CN107719501A - 一种压紧爬升机构及应该机构的拉索检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明创造的压紧爬升机构，涉及检测缆索等表面的爬行机器人技术领域,包括上下独立构件，上下独立构件一端分别连接在上支架(2)、下支架(16)上，同时另一端均通过连杆支架(10)连接在中间支架(15)上；所述中间支架(15)支撑上支架(2)、下支架(16)；所述上下独立构件形成沿中间支架(15)横向对称的结构设置；所述上下独立构件均包括工作时与拉索贴合的滚轮(13)，设置在滚轮轴一端驱动滚轮轴转动的电机(17)，以及施力使滚轮与拉索表面贴合的压紧机构。本机构将压紧机构和爬升机构设置为一体，结构简便，且运行稳定；且每个滚轮都有电机驱动，均为主动轮，爬升动力和避障能力更强。
Description
技术领域
本发明创造涉及爬行机器人技术领域,具体涉及检测缆索等表面的斜拉桥拉索检测机器人的压紧爬升机构。
背景技术
拉索是一种特殊复杂的杆状环境，伴有高空风载和振动的影响，给机器人爬行动作带来了较大的困难。到目前为止，在适合小曲率拉索表面上移动方式的研究并不多见。根据吸附方式和移动方式的不同可将运动方式分为以下几种：夹紧蠕动式、多足行走式、履带式、移动轮式。
蠕动爬行式机器人的特点是：夹紧蠕动式机构对于截面尺寸有突变、表面情况恶劣的拉索具有较好的适应能力,爬行和夹紧运动分别由两套机构实现,运动较复杂,浪费了过多因夹紧所消耗的时间和能源。现有的拉索爬行类机器人大多结构复杂，运行维护成本较高，不适合经常检测。
多足行走式机器人有较高的灵活性，理论上可以适应各种形状表面，但需要大量的传感器，复杂的机械结构，使得在行走步态规划和关节间协调运动控制等方面存在一定难度，研究和制造成本都很高，功能还比较单一，要想应用于实际工程检测还需做大量的工作。
履带式移动机器人是一种在恶劣地面环境下有效的运动方式，能够在油污、泥泞、障碍等恶劣条件下达到良好的行走状态。履带式载体具有附着性能好，越障能力强，并能输出较大的拖动力等优点；但由于结构复杂，不易小型化，转向性能不如轮式载体，机构稳定性较差，容易发生倾覆等现象，此类机器人一般不适用于爬行杆类结构。
轮式运动具有结构简单，运动连续平稳、可靠性高、运动效率高、速度快、控制方便、成本低廉等诸多优点，同时轮式移动机器人的稳定性也较足式移动机构和履带式移动机构好。但轮式运动方式也存在一些问题需要解决，如封闭力—附着力—驱动力之间的矛盾，要求驱动轮与管壁保持较好的接触，但实际用于拉索上时，对于不规则拉索表面，驱动轮的接触面的摩擦力大小较难控制。轮式移动机器人在平坦的环境中具有独特的优越性，但是不足之处是越野通过能力和防护能力不如履带式移动机构。
如公开号为CN104894957A，发明创造名称为用于桥梁拉索缺陷检测的防偏可调式爬升装置；以及以及公开号为CN106284070A，发明创造名称为带检测系统的轻型碳纤维爬索机器人及其用于拉索检测的方法；其实现压紧爬升功能的机构是分开独立设置的，且爬升分为主动和从动结构，结构复杂。
发明内容
针对于以上背景情况，结合拉索检测机器人的工作环境，本发明创造提出了一种拉索检测机器人的压紧爬升机构。
本发明创造的压紧爬升机构，包括上下独立构件，上下独立构件一端分别连接在上支架、下支架上，同时另一端均通过连杆支架连接在中间支架上；所述中间支架支撑上支架、下支架；所述上下独立构件形成沿中间支架横向对称的结构设置；
所述上下独立构件均包括工作时与拉索贴合的滚轮，设置在滚轮轴一端驱动滚轮轴转动的电机，以及施力使滚轮与拉索表面贴合的压紧机构。
进一步的，所述压紧机构设置为气动撑杆，所述气动撑杆一端连接在连杆支架上，另一端设置在上/下支架上；气动撑杆自然伸出时带动连杆支架前端的滚轮相对于与拉索表面压紧贴合。
进一步的，所述电机设置在电机壳内，且通过电机支架连接在连杆支架上。
进一步的，至少一组压紧爬升机构应用在拉索检测机器人上。
本发明创造采用气动撑杆作为压紧机构使滚轮与拉索表面贴合，且每一个滚轮均有电机驱动使机器人能稳步前行，将压紧和爬升机构设置为一体，结构简便，工作高效。
附图说明
图1为本发明创造的压紧爬升机构轴测图。
图2为本发明创造的爬行示意图。
图3为应用本发明创造机构的拉索检测机器人轴测图。
图中：1-轴a、2-上支架、3-圆弧支架a、4-气动撑杆、5-接头、6-圆弧支架b、7-电机壳、8-电机支架、9-滚轮轴、10-连杆支架、11-轴d、12-检测机构、13-滚轮、14-轴c、15-中间支架、16-下支架、17-电机。
具体实施方式
结合图1，本实施例的压紧爬升机构，包括上下独立构件，上下独立构件一端分别连接在上支架2、下支架16上，同时另一端均通过连杆支架10连接在中间支架15上；所述中间支架15支撑上支架2、下支架16；所述上下独立构件形成沿中间支架15横向对称的结构设置；上下独立构件均包括工作时与拉索贴合的滚轮13，设置在滚轮轴一端驱动滚轮轴转动的电机17，以及施力使滚轮与拉索表面贴合的压紧机构。压紧机构设置为气动撑杆4，所述气动撑杆一端分别通过轴a1与上支架2和下支架16连接，另一端通过轴c14设置在连杆支架10上；连杆支架10具体通过轴d11与中间支架15结合。电机17设置在电机壳7内，且通过电机支架8连接在连杆支架10上。气动撑杆自然伸出时带动连杆支架前端的滚轮相对于与拉索表面压紧贴合。
结图2，该压紧爬升机构中设置有重力自锁功能，当在机器人前进过程中由于滚轮与拉索表面能够紧密贴合，有较大的接触面积，增大其滚轮与拉索表面的摩擦力，可以实现自锁夹紧，保证了机器人爬升与下降过程的中安全性和可靠性。
该机构在机器人上应用未接通电源时，气动撑杆4对滚轮13产生压力，由于滚轮与拉索表面贴合且存在一定的摩擦系数，所以在弹力作用下滚轮会对拉索表面产生压力进而产生足够的摩擦力来夹紧拉索，保证机器人在拉索上爬行和停留。
该机构在机器人上应用接通电源时，电机带动滚轮转动，滚轮在气动撑杆的作用下紧密贴合拉索，并存在一定的摩擦力，当滚轮转动时，滚轮会沿着拉索表面滚动，同时带动整体机构在拉索表面做上行或下行运动。在遇到拉索直径变大或表面凹凸不平时，气动撑杆会根据不同情况呈现不同功能，例如：当遇到拉索直径变大时，由于拉索圆管中心轴位置未变，因此气动撑杆呈现一致伸出或压缩动作，仍能维持滚轮对拉索的摩擦力。当遇到拉索表面凹凸不平时，此时拉索圆管中心轴位置发生改变，气动撑杆会根据拉索表面的凹凸不平，而呈现一伸一缩动作，气动撑杆仍能很好的适应拉索直径和表面的变化。同样的，当遇到拉索直径变小时，气动撑杆收到的压缩力变小，气动撑杆伸长保证滚轮与拉索表面的贴合以及对拉索的摩擦力。
本压紧和爬升机构设置为一体，结构简便、体积小、自重轻；对称的模块化结构设计、便于装卸，通用化应用领域广泛；且每个滚轮都有电机驱动，均为主动轮，爬升动力和避障能力更强，且运行稳定。
结合图3，将该机构在一种拉索检测机器人上具体应用时，应用三组，该拉索检测机器整体结构采用环抱对称框架结构，将三组压紧爬升机构结合在上横向连接支架、下横向连接支架上，本实施例中上横向连接支架设置为圆弧支架a3、圆弧支架b6通过接头5结合；下横向连接支架也对应设置。上横向连接支架、下横向连接支架留有便于套设在拉索上的活动口；在活动口封闭时，三组压紧爬升机构均沿拉索圆周三点均匀分布，连同上横向连接支架、下横向连接支架形成环抱式结构。检测机构12设置在中间支架15上。
将本发明创造创造的机器人在拉索上应用时，先将上横向连接支架、下横向连接支架设置的便于套设在拉索上的活动口打开，将由中间支架15、上横向连接支架、下横向连接支架连接并支撑的环抱式拉索检测机器人套在拉索上，调整六个滚轮13使其尽可能的贴合拉索表面，再转动调整上横向连接支架、下横向连接支架，进一步调整滚轮13使其能够贴合拉索表面并沿拉索表面呈环抱式均匀分布，将活动口合上。
在机器人的运行过程中，搭载的检测机构12会对拉索进行检测并通过控制系统对数据进行处理，发送至PC端。
Claims (4)
1.一种压紧爬升机构，其特征是：包括上下独立构件，上下独立构件一端分别连接在上支架(2)、下支架(16)上，同时另一端均通过连杆支架(10)连接在中间支架(15)上；所述中间支架(15)支撑上支架(2)、下支架(16)；所述上下独立构件形成沿中间支架(15)横向对称的结构设置；
所述上下独立构件均包括工作时与拉索贴合的滚轮(13)，设置在滚轮轴一端驱动滚轮轴转动的电机(17)，以及施力使滚轮与拉索表面贴合的压紧机构。
2.根据权利要求1所述的压紧爬升机构，其特征是：所述压紧机构设置为气动撑杆(4)，所述气动撑杆一端连接在连杆支架(10)上，另一端设置在上/下支架上；气动撑杆自然伸出时带动连杆支架前端的滚轮(13)相对于与拉索表面压紧贴合。
3.根据权利要求1或2所述的压紧爬升机构，其特征是：所述电机(17)设置在电机壳(7)内，且通过电机支架(8)连接在连杆支架(10)上。
4.至少一组权利要求1-3所述的压紧爬升机构应用在拉索检测机器人上。
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