CN104153290A - 缆索保养机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缆索保养机器人，包括驱动半框和抱缆半框，驱动半框内设有四个上下、左右对称布置的圆柱形驱动滚轮，四个驱动滚轮由同一驱动电机同步驱动，抱缆半框上设有抱缆电机，抱缆电机通过抱缆传动机构与抱缆半框内的压紧板连接，压紧板面向驱动半框的一面设有四个上下、左右对称布置的圆柱形压紧滚轮，驱动半框和抱缆半框闭合围抱缆索时，驱动滚轮及压紧滚轮的轮面内侧在水平面上的投影呈围抱缆索的菱形结构，缆索保养机器人还包括地面遥控装置，缆索保养机器人上设有摄像头与喷涂装置。它有效地解决了现有技术的缆索保养机器人攀爬、越障能力差，且无法攀爬直径较小的缆索的问题，具有很高的实用价值。

Description

缆索保养机器人

技术领域

本发明涉及一种工业机器人技术领域，具体涉及一种用于缆索检查维护的缆索保养机器人。

背景技术

斜拉桥具有跨度大、造型美观、建造方便等诸多优点，作为现代桥梁的新形式，在世界范围内得到了广泛的应用。斜拉桥的主要受力构件之一是缆索，其制造及安装成本约占桥梁投资的25%左右。由于缆索长期处于风振、雨振、变载荷及污染的环境中，不可避免的会出现钢丝绳锈蚀、应变松弛断股情况。为提高钢丝绳的使用寿命，拉索制造商在钢缆上增加了防腐蚀体系。目前广泛采用的是每根小钢丝首先采用镀锌和涂油保护，然后许多小钢丝制成钢丝绳后在外面缠绕高强度聚酯带进行保护，最后在外部热缩包覆两层PE层形成护套，与空气隔离。但随着时间的推移，PE护套将会老化、鼓包、开裂。一旦内部的钢丝绳曝露接触到空气，缆索将很快锈蚀断裂。由于缆索锈蚀而造成桥梁损坏的例子是很多的。著名的委内瑞拉Maracaibo桥采用混凝土包裹防腐蚀体系的缆索，在建成16年后发现锚固端严重锈蚀而更换缆索，当时耗时2年，耗资5000万美元。德国汉堡的科尔布兰德斜拉桥，由于腐蚀严重，建成第3年，就更换了所有的缆索，耗资6000万美元，为原造价的4倍。美国Pascokenewick斜拉桥采用将钢丝绳置于聚乙烯管中并往管内注入水泥浆，然后在聚乙烯管外又缠绕有聚氯乙烯条带的防腐蚀体系，原估计使用寿命为25年，由于受紫外线作用，仅3-5年就全部失效了。我国广州海印大桥仅使用6年半，济南黄河公路大桥使用13年等就因缆索腐蚀，不得不全部换索。桥梁一旦出现断索，将造成不可预计的严重后果。但盲目的固定周期进行换索，势必又会带来极大的社会资源浪费，因为更换一根缆索的成本是桥梁建设时期安装一根缆索几倍。因此有必要研究一种能对在役缆索进行准确、高效检测的方法和手段。通过对缆索的定期检查，获得比较真实的在役缆索工作状况，进而指导缆索的维护工作，制定科学的缆索更换周期，提高斜拉桥的使用安全性。这一工作势必带来显著的社会效益和巨大的经济效益。尽管目前尚无简单、快捷、可靠的斜拉索检测方法，但桥梁业主单位依然要采取一些方法对在役斜拉索的工作情况进行相关的检查。现有对斜拉索进行常规检查的方法主要包括有：人工望远镜目测法、小型斜拉桥的脚手架检查法、大型斜拉桥的卷扬机拖拽设备检测法、大型斜拉桥的吊篮载人检测法、定期更换少量缆索的理化检测法、斜拉索检测专用机器人法等。随着机器人技术的发展，采用小型专用机器人对斜拉索进行检测应该是最佳的选择，国内诸多科研院所对此进行了研究。斜拉索检测机器人主要包括爬缆机械本体系统、运动控制系统、检测视频传输与接收系统，其中机械本体系统是技术的核心与关键。

国内外针对斜拉索专用的检测机器人研究报道并不是很多，虽有研究，但真正实用的技术还没有，总的来说处于初期阶段。在国内上海交通大学吕恬生教授领导的课题组率先开展了这方面的研究工作，成功研制了采用电驱动式、气动蠕动式两种缆索机器人样机，并且在上海徐浦大桥和南浦大桥进行了相关试验，并取得了一定的试验成功。主要缺点为自重太重和需要拖电缆、信号线缆和气源管路，自重都在200公斤左右，安装调试不方便，没有后续的深入研究报告。重庆大学提出的两款爬缆机器人原型，均采用两个抱缆截面，每个截面上设置有三个滚轮进行对抱夹紧。区别在框架结构和抱紧力施加装置略有不同，每个驱动电机只驱动一个滚轮，可以根据需要增加驱动电机数量。东南大学和深圳思韦尔检测公司联合研发的斜拉索检测机器人，最大的特点在于轻量化结构和双边弧形滚轮抱缆的方式，实现了自带电源爬缆的功能。主要的缺点在于滚轮的圆弧不能较好的适应不同直径的缆索。爬缆过程中抱缆力不能调节控制，容易出现抱缆卡死的安全状况。国内还有佳木斯大学和武汉理工大学采用曲柄连杆机构和凸轮机构相互配合设计了蠕动式的爬杆爬索机构，山东建筑大学和安徽工业大学则研究了利用锥面锁紧交替抱缆的蠕动式爬杆爬索装置，陕西科技大学也研究了双卡爪的管线移动机器人，其最主要的特点是卡爪可以翻转越障，浙江工贸职业技术学院也进行了履带式爬缆机器人的研究。国外在相关的金属管类爬升机器人方面研究略多一点。2002年德黑兰大学研制了路灯灯杆清洗机器人UT-PCR，其特点为依靠三对圆周均布滚轮夹紧抱杆，每对滚轮设有一个驱动电机，结构轻巧、运行平稳，采用电缆供电。但三台驱动电机的协同工作较困难，不适合高空和强风环境下工作。2008年，Ahmadabadi.M.N等又提出了一种三轮爬杆机构，采用类似路灯维修工人的攀爬原理，由一个主动轮和两个从动轮组成，主动轮设置在套板手臂上，但只提出了概念设计，未见后续报道。2003年马德里理工大学研制出可沿折弯成任意角度的圆柱、方形杆爬行的CPR并联爬行机器人。其结构特点是机器人设有上下两个圆环用于交替夹紧杆体，两圆环之间用多根线性执行器连接，实现伸缩蠕动。该结构翻越折弯障碍的能力很强，但机器人姿态的控制非常复杂。

电力巡线机器人的研究对斜拉索检测机器人的研究也有一定的借鉴意义，但两种机器人的应用场合存在很多的差异，如线缆直径、障碍的种类与形式、爬升角度、驱动电源的获取途径等，其中存在很多的技术问题。

尽管实用的缆索爬行机器人很少，但在已公开的专利上看，各种结构的爬行机器人都有公开，但大多专利仍处于原型设计和理论研究阶段，真正具有商用价值的样机很少。公开日为2011年8月17日，公开号为CN201933407U的专利文件公开了一种缆索检测机器人，包括一主动小车和一从动小车，主动小车和从动小车之间通过连接机构相互连接，在从动小车上设置有四个张紧机构，该张紧机构包括有一调节螺杆，在该调节螺杆设有调节螺母和调节弹簧；在主动小车上设置有一爬升装置，该爬升装置包括一对成直角配合的斜齿轮、直流电动机和传动链条，直流电机通过所述一对直角配合的斜齿轮与主动小车的其中一车轮相连，该车轮与主动小车另一车轮之间通过传动链条相连；主动小车和从动小车的车轮上均设置有“V”字型凹槽，“V”字型凹槽的外表面加工成凹凸不平的连续弧线。其结构对称设计，采用两个橡胶轮组合成一个哑铃状滚轮，四个哑铃状滚轮形成两两对抱结构，一个驱动电机通过驱动中心轮，实现两个哑铃状滚轮的主动驱动滚动。这种类似越野汽车的多驱动方式可以获得较大的爬缆摩擦力，但自重还是过大。公开日为2000年9月20日，公开号为CN2396936的专利文件公开了一种电驱动缆索维护机器人爬升机构，该方案在框架中沿缆索圆周方向均布三台移动小车，由夹紧机构压紧在缆索上，变频电机通过减速器驱动小车，可以用于大型斜拉桥缆索的涂装、清洗和检测等维护工作。但是，上述方案机器人结构笨重，外形较大，整机采用有线供电，电缆的长度必须大于机器人所爬升的大桥缆索的高度，高空作业时机器人负担很重，受风力影响大；另外该机器人没有设计相关的下降装置，但作业过程中出现意外情况时是采用连接在机器人上的钢丝绳，从上百米的高空用人力拖拽回收机器人，十分危险。公开日为2009年2月4日，公开号为CN101357637的专利文件公开了一种缆索检测机器人，由沿缆索圆周方向均布的两台小车通过联接件连接组成，在其中主动小车上设置有爬升装置，在另一从动小车上设置有夹紧装置，在联接件上设置有防偏装置，该方案采用弹簧夹紧斜拉索，需要采用弹簧支撑杆来安装机器人，操作不便，驱动轮和拉索表面的摩擦力不容易控制好，以磁性对接装置来作为机构工作失控后的处理办法不够科学，且成本高。公开日为2011年11月2日，公开号为CN201933407U 公开了一种斜拉桥缆索检测机器人由上体和下体两部分构成，所述上体包括上体板、穿过上体板并前后对称的一对上体螺杆、各固定于每个上体螺杆下部的弹簧和各固定于每根弹簧下端的一对左右平行的上体橡胶轮，所述下体包括下体板、固定于下体板的三相异步电动机、电动机变速箱和与电动机变速箱相连动并与上体橡胶轮上下对应的两对下体橡胶轮，所述上体板和下体板通过下体螺杆相固定。本缆索检测机器人结构简单新颖、安装方便，适于在各种缆索上稳定运行，适于斜拉桥缆索的检测和探伤。该方案中重量集中在拉索的垂直方向，因此结构不够合理，很容易产生一个前后的弯矩卡死在斜拉索上，而且很容易绕拉索打转和前后摇晃。公开日为2011年5月11日，公开号为CN201826256U的专利文件公开了一种可调节缆索检测装置，由至少三块检测模板组成，每个检测模板的中央设有检测探头安装板，检测探头安装板检的左右两侧分别设有滑板，测探头安装板的上、下两端分别固定有滑槽，所述滑板的上、下端分别嵌入滑槽与滑槽可滑动连接，所述至少三块检测模板的左右侧依次相互连接，围成放置缆索的内部空间。这种机器人只适合单一直径的缆索检测，其越障能力很差，容易出现抱死或滑落的情形。

公开日为2012年11月28日，公开号为CN102795273 A的专利文件公开了一种爬缆机器人，包括沿缆索圆周方向对称设置的两小车及设置在两小车上用于抱紧缆索的抱紧装置，所述抱紧装置包括分别设置在两小车前部和后部上的相互平行的导轨，导轨与缆索轴线相垂直；所述各导轨上可滑动的设有两滚轮支架，各滚轮支架与小车的车体之间沿导轨方向上设有弹簧；所述各滚轮支架上设有绕转轴转动的滚轮，所述转轴倾斜设置并与缆索轴线相垂直；所述滚轮在缆索上形成四点支撑夹持；所述滚轮中至少有一滚轮上设有驱动装置。该机器人是由本发明的发明人在专门研究了国内外现有技术的爬缆机器人的基础上研发的一种爬缆机器人，该结构虽然再一定程度上解决了现有技术中缆索检测机器人的抱揽效果不佳，易产生螺旋爬缆、稳定性差，以及爬缆过程中对局部障碍的越障效果不佳的问题，但该机器人依靠弹簧对滚轮施加的可变弹性力来解决越障问题，在碰到缠有螺旋钢丝的斜拉索时，由于螺旋钢丝高出缆索表面较多，因此容易出现抱死或损坏缆索包覆层的情形。另外，该机器人采用一个电机带动一个滚轮的结构形式，采用单个电机驱动时，由于其动力传递受到弹簧弹力的限制，弹簧过紧则影响越障能力，弹簧过松则不能提供足够的爬缆动力，无法攀爬角度较大的缆索；而采用多个电机驱动时，驱动轮的不同步很容易导致机器人在爬缆过程中的出现震颤，导致打滑及磨损缆索包覆层，同时也影响攀爬性能。此外，由于滚轮在缆索的同一横截面上形成四点支撑夹持，不但影响了机器人越障能力的提高，而且无法攀爬直径较小的缆索。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术的爬缆机器人攀爬、越障能力差，且无法攀爬直径较小的缆索的问题而提供一种攀爬、越障能力好，缆索直径适应面广的缆索保养机器人。

本发明为达到上述技术目的所采用的具体技术方案为：一种缆索保养机器人，包括外框及设置在外框内的滚轮装置，所述的外框包括驱动半框和抱缆半框，驱动半框和抱缆半框为相对设置的可开闭结构，驱动半框内设有四个上下、左右对称布置的圆柱形驱动滚轮，四个驱动滚轮由同一驱动电机同步驱动，所述驱动滚轮的轴线在水平面上的投影呈倒V形；所述抱缆半框的横截面呈U形，包括一前板及设置在前板两侧的边板，抱缆半框内设有可相对于前板平行滑动的压紧板，抱缆半框上设有抱缆电机，抱缆电机通过抱缆传动机构与压紧板连接，压紧板面向驱动半框的一面设有四个上下、左右对称布置的圆柱形压紧滚轮，所述压紧滚轮的轴线在水平面上的投影呈V形，驱动半框和抱缆半框闭合围抱缆索时，驱动滚轮及压紧滚轮的轮面内侧在水平面上的投影呈围抱缆索的菱形结构，驱动滚轮与压紧滚轮上下错位地位于缆索的两侧，所述菱形的内切圆直径变化范围为80-185毫米，缆索保养机器人还包括地面控制装置，所述地面控制装置包括无线遥控器，无线遥控器包括发射装置与接收装置，驱动电机及抱缆电机连接接收装置；缆索保养机器人上还设有摄像头与喷涂装置，摄像头与喷涂装置均设置在外框上端，摄像头连接图像发射装置，喷涂装置连接接收装置。本发明在驱动半框和抱缆半框内分别设置驱动滚轮及压紧滚轮，驱动滚轮相对于驱动半框基本固定，便于动力传递；而压紧滚轮相对于抱缆半框可移动，使缆索保养机器人适应多种尺寸的缆索；另一方面，由于驱动滚轮与压紧滚轮错位设置，因此本发明在缆索的同一横截面上只有一对驱动滚轮或者压紧滚轮，即在压紧板向缆索移动时，在压紧滚轮的移动方向上不存在驱动滚轮，压紧板上的压紧滚轮与驱动半框上的驱动滚轮不会相互干涉，与现有技术的四个滚轮在缆索同一截面上的结构相比，本发明可以在直径更小的缆索上使用。另外，本发明在缆索的纵向上设置四个夹持点，每个夹持点上布置两个呈V形的驱动滚轮或者压紧滚轮，这与对比文件在缆索的纵向上设置2个夹持点、缆索同一横截面上布置四个呈菱形结构的滚轮相比，可以更加有效对利用缆索本身的柔性，有利于提高越障能力。本发明驱动滚轮及压紧滚轮的轮面构成上下错位围抱缆索的菱形结构，从缆索的不同横截面上抵接压紧缆索表面，滚轮与缆索之间的摩擦角不随缆索直径变化而变化，因此其爬缆能力不随缆索直径变化而变化，这种结构与双边、三边滚轮抱缆更加可靠，空中姿态更稳定，同时具有比弧形轮更好的缆索直径适应性，另外，采用四边滚轮抱紧，防止机器人爬缆过程中绕缆索旋转的防偏转能力更强，槽面摩擦原理证明了弧形轮夹缆方式的当量摩擦系数会随缆索直径改变而改变，而多个柱面滚轮夹缆方式的当量摩擦系数则不随缆索直径改变而保持恒定，因此多个柱面滚轮抱缆具有更大的爬缆摩擦能力。本发明四个驱动滚轮由同一驱动电机同步驱动，即驱动半框一侧的每个滚轮均具有动力，形成多驱结构，极大提高了机器人的爬缆能力，因此本发明的机器人不但具有足够的爬缆动力，可以用于垂直缆索的攀爬，而且由于同步驱动避免了现有技术的驱动轮在工作时不同步引起的机器人震颤，导致滚轮与缆索之间打滑及磨损缆索包覆层的问题，同时也影响攀爬性能的问题。另外，本发明的驱动滚轮及压紧滚轮与外框之间不存在弹性结构，其抱缆压紧力由地面控制装置通过抱缆电机调节设定，只需抱缆电机一点控制就可以完成对不同直径的缆索施加不同的抱缆力，并可以根据机器人的实际运行情况随时调整，避免抱紧力过大影响越障能力或出现抱死、损坏缆索的情形或抱紧力过小出现打滑的问题。本发明的驱动半框和抱缆半框为相对设置的可开闭结构，现场安装或拆卸非常简单，方便快捷。本发明通过遥控驱动电机与抱缆电机的转动，可以在很远的距离上控制缆索保养机器人的活动，且爬缆速度在5米/分钟以上，而设置在缆索保养机器人上摄像头可以使人们在地面上就清楚得知缆索的具体损伤情况，并通过喷涂装置相应地在缆索外表损伤部位（如龟裂）进行喷涂防水密封胶或其他涂料进行修补，以延缓缆索护套的老化速度；也可以对缆索进行喷漆等维护操作，延长缆索的使用寿命，从而确保缆索安全。本发明将摄像头与喷涂装置设置在外框上端，是考虑到喷涂操作通常需要从高到低进行，这样滚轮不会碰触已修补的部位。

作为优选，驱动电机设置在驱动半框后侧上部的中间位置，驱动电机的供电电源设置在驱动电机的下方，驱动电机的输出轴连接有驱动齿轮，驱动齿轮与对称布置在其两侧的主齿轮啮合，主齿轮的下侧与主齿轮同轴设有主动轮，驱动半框两侧的主动轮分别通过传动带、锥齿轮组与驱动半框两侧下方的驱动滚轮转轴传动连接，同侧的上下两个驱动滚轮转轴之间通过联动带传动连接，所述的传动带及联动带为同步带或链条。本发明采用单一电机驱动，为了确保动力，选择大容量的磷酸锂铁电池为电机供电，同时采用四个驱动轮的形式，确保机器人的爬升能力。电机的驱动齿轮通过两侧的主齿轮及与主齿轮同轴的主动轮、传动带、锥齿轮组分别与两侧的下方驱动滚轮的转轴一端传动连接，而该驱动滚轮转轴的另一端通过联动带与同侧上方的驱动滚轮传动连接，从而实现一个电机带动四个驱动轮，由于两路的传动比完全一致，因此四个驱动滚轮完全同步转动，解决了现有技术的缆索保养机器人在爬缆过程中的容易出现震颤，导致打滑及磨损缆索包覆层，同时也影响攀爬性能的问题。

作为优选，抱缆电机设置抱缆半框外侧，所述的抱缆传动机构包括两根平行设置在抱缆半框内的水平丝杆，两根丝杆的一端与设置在压紧板上的丝杆螺母螺接，两根丝杆的另一端设有延伸出抱缆半框的丝杆轴，丝杆轴上设有联动齿轮，两根丝杆之间通过同步带相连，其中一根丝杆的丝杆轴端部与抱缆电机传动连接，另一根丝杆的端部设有手轮，抱缆半框中部设有同步带张紧轮。本发明通过抱缆电机带动两根丝杆转动来移动压紧板，通过地面控制装置控制抱缆电机的转动，即可控制缆索保养机器人对缆索的抱紧力，在爬缆过程中，当碰到障碍物时，可以通过转动抱缆电机减小抱紧力度使缆索保养机器人顺利越障，避免抱死；反之，在爬缆过程中如果缆索角度较大，抱紧力度不够使缆索保养机器人打滑时，可以通过转动抱缆电机增加抱紧力，防止缆索保养机器人滑落。而转动手轮可以方便设置压紧板的初始位置。

作为优选，位于抱缆半框右侧丝杆的丝杆轴端部通过锥齿轮组与抱缆电机传动连接，手轮设于左侧丝杆的丝杆轴端部。

作为优选，丝杆螺母设置在压紧板两侧的中部，所述的压紧板两侧边缘设有上下布置的若干导向轮，抱缆半框的边板上设有与所述导向轮对应的水平长槽，导向轮可滑动地嵌于水平长槽内。在压紧板两侧边缘设置导向轮，导向轮可滑动地嵌于边板的水平长槽内，这样可以保证压紧板移动时与前板平行，确保压紧板对其上、下压紧滚轮的压力均衡。

作为优选，丝杆螺母与压紧板之间设有抱紧力传感器，所述抱紧力传感器通过无线发射装置连接地面控制装置，所述的地面控制装置上设有压力显示屏。在丝杆螺母与压紧板之间设置抱紧力传感器，地面控制装置上设置相应的压力显示屏，这样，地面控制人员可以直观地掌握缆索与滚轮之间的抱紧力情况，可以根据抱紧力的变化情况实时进行调整，无需通过观察缆索保养机器人的运行情况来判断抱紧力的变化，控制速度与精度可以大幅提高，同时也大幅提升了工作效率。另外，也可以根据不同的缆索情况预先设定相应的抱紧力范围，实际工作时当实测抱紧力超过设定的范围时，由地面控制装置自动控制抱缆电机，使抱紧力及时回复到设定的范围内，这样可以大大降低地面遥控工作的工作量，提高工作效率，此外，也可以采用地面人工控制与机器自动控制相结合的控制模式，确保在各种不同工况下缆索保养机器人的正常工作。

作为优选，驱动半框与压紧板的相对面上均设有滚轮支架，滚轮支架呈直角三角形楔状，驱动滚轮设置在驱动半框上的滚轮支架斜楔面上，压紧滚轮设置在压紧板上的滚轮支架斜楔面上，所述斜楔面的两端设有轴承座，驱动滚轮及压紧滚轮的转轴通过轴承设置在轴承座上。本发明采用直角三角形楔状的支架来安装驱动滚轮及压紧滚轮，使驱动半框及压紧框内的驱动滚轮和压紧滚轮可以构成围抱缆索的菱形结构，通常直角三角形采用等腰直角三角形，即斜面与安装滚轮支架的安装板之间的夹角为45度。本发明所述的菱形并不一定是一个完整的菱形形状，当驱动滚轮及压紧滚轮所围合的面积较小时，驱动滚轮及压紧滚轮的相对面轮廓线可以构成一个完整的菱形形状；而驱动滚轮及压紧滚轮所围合的面积较大时，驱动滚轮及压紧滚轮的相对面轮廓线只是菱形的一部分。

作为优选，传动带上连接有张紧轮，驱动半框的上端两侧各设有一个调节块，所述的调节块通过调节螺钉与驱动半框上部的滚轮支架连接，位于驱动半框上部的滚轮支架安装孔为腰形孔。张紧轮用于张紧传动带，而调节块通过调节螺钉拉开上下滚轮支架的距离用于张紧联动带，从而避免由于传动带与联动带松弛而影响驱动轮的同步。

作为优选，驱动半框的横截面呈U形，包括一后板及设置在后板两侧的边板，驱动半框的一侧边板与抱缆半框的对应侧边板通过铰链铰接，驱动半框的另一侧边板与抱缆半框对应侧的边板之间设有锁紧装置。驱动半框与抱缆半框采用相似的结构，可以降低生产成本。

作为优选，压紧滚轮及驱动滚轮的轮面采用聚氨酯材料制作；所述的外框及压紧板均为工程塑料制作的镂空结构。聚氨酯材料制作压紧滚轮及驱动滚轮其轮面有相当的弹性，可以在确保抱紧力的前提下降低可能出现的对缆索表面的损伤，尤其是对包覆PE护套的缆索损伤很小；外框及压紧板采用工程塑料制作的镂空结构，可以大大降低缆索保养机器人的自身重量。

本发明也可以采用下面的技术方案：一种缆索保养机器人，包括外框及设置在外框内的滚轮装置，所述的外框包括驱动半框和抱缆半框，驱动半框和抱缆半框为相对设置的可开闭结构，驱动半框内设有八个上下、左右对称布置的圆柱形驱动滚轮，八个驱动滚轮由同一驱动电机同步驱动，所述驱动滚轮的轴线在水平面上的投影呈倒V形；所述抱缆半框的横截面呈U形，包括一前板及设置在前板两侧的边板，抱缆半框内设有可相对于前板平行滑动的压紧板，抱缆半框上设有抱缆电机，抱缆电机通过抱缆传动机构与压紧板连接，压紧板面向驱动半框的一面设有八个上下、左右对称布置的圆柱形压紧滚轮，所述压紧滚轮的轴线在水平面上的投影呈V形，驱动半框和抱缆半框闭合围抱缆索时，驱动滚轮及压紧滚轮的轮面内侧在水平面上的投影呈围抱缆索的菱形结构，驱动滚轮与压紧滚轮上下错位地位于缆索的两侧，所述菱形的内切圆直径变化范围为80-185毫米，缆索保养机器人还包括地面控制装置，所述地面控制装置包括无线遥控器，无线遥控器包括发射装置与接收装置，驱动电机及抱缆电机连接接收装置；缆索保养机器人上还设有摄像头与喷涂装置，摄像头与喷涂装置均设置在外框上端，摄像头连接图像发射装置，喷涂装置连接接收装置。该方案与前述的技术方案相比，其变化是驱动轮及压紧轮的数量均为八个，驱动半框同侧（左侧或右侧）的四个驱动轮之间通过联动带连接同步转动，其工作原理与前述的技术方案一致，这种结构的机器人爬缆能力更强，适用于需要装载更多检测、巡视或维护设备的场合。

这里需要说明的是，本发明是按照缆索保养机器人在垂直设置的缆索上工作进行位置表述的，这样表述仅仅是为了本领域技术人员理解上的方便，而并不是对其位置结构的具体限定，实际上本发明的主体结构可以倒置，即上下位置可以互换，前后左右的位置也可以因为观察者的位置不同而发生改变，因此不存在绝对的上下或前后左右位置的限定关系。

本发明的有益效果是：它有效地解决了现有技术的缆索保养机器人攀爬、越障能力差，且无法攀爬直径较小的缆索的问题，本发明的缆索保养机器人攀爬、越障能力好，可以爬上接近90°的大角度缆索，且缆索直径的适应面广，对包覆PE护套的缆索损伤小，不会出现高空抱缆卡死或攀爬打滑的情况。本发明通过遥控驱动电机与抱缆电机的转动，可以在很远的距离上控制缆索保养机器人的活动，而设置在缆索保养机器人上摄像头可以使人们在地面上就清楚得知缆索的具体损伤情况，并通过喷涂装置相应地在缆索外表损伤部位进行喷涂防水密封胶或其他涂料进行修补，以延缓缆索护套的老化速度；也可以对缆索进行喷漆等维护操作，延长缆索的使用寿命，从而确保缆索安全，具有很高的实用价值。 

附图说明

图1是本发明缆索保养机器人的前视图；

图2是本发明缆索保养机器人的一种立体结构示意图；

图3是本发明缆索保养机器人的右视图；

图4是本发明缆索保养机器人的俯视图；

图5是本发明缆索保养机器人驱动滚轮的一种结构布置示意图；

图6是本发明缆索保养机器人压紧滚轮的一种结构布置示意图；

图7是本发明缆索保养机器人驱动滚轮的一种结构布置简图；

图8是图7的俯视图。

图中：1.驱动半框，2.抱缆半框，3.驱动滚轮，4.驱动电机，5.前板，6.边板，7.压紧板，8.抱缆电机，9.压紧滚轮，10.缆索，11.供电电源，12.驱动齿轮，13.主齿轮，14.主动轮，15.传动带,16.锥齿轮组，17.联动带，18.丝杆，19.丝杆螺母，20.联动齿轮，21.同步带，22.手轮，23.导向轮，24.长槽，25.滚轮支架，26.斜楔面，27.轴承座，28.张紧轮，29.调节块，30.调节螺钉，31.后板，32.铰链，33.传动架，34.摄像头，35.图像发射装置，36.喷涂装置。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本发明技术方案的具体实施方式作进一步的说明。

实施例1

在图1图2所示的实施例1中，一种缆索保养机器人，包括外框及设置在外框内的滚轮装置，所述的外框包括驱动半框1和抱缆半框2，驱动半框和抱缆半框为相对设置的可开闭结构，驱动半框与抱缆半框均为工程塑料制作的镂空结构，其横截面均呈U形，驱动半框包括一后板31及设置在后板两侧的边板6；抱缆半框包括一前板5及设置在前板两侧的边板，驱动半框的一侧边板与抱缆半框对应侧的边板通过铰链32铰接，驱动半框的另一侧边板与抱缆半框对应侧的边板之间设有锁紧装置（图中未示出）。驱动半框内设有四个上下、左右对称布置的圆柱形驱动滚轮3（见图5、图7），驱动滚轮设置在后板上，四个驱动滚轮由同一驱动电机4同步驱动，驱动电机为步进电机，所述的驱动滚轮的轴线在水平面上的投影呈倒V形（见图4）。抱缆半框内设有可相对于前板平行滑动的压紧板7（见图6），抱缆半框上设有抱缆电机8，抱缆电机为步进电机，抱缆电机通过抱缆传动机构与压紧板连接，压紧板与驱动半框的相对面两侧各设有四个上下、左右对称布置的圆柱形压紧滚轮9，所述的压紧滚轮的轴线在水平面上的投影呈V形，驱动半框和抱缆半框闭合围抱缆索时，驱动滚轮及压紧滚轮的轮面内侧在水平面上的投影呈围抱缆索10的菱形结构，驱动滚轮与压紧滚轮上下错位地位于缆索的两侧，所述菱形的内切圆直径变化范围为80-185毫米，缆索保养机器人还包括地面控制装置，所述地面控制装置包括无线遥控器，无线遥控器包括发射装置与接收装置，驱动电机及抱缆电机连接接收装置；缆索保养机器人上还设有两个摄像头34与两个喷涂装置36，摄像头与喷涂装置均设置在外框上端，两个摄像头分别各自连接独立设置的两个图像发射装置35，喷涂装置连接接收装置。

驱动电机设置在驱动半框后侧上部的中间位置，驱动电机的供电电源11设置在驱动电机的下方，供电电源采用大容量的磷酸锂铁电池，驱动电机的输出轴连接有驱动齿轮12，驱动齿轮与对称布置在其两侧的主齿轮13啮合（见图7），主齿轮的下侧与主齿轮同轴设有主动轮14，驱动半框两侧的主动轮分别通过传动带15、锥齿轮组16与驱动半框两侧下方的驱动滚轮转轴传动连接；同一侧的上下两个驱动滚轮转轴之间通过联动带17传动连接。所述的传动带及联动带均为同步带，传动带上连接有张紧轮28，张紧轮设置在传动架33上。后板31上端两侧各设有一个调节块29，所述的调节块通过调节螺钉30与驱动半框上部的滚轮支架连接，位于驱动半框上部的滚轮支架安装孔为腰形孔。

抱缆电机设置抱缆半框前板外侧右下方，所述的抱缆传动机构包括两根平行设置在抱缆半框内的水平丝杆18，两根丝杆的一端与设置在压紧板上的丝杆螺母19螺接，两根丝杆的另一端设有延伸出抱缆半框的丝杆轴，丝杆轴上设有联动齿轮20，两根丝杆之间通过同步带21相连，位于抱缆半框右侧丝杆的丝杆轴端部通过锥齿轮组16与抱缆电机传动连接，左侧丝杆的丝杆轴端部设有手轮22，抱缆半框中部设有同步带张紧轮28。

丝杆螺母设置在压紧板两侧的中部（见图3、图6），所述的压紧板为工程塑料制作的镂空结构，其两侧边缘设有上下、左右对称布置的四个导向轮23，抱缆半框的每侧边板上设有与所述导向轮对应的两条水平长槽24，导向轮可滑动地嵌于水平长槽内（见图3）。

驱动半框与压紧板的相对面上均设有滚轮支架25，滚轮支架呈直角三角形楔状，驱动滚轮设置在驱动半框上的滚轮支架斜楔面26上，压紧滚轮设置在压紧板上的滚轮支架斜楔面上，驱动滚轮与压紧滚轮呈交叉状对应布置，所述斜楔面的两端设有轴承座27，驱动滚轮及压紧滚轮的转轴通过轴承设置在轴承座上，压紧滚轮及驱动滚轮的轮面采用聚氨酯材料制作。

实施例2

在实施例2中，丝杆螺母与压紧板之间设有抱紧力传感器，所述抱紧力传感器通过无线发射装置连接地面控制装置，所述的地面控制装置上设有压力显示屏，其余和实施例一相同。

实施例3

在实施例3中，缆索保养机器人包括外框及设置在外框内的滚轮装置，所述的外框包括驱动半框和抱缆半框，驱动半框和抱缆半框为相对设置的可开闭结构，驱动半框内设有八个上下、左右对称布置的圆柱形驱动滚轮，八个驱动滚轮由同一驱动电机同步驱动，所述驱动滚轮的轴线在水平面上的投影呈倒V形；所述抱缆半框的横截面呈U形，包括一前板及设置在前板两侧的边板，抱缆半框内设有可相对于前板平行滑动的压紧板，抱缆半框上设有抱缆电机，抱缆电机通过抱缆传动机构与压紧板连接，压紧板面向驱动半框的一面设有八个上下、左右对称布置的圆柱形压紧滚轮，所述压紧滚轮的轴线在水平面上的投影呈V形，驱动半框和抱缆半框闭合围抱缆索时，驱动滚轮及压紧滚轮的轮面内侧在水平面上的投影呈围抱缆索的菱形结构，驱动滚轮与压紧滚轮上下错位地位于缆索的两侧，所述菱形的内切圆直径变化范围为80-185毫米，缆索保养机器人还包括地面控制装置，所述地面控制装置包括无线遥控器，无线遥控器包括发射装置与接收装置，驱动电机及抱缆电机连接接收装置；缆索保养机器人上还设有摄像头与喷涂装置，摄像头与喷涂装置均设置在外框上端，摄像头连接图像发射装置，喷涂装置连接接收装置，其余和实施例1或实施例2相同。该方案与实施例1或实施例2的技术方案相比，其变化是驱动轮及压紧轮的数量均为八个，驱动半框同侧（左侧或右侧）的四个驱动轮之间通过联动带连接同步转动，其工作原理与前述的技术方案一致，这种结构的机器人爬缆能力更强，适用于需要装载更多检测、巡视或维护设备的场合。

本发明的缆索保养机器人使用时，将驱动半框与抱缆半框围抱在缆索上并锁紧，转动手轮，使驱动滚轮及压紧滚轮抵触缆索，滚轮与缆索之间的松紧度以缆索保养机器人可以在缆索上不滑落为基准，缆索保养机器人的升降通过地面控制装置控制驱动电机完成，而人工或自动控制抱缆电机可以改变滚轮与缆索之间的松紧度，使缆索保养机器人顺利越过障碍，在具有防激振功能的螺旋线缆索上也可正常工作。本发明通过遥控驱动电机与抱缆电机的转动，可以在很远的距离上控制缆索保养机器人的活动，且爬缆速度在5米/分钟以上，而设置在缆索保养机器人上摄像头可以使人们在地面上就清楚得知缆索的具体损伤情况，并通过喷涂装置相应地在缆索外表损伤部位进行喷涂防水密封胶或其他涂料进行修补，以延缓缆索护套的老化速度；也可以对缆索进行喷漆等维护操作，延长缆索的使用寿命，从而确保缆索安全。 

Claims (10)

1.一种缆索保养机器人，包括外框及设置在外框内的滚轮装置，其特征在于，所述的外框包括驱动半框（1）和抱缆半框（2），驱动半框和抱缆半框为相对设置的可开闭结构，驱动半框内设有四个上下、左右对称布置的圆柱形驱动滚轮（3），四个驱动滚轮由同一驱动电机（4）同步驱动，所述驱动滚轮的轴线在水平面上的投影呈倒V形；所述抱缆半框的横截面呈U形，包括一前板（5）及设置在前板两侧的边板（6），抱缆半框内设有可相对于前板平行滑动的压紧板（7），抱缆半框上设有抱缆电机（8），抱缆电机通过抱缆传动机构与压紧板连接，压紧板面向驱动半框的一面设有四个上下、左右对称布置的圆柱形压紧滚轮（9），所述压紧滚轮的轴线在水平面上的投影呈V形，驱动半框和抱缆半框闭合围抱缆索时，驱动滚轮及压紧滚轮的轮面内侧在水平面上的投影呈围抱缆索（10）的菱形结构，驱动滚轮与压紧滚轮上下错位地位于缆索的两侧，所述菱形的内切圆直径变化范围为80-185毫米，缆索保养机器人还包括地面控制装置，所述地面控制装置包括无线遥控器，无线遥控器包括发射装置与接收装置，驱动电机及抱缆电机连接接收装置；缆索保养机器人上还设有摄像头（34）与喷涂装置（36），摄像头与喷涂装置均设置在外框上端，摄像头连接图像发射装置（35），喷涂装置连接接收装置。

2.根据权利要求1所述的缆索保养机器人，其特征是：所述的驱动电机设置在驱动半框后侧上部的中间位置，驱动电机的输出轴连接有驱动齿轮（12），驱动齿轮与对称布置在其两侧的主齿轮（13）啮合，主齿轮的下侧同轴设有主动轮（14），驱动半框两侧的主动轮分别通过传动带（15）、锥齿轮组（16）与驱动半框两侧下方的驱动滚轮转轴传动连接，同侧的上下两个驱动滚轮转轴之间通过联动带（17）传动连接，所述的传动带及联动带为同步带或链条。

3.根据权利要求1所述的缆索保养机器人，其特征是：所述的抱缆电机设置抱缆半框外侧，所述的抱缆传动机构包括两根平行设置在抱缆半框内的水平丝杆（18），两根丝杆的一端与设置在压紧板上的丝杆螺母（19）螺接，两根丝杆的另一端设有延伸出抱缆半框的丝杆轴，丝杆轴上设有联动齿轮（20），两根丝杆之间通过同步带（21）相连，其中一根丝杆的丝杆轴端部与抱缆电机传动连接，另一根丝杆的端部设有手轮（22），抱缆半框中部设有同步带张紧轮。

4.根据权利要求3所述的缆索保养机器人，其特征是：所述的丝杆螺母设置在压紧板两侧的中部，所述的压紧板两侧边缘设有上下布置的若干导向轮（23），抱缆半框的边板上设有与所述导向轮对应的水平长槽（24），导向轮可滑动地嵌于水平长槽内。

5.根据权利要求3所述的缆索保养机器人，其特征是：丝杆螺母与压紧板之间设有抱紧力传感器，所述抱紧力传感器通过无线发射装置连接地面控制装置，所述的地面控制装置上设有压力显示屏。

6.根据权利要求1所述的缆索保养机器人，其特征是：所述的驱动半框与压紧板的相对面上均设有滚轮支架（25），滚轮支架呈直角三角形楔状，驱动滚轮设置在驱动半框上的滚轮支架斜楔面（26）上，压紧滚轮设置在压紧板上的滚轮支架斜楔面上，所述斜楔面的两端设有轴承座（27），驱动滚轮及压紧滚轮的转轴通过轴承设置在轴承座上。

7.根据权利要求2所述的缆索保养机器人，其特征是：所述的传动带上连接有张紧轮（28），驱动半框的上端两侧各设有一个调节块（29），所述的调节块通过调节螺钉（30）与驱动半框上部的滚轮支架连接，位于驱动半框上部的滚轮支架安装孔为腰形孔。

8.根据权利要求1-7任一项所述的缆索保养机器人，其特征是：压紧滚轮及驱动滚轮的轮面采用聚氨酯材料制作；所述的外框及压紧板均为工程塑料制作的镂空结构。

9.根据权利要求1-7任一项所述的缆索保养机器人，其特征是：驱动半框的横截面呈U形，包括一后板（31）及设置在后板两侧的边板（6），驱动半框的一侧边板与抱缆半框的对应侧边板通过铰链（32）铰接，驱动半框另一侧的边板与抱缆半框对应侧的边板之间设有锁紧装置。

10.一种缆索保养机器人，包括外框及设置在外框内的滚轮装置，其特征在于，所述的外框包括驱动半框和抱缆半框，驱动半框和抱缆半框为相对设置的可开闭结构，驱动半框内设有八个上下、左右对称布置的圆柱形驱动滚轮，八个驱动滚轮由同一驱动电机同步驱动，所述驱动滚轮的轴线在水平面上的投影呈倒V形；所述抱缆半框的横截面呈U形，包括一前板及设置在前板两侧的边板，抱缆半框内设有可相对于前板平行滑动的压紧板，抱缆半框上设有抱缆电机，抱缆电机通过抱缆传动机构与压紧板连接，压紧板面向驱动半框的一面设有八个上下、左右对称布置的圆柱形压紧滚轮，所述压紧滚轮的轴线在水平面上的投影呈V形，驱动半框和抱缆半框闭合围抱缆索时，驱动滚轮及压紧滚轮的轮面内侧在水平面上的投影呈围抱缆索的菱形结构，驱动滚轮与压紧滚轮上下错位地位于缆索的两侧，所述菱形的内切圆直径变化范围为80-185毫米，缆索保养机器人还包括地面控制装置，所述地面控制装置包括无线遥控器，无线遥控器包括发射装置与接收装置，驱动电机及抱缆电机连接接收装置；缆索保养机器人上还设有摄像头与喷涂装置，摄像头与喷涂装置均设置在外框上端，摄像头连接图像发射装置，喷涂装置连接接收装置。