CN108086150B - 一种缆索检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于检测机器人领域，提供了一种缆索检测机器人，包括两个导向组件、两个开式夹持组件以及伸缩动力源，两个开式夹持组件均夹紧在缆索上，并可沿缆索的径向方向开合运动；两个导向组件分别安装在两个开式夹持组件的两相对外侧，并始终夹置在缆索的外缘上，且导向组件可沿缆索的径向方向弹性收缩；伸缩动力源连接在两个开式夹持组件的两相对内侧，且伸缩动力源的动力输出端与其中一个开式夹持组件铰接，其另一端与另一个开式夹持组件固定连接。该机器人采用开式夹持组件解决了传统封闭夹持框架轮式驱动结构变径范围小和易打滑的问题；同时，通过缓冲装置和伸缩动力源实现机器人的蠕动爬升，提高其环境适应能力。
Description
技术领域
本发明属于检测机器人领域，尤其涉及一种缆索检测机器人。
背景技术
缆索是斜拉桥、悬索桥的主要受力构件之一，长期暴露在空气中，在大桥载荷、雨振、风振的长期作用下，缆索表面的保护层(聚乙烯PE)易出现硬化、老化等破坏现象，缆索内部钢丝束易出现断丝、断裂，危机桥梁安全，因此，缆索检测工作至关重要。
目前，常规的检测方式是人工巡检或使用缆索攀爬机器人进行检测。人工巡检的方式不仅工作量大、效率低，而且安全性较差。现有的缆索攀爬机器人通常采用轮式结构，在抱紧缆索时由于接触面小，导致缆索表面保护层被破坏；同时，轮式驱动的缆索检测机器人在高空作业时容易出现打滑、卡死现象。现有的缆索攀爬机器人的框架多采用固定、封闭的轮式夹持结构，变径范围受外框限制，夹持力调节范围小，夹持环境变化时易脱落松动，环境适应性较差。
专利一种斜拉桥缆索检测机器人(201520031317.1)采用固定框架和轮式驱动结构，夹持力有弹簧提供，调节范围小，易出现打滑现象，适应的缆索直径受外框限制。
专利基于平行四边形独立悬挂的缆索检测机器人(201410332561.1)采用封闭外框结构，安装使用时需要拆除外框两侧连接螺栓才能装至缆索上，需要多人合作完成，费时费力。
专利缆索检测机器人(201510553087.X)采用半封闭可调外框，通过手动调节伸缩式弹簧装置来适应不同直径，操作不便，而且压力由弹簧产生，在负载变化时存在打滑问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种缆索检测机器人，旨在解决现有技术中的缆索攀爬机器人的变径范围小，且易滑落、环境适应能力差的问题。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种缆索检测机器人，包括两个开式夹持组件以及伸缩动力源，所述两个开式夹持组件沿缆索轴向方向间隔设置，并可沿所述缆索的径向方向开合运动，且在任一时间，至少有一个开式夹持组件夹紧所述缆索；所述伸缩动力源的动力输出端与其中一个开式夹持组件铰接，所述伸缩动力源的另一端与另一个开式夹持组件固定连接。
进一步地，所述开式夹持组件包括固定座、夹持轮、两个夹持臂以及旋转动力源，所述夹持轮固定在所述固定座朝向缆索的一侧面上，所述两个夹持臂分别可转动地安装在所述固定座的两侧；所述旋转动力源安装在所述固定座上，并与所述两个夹持臂传动连接，所述旋转动力源带动所述两个夹持臂相互开合运动；每一个所述的夹持臂上远离所述固定座的一端均安装有一个可弹性形变的夹持掌组件，所述两个夹持臂上的夹持掌组件与夹持轮共同夹紧缆索。
进一步地，所述夹持臂包括转接座、夹持座、第一曲柄、第二曲柄以及连杆，所述转接座的一端铰接在所述固定座的一侧，所述夹持座的一端铰接在所述转接座的另一端上，所述夹持掌组件安装在所述夹持座的另一端；所述第一曲柄固定在所述固定座上，所述第二曲柄固定在所述夹持座上，所述连杆的两端分别与所述第一曲柄和第二曲柄铰接。
进一步地，所述旋转动力源的动力输出端上安装有第一直齿轮，所述固定座内穿设有旋转轴，所述旋转轴上套固有第二直齿轮，且所述旋转轴的两端分别具有一个第一锥齿轮，每一个所述夹持臂的转接座上均固定有一个第二锥齿轮，所述第一直齿轮与第二直齿轮相互啮合，所述旋转轴两端的两个第一锥齿轮分别与两个转接座上的两个第二锥齿轮相互啮合。
进一步地，所述夹持掌组件包括夹持掌、叉架、弹簧导向轴、第一导向弹簧、中空导向套以及压力传感器，所述夹持掌可转动地安装在所述叉架的底部，所述弹簧导向轴的底部固定在所述叉架的顶部；所述弹簧导向轴和第一导向弹簧均安装在所述中空导向套内，所述中空导向套内设置有用于防止所述弹簧导向轴掉出的限位台阶，所述弹簧导向轴的周缘上相应地设置有限位凸起，所述弹簧导向轴可沿所述导向套上下移动，所述限位凸起相应地与所述限位台阶相互分离或相互抵顶；所述压力传感器安装在所述中空导向套的顶部，所述第一导向弹簧的一端始终与所述压力传感器相接触，其另一端套设在所述弹簧导向轴上，并相应地抵顶在所述弹簧导向轴的限位凸起上，所述弹簧导向轴沿所述导向套的上下移动，带动所述第一导向弹簧挤压所述压力传感器。
进一步地，所述检测机器人还包括两个导向组件，所述两个导向组件分别安装在所述两个开式夹持组件的两相对外侧，并始终夹置在所述缆索的外缘上，且所述导向组件可沿所述缆索的径向方向弹性收缩。
进一步地，所述导向组件包括若干导向轮部件、若干第二导向弹簧、若干销轴和若干固定座，所述固定座固定在所述开式夹持组件上，所述导向轮部件通过所述销轴可转动地安装在所述固定座上，相邻两个导向轮部件之间连接有所述第二导向弹簧。
进一步地，所述导向轮部件包括导向轮连接杆、固定环、导向轮座和橡胶轮，所述导向轮连接杆的底部通过所述销轴可转动地安装在所述固定座上，所述固定环固定在所述导向轮连接杆的中部，且所述固定环的两端分别开设有用于连接第二导向弹簧的连接孔；所述导向轮座绕所述导向轮连接杆的轴线可转动地安装在所述导向轮连接杆的顶部，所述橡胶轮可转动地安装在所述导向轮座上，并始终与所述缆索相接触。
进一步地，所述导向轮座上开设有通孔，所述通孔的一侧开设有横槽，所述导向轮连接杆穿设在所述导向轮座的通孔内，且所述导向轮连接杆上与所述横槽相对应的位置处具有螺纹孔，平圆头螺钉穿过所述横槽并螺纹连接在所述导向轮连接杆上。
进一步地，所述伸缩动力源的动力输出端通过球头关节与其中一个开式夹持组件铰接，所述伸缩动力源的另一端通过缓冲弹簧与另一个开式夹持组件固定连接。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的一种缆索检测机器人，其包括两个开式夹持组件以及伸缩动力源。由于所述开式夹持组件可沿所述缆索的径向方向开合运动，利用所述开式夹持组件本身的张开与合拢可适应不同直径的缆索，变径范围较大。同时，利用所述伸缩动力源使得机器人本身具备柔性，需要前进时，通过先将其中一个开式夹持组件张开，然后伸缩动力源的动力输出端伸出到一定距离后，张开的开式夹持组件合拢并夹紧缆索；再然后另一个开式夹持组件张开，所述伸缩动力源的动力输出端相应地缩回到一定距离后，所述另一个开式夹持组件合拢并夹紧缆索，从而实现了机器人的柔性蠕动攀爬。该机器人在攀爬过程中遇到障碍物时可以较好地越障，具备较好的环境适应能力，可有效地避免在高空作业时出现打滑现象。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种缆索检测机器人的三维结构示意图；
图2是图1的主视结构示意图；
图3是图1中开式夹持组件的三维结构示意图；
图4是图3的主视结构示意图；
图5是图4的另一个工作状态的结构示意图；
图6是图3的仰视结构示意图；
图7是图3的左视结构示意图；
图8是图3中夹持掌组件的结构示意图；
图9是图8的局部剖视主视结构示意图；
图10是图1中导向组件的三维结构示意图；
图11是图10中导向轮部件的三维结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，为本发明实施例提供的一种缆索检测机器人100，其包括两个导向组件1、两个开式夹持组件2以及伸缩动力源3。
所述两个开式夹持组件2沿缆索50的轴向方向间隔设置，并可沿所述缆索50的径向方向开合运动，从而使得所述开式夹持组件2能够夹持不同直径的缆索，变径范围较大；并且在任一时间，至少有一个开式夹持组件2夹紧所述缆索50，以保证机器人100不会下滑。所述两个导向组件1分别安装在所述两个开式夹持组件2的两相对外侧，并始终夹置在所述缆索50的外缘上，且所述导向组件1可沿所述缆索50的径向方向弹性收缩，用于对所述机器人100的运动进行导向。
所述伸缩动力源3连接在所述两个开式夹持组件2的两相对内侧，且所述伸缩动力源3的动力输出端通过球头关节5与其中一个开式夹持组件2铰接，所述伸缩动力源3的另一端通过缓冲弹簧4与另一个开式夹持组件2固定连接，通过所述伸缩动力源3的伸缩运动，为机器人100攀爬缆索50提供动力。
具体地，参照图3至图5，所述开式夹持组件2包括固定座21、夹持轮22、两个夹持臂23以及旋转动力源24。所述夹持轮22固定在所述固定座21的顶部，所述两个夹持臂23分别可转动地安装在所述固定座21的两侧。所述旋转动力源24安装在所述固定座21上，并与所述两个夹持臂23传动连接，所述旋转动力源24带动所述两个夹持臂23相互开合运动，用于调节夹持直径，以适应不同直径的缆索。每一个所述的夹持臂23上远离所述固定座21的一端均安装有一个可弹性形变的夹持掌组件25，所述两个夹持臂23上的夹持掌组件25与夹持轮22共同夹紧缆索50，采用轮掌结合的机构可有效防止机器人100下滑，并利用所述夹持掌组件25的弹性形变实现夹持力的柔性控制。
所述夹持臂23包括转接座231、夹持座232、第一曲柄233、第二曲柄234以及连杆235。所述转接座231的一端铰接在所述固定座21的一侧，所述夹持座232的一端铰接在所述转接座231的另一端上，所述夹持掌组件25安装在所述夹持座232的另一端；所述第一曲柄233固定在所述固定座21上，所述第二曲柄234固定在所述夹持座232上，所述连杆235的两端分别与所述第一曲柄233和第二曲柄234铰接。由于第一曲柄233的位置固定不变，而连杆235的一端铰接在第一曲柄233上，因此所述连杆235只能绕着第一曲柄233的铰接点做圆弧运动。同时，由于所述第二曲柄234与夹持座232固定连接，因此，当所述转接座231转动时，所述夹持座232也会跟着转动，并利用连接在第一曲柄233和第二曲柄234之间的连杆235对夹持座232起限位作用，使夹持座232无法沿转接座231自由转动，保证夹持的稳定性。
参照图6，所述旋转动力源24的动力输出端上安装有第一直齿轮61，在本发明实施例中，所述旋转动力源24为旋转电机，所述第一直齿轮61通过联轴器62连接在所述旋转电机24的动力输出端上。所述固定座21内穿设有旋转轴63，所述旋转轴63上套固有第二直齿轮64，且所述旋转轴63的两端分别具有一个第一锥齿轮65，每一个所述夹持臂23的转接座231上均固定有一个第二锥齿轮66，所述第一直齿轮61与第二直齿轮64相互啮合，所述旋转轴63两端的两个第一锥齿轮65分别与两个转接座231上的两个第二锥齿轮66相互啮合。
所述旋转电机24的转动会带动所述第一直齿轮61转动，所述第一直齿轮61通过与第二直齿轮64的啮合带动旋转轴63转动，所述旋转轴63的转动带动两端的两个第一锥齿轮65相应地转动，所述两个第一锥齿轮65的转动相应地带动所述第二锥齿轮66转动。由于所述第二锥齿轮66与转接座231固定连接，因此第二锥齿轮66的转动会带动转接座231相应地转动，从而通过所述旋转电机24的正转和反转可实现所述两个夹持臂23的开合运动。
继续参照图7，在本发明实施例中，所述两个夹持臂23上的两个夹持掌组件25相对设置，且所述两个夹持掌组件25与所述夹持轮22沿固定座边缘间隔分布，从而使得所述两个夹持臂23上的两个夹持掌组件25位于同一个竖直平面内，且所述两个夹持掌组件25与所述夹持轮22不在同一个竖直平面内。通过将柔性的夹持掌组件25与夹持轮22偏心设置，则相当于对缆索50有一个异面剪切的作用，利用了杠杆原理，增加了抱紧压力，使得整个夹持装置不易打滑。
参照图8和图9，所述夹持掌组件25包括夹持掌251、叉架252、弹簧导向轴253、导向弹簧254、中空导向套255、压力传感器256、导销257、连接销258和至少一对回位弹簧259。所述叉架252呈U型形状，所述U型叉架252的两侧壁上均开设有通孔(未标注)；所述夹持掌251的顶部具有耳板2511，所述耳板2511插接在所述U型叉架252的U型槽内，且所述耳板2511上与所述U型叉架252的通孔相对应的位置处也开设有通孔(未标注)，所述连接销258依次穿过所述U型叉架252的通孔以及夹持掌耳板2511上的通孔，从而将所述夹持掌251可转动地安装在所述叉架252的底部。同时，所述至少一对回位弹簧259对称安装在所述U型叉架252与支持掌251的两侧，每一个所述的回位弹簧259的两端分别与所述U型叉架252和支持掌251连接，从而使得所述支持掌251在不受力状态下，能够利用所述回位弹簧259回归原始位置。
参照图9，所述叉架252的顶部开设有通孔(未图示)，所述弹簧导向轴253的底部开设有螺纹槽2531，所述弹簧导向轴253与所述叉架252螺栓连接，从而将所述弹簧导向轴253的底部固定在所述叉架252的顶部。所述弹簧导向轴253和导向弹簧254均安装在所述中空导向套255内，所述中空导向套255内设置有用于防止所述弹簧导向轴253掉出的限位台阶2551，所述弹簧导向轴253的周缘上相应地设置有限位凸起2532，所述弹簧导向轴253可沿所述导向套255上下移动，所述限位凸起2532相应地与所述限位台阶2551相互分离或相互抵顶。
所述压力传感器256安装在所述中空导向套255的顶部，所述导销257穿插在所述导向弹簧254的顶部，且所述导销257的顶部始终与所述压力传感器256相接触；当然，也可以直接将所述导向弹簧254的一端始终与所述压力传感器256相接触，以保证所述压力传感器256上时刻有压力数值。所述导向弹簧254的另一端套设在所述弹簧导向轴253上，并相应地抵顶在所述弹簧导向轴253的限位凸起2532上，所述弹簧导向轴253沿所述导向套255的上下移动，带动所述导销257挤压所述压力传感器256，所述压力传感器256也可以替换成具有相同功能的压强传感器等。
参照图10，所述导向组件1包括若干导向轮部件11、若干第二导向弹簧12、若干销轴13和若干固定座14。所述固定座14固定在所述开式夹持组件2上，所述导向轮部件通过11所述销轴13可转动地安装在所述固定座14上，相邻两个导向轮部件11之间连接有所述第二导向弹簧12。利用所述第二导向弹簧12使得所述若干导向轮部件11可沿缆索50的径向方向弹性收缩，从而能够在不同直径的缆索50上进行运动导向，并能够自动适应缆索直径的变化。
参照图11，所述导向轮部件11包括导向轮连接杆111、固定环112、导向轮座113和橡胶轮114。所述导向轮连接杆111的底部通过所述销轴13可转动地安装在所述固定座14上，所述固定环112固定在所述导向轮连接杆111的中部，且所述固定环112的两端分别开设有连接孔1121，用于与第二导向弹簧12进行连接。
所述导向轮座113上开设有通孔(未标注)，所述通孔的一侧开设有横槽1131，所述导向轮连接杆111穿设在所述导向轮座113的通孔内，且所述导向轮连接杆111上与所述横槽1131相对应的位置处具有螺纹孔(未图示)。通过平圆头螺钉115穿过所述横槽1131后，螺纹连接在所述导向轮连接杆111上，使得所述导向轮座113绕所述导向轮连接杆111的轴线可转动地安装在所述导向轮连接杆的顶部，其转动范围即为所述横槽1131的长度。所述橡胶轮114可转动地安装在所述导向轮座113上，并始终与所述缆索50相接触，用以抱紧缆索50，并通过所述橡胶轮114与缆索50的相对滚动实现运动导向。
具体工作时，在初始状态下，所述两个开式夹持组件2同时抱紧缆索50，所述伸缩动力源3在零位；第一步，与所述伸缩动力源3的动力输出端连接的开式夹持组件2张开，所述伸缩动力源3的动力输出端伸出指定的距离；第二步，所述张开的开式夹持组件2抱紧缆索50；第三步，另一个开式夹持组件2张开，所述伸缩动力源3的动力输出端缩回指定的距离；第四步，所述另一个张开的开式夹持组件2抱紧缆索50。以此循环往复，实现所述机器人100的蠕动爬升。
综上所述，本发明实施例提供的一种缆索检测机器人100，其采用开式夹持组件2以及轮掌结合的机构解决了传统封闭夹持框架轮式驱动结构变径范围小和易打滑的问题；并利用所述夹持掌组件25的弹性形变实现夹持力的柔性控制，减轻对缆索表面保护层的破坏。同时，通过缓冲弹簧4和伸缩动力源3实现机器人100的蠕动爬升，增加机器人100的柔性，提高了机器人100本身的环境适应能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种缆索检测机器人，其特征在于，包括两个开式夹持组件以及伸缩动力源，所述两个开式夹持组件沿缆索轴向方向间隔设置，并可沿所述缆索的径向方向开合运动，且在任一时间，至少有一个开式夹持组件夹紧所述缆索；所述伸缩动力源的动力输出端与其中一个开式夹持组件铰接，所述伸缩动力源的另一端与另一个开式夹持组件固定连接；所述开式夹持组件包括固定座、夹持轮、两个夹持臂以及旋转动力源，所述夹持轮固定在所述固定座朝向缆索的一侧面上，所述两个夹持臂分别可转动地安装在所述固定座的两侧；所述旋转动力源安装在所述固定座上，并与所述两个夹持臂传动连接，所述旋转动力源带动所述两个夹持臂相互开合运动；每一个所述的夹持臂上远离所述固定座的一端均安装有一个可弹性形变的夹持掌组件，所述两个夹持臂上的夹持掌组件与夹持轮共同夹紧缆索；
所述夹持掌组件包括夹持掌、叉架、弹簧导向轴、第一导向弹簧、中空导向套以及压力传感器，所述夹持掌可转动地安装在所述叉架的底部，所述弹簧导向轴的底部固定在所述叉架的顶部；所述弹簧导向轴和第一导向弹簧均安装在所述中空导向套内，所述中空导向套内设置有用于防止所述弹簧导向轴掉出的限位台阶，所述弹簧导向轴的周缘上相应地设置有限位凸起，所述弹簧导向轴可沿所述导向套上下移动，所述限位凸起相应地与所述限位台阶相互分离或相互抵顶；所述压力传感器安装在所述中空导向套的顶部，所述第一导向弹簧的一端始终与所述压力传感器相接触，其另一端套设在所述弹簧导向轴上，并相应地抵顶在所述弹簧导向轴的限位凸起上，所述弹簧导向轴沿所述导向套的上下移动，带动所述第一导向弹簧挤压所述压力传感器；
所述检测机器人还包括两个导向组件，所述两个导向组件分别安装在所述两个开式夹持组件的两相对外侧，并始终夹置在所述缆索的外缘上，且所述导向组件可沿所述缆索的径向方向弹性收缩。
2.如权利要求1所述的缆索检测机器人，其特征在于，所述夹持臂包括转接座、夹持座、第一曲柄、第二曲柄以及连杆，所述转接座的一端铰接在所述固定座的一侧，所述夹持座的一端铰接在所述转接座的另一端上，所述夹持掌组件安装在所述夹持座的另一端；所述第一曲柄固定在所述固定座上，所述第二曲柄固定在所述夹持座上，所述连杆的两端分别与所述第一曲柄和第二曲柄铰接。
3.如权利要求2所述的缆索检测机器人，其特征在于，所述旋转动力源的动力输出端上安装有第一直齿轮，所述固定座内穿设有旋转轴，所述旋转轴上套固有第二直齿轮，且所述旋转轴的两端分别具有一个第一锥齿轮，每一个所述夹持臂的转接座上均固定有一个第二锥齿轮，所述第一直齿轮与第二直齿轮相互啮合，所述旋转轴两端的两个第一锥齿轮分别与两个转接座上的两个第二锥齿轮相互啮合。
4.如权利要求3所述的缆索检测机器人，其特征在于，所述导向组件包括若干导向轮部件、若干第二导向弹簧、若干销轴和若干固定座，所述固定座固定在所述开式夹持组件上，所述导向轮部件通过所述销轴可转动地安装在所述固定座上，相邻两个导向轮部件之间连接有所述第二导向弹簧。
5.如权利要求4所述的缆索检测机器人，其特征在于，所述导向轮部件包括导向轮连接杆、固定环、导向轮座和橡胶轮，所述导向轮连接杆的底部通过所述销轴可转动地安装在所述固定座上，所述固定环固定在所述导向轮连接杆的中部，且所述固定环的两端分别开设有用于连接第二导向弹簧的连接孔；所述导向轮座绕所述导向轮连接杆的轴线可转动地安装在所述导向轮连接杆的顶部，所述橡胶轮可转动地安装在所述导向轮座上，并始终与所述缆索相接触。
6.如权利要求5所述的缆索检测机器人，其特征在于，所述导向轮座上开设有通孔，所述通孔的一侧开设有横槽，所述导向轮连接杆穿设在所述导向轮座的通孔内，且所述导向轮连接杆上与所述横槽相对应的位置处具有螺纹孔，平圆头螺钉穿过所述横槽并螺纹连接在所述导向轮连接杆上。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的缆索检测机器人，其特征在于，所述伸缩动力源的动力输出端通过球头关节与其中一个开式夹持组件铰接，所述伸缩动力源的另一端通过缓冲弹簧与另一个开式夹持组件固定连接。
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