CN105908624B - 一种用于检测斜拉桥缆索的便携式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用于检测斜拉桥缆索的便携式机器人，其特征是：包括固定架和与固定架固定连接的移步电机，固定架分为上、下固定架，通过环形板链接形成开合式结构，在上、下固定架一侧设有上、下手爪电机，另一侧设有上、下电磁制动器，上、下手爪电机的主轴分别穿过上、下固定架，与相对应的上、下电磁制动器连接，电机的主轴上分别设有连杆，连杆末端的两侧分别固定设有圆形橡胶块。这种机器人采用模块化设计，整体结构简单，性能可靠、可拆装、轻便易于操作。

Description

一种用于检测斜拉桥缆索的便携式机器人

技术领域

本发明涉及机器人，具体是一种用于检测斜拉桥缆索的轻量化便携式机器人。

背景技术

缆索是斜拉桥的主要受力构件，由于长期暴露在大气之中，受到风吹、日晒、雨林和环境污染的侵蚀，其表面的聚乙烯保护套将会产生不同程度的硬化和开裂现象，保护套内的钢丝束得不到保护而产生生锈、断丝等严重问题。另外，由于随机风振、雨振，使缆索内部的钢丝产生为摩擦，引起钢丝破损，甚至引发严重的断丝问题，带来巨大的安全隐患。至今对斜拉桥缆索的检测和维护方式还较落后，主要是通过人工检测的方式为主：一是针对小型斜拉桥使用液压升降平台进行缆索检测维护；二是利用预先装好的塔顶的定点，用钢丝拖动吊篮搭载工作人员沿缆索进行检测维护。这两种检测方式不仅效率低、成本高，且危险性较大。

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，前者连续运动，结构简单，控制简单，攀爬效率高，但其多依靠弹簧预紧提供摩擦轮的缆索间的摩擦力，预紧力过大时，摩擦消耗的功率较多，而预紧力过小时候，会使得夹紧力不足，爬行失效，为了提高可靠性只能牺牲能耗比；气动蠕动式机器人对于截面尺寸有突变，表面情况较差的缆索具有较好的适应能力，但整体结构偏大，且维护不便。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明公开了一种用于检测斜拉桥缆索的便携式机器人，这种机器人采用模块化设计，整体结构简单，性能可靠、可拆装、轻便易于操作。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于检测斜拉桥缆索的便携式机器人，包括固定架和与固定架固定连接的移步电机，固定架分为上、下固定架，通过环形板链接形成开合式结构，在上、下固定架一侧设有上、下手爪电机，另一侧设有上、下电磁制动器，上、下手爪电机的主轴分别穿过上、下固定架，与相对应的上、下电磁制动器连接，电机的主轴上分别设有连杆，连杆末端的两侧分别固定设有圆形橡胶块。

所述移步电机上端固定于上固定架的下侧，下端固定于下架的下侧，三个移步电机周向均匀分布。

所述环形板为四个，其中两个环形板安装在上固定架，分别为上转动板与上扣合板；另两个环形板安装在下固定架，分别为下转动板和下扣合板，四个环形板均通过螺栓螺母分别与上、下固定架相连。

本发明采用上述结构后，具有如下有益效果：

1.该机器人整体采用模块化设计、安装拆除方便，各模块的零件通用性强，可方便地拆除更换；

2.上、下固定架采用开合式的机械结构设计，故与缆索的拆装方便，可进行单人操作，操作便利；

3.机器人的夹紧装置针对不同的杆径的缆索，尤其是对于变径的单个缆索，可以做到自适应调节，对不同直径的缆索的调整范围大，具有较强变径越障能力，针对攀爬过程中所遇障碍适应能力较强。

4.针对单个缆索直径的变化，采用类似人攀爬方式，保证在攀爬缆索的过程中，提供充足的夹紧力。

5.通过模块化的联动设计，在夹紧时保证机器人与缆索之间的接触为非刚性接触，即保证夹紧力足够，避免机器人滑落。

6.通过模块化的联动设计，电机与制动装置配合，通过控制电机与制动装置电源的通断，实现机器人与缆索之间的夹紧与松开的控制。

附图说明

图1为实施例机器人的整体结构示意图。

图2为实施例机器人安装于缆索前（扣合板打开后）的示意图。

图3为实施例机器人安装于缆索上（扣合板扣合后）的示意图。

图4为实施例机器人控制中心的电路结构示意图。

图5为实施例机器人爬升时的工作流程图。

图6为实施例机器人下降时的工作流程图。

图中：1.下吊母螺环；2.下扣合板；3.下转动板；4.第一螺栓；5.第二螺栓；6.上转动板；7.上扣合板；8.上吊母螺环；9.下固定架；10.下圆形橡胶块；11.下连杆；12.下手爪电机主轴；13.下电磁制动器；14.下手爪电机；15.移步电机；16.上固定架；17.上手爪电机；18.上电磁制动器；19.上手爪电机主轴；20.上连杆；21.上圆形橡胶块。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图说明具体的实施方式。

实施例：

如图1所示，一种用于检测斜拉桥缆索的便携式机器人，其上升动力部分的动力由移步电机15提供，移步电机15上端固定于上固定架16的下侧，下端固定于下固定架9的下侧，三个移步电机15周向均匀分布。上固定架16、下固定架9为开合式设计，通过四个环形板链接，其中两个环形板安装在机器人上固定架16部分，分别称为上转动板6与上扣合板7；另两个环形板安装在机器人下固定架9部分，分别称为下转动板3和下扣合板2。四个环形板均通过第一螺栓4、上吊环螺母8、下吊环螺母1、第二螺栓5与上固定架16、下固定架9相连。

在上固定架16、下固定架9的一侧安装有上手爪电机17和下手爪电机14，另一侧安装有上电磁制动器18和下电磁制动器13，上手爪电机17和下手爪电机14的主轴分别穿过上固定架16、下固定架9，与上电磁制动器18和下电磁制动器13连接。上手爪电机17和下手爪电机14的主轴（电磁制动器一侧）上安装有上连杆20和下连杆11，上连杆20和下连杆11末端的两侧通过螺栓螺母分别固定有上圆形橡胶块21和下圆形橡胶块10。

安装时，分别将下吊环螺母1、上吊环螺母8拧开；第一螺栓4、第二螺栓5松开，机器人即为可打开模式：上架右侧与下架右侧可绕第一螺栓4、第二螺栓5转动（其打开状态示意图如图2所示）。将打开状态的机器人套在缆索上后，将下扣合板2、上扣合板7向内靠拢，安装并拧紧下吊环螺母1、上吊环螺母8，并拧紧第一螺栓4、第二螺栓8，即完成机器人爬升前的安装（其扣合状态示意图如图3所示）。

机器人收到爬升命令时，其操作步骤如下：

1.控制中心首先控制三个下手爪电机14及与其对应的三个下部电磁制动器13同时接通，且控制三个下手爪电机14正转，下手爪电机主轴12带动下部连杆11向内侧转动，安置于下部连杆11末端两侧的下部圆形橡胶块10接触缆索且受力后产生形变（控制中心通过对其内部定时器设定合适的参数，以确保下部圆形橡胶块10产生了足够大的形变）；

2.控制中心控制三个下手爪电机14与对应的三个下电磁制动器13断电，下电磁制动器13断电后产生阻力，阻止下圆形橡胶块10恢复原状，从而防止机器人滑落。此时控制中心同时控制三个移步电机15正转，将上固定架16向沿着缆索上升的方向推移，推移动作完成后，控制中心切断三个移步电机15电源的同时，控制三个上手爪电机17及与其对应的三个上电磁制动器18同时接通，且控制上手爪电机17正转，上手爪电机主轴19带动上连杆20向内侧转动，安置于上连杆20末端两侧的上圆形橡胶块21接触缆索且受力后产生形变（控制中心通过对其内部定时器设定合适的参数，以确保上圆形橡胶块21产生了足够大的形变）；

3.控制中心控制三个上手爪电机17及与对应的三个上电磁制动器18断电，上电磁制动器18断电后产生阻力，阻止上圆形橡胶块21恢复原状，从而防止机器人滑落；

4.控制中心首先控制三个下手爪电机14及与其对应的三个下电磁制动器13同时接通，且控制三个下手爪电机14反转，下手爪电机主轴12带动下连杆11向外侧转动，安置于下连杆11末端两侧的下圆形橡胶块10离开缆索，之后断开三个下手爪电机14及与其对应的三个下电磁制动器13供电，下手爪电机14停止反转；

5.控制中心同时控制三个移步电机15反转，将下架9向沿着缆索上升的方向拉升，拉升动作完成后，控制中心切断三个移步电机15的电源同时控制三个下手爪电机14及与其对应的三个下电磁制动器13同时接通，且控制下手爪电机14正转，下手爪电机主轴12带动下连杆11向内侧转动，安置于下连杆11末端两侧的下圆形橡胶块10接触缆索且受力后产生形变（控制中心通过对其内部定时器设定合适的参数，以确保下圆形橡胶块10产生了足够大的形变）；

6.控制中心控制三个下手爪电机14及与对应的三个下电磁制动器13断电，下电磁制动器13断电后产生阻力，阻止下圆形橡胶块10恢复原状，从而防止机器人滑落。此为机器人一个爬升的运动周期描述。

机器人收到下降命令时，其操作步骤如下：

1.控制中心首先控制三个上手爪电机17及与其对应的三个上电磁制动器18同时接通，且控制上手爪电机17正转，上手爪电机主轴19带动上连杆20向内侧转动，安置于上连杆20末端两侧的上圆形橡胶块21接触缆索且受力后产生形变（控制中心通过对其内部定时器设定合适的参数，以确保上圆形橡胶块21产生了足够大的形变）；

2.控制中心控制三个上手爪电机17及与对应的三个上电磁制动器18断电，上电磁制动器18断电后产生阻力，阻止上圆形橡胶块21恢复原状，从而防止机器人滑落。此时控制中心同时控制三个移步电机15正转，将下架9向沿着缆索下降的方向推移，推移动作完成后，控制中心切断移步电机15的电源，同时控制三个下手爪电机14及与其对应的三个下电磁制动器13同时接通，且控制下手爪电机14正转，下手爪电机主轴12带动下连杆11向内侧转动，安置于下连杆11末端两侧的下圆形橡胶块10接触缆索且受力后产生形变（控制中心通过对其内部定时器设定合适的参数，以确保下圆形橡胶块10产生了足够大的形变）；

3.控制中心控制三个下手爪电机14及与其对应的三个下电磁制动器13断电，下电磁制动器13断电后产生阻力，阻止下圆形橡胶块10恢复原状，从而防止机器人滑落；

4.控制中心控制三个上手爪电机17及与其对应的三个下电磁制动器18同时接通，且控制上手爪电机17反转，上手爪电机主轴19带动上连杆20向外侧转动，安置于上连杆20末端两侧的上圆形橡胶块21离开缆索，之后断开三个上手爪电机17及与其对应的三个上电磁制动器18供电，上手爪电机17停止反转；

5.控制中心同时控制三个移步电机15反转，将上架16向沿着缆索下降的方向下降，下降动作完成后，控制中心切断三个移步电机15的电源，同时控制三个上手爪电机17及与其对应的三个上电磁制动器18同时接通，且控制上手爪电机17正转，上手爪电机主轴19带动上连杆20向内侧转动，安置于上连杆20末端两侧的上圆形橡胶块21接触缆索且受力后产生形变（控制中心通过对其内部定时器设定合适的参数，以确保上圆形橡胶块21产生了足够大的形变）；

6.控制中心控制三个上手爪电机17及与其对应的三个上电磁制动器18断电，上电磁制动器18断电后产生阻力，阻止上圆形橡胶块21恢复原状，从而防止机器人滑落。此为机器人一个下降的运动周期描述。

Claims (1)

1.一种用于检测斜拉桥缆索的便携式机器人，其特征是：包括固定架和与固定架固定连接的移步电机，固定架分为上、下固定架，通过环形板链接形成开合式结构，在上、下固定架一侧设有上、下手爪电机，另一侧设有上、下电磁制动器，上、下手爪电机的主轴分别穿过上、下固定架，与相对应的上、下电磁制动器连接，电机的主轴上分别设有连杆，连杆末端的两侧分别固定设有圆形橡胶块；

所述移步电机上端固定于上固定架的下侧，下端固定于下架的下侧，三个移步电机周向均匀分布；

所述环形板为四个，其中两个环形板安装在上固定架，分别为上转动板与上扣合板；另两个环形板安装在下固定架，分别为下转动板和下扣合板，四个环形板均通过螺栓螺母分别与上、下固定架相连。