CN108128365B - 一种高负载的柔性抱紧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于抱紧装置技术领域，提供了一种高负载的柔性抱紧装置，包括支撑环以及至少两个周向分布的抱紧单元。每一抱紧单元均包括驱动装置、传动组件、摆动臂、足掌、杆端球轴承以及转轴。驱动装置通过传动组件带动摆动臂往复摆动，杆端球轴承固定于摆动臂的自由端，足掌通过转轴与杆端球轴承铰接。利用蜗轮蜗杆传动机构的自锁特性可使抱紧装置在不带电状态下仍可以抱紧缆索，可节省能耗。足掌与杆端球轴承连接，具有空间上三个转动自由度，可被动自适应缆索上凸起的障碍物，保证足掌与缆索面接触，提高抱紧缆索的鲁棒性。抱紧单元能够实现快速松开和锁紧，方便合抱或者卸离缆索，且锁紧时抱紧的压力可控，与缆索抱紧牢固，负载能力强。

Description

一种高负载的柔性抱紧装置
技术领域
本发明属于抱紧装置领域，尤其涉及一种高负载的柔性抱紧装置。
背景技术
桥梁缆索攀爬检测机器人发展比较早，起源于20世纪80年代末期，早期美国、欧洲一些研究机构相继开发了桥梁缆索攀爬检测机器人，但在行业上真正展开应用的案例还不多。对于我国机器人研究现状而言，桥梁管养机器人还相对很年轻，尤其是桥梁缆索攀爬检测机器人，既是在恶劣、复杂环境下工作，又需要考虑长距离检测的高安全可靠性、电源补给和远程通信等，因而，无论在技术上还是应用上，桥梁缆索攀爬检测机器人的研究与应用无疑是一个极大的挑战。
桥梁缆索攀爬检测机器人是一个复杂的机电一体化系统，目前，大部分巡检机器人受到机构关节多、体积大、笨重、负载能力差等条件制约；机构关节繁多，运动学解耦控制难度高，控制精度无法达标；机器人体积大，笨重，无法符合缆索作业要求，工业实用水平低。
抱紧装置模块是整个机器人的核心部件。抱紧装置模块的优劣可直接影响缆索攀爬机器人的负载能力、越障能力、攀爬鲁棒性及对缆索表面障碍物的适应能力。如果抱紧装置的负载能力差，则无法携带足够电源及检测设备，无法长时间执行巡检任务。
发明内容
本发明的目的在于为攀爬式检测机器人提供一种高负载且能自适应障碍物的抱紧装置。
本实施例提供了一种高负载的柔性抱紧装置，包括支撑环以及至少两个周向分布的抱紧单元，每一抱紧单元均包括驱动装置、传动组件、摆动臂、足掌、杆端球轴承以及转轴；所述驱动装置安装于所述支撑环上，所述驱动装置通过所述传动组件与所述摆动臂传动连接，并能带动所述摆动臂往复摆动，所述足掌安装于所述摆动臂的自由端；所述传动组件包括同步带传动机构以及蜗轮蜗杆传动机构，所述同步带传动机构的皮带轮与所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆同轴联接；所述摆动臂的一端与所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮固定连接；所述杆端球轴承固定于所述摆动臂的自由端，所述转轴穿设于所述杆端球轴承内，所述足掌的背面通过所述转轴与所述杆端球轴承铰接。
进一步地，所述支撑环上还安装有若干周向方布的用于顶压被抱紧物的支撑轮。
进一步地，每一所述的抱紧单元均包括两个摆动臂、两个足掌以及两个分别位于所述同步带传动机构两侧边的蜗轮蜗杆传动机构。
进一步地，所述的摆动臂呈弧形，两个摆动臂镜像对称设置；所述同步带传动机构两侧边的蜗轮蜗杆传动机构亦镜像对称设置。
进一步地，所述抱紧单元还包括柔性铰接部件，所述柔性铰接部件具有弹性，其能轴向弹性伸缩；所述柔性铰接件的一端与所述足掌连接，其另一端与所述摆动臂连接。
进一步地，所述柔性抱紧装置还包括通信控制模块，所述通信控制模块安装于所述支撑环上，并与驱动装置电气连接。
进一步地，所述通信控制模块包括用于控制所述驱动装置运作的控制器以及用于接收指令信号的无线信号接收器。
进一步地，所述足掌的内侧面上粘贴一层软性覆面材料。
本实施例与现有技术相比，有益效果在于：
1、利用蜗轮蜗杆传动机构的自锁特性可使抱紧装置以及机器人在不带电状态下仍可以抱紧缆索，可节省能耗。
2、足掌与杆端球轴承连接，具有空间上三个转动自由度，可被动的自适应缆索上凸起的障碍物，保证足掌与缆索始终保持面接触，提高抱紧装置抱紧缆索的鲁棒性。
3、两组或多组抱紧单元能够实现快速松开和锁紧，方便合抱或者卸离缆索，且锁紧时抱紧的压力可控，与缆索抱紧牢固，负载能力强。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的一种高负载的柔性抱紧装置的示意图；
图2是图1中的一抱紧单元的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种杆端球轴承的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
请参见图1，为本发明实施例提供的一种高负载的柔性抱紧装置，包括支撑环1以及至少两个周向分布的抱紧单元2。请参见图2，抱紧单元2包括驱动装置21、传动组件22、摆动臂23、足掌24、杆端球轴承25、转轴26以及柔性铰接部件27。
本实施例采用旋转电机作为驱动装置21，驱动装置21安装于支撑环1上，驱动装置21通过传动组件22与摆动臂23传动连接，并能带动摆动臂23往复摆动，足掌24安装于摆动臂23的自由端。具体地，本实施例的传动组件22包括同步带传动机构以及蜗轮蜗杆传动机构，同步带传动机构的皮带轮221与蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆222同轴联接；摆动臂23的一端与蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮223固定连接。
每一抱紧单元2均包括两个摆动臂23、两个足掌24以及两个分别位于同步带传动机构两侧边的蜗轮蜗杆传动机构，可以将两侧的摆动臂23、两侧蜗轮蜗杆传动机构设置成镜像对称分布。驱动装置21工作时，其输出轴旋转，并通过传动组件22带动摆动臂23摆动，而由于足掌24安装在摆动臂23的自由端上，所以足掌24能摆动，可通过控制驱动装置21的正反向旋转以及旋转的角度，来控制足掌24在某一范围内往复摆动。所以，每一抱紧单元2的两个足掌24能够夹紧缆索，而缆索外周缘分布的所有抱紧单元2同时工作时，可实现抱紧或卸离缆索的操作。此外，利用蜗轮蜗杆传动的自锁特性可使机器人在不带电状态下仍可以抱紧缆索，可节省能耗。
为了避免足掌24损伤缆索，增强机器人足掌24攀爬的适应能力，提高足掌24与缆索200表面的摩擦系统以及保证机器人攀爬过程抱紧的稳定性，可以在足掌24的内侧面上粘贴一层软性覆面材料241。
本实施例采用柔性足掌24以及柔性铰接机构设计，为了实现上述设计，请一同参见图3，将杆端球轴承25固定于摆动臂23的自由端，转轴26穿设于杆端球轴承25内，足掌24的背面通过转轴26与所述杆端球轴承25铰接。柔性铰接部件27具有弹性，其能轴向弹性伸缩；柔性铰接件27的一端与足掌24连接，其另一端与摆动臂23连接。由于杆端球轴承25的结构特征，所以足掌24具有三个转动自由度，可被动的自适应缆索上凸起的障碍物，保证足掌24与缆索始终保持面接触，提高机器人抱紧缆索的鲁棒性。
本实施例还可以在支撑环上设置通信控制模块以及检测装置，
上述通信控制模块安装于所述支撑环1上，并与驱动装置以及检测装置电气连接。所述通信控制模块包括用于控制驱动装置运作的控制器3、用于接收指令信号的无线信号接收器4以及用于将检测装置检测到的图像、各类参数测试结果等发射回地面终端的无线信号发射器。
上述检测装置固定在支撑环1上，检测装置可以根据具体需要进行安装，例如，可以沿支撑环1的周方方向设置若干前置摄像头，以用于拍摄缆索的情况；也可以安装磁通量无损检测装置，跟随着机器人移动检测。
上述支撑环1上还安装有若干周向方布的用于顶压缆索的支撑轮5。采用支撑轮5配合抱紧机构的方式，不仅可以抓紧缆索，把机器人固定在缆索上，还可以在运动时支撑机器人的本体，使机器人头/尾端跟缆索保持相对稳定的形态。
综合而言，本实施例的柔性抱紧装置具有以下的技术效果：
1、利用蜗轮蜗杆传动的自锁特性可使抱紧装置以及机器人在不带电状态下仍可以抱紧缆索，可节省机器人的能耗。
2、足掌24与杆端球轴承25连接，具有空间上三个转动自由度，可被动的自适应缆索上凸起的障碍物，保证足掌24与缆索始终保持面接触，提高柔性抱紧装置以及机器人抱紧缆索的鲁棒性。
3、为增强机器人足掌攀爬的适应能力，采用柔性足掌与软性覆面材料241结合的设计，同时提高了足掌与缆索表面的摩擦系数，保证了机器人攀爬过程抱紧的稳定性。
4、多组支撑轮5撑始终支撑在缆索上，有效支撑抱紧装置以及机器人头/尾跟缆索保持相对稳定的形态。
5、沿支撑环1周向分布的两组或多组抱紧单元2能够实现快速松开和锁紧，方便合抱或者卸离拉索。
容易理解的是，本实施例的柔性抱紧装置除了能应用在线缆检测行业，还能应用于管状物、杆状物此类物体的检测工作，其应用领域可涉及缆索喷涂、路灯灯杆检测、管道类外部检测等行业。
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)

1.一种高负载的柔性抱紧装置，其特征在于，包括支撑环以及至少两个周向分布的抱紧单元，每一抱紧单元均包括驱动装置、传动组件、摆动臂、足掌、杆端球轴承、柔性铰接部件以及转轴；所述驱动装置安装于所述支撑环上，所述驱动装置通过所述传动组件与所述摆动臂传动连接，并能带动所述摆动臂往复摆动，所述足掌安装于所述摆动臂的自由端；所述传动组件包括同步带传动机构以及蜗轮蜗杆传动机构，所述同步带传动机构的皮带轮与所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆同轴联接；所述摆动臂的一端与所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮固定连接；所述杆端球轴承固定于所述摆动臂的自由端，所述转轴穿设于所述杆端球轴承内，所述足掌的背面通过所述转轴与所述杆端球轴承铰接；所述柔性铰接部件具有弹性，其能轴向弹性伸缩；所述柔性铰接部件的一端与所述足掌连接，其另一端与所述摆动臂连接。
2.如权利要求1所述的柔性抱紧装置，其特征在于，所述支撑环上还安装有若干周向方布的用于顶压被抱紧物的支撑轮。
3.如权利要求1所述的柔性抱紧装置，其特征在于，每一所述的抱紧单元均包括两个摆动臂、两个足掌以及两个分别位于所述同步带传动机构两侧边的蜗轮蜗杆传动机构。
4.如权利要求3所述的柔性抱紧装置，其特征在于，所述的摆动臂呈弧形，两个摆动臂镜像对称设置；所述同步带传动机构两侧边的蜗轮蜗杆传动机构亦镜像对称设置。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的柔性抱紧装置，其特征在于，所述柔性抱紧装置还包括通信控制模块，所述通信控制模块安装于所述支撑环上，并与驱动装置电气连接。
6.如权利要求5所述的柔性抱紧装置，其特征在于，所述通信控制模块包括用于控制所述驱动装置运作的控制器以及用于接收指令信号的无线信号接收器。
7.如权利要求1至4中任意一项所述的高负载的柔性抱紧装置，其特征在于，所述足掌的内侧面上粘贴一层软性覆面材料。
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