CN103692436A

CN103692436A - 爬缆机器人

Info

Publication number: CN103692436A
Application number: CN201310703727.1A
Authority: CN
Inventors: 包贤强; 冷护基
Original assignee: 包贤强
Current assignee: Changsha liekong Intelligent Technology Co., Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103692436B

Abstract

本发明公开了一种爬缆机器人，属于特种机器人领域。它包括机架、滚轮、主轴、滚动轴承A、同步带轮A、同步带、同步带轮B、同步电机、回程机构，所述的回程机构由间隙性制动机构和增速传动机构构成，所述的间隙性制动机构由制动盘、法兰盘、摩擦块、制动钳体、制动轴、调节弹簧、调节螺母A、调节块、调节轴、调节螺母B、滚子、滚子轴组成，所述的增速传动机构由圆锥齿轮A、圆锥齿轮B、传动轴、滚动轴承B、凸轮组成。本发明解决了现有爬缆机器人在意外断电时难以自动返回地面、机器人在正常返回地面时耗用大量能源以及返回时速度难以自动调节的问题，具有设计合理、易于制造的优点。

Description

爬缆机器人

技术领域

本发明属于特种机器人领域，更具体地说，是涉及一种用于缆索检测与维护的爬缆机器人。

背景技术

斜拉桥作为现代桥梁的新形式，在世界范围内得到了广泛的应用。作为斜拉桥主要受力构件之一的缆索长期暴露在空气中，经风吹雨淋日晒，缆索表面的聚乙烯护套将会产生不同程度的硬化和开裂现象，给护套内的钢丝束带来锈斑、断丝等严重问题；同时由于随机风振、雨振，使缆索内的钢丝产生微摩擦，继而引起严重的断丝问题，给斜拉桥埋下严重的隐患。由于斜拉桥是最近几十年才兴起的新桥型，与斜拉桥的主要受力构件缆索相配套的缆索维护措施还很不完善。

早期对缆索的检测与维护采用卷扬机拖动吊篮小车以人工的方式。吊篮小车作业方式的缺点为：1．小车重量大，吊篮小车加上两位工作人员重达七八百公斤，并且为了减小提升力，采用了坚硬的尼龙轮压在缆索上，这不仅会刮落底涂层，而且会擦伤缆索表面的PE防护层，严重时甚至会剪断钢丝；2．施工工期长、成本高，清洗涂装一座大桥上全部缆索的工期达数月之久，并且各种费用较高；3．工人工作的环境极端恶劣，工作人员在一百多米的高空作业，不仅面临大风、难于通讯的情况，而且会有人员伤亡事故的发生。

近几年来，由上海交通大学研制的多款气动、电动缆索机器人较以前有较大的改进，基本满足一般的使用要求，但也有机械结构和控制系统复杂，意外事故机器人难以自动返回地面，实际操作不便，因此未能得到广泛的应用。

发明内容

针对现有爬缆机器人在意外断电时难以自动返回地面、机器人在正常返回地面时耗用大量能源以及返回时速度难以自动调节的问题，本发明提供一种爬缆机器人。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种爬缆机器人，包括机架、滚轮、主轴、滚动轴承A、同步带轮A、同步带、同步带轮B、同步电机，机架上设置有滚动轴承A、同步电机，主轴装配于滚动轴承A中，主轴一端与同步带轮A相连，滚轮装配于主轴上，滚轮圆弧面压于缆索表面，同步带轮B装配于同步电机主轴上，同步带轮A和同步带轮B都与同步带相啮合，还包括回程机构，所述的回程机构由间隙性制动机构和增速传动机构构成。

所述的间隙性制动机构包括制动盘、法兰盘、摩擦块、制动钳体、制动轴、调节弹簧、调节螺母A、调节块、调节轴、调节螺母B、滚子、滚子轴，所述的法兰盘通过键装配于主轴上，所述的制动盘的通孔穿过主轴，并通过螺栓与法兰盘连接；所述的制动钳体与机架固连，所述的制动轴上设有螺纹，并穿过制动钳体的预留光孔，其一端固连摩擦块，另一端通过螺纹旋入调节块中；所述的制动轴上设有与其相啮合的调节螺母A，并在调节螺母A与制动钳体之间设有调节弹簧，其与调节块相啮合的一端设有光孔；所述的调节块上设有螺纹通孔，螺纹通孔中装配有调节轴；所述的调节螺母B装配于调节轴上，并对顶于调节块上；所述的滚子通过滚子轴装配在调节轴上。

所述的增速传动机构包括圆锥齿轮A、圆锥齿轮B、传动轴、滚动轴承B、凸轮，所述的圆锥齿轮A通过键与主轴连接，所述的滚动轴承B固连于机架上，所述的传动轴装配于滚动轴承B中，所述的圆锥齿轮B通过键与传动轴的一端连接，并与圆锥齿轮A相啮合，所述的凸轮通过键与传动轴另一端连接。

所述的制动盘的边缘设有若干散热孔，所述的回程机构的数量为1～2个。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

（1）本发明在回程时，利用主轴带动增速传动机构运行，由于增速传动机构的增速作用，使得增速传动机构的输出转速远大于主轴转速，从而增大了间隙性制动机构的工作频率，使得机器人在下降过程中减速更为明显。

（2）本发明利用主轴带动增速传动机构运行，增速传动机构带动间隙性制动机构运行，间隙性制动机构反作用于与主轴相连的制动盘，构成了一个闭环反馈系统，从而能够实现转速的自动调节；又由于主轴的转速决定了机器人的下降速度，因此机器人的下降速度能够实现自动调节，实现了机器人接近于匀速降落。

（3）本发明在意外断电时，由于失去工作动力源，电机停止运行，但回程机构利用机器人自身重力开始工作，使得机器人接近于匀速下落，从而防止机器人因高速下降造成冲缆事故发生，避免对大桥造成伤害。

（4）本发明在需正常返回地面时，关闭电源，利用机器人自身重力作用，回程机构开始工作，使机器人安全返回地面，可节约大量能源。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1中沿A—A的剖视图；

图3为图1中Ⅰ的局部放大图；

图4为图3中Ⅱ的局部放大图；

图5为图2中的B向视图；

图6为图3中沿C—C的剖视图。

图中：1—缆索，2—机架，3—滚轮，4—主轴，5—滚动轴承A，6—同步带轮A，7—同步带，8—同步带轮B，9—同步电机，10—制动盘，11—法兰盘，12—摩擦块，13—制动钳体，14—制动轴，15—调节弹簧，16—调节螺母A，17—调节块，18—调节轴，19—调节螺母B，20—滚子，21—滚子轴，22—圆锥齿轮A，23—圆锥齿轮B，24—传动轴，25—滚动轴承B，26—凸轮，Ⅰ—回程机构，Ⅲ—间隙性制动机构，Ⅳ—增速传动机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1、图2、图3、图5、图6所示，爬缆机器人包括机架2、滚轮3、主轴4、滚动轴承A5、同步带轮A6、同步带7、同步带轮B8、同步电机9，机架2上设置有滚动轴承A5、同步电机9，主轴4装配于滚动轴承A5中，主轴4一端与同步带轮A6相连，滚轮3装配于主轴4上，滚轮3圆弧面压于缆索1表面，同步带轮B8装配于同步电机9主轴上，同步带轮A6和同步带轮B8都与同步带7相啮合，还包括回程机构Ⅰ，所述的回程机构Ⅰ由间隙性制动机构Ⅲ和增速传动机构Ⅳ构成。

如图3、图4所示，所述的间隙性制动机构Ⅲ包括制动盘10、法兰盘11、摩擦块12、制动钳体13、制动轴14、调节弹簧15、调节螺母A16、调节块17、调节轴18、调节螺母B19、滚子20、滚子轴21，所述的法兰盘11通过键装配于主轴4上，所述的制动盘10的通孔穿过主轴4，并通过螺栓与法兰盘11连接；所述的制动钳体13与机架2固连，所述的制动轴14上设有螺纹，并穿过制动钳体13的预留光孔，其一端固连摩擦块12，另一端通过螺纹旋入调节块17中；所述的制动轴14上设有与其相啮合的调节螺母A16，并在调节螺母A16与制动钳体13之间设有调节弹簧15，其与调节块17相啮合的一端设有光孔；所述的调节块17上设有螺纹通孔，螺纹通孔中装配有调节轴18；所述的调节螺母B19装配于调节轴18上，并对顶于调节块17上；所述的滚子20通过滚子轴21装配在调节轴18上。

如图3所示，所述的增速传动机构Ⅳ包括圆锥齿轮A22、圆锥齿轮B23、传动轴24、滚动轴承B25、凸轮26，所述的圆锥齿轮A22通过键与主轴4连接，所述的滚动轴承B25固连于机架2上，所述的传动轴24装配于滚动轴承B25中，所述的圆锥齿轮B23通过键与传动轴24的一端连接，并与圆锥齿轮A22相啮合，所述的凸轮26通过键与传动轴24另一端连接。

所述的制动盘10的边缘设有若干散热孔，所述的回程机构Ⅰ的数量为1～2个。

机器人在斜拉桥上工作，当出现意外断电情况或者需要正常断电返回时，回程机构Ⅰ开始工作；机器人由于自身重力作用快速下降，主轴4高速旋转；此时主轴4带动增速传动机构Ⅳ运行，增速传动机构Ⅳ带动间隙性制动机构Ⅲ运行，间隙性制动机构Ⅲ反作用于与主轴4相连的制动盘10，由于摩擦块12与制动盘10的摩擦作用，使得主轴4的转速降低，从而使得机器人的下降速度得到降低。

同时由于增速传动机构Ⅳ的增速作用，使得增速传动机构Ⅳ的输出转速远大于主轴4转速，从而增大了间隙性制动机构Ⅲ的工作频率，使得机器人在下降过程中减速更为明显，让机器人下降更为安全。

而主轴4带动增速传动机构Ⅳ运行，增速传动机构Ⅳ带动间隙性制动机构Ⅲ运行，间隙性制动机构Ⅲ反作用于与主轴4相连的制动盘10，构成了一个闭环反馈系统，从而能够实现转速的自动调节；又由于主轴4的转速决定了机器人的下降速度，因此，机器人的下降速度能够实现自动调节，即实现接近于匀速降落。

实施例1

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，爬缆机器人包括机架2、滚轮3、主轴4、滚动轴承A5、同步带轮A6、同步带7、同步带轮B8、同步电机9，机架2上设置有滚动轴承A5、同步电机9，主轴4装配于滚动轴承A5中，主轴4一端与同步带轮A6相连，滚轮3装配于主轴4上，滚轮3圆弧面压于缆索1表面，同步带轮B8装配于同步电机9主轴上，同步带轮A6和同步带轮B8都与同步带7相啮合，还包括回程机构Ⅰ，所述的回程机构Ⅰ由间隙性制动机构Ⅲ和增速传动机构Ⅳ构成。

所述的间隙性制动机构Ⅲ包括制动盘10、法兰盘11、摩擦块12、制动钳体13、制动轴14、调节弹簧15、调节螺母A16、调节块17、调节轴18、调节螺母B19、滚子20、滚子轴21，所述的法兰盘11通过键装配于主轴4上，所述的制动盘10的通孔穿过主轴4，并通过螺栓与法兰盘11连接；所述的制动钳体13与机架2固连，所述的制动轴14上设有螺纹，并穿过制动钳体13的预留光孔，其一端固连摩擦块12，另一端通过螺纹旋入调节块17中；所述的制动轴14上设有与其相啮合的调节螺母A16，并在调节螺母A16与制动钳体13之间设有调节弹簧15，其与调节块17相啮合的一端设有光孔；所述的调节块17上设有螺纹通孔，螺纹通孔中装配有调节轴18；所述的调节螺母B19装配于调节轴18上，并对顶于调节块17上；所述的滚子20通过滚子轴21装配在调节轴18上。

所述的增速传动机构Ⅳ包括圆锥齿轮A22、圆锥齿轮B23、传动轴24、滚动轴承B25、凸轮26，所述的圆锥齿轮A22通过键与主轴4连接，所述的滚动轴承B25固连于机架2上，所述的传动轴24装配于滚动轴承B25中，所述的圆锥齿轮B23通过键与传动轴24的一端连接，并与圆锥齿轮A22相啮合，所述的凸轮26通过键与传动轴24另一端连接。

所述的制动盘10的边缘设有散热孔，散热孔沿主轴成环形布置，其具体位置为制动盘10与摩擦块12相互作用处；所述的回程机构Ⅰ的数量为1个。

实施例2

所述的制动盘10的边缘设有散热孔，一部分散热孔沿主轴成环形布置，其具体位置为制动盘10与摩擦块12相互作用处，该散热孔组成的圆的切线处设有另一部分散热孔；所述的回程机构Ⅰ的数量为2个。

Claims

1.一种爬缆机器人，包括机架（2）、滚轮（3）、主轴（4）、滚动轴承A（5）、同步带轮A（6）、同步带（7）、同步带轮B（8）、同步电机（9），机架（2）上设置有滚动轴承A（5）、同步电机（9），主轴（4）装配于滚动轴承A（5）中，主轴（4）一端与同步带轮A（6）相连，滚轮（3）装配于主轴（4）上，滚轮（3）圆弧面压于缆索（1）表面，同步带轮B（8）装配于同步电机（9）主轴上，同步带轮A（6）和同步带轮B（8）都与同步带（7）相啮合，其特征是，还包括回程机构（Ⅰ），所述的回程机构（Ⅰ）由间隙性制动机构（Ⅲ）和增速传动机构（Ⅳ）构成。

2.根据权利要求1所述的爬缆机器人，其特征是，所述的间隙性制动机构（Ⅲ）包括制动盘（10）、法兰盘（11）、摩擦块（12）、制动钳体（13）、制动轴（14）、调节弹簧（15）、调节螺母A（16）、调节块（17）、调节轴（18）、调节螺母B（19）、滚子（20）、滚子轴（21），所述的法兰盘（11）通过键装配于主轴（4）上，所述的制动盘（10）的通孔穿过主轴（4），并通过螺栓与法兰盘（11）连接；所述的制动钳体（13）与机架（2）固连，所述的制动轴（14）上设有螺纹，并穿过制动钳体（13）的预留光孔，其一端固连摩擦块（12），另一端通过螺纹旋入调节块（17）中；所述的制动轴（14）上设有与其相啮合的调节螺母A（16），并在调节螺母A（16）与制动钳体（13）之间设有调节弹簧（15），其与调节块（17）相啮合的一端设有光孔；所述的调节块（17）上设有螺纹通孔，螺纹通孔中装配有调节轴（18）；所述的调节螺母B（19）装配于调节轴（18）上，并对顶于调节块（17）上；所述的滚子（20）通过滚子轴（21）装配在调节轴（18）上。

3.根据权利要求1所述的爬缆机器人，其特征是，所述的增速传动机构（Ⅳ）包括圆锥齿轮A（22）、圆锥齿轮B（23）、传动轴（24）、滚动轴承B（25）、凸轮（26），所述的圆锥齿轮A（22）通过键与主轴（4）连接，所述的滚动轴承B（25）固连于机架（2）上，所述的传动轴（24）装配于滚动轴承B（25）中，所述的圆锥齿轮B（23）通过键与传动轴（24）的一端连接，并与圆锥齿轮A（22）相啮合，所述的凸轮（26）通过键与传动轴（24）另一端连接。

4.根据权利要求2所述的爬缆机器人，其特征是，所述的制动盘（10）的边缘设有若干散热孔。

5.根据权利要求1所述的爬缆机器人，其特征是，所述的回程机构（Ⅰ）的数量为1～2个。