CN105292293A - 一种用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置，包括定子、转子和芯轴，转子沿圆周方向均匀设有若干个倾斜滑槽，每个倾斜滑槽内放置一个与倾斜滑槽斜面配合的惯性块；每个惯性块在压紧弹簧的作用下与滑动盘相贴合；滑动盘上设有锥形阀芯；定子上设有相互贯通的液压腔、内侧盲孔和外侧盲孔；液压腔内设有叶轮；内侧盲孔包括锥形孔，锥形孔内设有与弹簧相连接的钢球；外侧盲孔设有与锥形阀芯相配合的锥形阀孔。采用上述结构后，结构简单、紧凑，制动力能随下降速度变化而动态自适应发生变化，下限速度可控，制动阻力来自于流体经阻尼孔时产生的阻尼力，不存在纯机械摩擦式的热衰减问题，能进行长时间、长距离的制动，推广价值高。

Description

一种用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置

技术领域

本发明涉及一种限速装置，特别是一种用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置。

背景技术

斜拉桥缆索爬升机器人，工作于高空极端环境，一般情况下，机器人的爬升和下降是通过控制系统实现的。高空环境存在风载、振动等多种不利因素，因此电气控制系统故障偶尔发生。当发生电气故障时，机器人处于失控状态，在重力加速的作用下会做自由落体运动，以很快的速度从缆索上掉下来，极易引起极为严重的安全事故。

针对此问题，设计一种在断电情况下，能够起到限速作用的装置至关重要。

本发明将机械动力学、流体传动技术的研究成果相结合，研发了一种制动力随下降速度的变化而动态自适应发生变化的限速装置。所谓动态即根据速度的变化制动力发生变化。该装置，结构简单、紧凑，可靠性高，具有很好的应用推广价值。

缆索通常有不同的角度，现有技术大多采用恒定摩擦力的制动措施，摩擦力的大小不能随下降的速度变化而变化。这种恒定摩擦力的技术方法主要缺点就是不能适应不同倾斜角度的缆索。制动力设定的太小，爬升竖直缆索时可能由于制动力设定太小，起不到限速制动的作用；制动力设定太大，爬升竖直缆索时能够起到限速制动的作用，但是爬升倾斜角度缆索时，由于制动力太大，可能无法返回地面，或者返回地面速度太慢。

另外，由于制动力不能依据下降速度的变化而发生变化，因此其下降速度是不可控的。

而且，机器人需要在几百米的高空下落返回地面，因此限速制动装置需要长时间的工作，制动力不能产生较大衰减。机械摩擦式制动，随着制动距离的增加，摩擦片会产生大量的热，会使制动力产生衰减，甚至烧毁摩擦片。如同载重卡车在长距离下坡制动，摩擦会产生大量的热，使制动失效引发安全事故，道理相似。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种结构简单、紧凑，制动力能随下降速度变化而动态自适应发生变化，下限速度可控，可靠性高的用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置，包括定子、转子、芯轴、叶轮、压紧弹簧、滑动盘、惯性块、钢球和弹簧，定子、滑动盘和转子依次同轴套装在芯轴的外周；

转子邻近滑动盘的一侧沿圆周方向均匀设置有若干个倾斜滑槽，每个倾斜滑槽内放置一个所述惯性块；

每个惯性块邻近转子的一侧设置有与倾斜滑槽滑动配合的倾斜面，每个惯性块的另一侧在压紧弹簧的作用下与滑动盘相贴合；

滑动盘邻近定子的一侧沿圆周方向设置有若干个锥形阀芯；

定子从芯轴向外依次设置有相互贯通的液压腔、内侧盲孔和外侧盲孔；

液压腔内设置有套装在芯轴上的叶轮；

内侧盲孔包括大直径孔、小直径孔和将大直径孔与小直径孔相连接的锥形孔，锥形孔内设置有与弹簧相连接的钢球；

外侧盲孔邻近滑动盘的一端设置有与锥形阀芯相配合的锥形阀孔。

所述锥形阀芯能在锥形阀孔内滑动，锥形阀芯与锥形阀孔之间形成一个大小能够调节的阻尼孔。

所述液压腔、内侧盲孔和外侧盲孔中均填充有流体。

所述流体为粘性阻尼材料或空气。

粘性阻尼材料为液压油。

所述芯轴上还同轴套装有增速器。

所述内侧盲孔中大直径孔至滑动盘的距离大于小直径孔至滑动盘的距离。

本发明采用上述结构后，具有如下有益效果：

1、能根据转速自动调整制动力，也即能够适应不同倾斜角度的缆索爬升；能够使得机器人匀速或者接近匀速下降返回地面，下降速度可控。

2、制动阻力来自于流体流经阻尼孔时产生的阻尼力，不存在纯机械摩擦式的热衰减问题，可以进行长时间，长距离的制动。

3、增速器的设置，对制动效果具有放大作用。

4、爬升无阻力，下降才有制动力，有利于提高能量的利用率。

5、体积小巧紧凑，集成度高，重量轻。

附图说明

图1显示了本发明动态下降限速装置的立体结构示意图；

图2显示了本发明动态下降限速装置的立体剖面结构示意图；

图3显示了转子的结构示意图；

图4显示了惯性块与转子的立体安装结构示意图；

图5显示了图4的左侧视图；

图6显示了滑动盘、惯性块、压紧弹簧、芯轴与转子的安装剖面结构图；

图7显示了定子的剖面结构示意图；

图8显示了定子中内侧盲孔的放大结构示意图；

图9显示了滑动盘的立体结构示意图；

图10显示了爬升过程中，定子中流体的流向示意图；

图11显示了下降过程中，定子中流体的流向示意图；

图12显示了下降过程中，速度不断增大后，滑动盘移动后的结构示意图；

图13显示了制动力与下降速度间的动态调整特性曲线。

其中有：

1.定子；

11.液压腔；

12.外侧盲孔；121.锥形阀孔；

13.内侧盲孔；131.大直径孔；132.小直径孔；133.锥形孔；

14.叶轮；

15.弹簧；

16.钢球；

2.滑动盘；21.锥形阀芯；22.压紧弹簧；

3.惯性块；31.倾斜面；

4.转子；倾斜滑槽；

5.芯轴；

6.增速器。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置，包括定子1、转子4、芯轴5、增速器6、叶轮14、压紧弹簧22、滑动盘2、惯性块3、钢球26和弹簧15。

增速器6、定子1、滑动盘2和转子4从左至右依次同轴套装在芯轴5的外周。其中，增速器6可以根据需要进行设置。当设置有增速器6时，增速器6优选与定子1的端面固定连接。

如图3至图6所述，转子4邻近滑动盘2的一侧沿圆周方向均匀设置有若干个倾斜滑槽41，每个倾斜滑槽41内放置一个惯性块3。

每个惯性块3邻近转子4的一侧设置有与倾斜滑槽41滑动配合的倾斜面31，每个惯性块3的另一侧在压紧弹簧22的作用下与滑动盘2相贴合。压紧弹簧22优选套装在如图6所示的位于滑动盘2左侧的芯轴5上。

滑动盘2邻近定子1的一侧沿圆周方向设置有若干个锥形阀芯21，优选为2个。

如图7所示，定子1从芯轴5向外依次设置有相互贯通的液压腔11、内侧盲孔13和外侧盲孔12。液压腔、内侧盲孔和外侧盲孔中均填充有流体，流体优选为粘性阻尼材料或空气，粘性阻尼材料优选为液压油。

液压腔11内设置有套装在芯轴5上的叶轮14，从而形成一个液压泵。

如图8所示，内侧盲孔13包括大直径孔131、小直径孔132和将大直径孔与小直径孔相连接的锥形孔133。

其中，大直径孔131的直径为D1，小直径孔132的直径为D2，则D1＞D2。

锥形孔133内设置有与弹簧15相连接的钢球16。大直径孔131至滑动盘2的距离大于小直径孔132至滑动盘2的距离，也即大直径孔131位于图8中的左侧，小直径孔132位于图8的右侧。

通过弹簧将钢球压在锥形孔内，流体可以从钢球的右侧向左侧流，不产生任何阻力，但是不能从左侧向右侧流。

外侧盲孔12邻近滑动盘2的一端设置有与锥形阀芯21相配合的锥形阀孔121。锥形阀芯21能在锥形阀孔121内滑动，锥形阀芯与锥形阀孔之间形成一个大小能够调节的阻尼孔。

流体流经上述阻尼孔时，产生阻力，阻力的大小与阻尼孔的开口度相关。上升时，流体经过内侧盲孔，从钢球的右侧流向左侧，阻尼孔不起作用。下降时，内侧盲孔被钢球（弹簧力的作用）截断，流体通过外侧盲孔，经过阻尼孔，自左侧向右侧流通，流体流经阻尼孔时产生制动阻力。

在压紧弹簧弹簧力的作用下，滑动盘推动惯性块的左侧断面，压紧在转子上并靠向中心位置，惯性块右侧的倾斜面与转子的倾斜滑槽相配。当芯轴速度提高时，惯性块由于离心力的作用，会向外“甩”，由于倾斜面的存在，惯性块会产生两个方向的运动：1、向外甩；2、向左的滑动。向左的运动将压紧弹簧“压缩”，此时离心力的水平分力与弹簧力相平衡，随着速度的增加，滑动盘向左运动，进而阻尼孔的开口度会变小，流体流经阻尼孔时的阻力会变大。即实现了下降制动力随着下降速度的变化而动态变化。

如图10所示，爬升过程中，流体经内侧盲孔，自右侧向左通过钢球流通，不产生任何阻力。

如图11所示，下降过程中，芯轴带动叶轮反转，流体自左向右，弹簧压紧钢球将内侧盲孔封死。流体经外侧盲孔，流体流经阻尼孔，产生阻力，下降速度越快，阻尼孔开口度越小，阻力越大。

如图12所示，下降过程中，如果速度继续增大，在惯性块离心力水平分力推动下，滑动盘继续向左侧移动，阻尼孔被封死。

当阻尼孔被封死后，阻力瞬间急剧增大，下降速度降低，惯性块离心力水平分力减小，滑动盘右移，阻尼孔开口度增大，阻力变小，下降速度增加，惯性力分离加大，阻尼孔开口度再度减小（封死），循环往复，实现动态调整，最终达到如图13所示的恒定速度下降。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置，其特征在于：包括定子、转子、芯轴、叶轮、压紧弹簧、滑动盘、惯性块、钢球和弹簧，定子、滑动盘和转子依次同轴套装在芯轴的外周；

转子邻近滑动盘的一侧沿圆周方向均匀设置有若干个倾斜滑槽，每个倾斜滑槽内放置一个所述惯性块；

每个惯性块邻近转子的一侧设置有与倾斜滑槽滑动配合的倾斜面，每个惯性块的另一侧在压紧弹簧的作用下与滑动盘相贴合；

滑动盘邻近定子的一侧沿圆周方向设置有若干个锥形阀芯；

定子从芯轴向外依次设置有相互贯通的液压腔、内侧盲孔和外侧盲孔；

液压腔内设置有套装在芯轴上的叶轮；

内侧盲孔包括大直径孔、小直径孔和将大直径孔与小直径孔相连接的锥形孔，锥形孔内设置有与弹簧相连接的钢球；

外侧盲孔邻近滑动盘的一端设置有与锥形阀芯相配合的锥形阀孔。

2.根据权利要求1所述的用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置，其特征在于：所述锥形阀芯能在锥形阀孔内滑动，锥形阀芯与锥形阀孔之间形成一个大小能够调节的阻尼孔。

3.根据权利要求1所述的用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置，其特征在于：所述液压腔、内侧盲孔和外侧盲孔中均填充有流体。

4.根据权利要求3所述的用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置，其特征在于：所述流体为粘性阻尼材料或空气。

5.根据权利要求4所述的用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置，其特征在于：所述粘性阻尼材料为液压油。

6.根据权利要求1所述的用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置，其特征在于：所述芯轴上还同轴套装有增速器。

7.根据权利要求1所述的用于高空缆索爬升机器人的动态下降限速装置，其特征在于：所述内侧盲孔中大直径孔至滑动盘的距离大于小直径孔至滑动盘的距离。