CN104652263A - 一种爬缆机器人 - Google Patents

Abstract

一种爬缆机器人，包括外框架和内部的爬行机构，其中：外框架每个侧面立杆之间通过轴承连接两端旋向相反的滚珠丝杠，相对滚珠丝杠由一电机驱动；外框架每个侧面设置一个一根横杆连接两根竖杆的滑架，竖杆上下端的滑架导轮与外框架的顶杆底杆接触；两根竖杆外侧均固定与丝杠螺母；两对夹紧支撑板分别固定于相对的两对横杆上，夹紧支撑板内侧一端铰接带导向轮的导向杆，导向杆与夹紧支撑板之间有拉伸弹簧，另一端通过安装导杆；导杆向内伸出的一端与平衡梁铰接，导杆在平衡梁和夹紧支撑板之间套合压力传感器和压缩弹簧；平衡梁的上下端分别安装有从动轮和与驱动电机相连的主动轮。该机器人可用于直径差异大的缆索，夹紧力好，爬缆和越障能力强。

Description

一种爬缆机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及对缆索进行检查和作业的机器人。

背景技术

随着桥梁建造业的快速发展，斜拉桥的规模越来越大，目前，世界上主跨超过200米的斜拉桥已多达200余座。斜拉桥数量尺寸的增大为桥梁的检测带来了更多的挑战。缆索是斜拉桥的主要承重构件，且长期暴露在风吹日晒中，容易出现破损甚至断裂的情况，需要定时检测其表面是否完整。缆索悬挂在斜拉桥的两侧，可能高达百米，一般的人工检查方法耗时耗力，不能保证人身安全，利用卷扬机检测缆索虽然在一定程度上保证了人员安全，但是仍存在着效率低下的问题。在这种背景下，爬缆机器人技术被提出。这种技术就是利用特别设计制作的工业机器人搭载检测系统对缆索进行检测和作业。现有的爬缆机器人主要有气动蠕动式、电动连续式和螺旋爬升式。相比较，电动连续式爬缆机器人有运动连续可靠、体积较小、可无线遥控及承载力较好等优点，成为爬缆机器人主要发展的方向。

缆索表面通常覆盖有一层绞丝，绞丝在长期使用中会产生一些较大的凸起或凹陷，有时缆索上还会安装一些小型检测元件或者装饰品，爬缆机器人在工作过程中，需要越过这些障碍。查阅国内的几款最新爬缆机器人，如中国专利公开号CN201437247，公开日为2010年4月14日，实用新型创造的名称为缆索爬行机器人，该申请公开了一种缆索爬行机器人，由三根连杆支架连接三辆小车构成的，三角架的三个顶点处上推杆铰链连接下推杆，上下推杆分别安有一个驱动轮和一个从动轮。上推杆和下推杆都是通过斜拉弹簧与缆索产生接触力的，整个机器人成等边三角形结构。该实用新型的缆索机器人有以下不足。第一，所设计的三角框架结构固定，所以不能应用在直径差异过大的缆索上。第二，使用斜拉弹簧虽然有一定的越障能力，但滚轮通过较大障碍物时，仍然存在可能卡死的问题。第三，由于结构限制，在工作过程中无法改变机器人对缆索的抱紧力，当机器人在高空中卡死或者打滑，地面无法控制机器人回收。以上问题在现有种类的电动连续式爬缆机器人中普遍存在。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对缆索检查和作业的爬缆机器人。该机器人可用于直径差异大的缆索，对缆索的夹紧力好，爬缆能力和越障能力强，且可避免卡死和打滑。

本发明为实现其发明目的所采取的技术方案是：一种爬缆机器人，包括外框架和内部的爬行机构，其结构是：

外框架为立方体框架，外框架每个侧面的立杆之间，通过轴承连接两端旋向相反的滚珠丝杠，相对的两个滚珠丝杠由一个固定于外框架上的步进电机驱动；

外框架的每个侧面设置一个滑架，滑架的具体构成是：两根竖杆通过一根横杆连接，竖杆的上下端均安装有滑架导轮，上下端的滑架导轮分别与外框架的顶杆和底杆接触；两根竖杆外侧均固定有与滚珠丝杠配合的丝杠螺母；

所述的爬行机构固定于滑架的横杆上，其具体构成是：

一对夹紧支撑板固定于相对的两横杆上，夹紧支撑板内侧的上端铰接导向杆，导向杆的另一端安装导向轮，导向杆的中上部与夹紧支撑板的中上部之间连接有拉伸弹簧，夹紧支撑板的下端通过直线轴承安装有导杆；

另一对夹紧支撑板固定于相对的另两根横杆上，夹紧支撑板内侧的下端铰接导向杆，导向杆的另一端安装导向轮，导向杆的中下部与夹紧支撑板的中下部之间连接有拉伸弹簧，夹紧支撑板的上端通过直线轴承安装有导杆；

所述的导杆向内伸出的一端与平衡梁铰接，导杆在平衡梁和夹紧支撑板之间的部位套合有压力传感器和压缩弹簧；平衡梁的上下端分别安装有从动轮和主动轮，从动轮和主动轮之间连有同步带，主动轮与固定于平衡梁上的驱动电机相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、通过两对滑架及其对应的导向轮、主动轮和从动轮从四个方向夹紧缆索，其夹紧力大，夹紧牢固，爬缆能力强。

二、相对的滚珠丝杠调节对应的相对滑架之间的距离，滑架的滑动距离大，适应的的缆索的直径范围大。

三、两对滑架分别由两个步进电机各自独立驱动，两对滑架之间的移动距离可以不同，从而可适应扁平状的缆索；并且可以通过松开一对滑架，夹紧另一对滑架，可以顺利地避开缆索某一侧的，或相对的两侧安装的各种零部件，其越障能力强，通过性好。

四、可以方便地通过对步进电机的控制，实现对缆索夹紧力地控制，既能够保证夹紧牢固，避免打滑，同时又能够避免卡死，通过性好。

五、滑架上安装有导向轮、主动轮和从动轮，一个滑架和缆索有三个接触点，保证了与缆索的接触牢固，夹紧力好，同时主动轮和从动轮之间通过平衡梁连接，平衡梁的中部通过压缩弹簧及直线轴承与夹紧支撑板连接，使得主动轮(从动轮)能绕平衡梁的铰轴旋转，及整个平衡梁的后退及回弹，使得其越障能力强，同时夹紧力好。

六、相邻的滑架上的导向轮一上一下，主动轮和从动轮也一上一下，使得缆索上下受力均匀，且上行和下行爬动时均有爬行能力强的主动轮和从动轮在前，导向能力好的导向轮在后，使得其上行和下行时均具有良好的爬行能力和导向能力。

进一步，本发明所述的相对的两个滚珠丝杠由一个固定于外框架的步进电机驱动的具体结构是：步进电机通过减速器与一个滚珠丝杠连接，所述的滚珠丝杠与另一个滚珠丝杠通过同步带相连。

这样，通过最简单的结构，有效地实现了相对的两个滑架的夹紧松开同步稳定运行。

进一步，本发明所述的主动轮与固定于平衡梁上的驱动电机相连的具体结构是：驱动电机依次通过减速器、同步带与主动轮相连。

这样，通过同步带的连接，控制驱动电机的正反转及转动速度，可操控机器人爬行方向及爬行速度。

进一步，本发明所述的驱动电机为无刷直流电机。

这种电机重量轻和体积小，机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便，噪声小。

进一步，本发明所述的外框架上部安装有作业及检测装置的安装架。

这样，可根据需要，将检测仪器或作业装置固定在安装架上。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例的正视结构示意图。

图2为图1的A-A剖面示意图。

图3为本发明实施例的侧视结构示意图。

图4为本发明实施例的俯视结构示意图。

具体实施方式

实施例

图1-4示出，本发明的一种具体实施方式是：一种爬缆机器人，包括外框架400和内部的爬行机构，其结构是：

外框架400为立方体框架，外框架400每个侧面的立杆之间，通过轴承连接两端旋向相反的滚珠丝杠401，相对的两个滚珠丝杠401由一个固定于外框架400上的步进电机402驱动；

外框架400的每个侧面设置一个滑架200，滑架200的具体构成是：两根竖杆通过一根横杆连接，竖杆的上下端均安装有滑架导轮201，上下端的滑架导轮201分别与外框架300的顶杆和底杆接触；两根竖杆外侧均固定有与滚珠丝杠301配合的丝杠螺母202；

所述的爬行机构固定于滑架200的横杆上，其具体构成是：

一对夹紧支撑板301固定于相对的两横杆上，夹紧支撑板301内侧的上端铰接导向杆302，导向杆302的另一端安装导向轮303，导向杆302的中上部与夹紧支撑板301的中上部之间连接有拉伸弹簧304，夹紧支撑板301的下端通过直线轴承305安装有导杆306；

另一对夹紧支撑板301固定于相对的另两根横杆上，夹紧支撑板301内侧的下端铰接导向杆302，导向杆302的另一端安装导向轮303，导向杆302的中下部与夹紧支撑板301的中下部之间连接有拉伸弹簧304，夹紧支撑板301的上端通过直线轴承305安装有导杆306；

所述的导杆306向内伸出的一端与平衡梁307铰接，导杆306在平衡梁307和夹紧支撑板301之间的部位套合有压力传感器308和压缩弹簧309；平衡梁307的上下端分别安装有从动轮310和主动轮311，从动轮310和主动轮311之间连有同步带，主动轮311与固定于平衡梁307上的驱动电机312相连。

本例中所述的相对的两个滚珠丝杠401由一个固定于外框架400的步进电机402驱动的具体结构是：步进电机402通过减速器403与一个滚珠丝杠401连接，所述的滚珠丝杠401与另一个滚珠丝杠401通过同步带相连。

本例中所述的主动轮311与固定于平衡梁307上的驱动电机312相连的具体结构是：驱动电机312通过依次通过减速器313、同步带与主动轮311相连。

本例中所述的驱动电机312为无刷直流电机。

本例中所述的外框架400上部安装有作业及检测装置的安装架100。

Claims (5)

1.一种爬缆机器人，包括外框架(400)和内部的爬行机构，其特征在于：

外框架(400)为立方体框架，外框架(400)每个侧面的立杆之间，通过轴承连接两端旋向相反的滚珠丝杠(401)，相对的两个滚珠丝杠(401)由一个固定于外框架(400)上的步进电机(402)驱动；

外框架(400)的每个侧面设置一个滑架(200)，滑架(200)的具体构成是：两根竖杆通过一根横杆连接，竖杆的上下端均安装有滑架导轮(201)，上下端的滑架导轮(201)分别与外框架(400)的顶杆和底杆接触；两根竖杆外侧均固定有与滚珠丝杠(401)配合的丝杠螺母(202)；

所述的爬行机构固定于滑架(200)的横杆上，其具体构成是：

一对夹紧支撑板(301)固定于相对的两横杆上，夹紧支撑板(301)内侧的上端铰接导向杆(302)，导向杆(302)的另一端安装导向轮(303)，导向杆(302)的中上部与夹紧支撑板(301)的中上部之间连接有拉伸弹簧(304)，夹紧支撑板(301)的下端通过直线轴承(305)安装有导杆(306)；

另一对夹紧支撑板(301)固定于相对的另两根横杆上，夹紧支撑板(301)内侧的下端铰接导向杆(302)，导向杆(302)的另一端安装导向轮(303)，导向杆(302)的中下部与夹紧支撑板(301)的中下部之间连接有拉伸弹簧(304)，夹紧支撑板(301)的上端通过直线轴承(305)安装有导杆(306)；

所述的导杆(306)向内伸出的一端与平衡梁(307)铰接，导杆(306)在平衡梁(307)和夹紧支撑板(301)之间的部位套合有压力传感器(308)和压缩弹簧(309)；平衡梁(307)的上下端分别安装有从动轮(310)和主动轮(311)，从动轮(310)和主动轮(311)之间连有同步带，主动轮(310)与固定于平衡梁(307)上的驱动电机(312)相连。

2.根据权利要求1所述的一种爬缆机器人，其特征在于：所述的相对的两个滚珠丝杠(401)由一个固定于外框架(400)的步进电机(402)驱动的具体结构是：步进电机(402)通过减速器(403)与一个滚珠丝杠(401)连接，所述的滚珠丝杠(401)与另一个滚珠丝杠(401)通过同步带相连。

3.根据权利要求1所述的一种爬缆机器人，其特征在于：所述的主动轮(311)与固定于平衡梁(307)上的驱动电机(312)相连的具体结构是：驱动电机(312)通过依次通过减速器(313)、同步带与主动轮(311)相连。

4.根据权利要求1所述的一种爬缆机器人，其特征在于：所述的驱动电机(312)为无刷直流电机。

5.根据权利要求1所述的一种爬缆机器人，其特征在于：所述的外框架(400)上部安装有作业及检测装置的安装架(100)。