱向前進而沿所述進入路徑進入，使工具到達工作/檢查現場。
在本發明的另一方面，提供一種利用本發明的方法來檢查發動機或機器或者在其上進行工作的裝置，該裝置包括一包括多個縱向臂段的支撐臂，每一所述臂段能相對彼此運動以形成一蛇形路徑或形狀，在或向著所述臂的末端的並適於裝載一工作和/或檢查工具的工作頭運載裝置，以及用於控制至少一些所述臂段的控制裝置，所述控制裝置能夠對相關臂段的形狀進行控制，以使構成臂的各不同臂段能形成不同的形狀，籍此，所述臂就可以沿著一預定的進入路徑縱向地前進，使所述工具到達所述現場。
在本發明的一個具體的方面，臂中各臂段之間的關節連接保持受拉，以為每一關節連接點的提供剛度。通過以這種方式保持各鏈節的關節連接處於拉力下，就能在使臂沿著螺旋形的路徑將工作工具引導到機器內的過程中精確地控制每一關節連接的空間定位。
在本發明的另一個方面中，可分別地控制每一臂段。獨立的控制可包括伺服馬達裝置。伺服馬達裝置可安裝在每一臂段上，或者它們可以遠離它們所控制的臂段而通過金屬線對臂段加以控制或驅動。馬達可以是液壓或氣動馬達。針對特定的發動機或機器，可以為本發明裝置一提供一套數據，並且可以提供用於控制裝置的算法，以使工作頭到達與那一套數據相關的機器內的特定位置或部位。
在本發明的一個具體的方面，每一臂段包括多個鏈節，每一鏈節能至少二維地相對彼此相對運動。各鏈節可以是一個能在單個平面內操作的二維臂段或可以是一個三維臂段。每一鏈節可與其鄰接的鏈節關節連接，關節連接裝置在二維臂段的情況中可包括一滾柱，或者在三維臂段情況中可包括一滾珠。
在本發明的另一個方面，一個臂段中的各鏈節的關節連接可通過金屬線保持受拉。這樣做的優點是能保持接頭的剛度，並使臂段能採用一種具有一定程度的剛度和控制的彎曲形狀，這將使工作頭能在工作現場施加一個力。一臂段中的各鏈節可以是「剛度加強的」，以提高臂段中每一接頭的承載能力和位置確定性。當相對於臂的數據確定其位置時，以及在應用中在臂的端部要支撐一較大的質量時，這是很重要的。
剛度加強可以採用每一鏈節之間的空隙中加一個彈簧或多個彈簧的形式。彈簧的尺寸確定考慮兩個因素(1)彈簧的壓縮力比控制線的總拉力稍小；和(2)所選擇的「搖擺」剛度對每一接頭給出一個特定的彎曲剛度。
這樣大小的壓縮力的好處在於可減小在鏈節球鉸接頭上的受壓，並且即使在控制線拉力大的情況下，也可減少接頭中的摩擦。彎曲剛度可使臂段有一種遵循一曲線或一圓弧的趨勢(即使臂的載荷很大也如此)，並減小將剛度不可預知的服務裝置載送穿過本裝置的中心的負面影響。
被剛度加強了的裝置(用彈簧或者用一柔性表皮或外殼或者用某種其它技術來剛度加強)受重力的影響較小，但改變剛度加強了的裝置的形狀所需要的金屬線裝的拉力相當大。通過結合金屬線的拉力改變剛度，就能使該裝置以不同的方式運作而產生所需要的形狀。
一個臂段內的鏈節配置可金屬線來進行控制。可為每一鏈節設置至少兩根金屬線，籍以相對於一金屬線調節另一金屬線以控制一鏈節件相對於鄰接鏈節件的姿態，從而使得或允許臂段產生「彎曲」。操作裝置可包括用來操作支撐臂全長和用來操作一裝在所述工作頭上的一工件的驅動裝置。臂段、各鏈節之間的關節連接以及空間布置的控制可由通過設在整個裝置中的一個或多個伺服馬達進行操作的計算機裝置來控制。
在本發明的一個實施例中，每一臂段可包括多個僅能使臂段在二維內彎曲的鏈節。這是通過控制扁平帶或細長條的拉力來進行操作，並且這些扁平帶或細長條是用金屬材料，典型地厚度為25微米或50微米的彈簧鋼片製成。這種方式使得以採用疊起來的一組條帶，並且用於為了控制多個臂段的一整疊條帶僅需要一條容納槽，所以簡化了每一鏈節的設計結構。因此，在一個典型的實施例中，每一鏈節可包括一具有弧形邊緣或表面的引導路徑，各條帶可繞這些引導路徑彎曲同時彎曲的程度又受到約束。這樣，我們就在一整疊控制帶的兩側各設一個引導件，這使得結構比較簡單，而從長遠的觀點來看，更為可靠和廉價。
熟悉本技術領域的人們會理解，遍布一表面的接觸壓力要比一等效的金屬線對表面的接觸壓力低得多。這使得潤滑得到改善，並使摩擦和磨損也隨之降低。此外，在需要進入一狹窄但很高的空間的情況中，設計可偏向這樣的一種結構。一個額外的優點是控制條帶可一包括電線管，用以對沿著臂的長度方向間隔地設置的致動器進行額外的控制。這樣，例如可以在一對臂段之間設置一旋轉接頭，以使臂的一部分可以被定向在與臂的其餘部分不同的一平面內並能彎曲。
在本發明的另一實施例中，通過在每一情況中設置偏置於鏈節中心線的鏈節軸，或者使一個鏈節軸相對於其鄰接的鏈節軸稍稍傾斜，就可產生一螺旋形的形狀，這有助於進入一螺旋形的空隙。
控制裝置可包括冗餘的機器人控制裝置。就本說明書而言，當一機器人的機械手可以藉助於一種以上的鏈節結構到達一指定位置時，這一機器人就被稱為是冗餘的。
對所述控制裝置的控制算法可包括軌跡規劃技術，還可包括勢場算法，這種勢場算法典型地是基於適用拉普拉斯方程。
控制裝置還可進一步改為能使一臂運動而使一工作頭到達工作現場，而不與機器中的障礙物接觸。在本發明的另一方面中，控制裝置可包括一種在探查和分析過程中將機器內的運動著的障礙物考慮在內的算法。
在本發明的一個典型的方面，設有一個多鏈節的平面冗餘的機器人，其中對各鏈節用設定數據進行伺服控制，這些數據取自於使用軌跡規劃技術的實時或離線計算。以這一的方式，機器人就可以不撞擊到障礙物或者沿著機器或發動機內各部件之間的空隙運動到預定的目標位置。
根據本發明的裝置能檢查和修理渦輪機葉片以及燃氣渦輪及類似發動機的其它內部零件，並且是經由正常的空氣路徑來實現進入，也就是說，是通過沿著空氣流路徑穿過葉片之間空隙到達發動機的內部部件。該裝置允許沿著一條非直線的路徑接近發動機或機器的內部零件。
根據本發明的裝置在醫學外科領域是有意義的，例如可用在結腸鏡檢查和腦室鏡檢查中。
根據本發明的裝置也可用於未爆炸彈處理領域，用於在炸彈上切割出一個孔，然後進入炸彈內部以衝洗掉或去除炸藥和/或去掉炸彈的雷管。
本發明還設想用多個裝置同時在一臺發動機或機器上並行地進行檢查和工作任務，也進行協調的工作，例如一邊磨削、一邊清除磨屑、一邊觀察磨削質量。
在本發明的另一方面，支撐臂包括一由多臂段組成的超冗餘蛇形機器人控制路徑管道鏡。在每一臂段之間有一接頭，並且每一臂段是相對於其在前的臂段獨立地控制的。臂段的長度和各臂段之間的最大角度是設計的一個函數，並且可取決於需要臂執行的任務。裝置的動作可由計算機控制，以使裝置能沿一指定的路徑一直向前走。這些裝置可依據任務在二維或三維中工作，並且能合理的情況中具有任何長度。裝置的橫截面可沿著其長度變化，並且裝置也可以是中空的且具有用於工具和服務裝置及類似器件的通道。在本發明的一個方面，控制馬達可安裝在每一臂段上，或者每一馬達都可以通過金屬線遠程地連接。
工作頭可攜帶的工具包括觀察儀器、超聲波接頭或者渦流電流傳感器，並且這些是可更換的。工作頭也可以採用張縮裝置，用以將工作頭夾緊於機器中的固定構件，藉以給工作頭上的工具根據夾緊定位所提供的數據進行工作提高了基礎。
在本發明的一個具體實施例中，控制裝置包括計算機控制裝置，該計算機控制裝置響應一種算法、結合發動機的CAD模型進行工作，這樣可離線出計算進入路徑的已知位置。這使本發明的裝置能應用於一給定的發動機，並且臂可沿著一條按照預先設定的算法預先確定的路徑伸入到發動機內，該預設算法是根據CAD建模對該特定發動機選定的。這使得該裝置到其操作位置的調度更快。
附圖簡述下文僅是舉例方式的描述，並且是參照實現本發明的方法的非正式附圖。
在這些附圖中
圖1是根據本發明的一多段臂的一部分的簡圖；圖2是圖1中的一臂段的一部分的簡圖，且示出了若干個鏈節；圖3a是圖2的一個二維臂段的側視圖；圖3b是3a的平面圖；圖3c是3b的一個細節；圖4a是圖2中的一個三維臂段的側視圖；圖4b是圖4a的平面圖；圖4c是沿著圖4b中的線IV-IV的橫截面；圖5是沿著圖3b中的線V-V的縱剖面；圖6a是一工作頭在其工作位置上的示意圖；圖6b是6a的一個可替代實施例；圖7a是用於相對於工作現場定位工作頭的末端夾緊裝置的示意圖；圖7b是7a的另一個實施例；
圖8是根據本發明的一個二維臂的立體圖；圖9是圖8的二維臂的俯視圖；圖10所示的是穿過圖9的裝置的一截面；圖11是圖10中「Z」部分的詳圖；圖12是表示出圖8的臂段中的一控制條或帶的安裝方式的示意圖；圖13是根據本發明的臂的操作流程圖。
具體實施例方式
本發明的一個方面包括一縱向延伸的多段臂，該多段臂的一部分總地以標號10標示。該臂包括多個鏈節11，每一鏈節11通過一關節接頭12相互關節連接。該臂的末端13帶有另一個臂段14，該臂段如下文所述結止於一工作頭15。各臂段11是一多鏈節的部分，包括多個通過連接件21相互連接的鏈節20，且鏈節20能繞連接件21作幅度有限的左右擺動。該結構是每一鏈節20與各連接件21是一一交替連接的，這樣一個臂段的各鏈節就都能在至少一個平面中擺轉一個弧度。各鏈節20通過控制金屬線22、23連接於一用來向所述金屬線施加拉力的控制裝置24。臂段在被拉直處於圖2所示的靜止位置上時，兩金屬線保持為向左的拉力相等。這使每一連接件21保持於一定程度的運動平衡。為了能使臂段彎曲，各鏈節的兩根金屬線中的一根應在一個方向上增大拉力而在另一根應相應地放鬆。這樣，如圖2所示，總地以標號22表示的上面那根金屬線22的拉力增加，而下面那根金屬線23的拉力相應放鬆，就會使臂段結構向上彎折或彎曲。
在一個二維的臂段中，每一連接件21大體上是垂直於臂段的軸線延伸的圓柱體，每一連接件還有大致沿著臂段11的縱向的一中心橫向直徑孔26。連接件21的在一側設有一凸緣25，凸緣25沿著連接件的一表面延伸並包圍孔26。每一鏈節20延伸於臂段的一定寬度，並且其形狀為在橫截面中有帶有一中心孔32的中央本體部分31和兩個外面部分50，後者形成外表面30和傾斜的側面34，以允許各鄰接接的鏈節繞連接件21「彎曲」，而各鄰鏈節的表面之間又不會發生相互幹涉，如圖5中所示。各鏈節的中央本體部分具有一表面33，並且設有適於容納圓柱形連接件21的圓弧表面的中心橫向凹槽40，在結構布置上，圓柱形連接件21相對於與其鄰接且接觸的鏈節20放置成當鏈節保持成「筆直」的形狀時，連接件21的中心孔大致和與其鄰接的鏈節20的中心孔共軸線。在每一連接件21上的凸緣25是用來限制每一鏈節和與其鄰接的連接件之間的相對轉動幅度。
各鏈節的各外面部分50設有一大致與孔32的軸線成間隔平行關係的縱向貫通空腔體51。空腔體51用來容納一根或多根用來控制鏈節組的控制金屬線22、23。
圖8示出了根據本發明的二維裝置的另一個實施例。圖8中，每一鏈節71大致是窄長的，並且一端部設有凸部72。每一鏈節部分的另一端有凹下的部分73，其適於接受鄰接的鏈節的凸部72，該結構布置成鄰接的鏈節71和71′(見圖9)能在一個二維平面內相對彼此有限地樞轉。每一鏈節71設有一總地以標號75標示的一中央本體部分，見圖11，該本體部分帶有兩對豎直的引導件76和77。各引導件76和77有弧形表面78、79，以與從其上通過的一控制帶相貼合。如圖11所示，設置了多條控制帶構件80，它們分別以一疊帶子的形式穿過引導件76和77之間的空隙。每一鏈節71製成為如圖12所示的兩個半體零件。這使每一鏈節的單個構件能分開，以使帶疊80在裝配時能插入到臂段的各鏈節的引導件76和77之間的空隙中，並且在達到令人滿意的定位之後，以與其鄰接構件配合的關係裝配上每一鏈節的「上面」部分。然後，將每一鏈節的兩半體件固定在一起，而把多層帶分別裝入各對引導件76和77之間。這個設計在兩對帶子引導件76和77之間提供了相當大的內腔空間，以附近地允許通過該內腔空間提供諸如電力或壓縮空氣之類的服務，而不會受到控制帶的太大幹擾。
當需要對一特定的鏈節施加控制功能時，可使外帶如圖11所示地繞外引導件77向回彎，帶子末端82可用銷釘或螺釘或者使用適合的粘合劑固定在外引導件77的外表面83上。
熟悉本技術領域的人會理解，每一鏈節的設計中沒有幾個零件，並且由於各帶內的任何拉力傳遍引導件76、77的相當大的表面面積，所以各種情況下的摩擦載荷大大地減小了。這使潤滑得以改善、摩擦顯著減小並且經一個時期後的磨損也會相應地減小。在上述實施例的一個變型中，各鏈節之間的樞軸90可相互偏置或者傾斜大約一度或兩度，從而可為臂提供一種彎扭或螺旋的效果。各層帶子能接受凹點軸線中這樣輕微的移位，並且裝置能遵循與裝置給定使用環境內所要求的路徑相對應的螺旋路徑。
三維臂段與前面結合圖5敘述的兩維臂段的不同之處在於，每一連接件21大體是球形的，因而可允許一鏈節在任一方向上相對於鄰接的鏈節擺動過一有限的弧線。在這種情況中，鏈節自身需要大體是球形的，並且橫截面具有如前的形狀，即帶有一傾斜的表面34。但在這種情況中，至少要設置三個金屬線接納孔51，以允許在所有的三維上控制臂段，見圖4c。
穿過連接件21和鏈節20的中心貫穿通道32是用於為一工作頭15的控制或供電裝置提供通路。
工作頭15可以設置在通常如圖1所示的一個三維臂段的末端處。例如，為了能進行變角度成形加工，可為一具有成形工作表面81的成形工作頭80提供一種使用方法。這樣，就可通過相對於臂段14的末端83縱向地移動工作頭來在工作現場82實現工作頭的不同角度。
在本發明的一特定實施例中，臂段14可以在其末端設置一可張縮的元件90。當其沿著其蛇形路徑向一發動機內進入時，張縮部分90被收縮起來而並形成末端臂段14的一部分。例如當進入到一對渦輪機葉片100之間、並沿著各葉片的長度定位在適當的位置上時，張縮部分90就可被操縱而張大，從而靠到葉片100上，並相對其夾緊臂段14的末端83，以使工作頭15能在工作現場82的一適當部位上工作。
這樣的一種結構以及相對於張縮部分90縱向和橫向移動工作頭15的能力使得可以在臂的末端處進行有限量的葉片改變角度和/或剝離轉動。
在本說明書的附圖13中，給出了一流程圖，它相當詳細地描述了根據本發明的一典型臂的動作。熟悉本技術領域的人會理解，流程圖中的每一步驟的細節將取決於要求臂完成的任務的性質。
因此，從前面的敘述中人們會認識到，根據本發明的臂、控制機構以及算法允許根據本發明的臂伸入到發動機或者類似機械的內部，而無需用中間的引導裝置。可將末端和工作頭15伸入到發動機節流口內，並且可對各臂的各臂段進行控制，以使該裝置能在工作頭15的前導下在發動機內繞過各障礙物而一路前進。這一裝置能進入發動機內部的程度幾乎是不受限制的，當然這也取決於臂的設計程度和對各臂內的單個臂段或成組臂段的控制水平。各臂的馬達可裝在臂的鏈節自身上，或者可以如上所述地設置在遠處進行遠程驅動。儘管使用引導件能為實現更深地進入到要檢查的機器內部提供幫助，但在發動機內安裝用於引導內窺鏡構件的引導裝置的需要已大大減少了。
人們也會理解，尤其對渦輪機而言，該裝置可以經由渦輪機內的正常的空氣/蒸汽通道進入到機器內，而且，人們還會理解，在沒有必要單為檢查的目的而在發動機內的設置單獨的進入口。這所帶來的優點是，它能保持發動機殼體的強度和整體性，這樣，萬一發動機在高速下損壞，發動機內的諸構件仍能保持作為發動機設計中的密封策略的一部分，而不會因在繞發動機外周設置進入口而變得削弱。
根據本發明和如前所述的裝置也可以與系統化的發動機監控系統一起使用。已經對通過檢測排出氣體中的離子成分來進行的發動機排氣、尤其是燃氣渦輪發動機的排氣的例行監控提出了建議。通過保持發動機在工作中的離子排放量的記錄，就可能構造出一幅說明發動機內可能發生磨損和/或問題的圖表。將這些信息與接近發動機的各種零件的算法結合，就能在從發動機排氣監控中得到一連串不可接受的離子成分測得值時，基本上自動地檢測出可能已磨損的區域。
這樣先進的辦法將能縮短乃至幾乎確實能消除發動機的維護性停車時間，並將最終會使這類發動機和機器、尤其是燃氣渦輪發動機的運行效率更高。
權利要求
1.一種用於檢查發動機或機器或者在其上進行工作的方法，其中工作/檢查的現場遠離一接進點，該方法包括確定一條在發動機或機器內的到達所述工作/檢查現場的進入路徑，將一工作/檢查工具安裝在一具有多個關節連接件的支撐臂的末端；為至少一些所述關節連接件設置控制裝置，並且使或允許所述臂進入所述發動機或機器，並沿其自身的縱向前進而沿所述進入路徑進入，使工具到達工作/檢查現場。
2.一種利用如權利要求1所述的方法來檢查發動機或機器或者在其上進行工作的裝置，該裝置包括一包括多個縱向臂段的支撐臂，每一所述臂段能相對彼此運動以形成一蛇形路徑或形狀，在或向著所述臂的末端的並適於裝載一工作和/或檢查工具的工作頭運載裝置，以及用於控制至少一些所述臂段的控制裝置，所述控制裝置能夠對相關臂段的形狀進行控制，以使構成臂的各不同臂段能形成不同的形狀，籍此，所述臂就可以沿著一預定的進入路徑縱向地前進，使所述工具到達所述現場。
3.如權利要求1或2所述的方法或裝置，其特徵在於，每一臂段包括多個鏈節，每一鏈節能至少二維地相對彼此相對運動。
4.如權利要求3所述的方法或裝置，其特徵在於，各鏈節和臂段保持於受拉狀態。
5.如前述任一權利要求所述的方法或裝置，其特徵在於，分別地控制每一臂段，且特徵還在於，控制裝置包括用來分別和/或獨立於其它臂段控制每一臂段的裝置。
6.如前述任一權利要求所述的方法或裝置，其特徵在於，所述控制裝置可包括一伺服馬達。
7.如前述任一權利要求所述的方法或裝置，其特徵在於，伺服馬達裝置安裝在每一臂段上，或者它們遠離其所控制臂段，並且在後一種情況中，控制裝置通過一根或多根保持於受拉狀態的金屬線來操縱臂段。
8.如權利要求7所述的方法或裝置，其特徵在於，馬達是液壓和/或氣動馬達。
9.如權利要求3至9中任一項所述的方法或裝置，其特徵在於，每一鏈節能相對於其鄰接的鏈節關節轉動，籍此，每一臂段能在至少二維上進行彎曲運動。
10.如權利要求8或9所述的方法或裝置，其特徵在於，鄰接鏈節之間的關節連接包括二維運動，並且其中鄰接鏈節之間的鉸鏈件通常是圓柱形的。
11.如權利要求8至10中的任一項所述的方法或裝置，其特徵在於，控制裝置包括一帶子。
12.如權利要求8或9所述的方法或裝置，其特徵在於，鄰接鏈節之間的關節連接包括三維運動，並且其中鄰接鏈節之間的樞軸件通常是球形的。
13.如權利要求3至12中的任一項所述的方法或裝置，其特徵在於，一個臂段中的各鏈節之間的關節連接保持於受拉狀態。
14.如權利要求13所述的方法或裝置，其特徵在於，一個臂段內的各鏈節是剛度加強的，以提高該臂段中每一鏈節接頭的承載能力和位置確定性。
15.如權利要求14所述的方法或裝置，其特徵在於，剛度加強是通過設置在鄰接鏈節之間的至少一個彈簧來實現的。
16.如權利要求15所述的方法或裝置，其特徵在於，所述彈簧的尺寸確定成彈簧的壓縮力稍小於施加在鏈節接頭上的總拉力，而且使「搖擺」剛度選擇為對每一接頭給予一預定的彎曲剛度。
17.如權利要求9至16中的任一項所述的方法或裝置，其特徵在於，臂段的控制通過金屬線來實現，控制裝置拉緊所述每一金屬線，從而使一臂段內的各鏈節運動。
18.如前述權利要求中的任一項所述的方法或裝置，其特徵在於，控制裝置包括採用一種軌跡規劃技術的算法和一種基於適用拉普拉斯方程的勢場算法。
19.如前述權利要求中的任一項所述的方法或裝置，其特徵在於，控制裝置是一冗餘的機器人控制裝置。
20.如前述任一權利要求所述的方法或裝置，其特徵在於，工作頭包括用來將工作頭夾緊到工作環境中的周圍結構上以相對於工件進一步穩定和/或定位工作頭的夾緊裝置。
21.如前述任一權利要求所述的裝置，其特徵在於，包括一多段臂，所述臂的每一臂段包括多個鏈節，所述每一鏈節通過關節接頭相互關節連接並允許相對彼此能有限轉動，每一臂段可操作地連接於其鄰接的臂段而形成一縱向的臂；裝載在臂的末端的一工作頭；多根延伸穿過每一鏈節直至臂段的末端的金屬線；以及用來調節每一根所述金屬線中相對於其它金屬線的拉力的控制裝置，所述控制裝置通過這種調節能使或允許臂段的各鏈節相對彼此運動以實現臂段的彎曲運動。
全文摘要
本發明涉及冗餘的機器人裝置以及使用它們的方法。本說明書揭示了一個能進入某些機械和裝置的機器人臂的成套方法和構造，若不使用所述機器人臂是難於進入這些機械和裝置的內部去進行維護和修理的，因而該機器人臂在航空、渦輪機以及核工業中尤為有用。具體地說，本發明包括一種裝置，它有一包括多個縱向臂段的支撐臂，每一臂段能相對彼此運動從而可形成一蛇形路徑或形狀；在或向著所述臂的末端的並適於裝載一工作和/或檢查工具的工作頭運載裝置；以及用於控制至少一些臂段的控制裝置，所述控制裝置能夠對相關臂段的形狀進行控制，以使構成臂的各不同臂段能形成不同的形狀，籍此，所述臂就可以沿著一預定的進入路徑縱向地前進，使所述工具到達所述現場。使用各個包括多個鏈節並且具有獨立的控制裝置的臂段的組合，就允許特別是這樣的裝置縱向地伸入到受限制的空間或通路中。
文檔編號B60S5/00GK1678937SQ01816556
公開日2005年10月5日 申請日期2001年8月17日 優先權日2000年8月18日
發明者R·O·白金漢, A·C·格拉厄姆 申請人:奧利弗克裡斯品機器人有限公司