CN111945560B - 一种用于fast缆索检测的机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于FAST缆索检测的机器人，属于缆索检测技术领域。本发明解决了现有的FAST缆索检测装置越障能力差及检测结果准确性低的问题。包括第一机构总成及位于第一机构总成前后两侧的第二机构总成，两个第一电机固装在第一框架上且通过收放连接件控制两组抱紧轮组实现其在被测缆索上的抱紧与分离，缆索探伤传感器对应固装在两组抱紧轮组相对的一侧，且扣装在被测缆索上，通过第一抱紧轮总成实现第一机构总成在被测缆索上的移动，通过两个电动缸分别控制两个平行连杆机构在竖直平面的动作，连接架的另一端与第二机构总成固接。通过三个机构总成中第一电机的驱动，带动每个机构总成中的抱紧轮总成动作，进而使机器人具有良好的越障能力。

Description

一种用于FAST缆索检测的机器人

技术领域

本发明涉及一种用于FAST缆索检测的机器人，属于缆索检测技术领域。

背景技术

目前，缆索已被广泛的应用于桥梁、电力、建筑和矿山业中，除大桥外，许多大型建筑如机场、体育场及FAST等也采用了缆索结构。在对建筑的缆索进行探伤时，很长时期内，主要采用两种方法，一种是针对小型缆索建筑使用液压升降平台进行缆索涂装，另一种是利用预先装好的塔顶的吊点，用钢丝拖动吊篮搭载工作人员沿缆索进行涂装。采用人工携带设备的方式进行缆索探伤工作，不仅效率低，而且安全性差，成本高。

500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meterAperture Spherical radioTelescope)英文简称刚好是FAST。FAST是世界在建的最大射电望远镜，借助天然圆形溶岩坑建造。FAST的反射镜边框是1500米长的环形钢梁，而钢索则依托钢梁，悬垂交错，呈现出球形网状结构。FAST的反射面总面积约25万平方米，用于汇聚无线电波、供馈源接收机接收。

在洼地周边山峰上建造6个百余米的支撑塔，安装公里尺度的钢索柔性支撑体系及其导索、卷索机构，以实现馈源舱的一级空间位置调整；制造直径10米左右的馈源舱，在馈源舱内安装Stewart平台(精调并联机器人)用于二级调整；制造两级调整机构之间的转向机构，辅助调整馈源舱的姿态角。由于馈源舱质量大，工作时被6根缆索悬于高空中，每根缆索长度300米至500米。

为了保证FAST能安全工作，需要定期对每跟缆索进行检测和维护，检测内容主要包括缆绳是否有缺陷，缆绳内部是否有锈蚀、磨损、断丝等情况。每根缆绳上都设有不同型号的动滑轮和定滑轮，定滑轮和动滑轮的下面穿放有电缆线。而现有技术中的缆索检测装置自主越障能力差，导致检测效率低、安全性差。

另外，被测缆绳长距离悬空，势必会由于重力等因素导致缆绳倾斜弯曲，这将会导致最终的检测结构准确性低，因此需要机器人具有一定的适应能力，以保证机器人的正常工作。

发明内容

本发明是为了解决现有的FAST缆索检测装置自主越障能力差及检测结果准确性低的问题，进而提供了一种用于FAST缆索检测的机器人。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于FAST缆索检测的机器人，它包括第一机构总成及位于第一机构总成前后两侧的第二机构总成，

所述第一机构总成包括缆索探伤传感器、第一框架、第一抱紧轮总成及两个电器箱，其中两个电器箱固装在第一框架的下端且对称布置，所述第一抱紧轮总成包括两组抱紧轮组、两个收放连接件及两个第一电机，其中两组抱紧轮组相对布置且均滑动设置在第一框架上，两个第一电机固装在第一框架上且通过收放连接件控制两组抱紧轮组实现其在被测缆索上的抱紧与分离，所述缆索探伤传感器对应固装在两组抱紧轮组相对的一侧，且扣装在被测缆索上，通过第一抱紧轮总成实现第一机构总成在被测缆索上的移动，

每相临两个机构总成之间均布置有两个连接组件，所述两个连接组件关于第一框架对称设置，每个连接组件均包括连接架及转动连接在连接架一端的平行连杆机构，每个平行连杆机构均转动安装在第一框架上，每个电器箱上均竖直固装有两个电动缸，且通过两个电动缸分别控制两个平行连杆机构在竖直平面的动作，连接架的另一端与第二机构总成固接，

所述第二机构总成包括第二框架及第二抱紧轮总成，其中所述第二抱紧轮总成的结构与所述第一抱紧轮总成的结构相同。

进一步地，所述抱紧轮组包括安装架以及布置在安装架一侧的驱动抱紧轮总成及辅助抱紧轮总成，其中所述驱动抱紧轮总成包括驱动电机和主动轮，通过所述驱动电机控制主动轮转动，所述辅助抱紧轮总成包括三个辅助轮，其中主动轮与一个辅助轮呈八字形布置为一组，另外两个辅助轮呈八字形布置为另一组，每个机构总成中的四组轮两两对称布置。

进一步地，驱动电机与主动轮之间通过减速器及链传动组件固接。

进一步地，所述抱紧轮组还包括氮气弹簧，氮气弹簧的一端部顶紧主动轮的轮轴。

进一步地，缆索探伤传感器位于第一机构总成中两组轮之间设置。

进一步地，每个所述抱紧轮组还包括两个相互平行的导向轴，且两个所述导向轴固装在安装架的另一侧，所述导向轴滑动穿装在第一框架上。

进一步地，每个所述抱紧轮组还包括相互配合的定位轴和定位套，其中定位轴固装在一个安装架的顶端，定位套固装在另一个安装架的顶端。

进一步地，每个所述抱紧轮组还包括固装在安装架另一侧的第二电机，每个安装架的一侧还固设有定位块，所述定位块上加工有内螺纹，第二电机的输出端加工有外螺纹，每个第二电机的输出端对应与其对侧的定位块配合连接。

进一步地，所述收放连接件为平面连杆机构。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本申请通过设置第一机构总成和两个第二机构总成，将机器人分为了前、中、后三部分，通过三个机构总成中第一电机的驱动，带动每个机构总成中的抱紧轮总成动作，实现在被测缆索上的抱紧与分离，进而使机器人具有良好的越障能力。

通过设置电动缸及连接组件，将前、中、后三个机构总成连接为一体，通过电动缸带动连接组件动作，进而实现三个机构总成的姿态调整，防止因重力等因素导致被测缆绳部位倾斜弯曲，进而有效提高检测结构准确性，与现有技术相比，本申请机器人的适应能力更好。

附图说明

图1为本申请的第一立体结构示意图；

图2为本申请的第二立体结构示意图；

图3为本申请的主视示意图；

图4为图3的俯视示意图；

图5为图3的左视示意图；

图6为本申请机器人的越障示意图(图6a为行走方向前方的第二机构总成越障前结构示意图；图6b为行走方向前方的第二机构总成越障完成后、第一机构总成越障前结构示意图；图6c为第一机构总成越障完成后、行走方向后方的第二机构总成越障前结构示意图；图6d为行走方向后方的第二机构总成越障完成后的结构示意图。)

图7为第一机构总成的立体结构示意图；

图8为第一机构总成的结构示意图(两组抱紧轮组抱紧状态下，第一框架未示出)；

图9为第一机构总成的结构示意图(两组抱紧轮组分离状态下，第一框架未示出)；

图10为一组抱紧轮组的立体结构示意图(第二电机的输出轴未示出)；

图11为第二机构总成的立体结构示意图；

图12为驱动抱紧轮总成的第一立体结构示意图；

图13为驱动抱紧轮总成的第二立体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～13说明本实施方式，一种用于FAST缆索检测的机器人，它包括第一机构总成1及位于第一机构总成1前后两侧的第二机构总成2，

所述第一机构总成1包括缆索探伤传感器11、第一框架12、第一抱紧轮总成13及两个电器箱14，其中两个电器箱14固装在第一框架12的下端且对称布置，所述第一抱紧轮总成13包括两组抱紧轮组13-1、两个收放连接件13-2及两个第一电机13-3，其中两组抱紧轮组13-1相对布置且均滑动设置在第一框架12上，两个第一电机13-3固装在第一框架12上且通过收放连接件13-2控制两组抱紧轮组13-1实现其在被测缆索100上的抱紧与分离，所述缆索探伤传感器11对应固装在两组抱紧轮组13-1相对的一侧，且扣装在被测缆索100上，通过第一抱紧轮总成13实现第一机构总成1在被测缆索100上的移动，

每两个机构总成之间均布置有两个连接组件3，所述两个连接组件3关于第一框架12对称设置，每个连接组件3均包括连接架31及转动连接在连接架31一端的平行连杆机构32，每个平行连杆机构32均转动安装在第一框架12上，每个电器箱14上均竖直固装有两个电动缸4，且通过两个电动缸4分别控制两个平行连杆机构32在竖直平面的动作，连接架31的另一端与第二机构总成2固接，

所述第二机构总成2包括第二框架21及第二抱紧轮总成22，其中所述第二抱紧轮总成22的结构与所述第一抱紧轮总成13的结构相同。

本申请所指的前、后方向是机器人在被测缆索100上的行走方向。

本申请中每个机构总成通过其中的抱紧轮总成均可实现单独移动，缆索探伤传感器11跟随抱紧轮总成移动过程中，对被测缆索100进行检测。

所述缆索探伤传感器11为商品级传感器，它包括两个半环形永磁类或漏磁类仪器，通过两个半环相对扣在被测缆索100上，进行检测。例如由百克特研制的型号MH24-64缆索探伤传感器11。

通过电动缸4带动杠杆的形式进行对前或中或后的机构总成的姿态调整。即任一机构总成松开被测缆索100越障后，都可通过电动缸4带动平行连杆机构32对机构总成的姿态进行调整。

第二抱紧轮总成22中的第一电机13-3固装在第二框架21上。

本申请通过设置第一机构总成1和两个第二机构总成2，将机器人分为了前、中、后三部分，通过三个机构总成中第一电机13-3的驱动，带动每个机构总成中的抱紧轮总成动作，实现在被测缆索100上的抱紧与分离，进而使机器人具有良好的越障能力。

通过设置电动缸4及连接组件3，将前、中、后三个机构总成连接为一体，通过电动缸4带动连接组件3动作，进而实现三个机构总成的姿态调整，防止因重力等因素导致被测缆绳部位倾斜弯曲，进而有效提高检测结构准确性，与现有技术相比，本申请机器人的适应能力更好。连接架31为矩形结构架。当电动缸4升降时，可通过平行连杆机构32带动连接架31上下平动，进而带动第二机构总成2上下平动，达到调节机构总成相对位置的目的。

当机器人需要在被测缆索100上越过障碍物时，位于行走方向前端的第二机构总成2中的两个第一电机13-3控制与其连接的两组抱紧轮组13-1张开，此时，整个机器人的抱缆力和运动仅由其余两个机构总成保持；当前端的第二机构总成2越过障碍物后，通过电动缸4的伸缩动作对平行连杆机构32的姿态进行调整，保证前端的第二机构总成2中的两组抱紧轮组13-1夹正被测缆索100；当前端的第二机构总成2抱紧被测缆索100后，前端的第二机构总成2完成越障动作。

第一机构总成1及后端的第二机构总成2越障动作与前端的第二机构总成2相同。

本申请结合了机械设计技术、机电控制技术、缆绳检测技术及远程控制技术，结构简单、运行可靠、易于制造和维护。

本申请采用商品级的钢丝绳探伤仪，钢丝绳无损检测是针对在役钢丝绳发现问题最有效的一种检测手段：钢丝绳无损检测是对钢丝绳进行非破坏性检测，进行现场的，连续的、动态的检测其锈蚀、磨损、断丝等情况，以得到其真实状况，发现钢丝绳存在的问题。例如型号MH24-64的钢丝绳无损探伤仪。

FAST缆索检测的机器人的控制程序和能源供给都安装到电气箱中，两个电器箱14固装在第一框架12的下端且对称布置，保证FAST缆索检测的机器人结构对称，质量心在FAST缆索检测的机器人的正中心。

所述抱紧轮组13-1包括安装架13-11以及布置在安装架13-11一侧的驱动抱紧轮总成13-12及辅助抱紧轮总成13-13，其中所述驱动抱紧轮总成13-12包括驱动电机13-121和主动轮13-122，通过所述驱动电机13-121控制主动轮13-122转动，所述辅助抱紧轮总成13-13包括三个辅助轮13-131，其中主动轮13-122与一个辅助轮13-131呈八字形布置为一组，另外两个辅助轮13-131呈八字形布置为另一组，每个机构总成中的四组轮两两对称布置。每个机构总成抱紧被测缆索100状态下，四组轮两两对称抱设在被测缆索100上，通过主动轮13-122带动整个机构总成在被测缆索100上爬行。驱动电机13-121的驱动能源采用电池提供。每个机构总成中都有独立的主动轮13-122。

驱动电机13-121与主动轮13-122之间通过减速器13-123及链传动组件13-124固接。

所述抱紧轮组13-1还包括氮气弹簧13-14，氮气弹簧13-14的一端部顶紧主动轮13-122的轮轴。氮气弹簧13-14主要用于缆绳不平时，自动找正的手段，保证辅助轮13-131和主动轮13-122始终都能仅仅贴合被测缆索100。

缆索探伤传感器11位于第一机构总成1中两组轮之间设置。

每个所述抱紧轮组13-1还包括两个相互平行的导向轴13-15，且两个所述导向轴13-15固装在安装架13-11的另一侧，所述导向轴13-15滑动穿装在第一框架12上。通过设置导向轴13-15，实现抱紧轮组13-1在第一框架12上的滑动，进而通过第一电机13-3与收放连接件13-2控制两组抱紧轮组13-1实现其在被测缆索100上的抱紧与分离。

每个所述抱紧轮组13-1还包括相互配合的定位轴13-16和定位套13-17，其中定位轴13-16固装在一个安装架13-11的顶端，定位套13-17固装在另一个安装架13-11的顶端。通过定位轴13-16与定位磁提供两组抱紧轮组13-1的定位精度和稳定性，即机构总成在被测缆索100上移动的过程中，始终保证两组抱紧轮组13-1的相对位置不变。抱紧被测缆索100时，其上的定位轴13-16穿装在定位套13-17内，两组抱紧轮组13-1在被测缆索100上分离时，其上的定位轴13-16与定位套13-17发生相对位移但不完全分离。

每个所述抱紧轮组13-1还包括固装在安装架13-11另一侧的第二电机13-18，每个安装架13-11的一侧还固设有定位块，所述定位块上加工有内螺纹，第二电机13-18的输出端加工有外螺纹，每个第二电机13-18的输出端对应与其对侧的定位块配合连接。两组抱紧轮组13-1从抱紧到逐渐分离的过程中，通过第二电机13-18的驱动作用，推动对向的定位块及安装架13-11反向远离，进而辅助永磁类或漏磁类缆索探伤传感器11分离。

所述收放连接件13-2为平面连杆机构。抱紧时驱动的连杆力臂为零，保证不会因为震动或外力过大，破坏抱紧效果。所述平面连杆机构具体可以包括两个连杆，其中通过第一电机13-3控制一个连杆上下翻转，进而带动另一个连杆转动，最终带动抱紧轮组13-1水平移动，实现分离。

Claims (8)

1.一种用于FAST缆索检测的机器人，其特征在于：它包括第一机构总成(1)及位于第一机构总成(1)前后两侧的第二机构总成(2)，

所述第一机构总成(1)包括缆索探伤传感器(11)、第一框架(12)、第一抱紧轮总成(13)及两个电器箱(14)，其中两个电器箱(14)固装在第一框架(12)的下端且对称布置，所述第一抱紧轮总成(13)包括两组抱紧轮组(13-1)、两个收放连接件(13-2)及两个第一电机(13-3)，其中两组抱紧轮组(13-1)相对布置且均滑动设置在第一框架(12)上，两个第一电机(13-3)固装在第一框架(12)上且通过收放连接件(13-2)控制两组抱紧轮组(13-1)实现其在被测缆索(100)上的抱紧与分离，所述缆索探伤传感器(11)对应固装在两组抱紧轮组(13-1)相对的一侧，且扣装在被测缆索(100)上，通过第一抱紧轮总成(13)实现第一机构总成(1)在被测缆索(100)上的移动，

每相临两个机构总成之间均布置有两个连接组件(3)，所述两个连接组件(3)关于第一框架(12)对称设置，每个连接组件(3)均包括连接架(31)及转动连接在连接架(31)一端的平行连杆机构(32)，每个平行连杆机构(32)均转动安装在第一框架(12)上，每个电器箱(14)上均竖直固装有两个电动缸(4)，且通过两个电动缸(4)分别控制两个平行连杆机构(32)在竖直平面的动作，连接架(31)的另一端与第二机构总成(2)固接，

所述第二机构总成(2)包括第二框架(21)及第二抱紧轮总成(22)，其中所述第二抱紧轮总成(22)的结构与所述第一抱紧轮总成(13)的结构相同，所述抱紧轮组(13-1)包括安装架(13-11)以及布置在安装架(13-11)一侧的驱动抱紧轮总成(13-12)及辅助抱紧轮总成(13-13)，其中所述驱动抱紧轮总成(13-12)包括驱动电机(13-121)和主动轮(13-122)，通过所述驱动电机(13-121)控制主动轮(13-122)转动，所述辅助抱紧轮总成(13-13)包括三个辅助轮(13-131)，其中主动轮(13-122)与一个辅助轮(13-131)呈八字形布置为一组，另外两个辅助轮(13-131)呈八字形布置为另一组，每个机构总成中的四组轮两两对称布置。

2.根据权利要求1所述的一种用于FAST缆索检测的机器人，其特征在于：驱动电机(13-121)与主动轮(13-122)之间通过减速器(13-123)及链传动组件(13-124)固接。

3.根据权利要求2所述的一种用于FAST缆索检测的机器人，其特征在于：所述抱紧轮组(13-1)还包括氮气弹簧(13-14)，氮气弹簧(13-14)的一端部顶紧主动轮(13-122)的轮轴。

4.根据权利要求2或3所述的一种用于FAST缆索检测的机器人，其特征在于：缆索探伤传感器(11)位于第一机构总成(1)中两组轮之间设置。

5.根据权利要求4所述的一种用于FAST缆索检测的机器人，其特征在于：每个所述抱紧轮组(13-1)还包括两个相互平行的导向轴(13-15)，且两个所述导向轴(13-15)固装在安装架(13-11)的另一侧，所述导向轴(13-15)滑动穿装在第一框架(12)上。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种用于FAST缆索检测的机器人，其特征在于：每个所述抱紧轮组(13-1)还包括相互配合的定位轴(13-16)和定位套(13-17)，其中定位轴(13-16)固装在一个安装架(13-11)的顶端，定位套(13-17)固装在另一个安装架(13-11)的顶端。

7.根据权利要求6所述的一种用于FAST缆索检测的机器人，其特征在于：每个所述抱紧轮组(13-1)还包括固装在安装架(13-11)另一侧的第二电机(13-18)，每个安装架(13-11)的一侧还固设有定位块，所述定位块上加工有内螺纹，第二电机(13-18)的输出端加工有外螺纹，每个第二电机(13-18)的输出端对应与其对侧的定位块配合连接。

8.根据权利要求1、2、3、5或7所述的一种用于FAST缆索检测的机器人，其特征在于：所述收放连接件(13-2)为平面连杆机构。

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