CN103696365B - 一种斜拉桥缆索机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种斜拉桥缆索机器人，包括：主动模块1、从动模块2、检测模块3、断电保护模块4，所述主动模块1以主动车架5为安装平台，所述从动模块2以从动车架27为安装平台，所述检测模块3以相机支撑架53为安装平台，所述断电保护模块4以安装架56为安装载体；所述主动车架5和从动车架27通过连接叉架44、连接条45连接；所述检测模块3通过相机支撑架53分别与所述主动车架5以及所述从动车架27连接；所述断电保护模块4通过安装架56与所述主动车架5连接。本发明在电磁离合器断开的同时电磁铁工作使刹车带抱紧制动轮，防止机器人下滑；夹紧方式简单易行。

Description

一种斜拉桥缆索机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，特别是特种机器人领域，具体涉及一种斜拉桥缆索机器人，尤其是一种缆索表面PE层检测机器人。

背景技术

近年来，斜拉桥作为现代桥梁的新型式，以其良好的抗震性能和经济性能，在世界范围内得到了广泛的应用。而拉索作为斜拉桥桥梁主要受力构件之一，对其安全性能检查与评估的重要性可想而知。目前与斜拉桥拉索相配套的检测维护措施还很不完善，主要由人工完成检测与维修。但人工完成有着各种缺点。如在检测武汉长江二桥时，用卷扬机拖动搭载维修工人和检测仪器的小车，重达几百公斤，此重量作用在拉索上，本身就是对其保护层的破坏，工人长期处在百米高空作业，危险性大，环境恶劣，效率低下。为防止下雨时拉索水滴破坏主体桥面，新式桥梁拉索表面上增加了螺旋导水线。这更易被拖动小车破坏。总之，人工检测的缺点主要有检测周期长、危险性高、难度大、造成二次破坏。随着机器人技术的发展，开发用于桥梁拉索安全检测的小型、轻便、安全的检测机器人系统，成为必然要求。因为潜在的用户数量巨大，适合大批量生产。

鉴于以上背景，结合机器人的实际工作环境，设计了一种新型的斜拉桥缆索机器人。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种的控制方法以及相应的控制装置。

根据本发明的一个方面，提供一种斜拉桥缆索机器人，其特征在于，至少包括：

主动模块1，为所述斜拉桥缆索机器人提供动力，实现所述斜拉桥缆索机器人沿着斜拉桥缆索进行移动；

从动模块2，至少为所述斜拉桥缆索机器人中的主动模块1中的减速步进电机6提供电能；

检测模块3，用于检测被检测的斜拉桥缆索的状况；

断电保护模块4，使得所述斜拉桥缆索机器人在断电时不会沿所述斜拉桥的缆索下滑以及实现对所述斜拉桥缆索机器人的缓冲作用；

其中，所述主动模块1以主动车架5为安装平台，所述从动模块2以从动车架27为安装平台，所述检测模块3以相机支撑架53为安装平台，所述断电保护模块4以安装架56为安装载体；

所述主动车架5和从动车架27通过连接叉架44、连接条45连接；所述检测模块3通过相机支撑架53分别与所述主动车架5以及所述从动车架27连接；所述断电保护模块4通过安装架56与所述主动车架5连接。

优选地，所述主动模块1还包括减速步进电机6，采集模块8、控制装置9、主动轮组件21；其中，所述减速步进电机6经过传动系统与所述主动轮组件21连接，并通过所述传动系统带动所述主动轮组件21，实现主动轮组件21在所述斜拉桥缆索上的移动；所述采集模块8和控制装置9安装在所述主动车架5上，实现对所述减速步进电机6的控制。

优选地，所述主动模块1还包括主动车架5、小张紧轮装置7、电磁铁10、大张紧轮装置11、小同步带轮12、传动轴13、大同步带轮14、轴承座15、制动轮16、制动带17、法兰盘18、电磁离合器19、电机支架20；其中，所述主动车架5是主动模块1上其它部件的安装平台，减速步进电机6通过所述电机支架20连接固定于主动车架5上，所述减速步进电机6的输出轴与所述离合器18相连，所述传动轴13中靠近所述减速步进电机6的一端连接法兰盘18，远离所述减速步进电机6的一端连接所述小同步带轮12，所述传动轴13利用轴承座15安装在主动车架5上，小同步带轮12通过同步带将动力传递给大同步带轮14，并通过大张紧轮装置11调节同步带的松紧，大同步带轮14通过轴连接主动轮组件21；所述制动轮16穿过传动轴13，所述制动带17贴合在所述制动轮16表面。

优选地，所述上下两组主动轮组件21优选地用传动比为1的同步带轮传动，与所述大同步带轮14相连的主动轮通过同步带将动力传递给未与大同步带轮14相连的主动轮，所述同步带用小张紧轮装置7张紧。

优选地，所述传动轴轴承座15内安装有第一轴承25，并用孔用挡圈26限制所述第一轴承25轴向串动。

优选地，所述主动轮组件21包括主动轮轴22、两个圆台轮24，所述两个圆台轮24分别被所述主动轮轴22轴向穿过并固定。

优选地，所述两个圆台轮24通过长平键安装在所述主动轮轴22上，再分别在其两端分别拧紧两个薄螺母23。

优选地，所述至少一个圆台轮24优选地为圆台状。

优选地，所述采集模块8优选地为EM231，所述控制装置9优选地为可编程逻辑控制器。

优选地，所述从动模块2包括锂电池30、交换机31、收发天线32、光电编码器35、从动车架27、从动轮组件34，其中，

优选地，所述交换机31、收发天线32被安装在所述从动车架27右侧，负责系统的无线通讯；

优选地，所述光电编码器35被安装在从动轮组件34的一个侧面，对所述斜拉桥缆索机器人的行驶距离和速度进行测量。

优选地，所述从动模块2还包括从动横梁28、电池盒29、压簧33；所述从动横梁28安装在所述从动车架27的两端，从动横梁18上安装从动轮组件34，并通过压簧33将其从动轮组件34压紧在桥梁缆索上，电池盒29位于从动车架27的中部，锂电池30被安装在所述电池盒29内。

优选地，所述从动轮组件34包括短平键37、挡套38、第二轴承39、从动轴承套40、轴用挡圈41、从动轮42、从动轮芯轴43；其中，所述第二轴承39对称地安装在所述从动轴承套40内，轴用挡圈41在所述轴承39的外侧，防止所述第二轴承39轴向串动，所述挡套38固定在所述轴用挡圈41的外侧，所述从动轮42紧靠所述挡套38，其中，所述从动轮42和从动轮芯轴43其上开有键槽，并通过短平键37连接。

优选地，所述主动模块1与所述从动模块2通过连接叉架44与连接条45连接，同时连接叉架44安装有防偏轮支架47、防偏轮48、弹簧49以防止机器人偏离缆索中心面，其中，所述防偏轮支架47固定在所述连接叉架44上，所述防偏轮48固定在防偏轮支架47上，所述弹簧49的一端连接所述防偏轮支架47、另一端连接所述防偏轮48。

优选地，所述检测模块3包括相机套50、相机支撑叉架端52、相机支撑架53，其中所述相机支撑叉架端52和所述相机支撑架53上均开有长形孔以方便所述相机套50移动，所述相机套50的底部设有一滑动部，所述滑动部与所述相机支撑叉架端52或所述相机支撑架53相连接，所述检测模块3固定在所述主动车架5以及所述从动车架27上。

优选地，所述断电保护模块4与所述主动车架5连接，对所述斜拉桥缆索机器人在非人为控制下的向下滑起到缓冲作用。

优选地，所述断电保护模块4包括缓冲器54、螺母55、安装架56、离合器外圈57、单向离合器58、连架杆59、连接耳60，所述离合器外圈57用平键连接在单向离合器58上，所述缓冲器54用两个螺母55锁紧在所述安装架56上，所述连接耳60与所述连架杆59用销钉连接。

优选地，所述主动车架5采用铝方管焊接而成，关键部位焊接至少10mm的垫块，再打孔攻丝。

优选地，所述减速步进电机6将动力输出后由所述电磁离合器19控制动力输出，减少电机启动频率。

优选地，所述主动轮组件21由所述两个圆台轮24组装成V形状，其上开有浅沟槽以增大摩擦力。

优选地，所述圆台轮24的材料优选地是硫化橡胶，或有较大摩擦系数的橡胶。

优选地，所述从动车架27采用铝方管焊接成H型，关键部位焊接垫块。

优选地，所述电池盒29根据所述从动车架27形状加工成两个连接的盒子状，便于卡紧在所述从动车架27上。

优选地，所述从动模块2中的从动横梁28上有两圆柱台并有φ12mm的导向内孔与φ12.2mm的避空内孔，使所述从动轴承套40上的M12螺纹能轻松通过。

优选地，所述连接叉架44与所述连接条45之间用销钉46连接。

优选地，所述相机套50内放置一相机51，所述相机用于拍摄所述被检测的缆索。

根据本发明的另一个实施例，还提供了一种斜拉桥缆索机器人，包括主动模块1、从动模块2、检测模块3、断电保护模块4；其中：所述主动模块1包括主动车架5、减速步进电机6、小张紧轮装置7、EM231模块8、西门子PLC9、电磁铁10、大张紧轮装置11、小同步带轮12、传动轴13、大同步带轮14、轴承座15、制动轮16、制动带17、法兰盘18、电磁离合器19、电机支架20、主动轮组件21；所述主动轮组件21包括主动轮轴22、薄螺母23、圆台轮24。两圆台轮24通过长平键安装在主动轮轴22上，再分别在两端拧紧两个薄螺母23达到紧固定位的目的；所述传动轴轴承座15内安装有轴承25，并用孔用挡圈26限制轴向串动；所述从动模块2包括从动车架27、从动横梁28、电池盒29、锂电池30、交换机31、收发天线32、压簧33、从动轮组件34、光电编码器35；所述从动轮组件34包括M14螺母36、短平键37、挡套38、6002轴承39、从动轴承套40、轴用挡圈41、从动轮42、从动轮芯轴43。安装时6002轴承39对称的安装在从动轴承套40内，用轴用挡圈41限制轴向串动。再安装上挡套38，最后安装上从动轮42并拧紧M14螺母36；所述主动模块1与从动模块2通过连接叉架44与连接条45连接，并使用销钉46以适应不同直径的缆索。同时连接支架43上安装有防偏轮支架47、防偏轮48、弹簧49以防止机器人偏离缆索中心面；所述检测模块3包括相机套50、相机51、相机支撑叉架端52、相机支撑架53。其中相机支撑叉架端52和相机支撑架53上均开有长形孔以方便相机套移动。整个模块用M10的螺栓锁紧在主动车架5和从动车架27上；所述断电保护模块4包括缓冲器54、螺母55、安装架56、离合器外圈57、单向离合器58、连架杆59、连接耳60。离合器外圈57用平键连接在单向离合器58上，缓冲器25用两个螺母55锁紧在安装架56上，连接耳60与连架杆59用销钉连接。

优选地，所述主动车架5采用铝方管焊接而成，关键部位焊接10mm的垫块，再打孔攻丝。所述减速步进电机6将动力输出后由电磁离合器19控制动力输出，减少电机启动频率，延长其使用寿命。所述主动轮组件21由两个圆台轮24组装成V形状，材料为硫化橡胶，其上开有浅沟槽以增大摩擦力。

优选地，所述从动车架27采用铝方管焊接成H型，关键部位焊接垫块，增加强度。所述电池盒29，根据从动车架27形状加工成两个连接的盒子状，便于卡紧在从动车架27上，也有利于承受锂电池30的重量。

优选地，所述从动模块2中的从动横梁28上有两圆柱台并有φ12mm的导向内孔与φ12.2mm的避空内孔，使从动轴承套40上的M12螺纹能轻松通过。

优选地，所述连接叉架44与连接条45之间用销钉46连接。以适应装配误差带来的不对中问题。并可根据要求设计不同连接条45的长度尺寸，满足不同直径缆索的检测要求。

本发明具有以下特点：采用了电磁离合器，可以减少电机通断的频率，延长电机的工作寿命。在电磁离合器断开的同时电磁铁工作使刹车带抱紧制动轮，防止机器人下滑。在机器人安装在缆索上之前，先将从动模块上的两个M12螺母拧紧，使压簧处于压缩状态，再将从动与主动模块安装在缆索上，拧紧M6螺母，初步夹紧。然后通过放松M12螺母，压簧回弹，起到夹紧的作用，夹紧方式简单易行。连接模块的叉架螺栓用途有两个，一是作为防偏轮的固定支架，二是用于对主动与从动模块的初步夹紧安装。铰链方式连接的相机支架很好的适应了直径不同缆索(150～300mm)的检测。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的总装配图；

图2示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的主动模块正面图；

图3示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的主动模块背面图；

图4示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的主动轮组件装配图；

图5示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的轴承座内部装配图；

图6示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的从动模块装配图；

图7示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的从动轮组件剖视图；

图8示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的主动模块和从动模块的连接部分装配图；

图9示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的检测模块装配图；以及

图10示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的断电保护模块装配图。

标号说明：

1、主动模块，2、从动模块，3、检测模块，

4、断电保护模块，5、主动车架，6、减速步进电机，

7、小张紧轮装置，8、采集模块，9、控制装置，

10、电磁铁，11、大张紧轮装置，12、小同步带轮，

13、传动轴，14、大同步带轮，15、轴承座，

16、制动轮，17、制动带，18、法兰盘，

19、电磁离合器，20、电机支架，21、主动轮组件，

22、主动轮轴，23、薄螺母，24、圆台轮，

25、第一轴承，26、孔用挡圈，27、从动车架，

28、从动横梁，29、电池盒，30、锂电池，

31、交换机，32、收发天线，33、压簧，

34、从动轮组件，35、光电编码器，36、M14螺母，

37、短平键，38、挡套，39、第二轴承，

40、从动轴承套，41、轴用挡圈，42、从动轮，

43、从动轮芯轴，44、连接叉架，45、连接条，

46、销钉，47、防偏轮支架，48、防偏轮，

49、弹簧，50、相机套，51、相机，

52、相机支撑叉架端，53、相机支撑架，54、缓冲器，

55、螺母，56、安装架，57、离合器外圈，

58、单向离合器，59、连架杆，60、连接耳。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的总装配图。具体地，本领域技术人员理解，在本实施例中，所述斜拉桥缆索机器人，至少包括：主动模块1，为所述斜拉桥缆索机器人提供动力，实现所述斜拉桥缆索机器人沿着斜拉桥缆索进行移动；从动模块2，至少为所述斜拉桥缆索机器人中的主动模块1中的减速步进电机6提供电能；检测模块3，用于检测被检测的斜拉桥缆索的状况；断电保护模块4，使得所述斜拉桥缆索机器人在断电时不会沿所述斜拉桥的缆索下滑以及实现对所述斜拉桥缆索机器人的缓冲作用；其中，所述主动模块1以主动车架5为安装平台，所述从动模块2以从动车架27为安装平台，所述检测模块3以相机支撑架53为安装平台，所述断电保护模块4以安装架56为安装载体；所述主动车架5和从动车架27通过连接叉架44、连接条45连接；所述检测模块3通过相机支撑架53分别与所述主动车架5以及所述从动车架27连接；所述断电保护模块4通过安装架56与所述主动车架5连接。优选地，本领域技术人员理解，所述主动车架5采用铝方管焊接而成，关键部位焊接至少10mm的垫块，再打孔攻丝。进一步地，所述从动车架27采用铝方管焊接成H型，关键部位焊接垫块。

本领域技术人员理解，在本实施例中，所述主动模块1中的所述减速步进电机6，通过所述从动模块2中提供的电能，进行运转。进一步地，本领域技术人员理解，所述步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

进一步地，本领域技术人员理解，所述减速步进电机6通过传动装置将动力提供给主动模块1，从而实现主动模块1在缆索上的移动，进而实现所述斜拉桥缆索机器人在缆索上的移动。

优选地，本领域技术人员理解，所述从动模块2与所述主动模块1相连，主要实现对所述主动模块1中的减速步进电机6供电，使所述减速步进电机可以正常运作。

进一步地，本领域技术人员理解，主动模块1安装在主动车架5上，从动模块2安装在从动车架27上。进一步地，主动车架5和从动车架27通过连接叉架44、连接条45连接，从而使主动模块1和从动模块2相连接，二者相对固定，且能够沿着斜拉桥的缆索上下移动。

优选地，本领域技术人员理解，所述检测模块3，分别与主动模块1和从动模块2相连接，进一步地，固定在主动车架5和从动车架27上，从而检测模块3能够随着主动模块1和从动模块2沿着斜拉桥的缆索上下移动，实现对缆索的全面检测。

进一步地，本领域技术人员理解，所述断电保护模块4与所述主动车架5连接，并在电超负荷和电池亏电情况下对斜拉桥缆索机器人自主下滑起到缓冲作用。

图2示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的主动模块正面图。本实施例在上述图1所示实施例的基础上，示出了主动模块的示意图。优选地，在本实施例中，所述主动模块1还包括减速步进电机6，采集模块8、控制装置9、主动轮组件21；其中，所述减速步进电机6经过传动系统与所述主动轮组件21连接，并通过所述传动系统带动所述主动轮组件21，实现主动轮组件21在所述斜拉桥缆索上的移动；所述采集模块8和控制装置9安装在所述主动车架5上。

优选地，本领域技术人员理解，所述主动模块1还包括主动车架5、小张紧轮装置7、电磁铁10、大张紧轮装置11、小同步带轮12、传动轴13、大同步带轮14、轴承座15、制动轮16、制动带17、法兰盘18、电磁离合器19、电机支架20；其中，所述主动车架5是主动模块1上其它部件的安装平台，减速步进电机6通过所述电机支架20连接固定于主动车架5上，所述减速步进电机6的输出轴与所述离合器18相连，所述传动轴13中靠近所述减速步进电机6的一端连接法兰盘18，远离所述减速步进电机6的一端连接所述小同步带轮12，所述传动轴13利用轴承座15安装在主动车架5上，小同步带轮12通过同步带将动力传递给大同步带轮14，并通过大张紧轮装置11调节同步带的松紧，大同步带轮14通过轴连接主动轮组件21；所述制动轮16穿过传动轴13，所述制动带17贴合在所述制动轮16表面。

进一步地，本领域技术人员理解，在本实施例中，所述上下两组主动轮组件21优选地用传动比为1的同步带轮传动，与所述大同步带轮14相连的主动轮通过同步带将动力传递给未与大同步带轮14相连的主动轮，所述同步带用小张紧轮装置7张紧。

优选地，本领域技术人员理解，所述传动轴轴承座15内安装有第一轴承25，并用孔用挡圈26限制所述第一轴承25轴向串动。

进一步地，本领域技术人员理解，所述主动轮组件21包括主动轮轴22、两个圆台轮24，所述两个圆台轮24分别被所述主动轮轴22轴向穿过并固定。

优选地，本领域技术人员理解，所述两个圆台轮24通过长平键安装在所述主动轮轴22上，再分别在其两端分别拧紧两个薄螺母23。

进一步地，本领域技术人员理解，所述至少一个圆台轮24优选地为圆台状。

优选地，本领域技术人员理解，所述采集模块8优选地为EM231，所述控制装置9优选地为可编程逻辑控制器。进一步地，本领域技术人员理解，所述采集模块8与所述锂电池30连接，通过采集所述锂电池30的电量信息，进而实时监测所述锂电池30的电量。在一个优选的变化例中，所述采集模块8还可以通过三菱Q25HCPU模块来实现，这并不影响本发明的技术内容。进一步地，本领域技术人员还理解。所述控制装置9分别与光电编码器35、交换机31和收发天线32相连接。进一步地，本领域技术人员理解，所述电磁离合器19靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。电磁离合器可分为：干式单片电磁离合器，干式多片电磁离合器，湿式多片电磁离合器，磁粉离合器，转差式电磁离合器等。电磁离合器工作方式又可分为：通电结合和断电结合，这并不影响本发明的技术内容。进一步地，实现对所述减速步进电机6将动力输出后由所述电磁离合器19控制动力输出，从而减少电机的启动频率。

图3示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的主动模块背面图。本领域技术人员理解，在上述图2所示实施例中，示出了所述主动模块1正面的示意图，而在图3所示实施例中，则示出了所述主动模块1背面的示意图。进一步地，优选地，本领域技术人员理解，在主动车架5的背面，即与斜拉桥缆索相接触的部分安装有主动轮组件21。所述主动轮组件21与所述斜拉桥的缆索紧密结合，在主动轮组件21通过传动系统得到所述减速步进电机6的动力以后，使主动轮组件与缆索在所提供的力的作用下实现移动，进而使整个斜拉桥缆索机器人发生沿着缆索方向上的移动。

参考上述图1至图3，本领域技术人员理解，进一步地，在图2以及图3所示实施例的变化例中，还可以从其他角度查看所述主动模块1并对其进行描述，在此不予赘述。

图4示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的主动轮组件装配图。结合上述图1至图3所示实施例，本领域技术人员理解，在本实施例中，对上述主动模块1中的主动轮组件进一步描述。

具体地，本领域技术人员理解，所述主动轮组件21包括主动轮轴22、两个圆台轮24，所述两个圆台轮24分别被所述主动轮轴22轴向穿过并固定。

优选地，本领域技术人员理解，所述两个圆台轮24通过长平键安装在所述主动轮轴22上，再分别在其两端分别拧紧两个薄螺母23。

进一步地，本领域技术人员理解，所述至少一个圆台轮24优选地为圆台状。

优选地，本领域技术人员理解，所述主动轮组件21由所述两个圆台轮24组装成V形状，其上开有浅沟槽以增大摩擦力，所述圆台轮24的材料优选地是硫化橡胶，或有较大摩擦系数的橡胶。本领域技术人员理解，所述两圆台轮24组装成的形状并不限于V型，也可以为其它形状，只要能与斜拉桥缆索有较大的接触面积，且方便相对移动即可。本领域技术人员理解，所述圆台轮24的材料也并不局限于硫化橡胶，只要有较大的摩擦系数的橡胶，使得圆台轮与斜拉桥的缆索之间有较大的摩擦力均可以。

图5示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的轴承座内部装配图。本领域技术人员理解，所述传动轴轴承座15内安装有第一轴承25，并用孔用挡圈26限制所述第一轴承25轴向串动。进一步地，本领域技术人员理解，将轴承25压紧在轴承座15内，属于过盈配合。优选地，本领域技术人员理解，所述孔用挡圈26主要用来固定所述第一轴承25，使所述第一轴承25在所述传动轴13相对固定，且不会在所述传动轴13的方向上轴向串动，这样进一步保证了该传动系统的稳定性。

图6示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的从动模块装配图。本领域技术人员理解，所述从动模块2包括锂电池30、交换机31、收发天线32、光电编码器35、从动车架27、从动轮组件34，其中，优选地，本领域技术人员理解，所述交换机31、收发天线32被安装在所述从动车架27右侧，负责系统的无线通讯，所述交换机31分别与控制装置9、相机51连接。本领域技术人员理解，交换机是一种用于电信号转发的网络设备，它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路；进一步地，本领域技术人员理解，所述光电编码器35被安装在从动轮组件34的一个侧面，与控制装置9进行连接。本领域技术人员理解，所述光电编码器35，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，从而实现对所述斜拉桥缆索机器人的行驶距离和速度进行测量。

进一步地，本领域技术人员理解，所述从动模块2还包括从动横梁28、电池盒29、压簧33；优选地，本领域技术人员理解，所述从动模块2中的从动横梁28上有两圆柱台并有φ12mm的导向内孔与φ12.2mm的避空内孔，使所述从动轴承套40上的M12螺纹能轻松通过。进一步地，所述从动横梁28安装在所述从动车架27的两端，从动横梁18上安装从动轮组件34，并通过压簧33将其从动轮组件34压紧在桥梁缆索上，电池盒29位于从动车架27的中部，锂电池30被安装在所述电池盒29内。进一步地，本领域技术人员理解，所述电池盒29根据所述从动车架27形状加工成两个连接的盒子状，便于卡紧在所述从动车架27上。

进一步地，本领域技术人员理解，从动模块2安装方法如下：以从动车架27作为载体安装上从动横梁28，从动车架27焊接的垫块上铣有凹槽来固定从动横梁28。通过从动横梁28的通孔安装压簧33和从动轮组件34，并用M12螺母拧紧。为防止从动轮组件34转动，可将一片长方形铝板拧紧在上下两个从动轮轴承套40上。继续安装电池盒29，在电池盒29内安装锂电池30、交换机31、收发天线32。最后在从动轮芯43上安装光电编码器35，并用紧钉螺钉坚固。

图7示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的从动轮组件剖视图。本领域技术人员理解，所述从动轮组件34包括短平键37、挡套38、第二轴承39、从动轴承套40、轴用挡圈41、从动轮42、从动轮芯轴43。优选地，本领域技术人员理解，所述第二轴承39对称地安装在所述从动轴承套40内，轴用挡圈41在所述轴承39的外侧，防止所述第二轴承39轴向串动，所述挡套38固定在所述轴用挡圈41的外侧，所述从动轮42紧靠所述挡套38。进一步地，本领域技术人员理解，所述从动轮42和从动轮芯轴43其上开有键槽，并通过短平键37连接。

优选地，本领域技术人员理解，从动轮组件30的安装方法如下：在从动轮轴承套40内装上两个第二轴承39，再将从动轮芯轴43穿过轴承，然后两边对称的安装上轴用挡圈41、挡套38、普通平键37、从动轮42，最后两侧拧紧M14螺母36。

图8示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的主动模块和从动模块的连接部分装配图。本领域技术人员理解，所述主动模块1与所述从动模块2通过连接叉架44与连接条45连接，同时连接叉架44安装有防偏轮支架47、防偏轮48、弹簧49以防止机器人偏离缆索中心面。优选地，本领域技术人员理解，所述防偏轮支架47固定在所述连接叉架44上，所述防偏轮48固定在防偏轮支架47上，所述弹簧49的一端连接所述防偏轮支架47、另一端连接所述防偏轮48。优选地，本领域技术人员理解，所述连接叉架44与所述连接条45之间用销钉46连接。

图9示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的检测模块装配图。本领域技术人员理解，所述检测模块3包括相机套50、相机支撑叉架端52、相机支撑架53，其中所述相机支撑叉架端52和所述相机支撑架53上均开有长形孔以方便所述相机套50移动，所述相机套50的底部设有一滑动部，所述滑动部与所述相机支撑叉架端52或所述相机支撑架53相连接，所述检测模块3固定在所述主动车架5以及所述从动车架27上。所述相机套50内放置一相机51，所述相机用于拍摄所述被检测的缆索。

图10示出根据本发明的第一实施例的，一种斜拉桥缆索机器人的断电保护模块装配图。本领域技术人员理解，所述断电保护模块4与所述主动车架5连接，对所述斜拉桥缆索机器人在非人为控制下的向下滑起到缓冲作用。

进一步地，本领域技术人员理解，所述断电保护模块4包括缓冲器54、螺母55、安装架56、离合器外圈57、单向离合器58、连架杆59、连接耳60，所述离合器外圈57用平键连接在单向离合器58上，

进一步地，在一个优选的实施例中，所述缓冲器54用两个螺母55锁紧在所述安装架56上。

优选地，本领域技术人员理解，所述连接耳60与所述连架杆59用销钉连接。

进一步地，本领域技术人员理解，所述单向离合器58：由外座圈，内座圈、保持架、楔块等组成。其工作原理为：当内座圈固定时，外座圈顺时针方向转动楔块不锁止，外座圈可自由转动；当外座圈逆时针转动时，楔块锁止，外座圈不能转动。保持架的作用是使楔块总是朝着锁止外座圈的方向略微倾斜，以加强楔块的锁止功能。进一步地，本领域技术人员理解，所述斜拉桥缆索机器人在操作人员控制下，当沿着缆索向上运动时，所述单向离合器58的离合器外圈57沿顺时针运动，则此时所述单向离合器58的楔块不锁止，所述离合器外圈57可自由转动，对斜拉桥缆索机器人的向上运动不会产生阻碍。当在所述斜拉桥缆索机器人出现电超负荷和电池亏电情况下，所述单向离合器58的离合器外圈57沿逆时针运动，则此时所述单向离合器58的楔块锁止，进而阻碍斜拉桥缆索机器人的向下运动。

进一步地，本领域技术人员理解，在上述图1至图10所示实施例中，描述了本发明的一个优选实施例，而基于上述图1至图10所示实施例，还可以通过其他实施例实现本发明目的。

例如优选地，在另一个实施例中，如图2、图3所示，主动模块1由主动车架5作为载体分别安装上电机支架20、减速步进电机6、法兰盘18、电磁离合器19、电磁铁10、EM231模块8、西门子PLC9、小同步带轮12、传动轴13、大同步带轮14、轴承座15、制动轮16、制动带17、主动轮组件21。大小同步带轮传动比为2，上下两组主动轮组件用传动比为1的同步带轮传动，两组同步带分别用大张紧轮装置11、小张紧轮装置7张紧。

而进一步地，如图4所示圆台轮24通过平键安装在主动轮轴22上，并保证两边基本对称，再分别在两端拧上两个薄螺母23，完成主动轮组件21的安装。

进一步地，本领域技术人员理解，如图5所示将轴承25压紧在轴承座15内，属于过盈配合，再安装孔用挡圈26以限制其轴向串动。其余轴承座内均为此安装方法。

进一步地，本领域技术人员理解，如图6所示，从动模块2安装方法如下：以从动车架27作为载体安装上从动横梁28，从动车架27焊接的垫块上铣有凹槽来固定从动横梁28。通过从动横梁28的通孔安装压簧33和从动轮组件34，并用M12螺母拧紧。为防止从动轮组件34转动，可将一片长方形铝板拧紧在上下两个从动轮轴承套40上。继续安装电池盒29，在电池盒29内安装锂电池30、交换机31、收发天线32。最后在从动轮芯43上安装光电编码器35，并用紧钉螺钉坚固。

进一步地，本领域技术人员理解，如图7所示，从动轮组件30安装方法如下：在从动轮轴承套40内装上两个6002轴承39，再将从动轮芯轴43穿过轴承，然后两边对称的安装上轴用挡圈41、挡套38、普通平键37、从动轮42，最后两侧拧紧M14螺母36。

进一步地，本领域技术人员理解，如图8所示，主动模块1与从动模块2通过连接叉架44与连接条45连接，并用销钉46保证安装柔性，避免装配误差带来的不对称性。同时连接叉架44上安装有防偏轮支架47、防偏轮48、弹簧49保证机器人竖直向上运行。

进一步地，本领域技术人员理解，如图9所示，检测模块3中的相机支撑叉架端52和相机支撑架53采用铰链连接。相机51安装在相机套50内，相机套上的螺柱可在上述两零件的长形孔内移动。整个模块用M10的螺栓锁紧在主动车架5和从动车架27上。

进一步地，本领域技术人员理解，如图10所示，断电保护模块4中的离合器外圈57用平键连接在单向离合器58上组成配件。再将缓冲器54用螺母55固定在安装架56上。连架杆59通过销钉连接缓冲器上的连接耳60与离合器外圈57。缓冲器54可根据要求调节阻尼大小。

进一步地，本领域技术人员理解，所述连接叉架44与连接条45之间用销钉46连接。以适应装配误差带来的不对中问题。并可根据要求设计不同连接条45的长度尺寸，满足不同直径缆索的检测要求

进一步地，本领域技术人员理解，在另一个优选实施例中，本发明所提供一种斜拉桥缆索机器人，包括主动模块1、从动模块2、检测模块3、断电保护模块4。所述四个模块，其主动模块1以主动车架5为安装平台；从动模块2以从动车架27为安装平台；检测模块3以相机支撑架53为安装平台；断电保护模块4以安装架56为安装载体。主主动车架和从动车架通过连接叉架44、连接条45用销钉46连接，保证安装柔性；检测模块3通过相机支撑架53，利用螺栓锁紧在所述主动车架5以及所述从动车架27上；断电保护模块4通过安装架56利用螺栓安装在主动车架5上，通过上述组合形成斜拉桥缆索机器人的整体。

具体地，本领域技术人员理解，所述主动模块1的功能主要是通过其上携带的减速步进电机6，经过传动系统带动主动轮组件21为斜拉桥缆索机器人提供动力，并且携带采集8和控制模块9对整个机器人进行控制；所述从动模块2功能，携带锂电池30为系统供电、携带交换机31、收发天线32负责系统的无线通讯、安装压簧33实现系统的夹紧、携带光电编码器35对机器人的行驶距离和速度进行测量；检测模块3通过支撑叉架端52和所述相机支撑架53被安装在所述主动车架5和从动车架27上，通过上面携带的相机51，完成缆索表面的检测；所述断电保护模块4与所述主动车架5连接，并在电超负荷和电池亏电情况下对斜拉桥缆索机器人自主下滑起到缓冲作用。

所述主动模块1包括主动车架5、减速步进电机6、小张紧轮装置7、EM231模块8、西门子PLC9、电磁铁10、大张紧轮装置11、小同步带轮12、传动轴13、大同步带轮14、轴承座15、制动轮16、制动带17、法兰盘18、电磁离合器19、电机支架20、主动轮组件21；所述主动车架5是主动模块1上其它部件的安装平台，减速步进电机6通过电机支架用螺栓连接固定于主动车架5上，减速电机的输出轴与离合器18相连，传动轴13的一端连接法兰盘18，另外一端连接小同步带轮12，传动轴13利用轴承座15安装与主动车架5上，小带轮通过同步带将动力传递给大同步带轮14，并通过小张紧轮装置7调节同步带的松紧，大带轮通过轴连接主动轮组件21。所述EM231模块8、西门子PLC9为系统的采集和控制装置，通过螺栓安装在主动车架5上。

优选地，本领域技术人员理解，所述主动轮组件21包括主动轮轴22、薄螺母23、两个圆台轮24；所述两个圆台轮24通过长平键安装在所述主动轮轴22上，再分别在其两端分别拧紧两个薄螺母23达到紧固定位的目的。

优选地，本领域技术人员理解，所述传动轴轴承座15内安装有轴承25，并用孔用挡圈26限制轴向串动。相应地，本领域技术人员理解，图5所示的两张图为轴承座的剖视图，在此不予赘述。

优选地，本领域技术人员理解，所述从动模块2包括从动车架27、从动横梁28、电池盒29、锂电池30、交换机31、收发天线32、压簧33、从动轮组件34、光电编码器35；所述从动车架27为从动模块2其它组件的载体，从动横梁28通过螺栓安装在从动车架27的两端，从动横梁18上安装从动轮组件34，并通过压簧33将其从动轮组件34压紧在桥梁缆索上，光电编码器35被安装在其中的一个从动轮侧面，对机器人的行驶距离和速度进行测量；电池盒29位于从动车架27的中部，锂电池30被安装在电池盒29内、交换机31和收发天线32被安装在从动车架27右侧，负责系统的无线通讯。

优选地，本领域技术人员理解，所述从动轮组件34包括M14螺母36、短平键37、挡套38、6002轴承39、从动轴承套40、轴用挡圈41、从动轮42、从动轮芯轴43。安装时6002轴承39对称地安装在从动轴承套40内，用轴用挡圈41限制轴向串动，再安装上所述挡套38，最后安装上从动轮42并拧紧M14螺母36。

优选地，本领域技术人员理解，所述动轮42和从动轮芯轴43其上开有键槽，并通过短平键37连接。

优选地，本领域技术人员理解，所述主动模块1与从动模块2通过连接叉架44与连接条45连接，同时连接叉架44安装有防偏轮支架47、防偏轮48、弹簧49以防止机器人偏离缆索中心面，其中，所述防偏轮支架47固定在所述连接叉架44上，所述防偏轮48固定在防偏轮支架47上，所述弹簧49的一端连接所述防偏轮支架47、另一端连接所述防偏轮48。

优选地，本领域技术人员理解，所述检测模块3包括相机套50、相机支撑叉架端52、相机支撑架53，其中所述相机支撑叉架端52和所述相机支撑架53上均开有长形孔以方便所述相机套50移动，所述相机套50的底部设有一滑动部，所述滑动部与所述相机支撑叉架端52或所述相机支撑架53接触的部分。所述检测模块用螺栓锁紧在所述主动车架5以及所述从动车架27上。

优选地，本领域技术人员理解，所述断电保护模块4包括缓冲器54、螺母55、安装架56、离合器外圈57、单向离合器58、连架杆59、连接耳60，所述离合器外圈57用平键连接在单向离合器58上，所述缓冲器54用两个螺母55锁紧在所述安装架56上，所述连接耳60与所述连架杆59用销钉连接。

本领域技术人员理解，本发明提出的斜拉桥缆索机器人，其创新点主要在于：使用电磁离合器与电磁铁控制机器人的上升与停止，减少电机启停频率。夹紧方式采用先拧紧后放松的方式，简单易行。用于连接的连接叉架与连接条用销钉以增加系统的柔性。这样能使结构紧凑，合理。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (24)

1.一种斜拉桥缆索机器人，其特征在于：至少包括

主动模块(1)，为所述斜拉桥缆索机器人提供动力，实现所述斜拉桥缆索机器人沿着斜拉桥缆索进行移动；

从动模块(2)，至少为所述斜拉桥缆索机器人中的主动模块(1)中的减速步进电机(6)提供电能；

检测模块(3)，用于检测被检测的斜拉桥缆索的状况；

断电保护模块(4)，使得所述斜拉桥缆索机器人在断电时不会沿所述斜拉桥的缆索下滑以及实现对所述斜拉桥缆索机器人的缓冲作用；

其中，所述主动模块(1)以主动车架(5)为安装平台，所述从动模块(2)以从动车架(27)为安装平台，所述检测模块(3)以相机支撑架(53)为安装平台，所述断电保护模块(4)以安装架(56)为安装载体；

所述主动车架(5)和从动车架(27)通过连接叉架(44)、连接条(45)连接，其中，所述主动车架(5)连接一个所述连接叉架(44)，所述从动车架(27)连接一个所述连接叉架(44)，两个所述连接叉架(44)同时连接所述连接条(45)；所述检测模块(3)通过相机支撑架(53)分别与所述主动车架(5)以及所述从动车架(27)连接；所述断电保护模块(4)通过安装架(56)与所述主动车架(5)连接；

所述主动模块(1)还包括采集模块(8)、控制装置(9)、主动轮组件(21)；其中，所述减速步进电机(6)经过传动系统与所述主动轮组件(21)连接，并通过所述传动系统带动所述主动轮组件(21)，实现主动轮组件(21)在所述斜拉桥缆索上的移动；所述采集模块(8)和控制装置(9)安装在所述主动车架(5)上。

2.根据权利要求1所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述主动模块(1)还包括主动车架(5)、小张紧轮装置(7)、电磁铁(10)、大张紧轮装置(11)、小同步带轮(12)、传动轴(13)、大同步带轮(14)、轴承座(15)、制动轮(16)、制动带(17)、法兰盘(18)、电磁离合器(19)、电机支架(20)；其中，所述主动车架(5)是主动模块(1)上其它部件的安装平台，减速步进电机(6)通过所述电机支架(20)连接固定于主动车架(5)上，所述减速步进电机(6)的输出轴与所述电磁离合器(19)相连，所述传动轴(13)中靠近所述减速步进电机(6)的一端连接法兰盘(18)，远离所述减速步进电机(6)的一端连接所述小同步带轮(12)，所述传动轴(13)利用轴承座(15)安装在主动车架(5)上，小同步带轮(12)通过同步带将动力传递给大同步带轮(14)，并通过大张紧轮装置(11)调节同步带的松紧，大同步带轮(14)通过轴连接主动轮组件(21)；所述电磁铁(10)通过所述制动带(17)与所述制动轮(16)连接，所述制动轮(16)穿过传动轴(13)，所述制动带(17)贴合在所述制动轮(16)表面；所述小张紧轮装置(7)连接所述主动轮组件(21)之间的同步带，用于调节所述主动轮组件(21)之间的同步带的张紧。

3.根据权利要求2所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，上下两组主动轮组件(21)用传动比为1的同步带轮传动，与所述大同步带轮(14)相连的主动轮通过同步带将动力传递给未与大同步带轮(14)相连的主动轮，所述同步带用小张紧轮装置(7)张紧。

4.根据权利要求3所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述传动轴轴承座(15)内安装有第一轴承(25)，并用孔用挡圈(26)限制所述第一轴承(25)轴向串动。

5.根据权利要求4所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述主动轮组件(21)包括主动轮轴(22)、两个圆台轮(24)，所述两个圆台轮(24)分别被所述主动轮轴(22)轴向穿过并固定。

6.根据权利要求5所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述两个圆台轮(24)通过长平键安装在所述主动轮轴(22)上，再分别在其两端分别拧紧两个薄螺母(23)。

7.根据权利要求6所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述至少一个圆台轮(24)为圆台状。

8.根据权利要求7所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述采集模块(8)为EM231，所述控制装置(9)为可编程逻辑控制器。

9.根据权利要求8所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述从动模块(2)包括锂电池(30)、交换机(31)、收发天线(32)、光电编码器(35)、从动车架(27)、从动轮组件(34)，其中，

所述采集模块(8)还与所述锂电池(30)相连，用于检测所述锂电池(30)的电量；

所述交换机(31)、收发天线(32)被安装在所述从动车架(27)右侧，所述交换机(31)、收发天线(32)分别与控制装置(9)相连，负责系统的无线通讯；

所述光电编码器(35)被安装在从动轮组件(34)的一个侧面，所述光电编码器(35)与所述控制装置(9)连接，对所述斜拉桥缆索机器人的行驶距离和速度进行测量。

10.根据权利要求9所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述从动模块(2)还包括从动横梁(28)、电池盒(29)、压簧(33)；所述从动横梁(28)安装在所述从动车架(27)的两端，从动横梁(28)上安装从动轮组件(34)，并通过压簧(33)将其从动轮组件(34)压紧在桥梁缆索上，电池盒(29)位于从动车架(27)的中部，锂电池(30)被安装在所述电池盒(29)内。

11.根据权利要求10所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述从动轮组件(34)包括短平键(37)、挡套(38)、第二轴承(39)、从动轴承套(40)、轴用挡圈(41)、从动轮(42)、从动轮芯轴(43)；其中，所述第二轴承(39)对称地安装在所述从动轴承套(40)内，所述轴用挡圈(41)在所述第二轴承(39)的外侧，防止所述第二轴承(39)轴向串动，所述挡套(38)固定在所述轴用挡圈(41)的外侧，所述从动轮(42)紧靠所述挡套(38)，其中，所述从动轮(42)和从动轮芯轴(43)其上开有键槽，并通过短平键(37)连接。

12.根据权利要求11所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述主动模块(1)与所述从动模块(2)通过连接叉架(44)与连接条(45)连接，同时连接叉架(44)安装有防偏轮支架(47)、防偏轮(48)、弹簧(49)以防止机器人偏离缆索中心面，其中，所述防偏轮支架(47)固定在所述连接叉架(44)上，所述防偏轮(48)固定在防偏轮支架(47)上，所述弹簧(49)的一端连接所述防偏轮支架(47)、另一端连接所述防偏轮(48)。

13.根据权利要求12所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述检测模块(3)包括相机套(50)、相机支撑叉架端(52)、相机支撑架(53)，其中所述相机支撑叉架端(52)和所述相机支撑架(53)上均开有长形孔以方便所述相机套(50)移动，所述相机套(50)的底部设有一滑动部，所述滑动部与所述相机支撑叉架端(52)或所述相机支撑架(53)相连接，所述检测模块(3)固定在所述主动车架(5)以及所述从动车架(27)上。

14.根据权利要求13所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述断电保护模块(4)与所述主动车架(5)连接，对所述斜拉桥缆索机器人在非人为控制下的向下滑起到缓冲作用。

15.根据权利要求14所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述断电保护模块(4)包括缓冲器(54)、螺母(55)、安装架(56)、离合器外圈(57)、单向离合器(58)、连架杆(59)、连接耳(60)，所述离合器外圈(57)用平键连接在单向离合器(58)上，所述缓冲器(54)用两个螺母(55)锁紧在所述安装架(56)上，所述连接耳(60)与所述连架杆(59)用销钉连接，所述连架杆(59)还通过销钉连接所述离合器外圈(57)。

16.根据权利要求15所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述主动车架(5)采用铝方管焊接而成，关键部位焊接至少10mm的垫块，再打孔攻丝。

17.根据权利要求2-16中任一项所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述减速步进电机(6)将动力输出后由所述电磁离合器(19)控制动力输出，减少电机启动频率。

18.根据权利要求5-16中任一项所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述主动轮组件(21)由所述两个圆台轮(24)组装成V形状，其上开有浅沟槽以增大摩擦力。

19.根据权利要求18所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述圆台轮(24)的材料是硫化橡胶，或有较大摩擦系数的橡胶。

20.根据权利要求16所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于所述从动车架(27)采用铝方管焊接成H型，关键部位焊接垫块。

21.根据权利要求20所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于，所述电池盒(29)根据所述从动车架(27)形状加工成两个连接的盒子状，便于卡紧在所述从动车架(27)上。

22.根据权利要求21所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于所述从动模块(2)中的从动横梁(28)上有两圆柱台并有φ12mm的导向内孔与φ12.2mm的避空内孔，使所述从动轴承套(40)上的M12螺纹能轻松通过。

23.根据权利要求22所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于所述连接叉架(44)与所述连接条(45)之间用销钉(46)连接。

24.根据权利要求23所述的斜拉桥缆索机器人，其特征在于所述相机套(50)内放置一相机(51)，所述相机(51)与所述交换机(31)相连，且所述相机用于拍摄所述被检测的缆索。