CN106968174B - 斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置，包括爬升装置，上固定架与下固定架之间安装有移步电机，上固定架与下固定架还分别安装有手爪电机，手爪电机的主轴穿过上固定架或下固定架连接一个电磁制动器，与手爪电机的主轴连接的连杆的两端分别固定安装有圆柱体橡胶块和圆弧形铁片，防偏装置包括底座，底座固定安装于上固定架或下固定架，底座开设有通孔；导向杆贯穿通孔与底座滑动连接，导向杆一端固定安装有限位环，限位环与底座相抵靠，导向杆的另一端固定设有轴承座，轴承座转动安装有一个轴承，底座与轴承座之间夹压有套设于导向杆上的弹簧。该机电装置可解决现有机器人自重过大、检测时卡死以及螺旋式爬行的技术问题。

Description

斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置

技术领域

本发明涉及斜拉桥缆索维护设备技术领域，具体为一种斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置。

背景技术

缆索是斜拉桥的主要受力构件之一，缆索的状态与桥梁的安全密切相关，因此需定期对其进行检测，用于桥梁缆索检测的自动化装备一直备受关注。为了及时发现或消除影响斜拉桥的安全隐患，需定期对缆索进行检测。目前桥梁缆索例行检测最常见项目为缆索表面保护层的完好情况和缆索的震动摆幅。

现已有的一些缆索爬行机器人存在结构复杂、质量重、体积大、加工工艺复杂、出现螺旋式爬行、难以适应直径发生较大变化的缆索等问题，不仅成本高、效率低、准确率低且危险性大。因此，研制一种斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置，作为搭载相应检测设备的平台，用以完成对缆索的定期检测任务已成为当务之急。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，提供一种斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置，该机电装置可解决现有机器人自重过大、检测时卡死以及螺旋式爬行的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置，包括爬升装置，所述爬升装置包括环形的上固定架和下固定架，所述上固定架和所述下固定架分别包括两个可开合链接到一起的支架板，所述上固定架与所述下固定架之间安装有移步电机，所述上固定架与所述下固定架还分别安装有手爪电机，所述手爪电机的主轴穿过所述上固定架或所述下固定架连接一个电磁制动器，所述手爪电机的主轴的端部分别与一个连杆的中部固定连接，所述连杆的两端分别固定安装有圆柱体橡胶块和圆弧形铁片，防偏装置包括底座，所述底座固定安装于所述上固定架或下固定架，所述底座开设有通孔；导向杆贯穿所述通孔与所述底座滑动连接，所述导向杆一端固定安装有限位环，所述限位环与所述底座相抵靠，所述导向杆的另一端固定设有轴承座，所述轴承座转动安装有一个轴承，所述底座与所述轴承座之间夹压有套设于导向杆上的弹簧。

作为一种改进的方式，所述上固定架和所述下固定架上的手爪电机分别设有三个以上，所述上固定架和所述下固定架上的手爪电机均匀分布。

作为一种改进的方式，所述上固定架和所述下固定架上相邻的两个手爪电机之间均设有一个所述防偏装置。

作为一种改进的方式，所述圆弧形铁片设有多个调节螺孔，多个所述调节螺孔绕所述上固定架或所述下固定架的中心分布。

作为一种改进的方式，所述移步电机设有三个以上。

作为一种改进的方式，所述上固定架的两个支架板分别通过上扣合板和螺纹紧固件连接，所述下固定架的两个支架板分别通过下扣合板和螺纹紧固件连接。

作为一种改进的方式，所述上固定架和所述下固定架分别固定安装有电磁铁，所述电磁铁位于所述圆弧形铁片的下方。

作为一种改进的方式，所述上固定架和所述下固定架分别固定安装有与所述圆柱体橡胶块相对应的行程开关。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

该爬行机器人的结构紧凑，重量轻，可在斜拉桥缆索上自动爬行，该机器人设有防偏装置，当机器人发生偏转时，缆索表面触碰防偏装置的轴承，轴承受力使导向杆向外侧推移，在复位弹簧的作用下，使机器人回位并处于平衡状态，从而始终保持爬行机器人的对中爬行运动，避免爬行机器人的中心位置偏离缆索中心，避免缆索触碰环形板。

由于在V形连杆安装圆弧形铁片的一端预备多个螺孔，使得作业半径的调节范围大，可以根据缆索半径变化的需要选择螺孔固定圆弧形铁片。

由于有电磁制动器和电磁铁的双重制动作用，制动能力、可靠性大大提高。

由于行程开关的作用，大大减小了手爪电机反转后的空行程、降低能耗、提高作业效率。

附图说明

图1为实施例机器人扣合板打开后的结构示意图；

图2为实施例机器人扣合板扣合后的结构示意图；

图3为实施例机器人的整体结构示意图；

图4为实施例机器人的防偏装置示意图；

图5为实施例机器人的夹紧机构示意图；

图6为实施例控制中心电路结构示意图；

图7为实施例机器人爬升时的工作流程图；

图8为实施例机器人下降时的工作流程图；

图中：1-下吊环螺母；2-第一螺栓；31、32-下扣合板；4-下环形板；5-上吊环螺母；

61、62-上扣合板；7-第二螺栓；8-上环形板；9-防偏装置；91-定位环；92-底座；

93-弹簧；94-D型杆；95-螺母；96-销轴；97-轴承；10-下圆柱体橡胶块；11-下行程开关；12-下电磁制动器；13-下手爪电机主轴；14-下部V形连杆；15-下圆弧形铁片；151-螺孔；16-下电磁铁；17-下手爪电机；18移步电机；20-上手爪电机；21-上行程开关；22-上电磁制动器；23-上手爪电机主轴；24-上电磁铁；25-上圆弧形铁片；26-上部V形连杆；27-上圆柱体橡胶块。

具体实施方式

如图1~图5所示，一种斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置，包括固定架和与固定架固接的移步电机18。固定架分为上、下固定架，在上、下固定架一侧设有上、下手爪电机（20、17），另一侧设有上、下电磁制动器（22、12）。上、下手爪电机的主轴（23、13）分别穿过上、下固定架，与相对应的电磁制动器连接。电机主轴上分别安装V形连杆（26、14），V形连杆（26、14）的两端分别固接圆柱体橡胶块（27、10）和圆弧形铁片（25、15）。固定架通过环形板（8、4）与扣合板（31、32、61、62）链接形成开合式结构。移步电机18上端固定于上固定架的下侧，下端固定于下固定架的下侧，三个移步电机18沿着固定架周向均匀分布。上固定架由两个环形板与两个扣合板组成，分别为上环形板8与上扣合板（61、62）。下固定架也由两个环形板与两个扣合板组成，分别为下环形板4与下扣合板（31、32）。这四个环形板分别通过螺栓螺母固定在移步电机的两端上，使之组成一个整体框架结构。圆柱体橡胶块（27、10）通过螺栓螺母固定于V形连杆（26、14）的上下两侧。

圆弧形铁片（25、15）正下方为电磁铁（24、16），此电磁铁（24、16）安装在环形板（8、4）上。圆弧形铁片（25、15）与电磁铁（24、16）相对面之间距离为0.2~0.3mm。上固定架的上侧、下固定架的下侧分别安装有三个行程开关（21、11），沿着固定架外边沿周向均匀分布，行程开关触点正对着圆柱体橡胶块（27、10）的中心位置。

上、下固定架在位于移步电机18的一侧均安装有防偏装置9，其沿着上、下固定架均匀周向分布，并与左右相邻两个电磁制动器（22、12）距离相等。防偏装置由定位环91、底座92、弹簧93、D型杆94、螺母95、销轴96和轴承97组成。D型杆94一端为导向杆，另一端为轴承座。底座92固定于上、下固定架之上，D型杆94穿过底座92，外侧由定位环91实现轴向定位，内侧安装弹簧93，内侧顶端凹槽口处通过销轴96、螺母95安装轴承。

作业安装时，分别将下吊环螺母5、上吊环螺母1拧开，第一螺栓2、第二螺栓7松开，机器人即为打开模式（如图1所示），上环形板8、下环形板4可绕第一螺栓2、第二螺栓7转动。将处于打开状态的机器人套上缆索后，将下扣合板（31、32）上扣合板（61、62）向内靠拢，拧紧下吊环螺母5、上吊环螺母1，并拧紧第一螺栓2、第二螺栓7，即完成机器人爬行前的作业安装（其扣合状态如示意图2所示）。

结合图6至图8共同所示，机器人收到爬升信号时，其操作步骤如下：

1、控制中心首先控制三个下手爪电机17及与其相对于的三个下电磁制动器12通电，且控制三个下手爪电机17正转，下手爪电机主轴13带动下部V形连杆14向内侧转动，安置于下部V形连杆14末端上下两侧的下圆柱体橡胶块10接触缆索并受力后产生形变，使下圆柱体橡胶10块产生足够大的摩擦力夹紧缆索。

2、在确保下圆柱体橡胶块10夹紧缆索到位、产生足够大的变形后，控制中心通过其内部的定时器设定合适的时间参数，控制三个下手爪电机17以及对应的三个下电磁制动器12同时断电，同时三个下电磁铁16通电。下电磁制动器12断电、下电磁铁通16电后产生阻力，防止下圆柱体橡胶块10恢复原状，从而防止机器人滑落。此时控制中心控制三个移步电机18正传，将上固定架沿着上升的方向推移，推移动作完成后，控制中心切断三个移步电机18电源的同时，控制三个上手爪电机20以及对应的三个上电磁制动器22同时通电，且控制上手爪电机20正转，上手爪电机主轴23带动上部V形连杆26向内侧转动，安置于上部V形连杆26末端上下两侧的上圆柱体橡胶块27接触缆索并受力后产生形变，使上圆柱体橡胶块27产生足够大的摩擦力夹紧缆索。

3、在确保上圆柱体橡胶块27夹紧缆索到位、产生足够大的变形后，控制中心控制三个上手爪电机20以及对应的三个上电磁制动器22断电、同时三个上电磁铁24通电，上电磁制动器22断电、上电磁铁通24电后产生阻力，防止上圆柱体橡胶块27恢复原状，从而防止机器人滑落。

4、控制中心控制三个下手爪电机17以及对应的三个下电磁制动器12通电、三个下电磁铁16断电，且控制三个下手爪电机17反转，下手爪电机主轴13带动下部V形连杆14向外侧转动，安置于下部V形连杆14末端上下两侧的下圆柱体橡胶块10脱离缆索，经过设定的时间触发下行程开关后，三个下手爪电机17以及对应的三个下电磁制动器12断电，下手爪电机17停止反转。在这个过程中，缆索表面与至少一个防偏装置的轴承97开始接触，轴承受力使D型杆94向外侧推移，由于有弹簧93的弹力作用，D型杆94向外侧推移的距离有限，直到缆索表面与上、下固定架的各三个防偏装置的轴承9同时受力，其受力处于动态平衡状态。

5、控制中心控制三个移步电机18同时反转，将下固定架沿着上升的方向拉升，拉升动作完成后，控制中心切断三个移步电机18电源的同时，控制三个下手爪电机17以及对应的三个下电磁制动器12通电，且控制下手爪电机17正转，下手爪电机主轴13带动下部V形连杆14向内侧转动，安置于下部V形连杆14末端上下两侧的下圆柱体橡胶块10接触缆索并受力后产生形变，使下圆柱体橡胶块10产生足够大的摩擦力夹紧缆索。

6、在确保下圆柱体橡胶块10夹紧缆索到位、产生足够大的变形后，控制中心控制三个下手爪电机17以及对应的三个下电磁制动器12断电、同时三个下电磁铁16通电，下电磁制动器12断电、下电磁铁16通电后产生阻力，防止下圆柱体橡胶块10恢复原状，从而防止机器人滑落。

此过程为机器人爬升的一个运动周期的描述。

机器人收到下降信号时，其操作步骤如下：

1、控制中心首先控制三个上手爪电机20及其相对应的三个上电磁制动器22通电，且控制三个上手爪电机20正转，上手爪电机主轴23带动上部V形连杆26向内侧转动，安置于上部V形连杆26末端上下两侧的上圆柱体橡胶块27接触缆索并受力后产生形变，使上圆柱体橡胶块27产生足够大的摩擦力夹紧缆索。

2、在确保上圆柱体橡胶块27夹紧缆索到位、产生足够大的变形后，控制中心通过其内部的定时器设定合适的时间参数，控制三个上手爪电机20以及对应的三个上电磁制动器22同时断电，同时三个上电磁铁24通电。上电磁制动器22断电、上电磁铁24通电后产生阻力，防止上圆柱体橡胶块27恢复原状，从而防止机器人滑落。此时控制中心控制三个移步电机18正传，将下固定架沿着下降的方向推移，推移动作完成后，控制中心切断三个移步电机18电源的同时，控制三个下手爪电机17以及对应的三个下电磁制动器12同时接通，且控制下手爪电机17正转，下手爪电机主轴13带动下部V形连杆14向内侧转动，安置于下部V形连杆14末端两侧的下圆柱体橡胶块10接触缆索并受力后产生形变，使下圆柱体橡胶块10产生足够大的摩擦力夹紧缆索。

3、在确保下圆柱体橡胶块10夹紧缆索到位、产生足够大的变形后，控制中心控制三个下手爪电机17以及对应的三个下电磁制动器12断电、同时三个下电磁铁16通电，下电磁制动器12断电、下电磁铁16通电后产生阻力，防止下圆柱体橡胶块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20以及对应的三个上电磁制动器22通电、三个上电磁铁24断电，且控制三个上手爪电机20反转，上手爪电机主轴23带动上部V形连杆26向外侧转动，安置于上部V形连杆26末端上下两侧的上圆柱体橡胶块27脱离缆索，经过设定的时间触发上行程开关后，三个上手爪电机20以及对应的三个上电磁制动器27断电，上手爪电机20停止反转。在这个过程中，缆索表面与至少一个防偏装置9的轴承97开始接触，轴承受力使D型杆94向外侧推移，由于有弹簧93的弹力作用，D型杆94向外侧推移的距离有限，直到缆索表面与上、下固定架的各三个防偏装置9的轴承97同时受力，其受力处于动态平衡状态。

5、控制中心控制三个移步电机18同时反转，将上固定架沿着下降的方向拉升，拉升动作完成后，控制中心切断三个移步电机18电源的同时，控制三个上手爪电机20以及对应的三个上电磁制动器22通电，且控制上手爪电机20正转，上手爪电机主轴23带动上部V形连杆26向内侧转动，安置于上部V形连杆26末端上下两侧的上圆柱体橡胶块27接触缆索并受力后产生形变，使上圆柱体橡胶块27产生足够大的摩擦力夹紧缆索。

6、在确保上圆柱体橡胶27块夹紧缆索到位、产生足够大的变形后，控制中心控制三个上手爪电机20以及对应的三个上电磁制动器22断电、同时三个上电磁铁24通电，上电磁制动器22断电、上电磁铁24通电后产生阻力，防止上圆柱体橡胶块27恢复原状，从而防止机器人滑落。

此过程为机器人下降的一个运动周期的描述。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围。

Claims (5)

1.一种斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置，其特征在于，包括：

爬升装置，所述爬升装置包括环形的上固定架和下固定架，所述上固定架和所述下固定架分别包括两个可开合链接到一起的支架板，所述上固定架与所述下固定架之间安装有移步电机，所述上固定架与所述下固定架还分别安装有手爪电机，所述手爪电机的主轴穿过所述上固定架或所述下固定架连接一个电磁制动器，所述手爪电机的主轴的端部分别与一个连杆的中部固定连接，所述连杆为V形连杆，所述V形连杆的两端分别固定安装有圆柱体橡胶块和圆弧形铁片，所述圆弧形铁片设有多个调节螺孔，多个所述调节螺孔绕所述上固定架或所述下固定架的中心分布，所述上固定架和所述下固定架分别固定安装有电磁铁，所述电磁铁位于所述圆弧形铁片的下方,所述上固定架和所述下固定架分别固定安装有与所述圆柱体橡胶块相对应的行程开关；

防偏装置，所述防偏装置包括：

底座，所述底座固定安装于所述上固定架或所述下固定架，所述底座开设有通孔；

导向杆，所述导向杆贯穿所述通孔与所述底座滑动连接，所述导向杆一端固定安装有限位环，所述限位环与所述底座相抵靠，所述导向杆的另一端固定设有轴承座，所述轴承座转动安装有一个轴承，所述底座与所述轴承座之间夹压有套设于导向杆上的弹簧。

2.如权利要求1所述的斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置，其特征在于，所述上固定架和所述下固定架上的手爪电机分别设有三个以上，所述上固定架和所述下固定架上的手爪电机均匀分布。

3.如权利要求2所述的斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置，其特征在于，所述上固定架和所述下固定架上相邻的两个手爪电机之间均设有一个所述防偏装置。

4.如权利要求3所述的斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置，其特征在于，所述移步电机设有三个以上。

5.如权利要求4所述的斜拉桥缆索爬行机器人的机电装置，其特征在于，所述上固定架的两个支架板分别通过上扣合板和螺纹紧固件连接，所述下固定架的两个支架板分别通过下扣合板和螺纹紧固件连接。