CN104612045A - 一种斜拉桥缆索检测机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜拉桥缆索检测机器人系统，包括机架，机架上设置有多个动力爬升机构，该多个动力爬升机构周向分布，动力爬升机构包括动力机构和两个爬升机构，该两个爬升机构上下设置且通过同步传动机构连接，每个爬升机构均包括能贴在缆索上滚动的滚轮，其中一个爬升机构的滚轮通过动力机构带动其旋转，同步传动机构能带动上下设置的两个爬升机构的所有滚轮同步旋转，所述机架包括多个子支撑架，每个动力爬升机构安装在一子支撑架上，相邻的子支撑架通过连接装置连接，所述连接装置能调节相邻两个子支撑架之间的距离。本发明具有很高的适应性，能工作于不同直径的缆索上，使用连接装置来连接子支撑架，便于调节机器人系统的总体尺寸。

Description

一种斜拉桥缆索检测机器人系统

技术领域

本发明属于攀爬机器人领域，具体涉及一种斜拉桥缆索检测机器人系统。

背景技术

斜拉桥是大跨度桥梁的最主要桥型，而缆索是斜拉桥的主要承重部分,其受力构件缆索的内部钢丝在大桥动载荷、雨振、风振的长期作用下，容易出现断裂，因此斜拉桥的检测工作至关重要。目前对缆索的检测并不完善。早期是采用卷扬机拖动吊篮小车的人工方式，工作量大，效率低，安全性差。

目前出现的斜拉桥缆索检测机器人主要有两种，即电机驱动轮式机器人和气动蠕动式机器人，前者运动连续，结构紧凑，控制简单，攀爬效率高，但其越障能力较差；后者结构简单，由上下两部分组成，中间用气缸连接，每部分均装有三个气缸，交替处于夹紧和上升状态，实现爬升，有较好的越障能力，但控制较为复杂，运动效率低，且体积通常较大。

在电机驱动轮式爬升机器人方面，目前也有一些研究成果，但或多或少存在一些不足。很多同类机器人是由两部分组成的，并且其中仅一个装有电机，作为主动部分，另一部分作为从动，起压紧作用，这样方式可能安装比较方便，但爬升能力有限，稳定性差，并且不利于改变机器人总体尺寸。也有一些同类机器人是由三部分组成的，但往往沿缆索轴线方向尺寸较大，缆索自身挠度对机器人运动的影响比较严重。还有一些机器人结构过于简单，过分依赖拉簧的作用来适应不同的缆索，虽有较好的越障能力，但由于整体刚性不足，机器人运动过程中很容易在缆索附近晃动，影 响检测质量。总的说来，目前很多同类产品都存在越障能力和运动平稳性之间的矛盾。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其目的在于取代落后的人工检测方式，运用遥控的方法，搭载检测设备攀爬缆索，完成缆索检测任务，提供一种安全、高效的缆索检测方式。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种斜拉桥缆索检测机器人系统，包括机架，所述机架上设置有多个能贴在缆索表面爬升的动力爬升机构，该多个动力爬升机构周向分布，动力爬升机构包括动力机构和两个爬升机构，该两个爬升机构上下设置且通过同步传动机构连接，每个爬升机构均包括能贴在缆索上滚动的滚轮，其中一个爬升机构的滚轮通过动力机构带动其旋转，所述同步传动机构能带动上下设置的两个爬升机构的所有滚轮同步旋转，所述机架包括多个子支撑架，每个动力爬升机构安装在一子支撑架上，相邻的子支撑架通过连接装置连接，所述连接装置能调节相邻两个子支撑架之间的距离。

优选地，所述动力机构包括电机及减速机，所述爬升机构还包括可转动安装在机架上的第一转轴，减速机驱动第一转轴旋转，机架上安装有支架，支架上安装有第二转轴，第一转轴通过第一传动机构连接有第二转轴，所述滚轮固定安装在第二转轴上，两个爬升机构的第一转轴通过所述的同步传动机构连接。

优选地，支架通过所述的第一转轴安装在机架上，支架与第一转轴之间安装有轴承，两个爬升机构的支架通过拉簧连接在一起，拉簧用于使两个爬升机构的滚轮压紧在缆索上。

优选地，所述电机为电磁制动电机。

优选地，其中一个支架上安装有拉簧座，所述拉簧座上螺纹连接有拉 簧支撑杆，拉簧的一端连接在拉簧支撑杆上，另一端连接在另一支架上。

优选地，所述连接装置包括两根相互贴合在一起的连接板，每根连接板上均设置有多个连接通孔，该多个连接通孔沿连接板的纵向设置，有螺栓装置从连接通孔处穿过两根连接板后将二者固定连接，每根连接板分别固定连接在一子支撑架上。

优选地，所述连接板整体呈长方体，所述连接装置还包括垫块，所述垫块设置在其中一连接板与子支撑架之间，该垫块的厚度与另一连接板的厚度相等。

优选地，所述子支撑架包括主体架及安装在主体架上的角钢，角钢的一侧连接主体架，其另一侧连接所述的连接装置。

优选地，所述滚轮上设置有用于与缆索接触的橡胶外圈。

优选地，每个爬升机构的滚轮的数量为两个，此两个滚轮之间存在间距。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明解决了长期以来攀爬机器人系统存在的越障能力与运动平稳性之间的矛盾，全部滚轮通过同步传动机构的带动能够在缆索上同步滚动，以全轮驱动的方式移动，具有优秀的越障能力；

2)具有很高的适应性，能工作于不同直径的缆索上，使用连接装置来连接子支撑架，便于调节机器人系统的总体尺寸；

3)结构简单可靠，同时有较强负载能力，易实现小型化、轻量化，适合户外作业；

4)作为粗调，拉簧有一定的变形范围，作为微调，其调节范围足够大；

5)各支架相对独立，滚轮遇到障碍时可以通过拉动拉簧并使支架绕第一转轴转动，以实现支架独立地抬起，减小对机器人系统总体的影响，故运动平稳性好；

6)电机自带电磁制动功能，能实现断电保护，并有效防止启动时的下滑情况；

7)滚轮采用两个并排的方式，加大与缆索的接触面积，提高运动平稳性。

附图说明

图1～图2是本发明不同视角下的结构示意图；

图3是本发明中动力爬升机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图3所示，一种斜拉桥缆索机器人运动装置，包括机架1，所述机架1上设置有多个能贴在缆索表面爬升的动力爬升机构2，该多个动力爬升机构2周向分布，优选均匀分布。动力爬升机构2包括动力机构21和两个爬升机构22，该两个爬升机构22上下设置且通过同步传动机构23连接。之所以采用两个爬升机构，是为了使本运动装置在缆索上移动时，上下部分能够保持平衡而不会歪倒在缆索上，这样移动起来就比较顺畅。优选地，所述同步传动机构23为同步带传动机构，以保证运动的同步。

每个爬升机构22均包括能贴在缆索上滚动的滚轮24，优选地，所述滚轮24上设置有用于与缆索接触的橡胶外圈，以免对缆索造成损坏。滚轮24在缆索上滚动时，则本运动装置能够在缆索上爬升。每个爬升机构22的滚轮24的数量为两个，此两个滚轮24之间存在间距，以便于更好地附在缆索上。其中一个爬升机构22的滚轮24通过动力机构21带动其旋转，所述同步传动机构23能带动同一动力爬升机构2的上下设置的两个爬升机构22 的所有滚轮24同步旋转，这样就使得本运动装置的移动比较平稳。

进一步，所述动力机构21包括电机211及减速机212。所述电机211优选采用电磁制动电机，当缆索机器人突然断电，电磁制动电机停止工作便不能再转动，通过传动装置的同步作用，使得滚轮24不能滚动，本运动装置停在缆索上，起到停电保护作用。优选地，所述机架1上安装的动力爬升机构2的数量为三个，三个动力爬升机构2安装在机架1上时，结构比较稳定，而且三个动力爬升机构2的滚轮24也比较容易附在缆索上滚动，使得本运动装置不容易从缆索上掉下。相应地，电磁制动电机的数量也为三个，三个电磁制动电机同时工作，通过减速机212控制转速，经同步传动机构23进行传动，保证所有的滚轮24作严格的同步转动，以全驱动方式在缆索上移动。另外，控制电磁制动电机的正、反转和停止可以实现缆索机器人的爬升、爬下与定位。

所述爬升机构22还包括可转动安装在机架1上的第一转轴221，第一转轴221与机架1之间安装有轴承；减速机212驱动第一转轴221旋转，机架1上安装有支架3，支架3上安装有第二转轴223，第二转轴223与支架3之间安装有轴承；第一转轴221通过第一传动机构222连接有第二转轴223，优选地，第一传动机构222选用同步带传动机构；所述滚轮24固定安装在第二转轴223上，两个爬升机构22的第一转轴221通过所述的同步传动机构23连接。

作为一种比较优选的方案，所述支架3通过所述的第一转轴221安装在机架3上，支架3与第一转轴221之间安装有轴承，这样支架3与第一转轴221之间可以相互独立地旋转，而不会相互影响。两个爬升机构22的支架3通过拉簧4连接，拉簧4用于使两个爬升机构22的滚轮24压紧在缆索上，拉簧4的设置有助于滚轮24通过障碍。

其中一个支架3上安装有拉簧座41，所述拉簧座41上螺纹连接有拉簧支撑杆42，拉簧4的一端连接在拉簧支撑杆42上，另一端连接在另一支架 3上。拧动拉簧支撑杆42，可以调整拉簧4对支架3的弹力，从而可以调整滚轮24压在缆索上的作用力。本发明使用拉簧4，可以使上下两个爬升机构22上的滚轮24的距离比较远，有助于保持整个运动装置的稳定性。

所述机架1包括多个子支撑架10，每个动力爬升机构2安装在一子支撑架10上，相邻的子支撑架10通过连接装置11连接，所述连接装置11能调节相邻两个子支撑架10之间的距离。优选地，相邻的两个子支撑架10之间的连接装置11的数量为两个，该两个连接装置11上下布置，这样便于使子支撑架10保持稳定。优选地，所述子支撑架10的数量为三个，所述连接装置11的数量也相应地设置为三个，相邻的两个连接装置11的夹角为60°，这种三角形的设置有助于保持结构的稳定性。

用于调节相邻两个子支撑架10之间距离的连接装置11有很多，譬如连接装置11的结构可以采用一块板，在该板上设置一滑槽，然后利用螺栓穿过滑槽后螺纹连接在一子支撑架10，调节螺栓在滑槽中的位置，可以调节相邻两个子支撑架10的间距；另外，连接装置11的结构还可以选择用两块板相互搭接在一起，在一块板上设置滑槽，另一块板上设置通孔，用螺栓装置113穿过滑槽和通孔后将两块板固定连接在一起，也可以调节连接装置11的长度，从而调节相邻两个子支撑架10的间距。

优选地，本发明的连接装置11包括两根相互贴合在一起的连接板111，每根连接板111上均设置有多个便于螺栓穿过连接板111的连接通孔112，该多个连接通孔112沿连接板111的纵向设置，有螺栓装置113从连接通孔112处穿过两根连接板111后将二者固定连接，所述螺栓装置113的数量优选为两个以上，每个螺栓装置113从一连接通孔112处穿过。每根连接板111分别固定连接在一子支撑架10上，所述连接板111整体呈长方体，所述连接装置11还包括垫块114，垫块114设置在其中一连接板111与子支撑架10之间，垫块114的厚度与另一连接板111的厚度相等，垫块114用 于使一连接板111与另一连接板111错开，则两个连接板111能正确装配而不发生干涉。

所述子支撑架10包括主体架101及安装在主体架101上的角钢102，所述连接装置11安装在角钢102上。每个主体架101中的两端各装一个角钢102，角钢102的一侧与主体架101贴紧，该侧优选设有四个孔，用螺栓螺母固定；连接板111整体呈长方体，其装在角钢102另一侧；角钢102能很方便地将主体架101与连接板111连接起来。

如上所述，本发明达到完成用小型化、轻量化、性能可靠、适用范围广的斜拉桥缆索机器人系统，辅助完成不同条件下的检测、维护工作的目的；解决了目前斜拉桥采取人工检测与修复、搭载机器笨重、效率低下的问题，降低了检测人员的劳动强度与危险性，加强了可靠性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其特征在于：包括机架(1)，所述机架(1)上设置有多个能贴在缆索表面爬升的动力爬升机构(2)，该多个动力爬升机构(2)周向分布，动力爬升机构(2)包括动力机构(21)和两个爬升机构(22)，该两个爬升机构(22)上下设置且通过同步传动机构(23)连接，每个爬升机构(22)均包括能贴在缆索上滚动的滚轮(24)，其中一个爬升机构(22)的滚轮(24)通过动力机构(21)带动其旋转，所述同步传动机构(23)能带动上下设置的两个爬升机构(22)的所有滚轮(24)同步旋转，所述机架(1)包括多个子支撑架(10)，每个动力爬升机构(2)安装在一子支撑架(10)上，相邻的子支撑架(10)通过连接装置(11)连接，所述连接装置(11)能调节相邻两个子支撑架(10)之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其特征在于：所述动力机构(21)包括电机(211)及减速机(212)，所述爬升机构(22)还包括可转动安装在机架(1)上的第一转轴(221)，减速机(212)驱动第一转轴(221)旋转，机架(1)上安装有支架(3)，支架(3)上安装有第二转轴(223)，第一转轴(221)通过第一传动机构(222)连接有第二转轴(223)，所述滚轮(24)固定安装在第二转轴(223)上，两个爬升机构(22)的第一转轴(221)通过所述的同步传动机构(23)连接。

3.根据权利要求2所述的一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其特征在于：支架(3)通过所述的第一转轴(221)安装在机架(3)上，支架(3)与第一转轴(221)之间安装有轴承，两个爬升机构(22)的支架(3)通过拉簧(4)连接在一起，拉簧(4)用于使两个爬升机构(22)的滚轮(24)压紧在缆索上。

4.根据权利要求2所述的一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其特征在于：所述电机(211)为电磁制动电机。

5.根据权利要求3所述的一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其特征在于：其中一个支架(3)上安装有拉簧座(41)，所述拉簧座(41)上螺纹连接有拉簧支撑杆(42)，拉簧(4)的一端连接在拉簧支撑杆(42)上，另一端连接在另一支架(3)上。

6.根据权利要求1所述的一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其特征在于：所述连接装置(11)包括两根相互贴合在一起的连接板(111)，每根连接板(111)上均设置有多个连接通孔(112)，该多个连接通孔(112)沿连接板(111)的纵向设置，有螺栓装置(113)从连接通孔(112)处穿过两根连接板(111)后将二者固定连接，每根连接板(111)分别固定连接在一子支撑架(10)上。

7.根据权利要求6所述的一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其特征在于：所述连接板(111)整体呈长方体，所述连接装置(11)还包括垫块(114)，所述垫块(114)设置在其中一连接板(111)与子支撑架(10)之间，该垫块(114)的厚度与另一连接板(111)的厚度相等。

8.根据权利要求6所述的一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其特征在于：所述子支撑架(10)包括主体架(101)及安装在主体架(101)上的角钢(102)，角钢(102)的一侧连接主体架(101)，其另一侧连接所述的连接装置(11)。

9.根据权利要求1所述的一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其特征在于：所述滚轮(24)上设置有用于与缆索接触的橡胶外圈。

10.根据权利要求1所述的一种斜拉桥缆索检测机器人系统，其特征在于：每个爬升机构(22)的滚轮(24)的数量为两个，此两个滚轮(24)之间存在间距。