CN113463511A - 一种缆索攀爬机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种缆索攀爬机器人，包括机架、抱紧组件和多个驱动预紧组件，抱紧组件设于机架，且用于抱紧缆索，全部驱动预紧组件围绕机架且分别设于机架的上下两端；驱动预紧组件包括：底座，其设于机架；支撑架，其一端可转动的设于底座，另一端设有滚轮；调节杆，其两端分别连接底座和支撑架，通过调整调节杆的长度，以调节支撑架相较于底座的角度；滚轮，其安装有驱动电机，通过调节支撑架相较于底座的角度，以使滚轮贴合于缆索，并在缆索上行走。上述缆索攀爬机器人，不仅可以跨越缆索外表面的螺旋线，还能够在缆索上高速行进。

Description

一种缆索攀爬机器人

技术领域

本发明涉及攀爬设备技术领域，特别涉及一种缆索攀爬机器人。

背景技术

目前，针对斜拉桥或是悬索桥，对于其缆索的检测都是十分重要的工作，这就需要有一种能够在缆索上行走的缆索攀爬机器人，缆索攀爬机器人应既可以在恶劣、复杂的环境下工作，又能够实现长距离、高安全的检测等，因而，无论在技术上还是应用上，缆索攀爬机器人的研究与应用无疑是一个极大的挑战。

对于现有技术中的缆索攀爬机器人，其质量一般较大，运行速度慢，负载能力较低，且不能跨越缆索表面的螺旋线障碍，不能够很好的满足缆索检测的工程要求。由此一来，对于缆索的检测效果会大打折扣，不利于桥梁的长期监控，桥梁的安全运营也会受到较大影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种缆索攀爬机器人，不仅可以跨越缆索外表面的螺旋线，还能够在缆索上高速行进。

为实现上述目的，本发明提供一种缆索攀爬机器人，包括机架、抱紧组件和多个驱动预紧组件，抱紧组件设于机架，且用于抱紧缆索，全部驱动预紧组件围绕机架且分别设于机架的上下两端；

驱动预紧组件包括：

底座，其设于机架；

支撑架，其一端可转动的设于底座，另一端设有滚轮；

调节杆，其两端分别连接底座和支撑架，通过调整调节杆的长度，以调节支撑架相较于底座的角度；

滚轮，其安装有驱动电机，通过调节支撑架相较于底座的角度，以使滚轮贴合于缆索，并在缆索上行走。

可选地，调节杆包括：杆体、调节件、限位件和滑轨，杆体的两端分别连接支撑架和限位件，限位件可沿滑轨移动，调节件可移动的设于杆体，通过移动调节件，以使调节件抵住限位件，并驱动限位件沿滑轨移动。

可选地，底座包括座体和设于座体的折弯板，折弯板和座体呈预设角度，且折弯板沿着面向滚轮的方向折弯，滑轨设于折弯板。

可选地，限位件呈框架结构，其两侧设有可沿滑轨移动的滑动部，两个滑轨之间设有连接板，限位件的顶部内壁和连接板之间设有弹性件。

可选地，支撑架的个数为两个，两个支撑架之间设有连杆，杆体的端部和连杆相连。

可选地，滑轨具体为槽体，滑动部可在槽体中旋转。

可选地，多个驱动预紧组件对称设于机架的上下两端，抱紧组件设于机架的内部。

可选地，机架包括至少两组可转动连接、用以围设于缆索外周的架体，任意相邻的两个架体之间设有用以固定两架体相对位置的扣合件。

可选地，抱紧组件包括传动轴和设于传动轴两端的压臂，传动轴设有位于两压臂之间的从动齿轮，位于传动轴的下方设有用以和从动齿轮啮合的主动齿轮；两压臂的端部均转动连接有用以抱紧缆索的压掌。

可选地，传动轴的两端设有传动螺纹，两压臂设有和传动螺纹配合的传动涡轮；和/或，压掌和压臂之间通过球形铰链连接。

相对于上述背景技术，本申请提供的缆索攀爬机器人，包括机架、抱紧组件和多个驱动预紧组件，抱紧组件设于机架，抱紧组件用于抱紧缆索，以使缆索攀爬机器人相较于缆索保持固定。全部驱动预紧组件围绕机架且分别设于机架的上下两端，即多个驱动预紧组件分别在缆索的不同位置进行攀爬，可以有效提升缆索攀爬机器人和缆索之间的附着力，使得缆索攀爬机器人可以快速的在缆索上行走。驱动预紧组件包括底座、支撑架、调节杆和滚轮，驱动电机驱动滚轮转动，调节杆的长度可以调节，进而能够调节支撑架相较于底座的角度，也即调节了滚轮和缆索之间的摩擦力；在缆索攀爬机器人的运动过程中，通过对调节杆的长度进行调节，滚轮能够很好的粘附在缆索外表面上，这样一来，可以将缆索攀爬机器人的预紧力分摊到多个驱动预紧组件，每个驱动预紧组件的预紧力相较传统的双边轮式机器人或三边轮式机器人的预紧力得到了较大的降低，从而使得缆索攀爬机器人可以轻松越过缆索表面的螺旋线。同时，基于缆索攀爬机器人简洁统一的模块化布置，缆索攀爬机器人的质量贴近于缆索表面，从而进一步降低缆索攀爬机器人自旋的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的缆索攀爬机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的缆索攀爬机器人的驱动预紧组件的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的缆索攀爬机器人的抱紧组件的结构示意图；

其中：

100-机架、110-架体、120-扣合件、

200-抱紧组件、201-传动轴、202-压臂、203-从动齿轮、204-主动齿轮、205-压掌、206-球形铰链、2011-传动螺纹、2021-传动涡轮、

300-驱动预紧组件、

310-底座、311-座体、312-折弯板、

320-支撑架、321-连杆、322-减重孔、

330-滚轮、

340-调节杆、341-杆体、342-调节件、343-限位件、344-滑轨、345-连接板、346-弹性件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本申请实施例提供的缆索攀爬机器人，可参考说明书附图1至附图3，包括机架100、抱紧组件200和多个驱动预紧组件300，抱紧组件200和多个驱动预紧组件300设于机架100。

本文中，机架100作为缆索攀爬机器人的主体结构，其可设为具有近似于圆形的内部通道结构，内部通道结构用于容纳缆索，且内部通道结构的横截面尺寸应大于缆索的横截面尺寸，以便缆索攀爬机器人沿着缆索的长度方向移动。

针对机架100的具体结构，为了实现机架100围设于缆索的外周，其可以包括至少两组可转动连接的架体110，任意相邻的两个架体110之间通过扣合件120实现固定；在使用时，首先通过扣合件120解除架体110之间的连接，将架体110放置于缆索的外周，然后将架体110进行围设，以使架体110将缆索包覆其中，最后利用扣合件120锁定架体110的相对位置，此时缆索无法沿径向脱离机架100，机架100仅能够沿缆索的轴向运动；当需要将机架100脱离缆索时，亦可通过扣合件120解除架体110之间的锁定，从而将机架100沿缆索的径向从缆索上取出。可以看出，扣合件120既承担了相邻两个机架100之间的转动连接，还可以固定相邻两个机架100的相对位置；扣合件120可具体为带阻尼的合页等部件，本文对此并不涉及实质性改进。与此同时，利用扣合件120还可以实现对缆索攀爬机器人的快速拆装，有助于提升将缆索攀爬机器人安装于缆索的效率，且方便操作。

抱紧组件200用于对缆索进行抱紧，当抱紧组件200抱紧缆索时，则缆索攀爬机器人相较于缆索固定，以便执行相应的检测等操作；当然，当需要缆索攀爬机器人沿着缆索行走时，则抱紧组件200应放松对缆索的抱紧操作，以便通过驱动预紧组件300在缆索上行走。针对抱紧组件200的具体实施方式，其可设置为类似机械手的部件，通过夹持操作对缆索进行抱紧，此外，本文后续将再给出一种具体实施方式。

本文中的缆索攀爬机器人给出了设置八个驱动预紧组件300的情形，即在机架100的上下两端分别设置四个驱动预紧组件300，八个驱动预紧组件300可围绕缆索对称设置，这样一来，缆索攀爬机器人的预紧力被分配到八个驱动预紧组件300上，每个八个驱动预紧组件300的预紧力相较于传统的双边轮式机器人或三边轮式机器人的预紧力得到了较大的降低，从而使得缆索攀爬机器人可以轻松越过缆索表面的螺旋线。

针对每个驱动预紧组件300的设置方式，如说明书附图2所示，其包括底座310、支撑架320、滚轮330和调节杆340，底座310可通过螺栓等紧固件固定于机架100的端面上。支撑架320可设置呈杆状，其一端可采用铰接的方式设于底座310，另一端设有滚轮330，滚轮330安装有驱动电机，在驱动电机的驱动下，滚轮330能够自行旋转，即滚轮330可相对于支撑架320发生旋转，以使滚轮330在缆索上前进。

调节杆340可具体设置为伸缩杆，例如伸缩缸等，后文将再给出一种调节杆340的具体实施方式；调节杆340的一端和底座310相连，调节杆340的另一端和支撑架320相连，由于调节杆340的长度可调，且支撑架320可相较于底座310旋转，由此当调节杆340的长度调节时，则会改变支撑架320和底座310之间的角度，进而调节滚轮330和缆索之间的接触力，摩擦力亦会相应改变。这样一来，可以通过调节调节杆340的长度，使得滚轮330和缆索之间的接触力达到最佳数值，滚轮330即可快速的在缆索上行走；与此同时，由于每个滚轮330均可自行旋转，且每个滚轮330和缆索之间的接触力均可独立调节，这样便能够确保缆索攀爬机器人轻松越过缆索表面的螺旋线。可以看出，驱动预紧组件300采用了将驱动和张紧两个功能融合为一体的设置方式，其结构紧凑，缆索攀爬机器人的质量贴近于缆索表面，从而进一步降低缆索攀爬机器人自旋的可能性。

针对调节杆340的具体形状构造，其可设置为包括杆体341、调节件342、限位件343和滑轨344，杆体341的两端分别连接支撑架320和限位件343，限位件343能够沿着滑轨344的长度方向移动，调节件342可移动的设于杆体341，通过移动调节件342，以使调节件342抵住限位件343，并驱动限位件343沿滑轨344移动。限位件343和滑轨344之间具有预张力，即限位件343和滑轨344两者保持于相距最远的状态，调节件342用于将限位件343和滑轨344两者的间距调小。杆体341和限位件343可固定连接，限位件343可相对于滑轨344移动，这样即可实现杆体341和滑轨344之间的间距可调，进而使得调节杆340的长度可调节。杆体341的外表面可设有螺纹，调节件342可具体为旋钮，其具有螺纹通孔，调节件342可相对于杆体341旋转，进而使得调节件342沿着杆体341的长度方向运动，当调节件342朝向靠近滑轨344的方向运动时，首先调节件342会抵住限位件343，然后继续旋转调节件342，调节件342对限位件343施加作用力，使得限位件343相对于滑轨344发生移动，进而调节调节杆340的长度。如此设置，通过旋转调节件342可以微调调节杆340的长度，进而精准的改变支撑架320和底座310之间的角度，以便滚轮330更好的与缆索表面贴合。

限位件343可具体设置呈框架结构，限位件343的两侧设有可沿滑轨344移动的滑动部，滑动部可具体为凸设的螺栓等，两个滑轨344之间设有连接板345，限位件343的顶部内壁和连接板345之间设有弹性件346，弹性件346可具体为弹簧等。

弹性件346的两端分别抵于限位件343的顶部内壁和连接板345，从而将限位件343推至相距于滑轨344最远端的位置处，如说明书附图2所示，当需要调节滚轮330与缆索表面的接触力时，旋转调节件342，调节件342朝向靠近限位件343的方向运动，当调节件342抵于限位件343时，继续旋转调节件342，则限位件343驱动弹性件346压缩，由于调节件342能够静止于杆体341的任意位置处，因此可以使弹性件346保持于压缩状态，即确保滚轮330与缆索表面的接触力处于一个定值。

当然，针对杆体341和调节件342的具体连接方式，并不限于上文提及的螺纹连接，也可将调节件342的通孔和杆体341的外壁之间设有一定的阻尼力，即调节件342能够在杆体341上移动的同时，还可以静止于任何位置，以确保限位件343和滑轨344的相对位置固定。

滑轨344可具体设置为槽体，滑动部可在槽体中旋转，也即，滑动部不仅能够沿滑轨344的长度移动，滑动部还能够在槽体中旋转一定的角度，从而实现因调节杆340的长度变化而带来的杆体341和底座310之间的角度改变。具体地，倘若杆体341和支撑架320之间的相对位置固定，则调节调节杆340的长度时，滑轨344和限位件343之间的角度需要对应变化；当然，还可以将杆体341和支撑架320设为可转动连接，而滑动部仅能够沿滑轨344的长度方向移动，亦可实现上述调节滚轮330和缆索接触力的目的；类似地，还可以将杆体341和支撑架320设为可转动连接，滑动部不仅能够沿滑轨344的长度移动，滑动部还能够在槽体中旋转一定的角度，其技术效果相同，本文此处不再展开。

底座310包括座体311和折弯板312，折弯板312和座体311可固定连接，折弯板312和支撑架320两者分别位于座体311的两端，折弯板312和座体311之间具有预设角度，折弯板312沿着面向滚轮330的方向折弯，滑轨344设于折弯板312。如此设置的底座310，可以有效缩短调节杆340的长度，且调节杆340的高度最好采用一端高、一端低的设置方式，调节杆340靠近滚轮330的一端较高，调节杆340靠近折弯板312的一端较低，这样可以使调节杆340有效支撑滚轮330，确保滚轮330和缆索表面的接触力可靠，使得缆索攀爬机器人能够平稳快速的在缆索表面行走。

支撑架320的个数为两个，两个支撑架320的顶端分别和滚轮330的轴部两端连接，位于滚轮330的下方位置，两个支撑架320还设有连杆321，杆体341的端部和连杆321连接。两个支撑架320的底部转动连接于座体311，如此设置，连杆321能够有效提升两个支撑架320的结构稳固性，同时通过杆体341的移动即可带动连杆321和两个支撑架320的位置发生变化，以调节滚轮330和缆索的接触力。为了进一步减轻缆索攀爬机器人的重量，在支撑架320、折弯板312和座体311上还可以设有减重孔322，以最大限度的降低缆索攀爬机器人的重量。

如上文提及，驱动预紧组件300可设置有多个，且分别对称设于机架100的上下两端，抱紧组件200可设于机架100的内部，如说明书附图1所示，这样一来，驱动预紧组件300分别位于机架100的上下两端，进而优化缆索攀爬机器人和缆索之间的接触力，以使缆索攀爬机器人在缆索上的行走平稳，并且抱紧组件200位于机架100的中间位置，当需要利用抱紧组件200固定于缆索时，抱紧组件200能够平稳的夹持缆索，且其两端尽量保持平衡，有助于提升缆索攀爬机器人和缆索之间的相对平衡。

针对抱紧组件200的具体设置方式，可参考说明书附图3，包括传动轴201和压臂202，两个压臂202设于传动轴201的两端，压臂202的端部转动连接有压掌205，压掌205用于抱紧缆索。

传动轴201上还设有从动齿轮203，从动齿轮203位于两个压臂202之间，在传动轴201的下方位置设有驱动电机，驱动电机可平行于传动轴201设置，驱动电机的输出轴设有主动齿轮204，主动齿轮204和从动齿轮203啮合。

当需要利用抱紧组件200抱紧缆索时，驱动电机动作，带动主动齿轮204旋转，进而驱动从动齿轮203发生旋转，从动齿轮203驱动传动轴201旋转，使得两个压臂202实现合拢和张开的动作，这样会使两个压掌205之间的间距缩小或变大，完成抱紧和放松缆索的动作。

为了优化抱紧组件200的布局，传动轴201和两个压臂202可设于同一平面上，即传动轴201的旋转轴线和压臂202的旋转轴线相互垂直，本文中在传动轴201的两端设有传动螺纹2011，两个压臂202设有传动涡轮2021，利用传动涡轮2021和传动螺纹2011的传动配合，实现两个压臂202的合拢和张开动作，与此同时，传动涡轮2021和传动螺纹2011之间具有自锁特性，因此当缆索攀爬机器人掉电时，传动涡轮2021和传动螺纹2011之间仍然可以保持锁紧力，进而确保压掌205和缆索之间的相对位置固定，

每一个压掌205和其所对应的压臂202之间还可通过球形铰链206连接，这样一来，当缆索表面存在微小障碍或是缆索具有一定的挠度时，压臂202均可以稳固的夹持于缆索，以确保缆索攀爬机器人和缆索的位置稳固。

本文涉及的缆索攀爬机器人，还可以在机架100上安装相应的检测单元，利用视觉检测装置等，其随着缆索攀爬机器人在缆索上移动，从而对缆索的外表面进行检测。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的缆索攀爬机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种缆索攀爬机器人，其特征在于，包括机架(100)、抱紧组件(200)和多个驱动预紧组件(300)，所述抱紧组件(200)设于所述机架(100)，且用于抱紧缆索，全部所述驱动预紧组件(300)围绕所述机架(100)且分别设于所述机架(100)的上下两端；

所述驱动预紧组件(300)包括：

底座(310)，其设于所述机架(100)；

支撑架(320)，其一端可转动的设于所述底座(310)，另一端设有滚轮(330)；

调节杆(340)，其两端分别连接所述底座(310)和所述支撑架(320)，通过调整所述调节杆(340)的长度，以调节所述支撑架(320)相较于所述底座(310)的角度；

所述滚轮(330)，其安装有驱动电机，通过调节所述支撑架(320)相较于所述底座(310)的角度，以使所述滚轮(330)贴合于缆索，并在缆索上行走。

2.根据权利要求1所述的缆索攀爬机器人，其特征在于，所述调节杆(340)包括：杆体(341)、调节件(342)、限位件(343)和滑轨(344)，所述杆体(341)的两端分别连接所述支撑架(320)和所述限位件(343)，所述限位件(343)可沿所述滑轨(344)移动，所述调节件(342)可移动的设于所述杆体(341)，通过移动所述调节件(342)，以使所述调节件(342)抵住所述限位件(343)，并驱动所述限位件(343)沿所述滑轨(344)移动。

3.根据权利要求2所述的缆索攀爬机器人，其特征在于，所述底座(310)包括座体(311)和设于所述座体(311)的折弯板(312)，所述折弯板(312)和所述座体(311)呈预设角度，且所述折弯板(312)沿着面向所述滚轮(330)的方向折弯，所述滑轨(344)设于所述折弯板(312)。

4.根据权利要求2所述的缆索攀爬机器人，其特征在于，所述限位件(343)呈框架结构，其两侧设有可沿所述滑轨(344)移动的滑动部，两个所述滑轨(344)之间设有连接板(345)，所述限位件(343)的顶部内壁和所述连接板(345)之间设有弹性件(346)。

5.根据权利要求2所述的缆索攀爬机器人，其特征在于，所述支撑架(320)的个数为两个，两个所述支撑架(320)之间设有连杆(321)，所述杆体(341)的端部和所述连杆(321)相连。

6.根据权利要求4所述的缆索攀爬机器人，其特征在于，所述滑轨(344)具体为槽体，所述滑动部可在所述槽体中旋转。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的缆索攀爬机器人，其特征在于，多个所述驱动预紧组件(300)对称设于所述机架(100)的上下两端，所述抱紧组件(200)设于所述机架(100)的内部。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的缆索攀爬机器人，其特征在于，所述机架(100)包括至少两组可转动连接、用以围设于所述缆索外周的架体(110)，任意相邻的两个所述架体(110)之间设有用以固定两所述架体(110)相对位置的扣合件(120)。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的缆索攀爬机器人，其特征在于，所述抱紧组件(200)包括传动轴(201)和设于所述传动轴(201)两端的压臂(202)，所述传动轴(201)设有位于两所述压臂(202)之间的从动齿轮(203)，位于所述传动轴(201)的下方设有用以和所述从动齿轮(203)啮合的主动齿轮(204)；两所述压臂(202)的端部均转动连接有用以抱紧缆索的压掌(205)。

10.根据权利要求9所述的缆索攀爬机器人，其特征在于，所述传动轴(201)的两端设有传动螺纹(2011)，两所述压臂(202)设有和所述传动螺纹(2011)配合的传动涡轮(2021)；和/或，所述压掌(205)和所述压臂(202)之间通过球形铰链(206)连接。

Images