CN204184486U - 一种基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，包括活动设置在中间驱动机构的上下两侧的上部旋转机构和下部旋转机构，以及锁定限速装置，中间驱动机构包括驱动架、上驱动电机、上驱动齿轮、下驱动电机、下驱动齿轮和若干个蓄电池，上部旋转机构包括上旋转架，上旋转架设置有上滚轮，相邻的上滚轮之间分别设置有拉簧，上滚轮与驱动架所在平面倾斜；下部旋转机构包括下旋转架，下旋转架设置有下滚轮，相邻的上滚轮或下滚轮之间分别设置有拉簧，所述上滚轮和下滚轮分别与驱动架所在平面倾斜，并且下滚轮与上滚轮不平行。本实用新型可以实现在拉索的轴向和横向的二自由度的任意控制，可以限制故障坠落的速度以及限制本实用新型围绕拉索旋转。

Description

一种基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人

技术领域

本实用新型涉及一种基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，该机器人能够实现在拉索表面直线爬行和旋转爬行，以及具有高空坠落的自动限速功能，属于机器人领域。

背景技术

由于现在工业建筑设计的对美观性、实用性和经济性的需求，拉索的使用越来越广泛，例如斜拉桥、缆车等均需要使用拉索来实现整体结构的稳定。拉索在使用过程中，承载很大的力，在使用过程中受到各种外界力的影响，且斜拉桥、缆车等对安全性能的要求十分严格，一旦发生断裂将产生十分严重的后果，甚至危及到人的生命，所以对拉索的质量验收、维护以及故障检查显得尤为重要。

斜拉桥是最近几十年才兴起的新型桥型，由于其良好的抗震性能和经济性能，在世界范围内得到了广泛的应用。随着我国交通建设的飞速发展，大跨度桥梁越来越多的出现在大江大河上，拉索桥和斜拉桥作为特大型经济桥梁，被普遍采用。

从90年代初到目前为止，我国的斜拉桥建设出现了一个新的高潮。2005年，随着举世瞩目的润扬大桥顺利通车和中国第一座钢塔斜拉桥——南京长江三桥正式合拢，我国大跨度桥梁建设水平进入了国际先进行列。目前，我国拥有世界上最长的斜拉桥——苏通长江大桥，世界上最长的跨海大桥——杭州湾大桥，世界最大跨度公铁两用斜拉桥——沪通长江大桥已经开建。

拉索作为这类桥梁的主要构件，其安全性得到了普遍关注。然而，作为斜拉桥主要受力构件之一的拉索长期暴露在空气中，经风吹雨淋，拉索表面的PE保护层出现了不同程度的硬化和破坏现象，继而内部钢丝束受到腐蚀，严重者甚至出现断丝现象；另一方面，由于风振、雨振等原因，拉索内部的钢丝束产生摩擦，引起钢丝磨损，严重者也会发生断丝现象。由于通车量、环境污染的加重，维护时间很难确定，极易出现安全隐患。根据国内外的实际经验，拉索的保护层腐蚀和内部断丝是其损坏的主要原因。

目前与斜拉桥的拉索(拉索)相配套的维护措施还不完善，拉索的检测与维修主要由人工完成，采用的方法大多是应用吊篮使检测人员沿拉索而下。从目前掌握的文献看，国外的这些拉索检测过程，都是通过人工对桥上拉索(拉索)的待检部分进行取样。其中，对在用拉索的取样，随着更大跨度桥梁的不断出现，周期将更长、危险性更高、难度更大。国内外也常采用液压升降台搭载工作人员和设备对拉索进行检修。如：使用卷扬机拖动小车，搭载检测传感器对武汉长江二桥拉索的断丝、磨损、锈斑等进行检测。维修工人和检测设备共重几百公斤，此重量作用在拉索上，本身就是对其保护层的破坏；工人长期处在百米高空做业，环境恶劣，效率低下。随着桥梁跨度的增加，拉索的长度和悬挂高度也不断增加，采用人力对其进行检测和取样的难度和危险程度也越来越大，使得很多桥梁自建造之后，根本就没有进行过检测，大大增加了安全隐患。随着机器人技术的进步，开发用于桥梁拉索自动安全检测的小型、轻便、安全的检测机器人系统，成为必然要求。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型公开了一种基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，本机器人可以实现在拉索的轴向直线爬升运动和圆周方向旋转运动的二自由度的任意控制，根据实际使用需求情况，变化机器人在拉索上的爬行或旋转爬行情况，可用于工程的验收、维护、以及故障的检测。

一种基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，其特征是包括中间驱动机构、上部旋转机构和下部旋转机构，所述上部旋转机构和下部旋转机构分别活动设置在中间驱动机构的上下两侧，

其中：所述中间驱动机构包括驱动架、上驱动电机、上驱动齿轮、下驱动电机、下驱动齿轮和若干个蓄电池，所述若干个蓄电池分别与上驱动电机和下驱动电机连接，所述上驱动电机驱动控制上驱动齿轮，所述下驱动电机驱动控制下驱动齿轮，所述上驱动齿轮和下驱动齿轮分别设置在驱动架的外周上侧和下侧，所述驱动架呈圆环形状，驱动架内壁设置有两道平行的内凹的轴承槽，分别为上轴承槽和下轴承槽；

所述上部旋转机构包括上旋转架，上旋转架的外侧固定设置有上齿圈和上滑动轴承，所述上齿圈与上驱动齿轮啮合，所述上滑动轴承位于上轴承槽中，所述上旋转架的上侧表面均匀设置有两个或两个以上上固定连接块和一个或一个以上上滑动连接块，所述上固定连接块上固定设置有上滚轮，上滑动连接块上活动设置有上滚轮，相邻的上滚轮之间分别设置有拉簧，所述上滚轮与驱动架所在平面倾斜；

所述下部旋转机构包括下旋转架，下旋转架的外侧固定设置有下齿圈和下滑动轴承，所述下齿圈与下驱动齿轮啮合，所述下滑动轴承位于下轴承槽中，所述下旋转架的下侧表面均匀设置有两个或两个以上下固定连接块和一个或一个以上下滑动连接块，所述下固定连接块上固定设置有下滚轮，下滑动连接块上活动设置有下滚轮，相邻的下滚轮之间分别设置有拉簧，所述下滚轮与驱动架所在平面倾斜，并且下滚轮与上滚轮不平行。

该机器人还包括用于机器人坠落限速的锁定限速装置，所述锁定限速装置设置在驱动架的外侧。

所述锁定限速装置包括上齿轮组和下齿轮组，上、下齿轮组分别与驱动架铰接，所述上齿轮组包括与上齿圈啮合的顶部齿轮、中间齿轮和设置在上齿轮组底部的限速装置，所述顶部齿轮、中间齿轮和限速装置同轴设置，且与限速装置的动子刚性连接，所述下齿轮组包括同轴设置的可相对转动的上齿轮和下齿轮，所述上齿轮与中间齿轮啮合，下齿轮与下齿圈啮合，所述上、下齿轮中心分别设置有电磁离合器的摩擦片。

所述限速装置包括与上齿轮组同轴固定的转子和设置在转子外面的壳体，所述转子四周设置有若干个转子叶片，所述转子叶片与动子轴线呈一定倾角，所述每个转子叶片上均设置有若干个阻尼孔，所述壳体上部和下部分别设置有一个或一个以上油孔，所述油孔的两端分别设置有连接到电磁阀的油管，所述壳体中充满粘性阻尼液体。

所述上固定连接块和下固定连接块分别通过固定支腿连接上滚轮和下滚轮，所述固定支腿与上固定连接块或下固定连接块固定的一端设置有长孔和与长孔垂直的连接板，连接板的两端分别设置有拉簧孔，固定支腿通过螺钉穿过长孔并与上固定连接块或下固定连接块拧紧固定，所述固定支腿与上滚轮或下滚轮连接的一端与驱动架所在平面倾斜。

所述上滑动连接块和下滑动连接块上分别设置有滑动槽，滑动槽内设置有滑动支腿，滑动支腿一端与驱动架所在平面倾斜，此端连接有滚轮，另一端设置有若干个拉簧孔。

所述拉簧的两端分别通过连接部件与拉簧孔固定。

所述上固定连接块和下固定连接块均为两个，上滑动连接块和下滑动连接块均为一个。

本实用新型的工作原理是：

根据拉索实际管径大小，把固定支腿在上固定连接块和下固定连接块调整到合适的位置，并通过螺钉穿过长孔切旋进上固定连接块和下固定连接块将固定支腿固定住，滑动支腿插在滑动槽中，上部旋转机构和下部旋转机构中的相邻拉簧孔中钩挂上拉簧，使得所有的上滚轮和下滚轮均压紧在拉索表面，本实用新型整体抱和咬紧在拉索表面。

其中，上驱动电机和下驱动电机分别控制上部旋转机构和下部旋转机构的运行状况，上滚轮和下滚轮均与驱动架所在平面倾斜，且上滚轮和下滚轮不平行，这样上滚轮和下滚轮倾斜角度不同，根据此不同的倾斜角度，可以控制其不同的转速，达到本实用新型整体可以围绕拉索表面旋转爬行，其中旋转的角度由上滚轮和下滚轮相互的角度决定，爬行上升的速度、电机的输出功率和上、下滚轮相互的角度，可以根据实际工程上的需求变化和调整，满足各种不同等级要求的检测需求，应用的范围更广，能够满足更高级别的检测需求。

当本实用新型正常运行时，电磁离合器处于分离状态，上、下旋转部件间不存在任何刚性连接，可以在上驱动电机和下驱动电机的分别控制下单独运动，实现正常的直线爬升和圆周旋转运动。电磁阀处于接通状态，限速装置的高压腔和低压腔连通，当锁定限速装置与驱动装置同步转动时，不产生任何阻力。

当本实用新型在高空作业时发生故障，电磁离合器闭合，限速装置下齿轮组的上、下齿轮间通过电磁离合器的摩擦片实现刚性连接，致使上、下部旋转机构通过上齿轮组和下齿轮组实现刚性连接，上、下部旋转机构只能按照固定比例(速度比例与倾角呈反比)的速度旋转，使得机器人只能沿拉索轴向直线下滑而不产生圆周方向的旋转运动；电磁阀切断，限速装置的高、低压腔切断，下降过程中转子和定子间发生相对转动，粘性阻尼液体只能通过阻尼孔从高压腔流向低压腔，产生阻尼力，起到降速和限速的作用，锁定限速装置能够限制本实用新型的坠落速度，避免本实用新型装置自然坠落造成设备的损坏。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型机器人能够沿拉索轴向运动、绕拉索圆周旋转运动，实现在拉索的轴向和圆周方向两个自由度可控，能够对拉索整个外表面进行完整的检测。

(2)设置了锁定限速装置，当机器人工作过程中发生故障时，在机器人依靠自重下降过程中，下降的阻力随下降速度的增加而增加，能够将机器人的下降速度控制在合理范围内，保证机器人安全、可靠地返回地面。而且本实用新型在靠自重下降过程中，可以将上部旋转机构和下部旋转机构锁定，使上部旋转机构和下部旋转机构按照固定的速度比例，该速度比例与上、下滚轮的倾斜角度成反比旋转，确保机器人沿拉索平稳下降，不产生任何围绕拉索的圆周旋转运动。

(3)始终能够保证至少两个上滚轮和两个下滚轮与拉索外表面形成刚性的稳定支撑，旋转爬升动作稳定可靠，不会出现跑偏等现象。

(4)通过多根拉簧将上滚轮和下滚轮压紧在拉索的外表面，压紧力大，且稳定可靠。

(5)本实用新型的所有上滚轮和下滚轮均为驱动轮，因为负载力可表示为Nf(N为驱动轮个数，f为单个驱动轮与拉索间的摩擦力)，因此负载能力有了明显增强。

(6)本实用新型能够实现对外螺旋线拉索的爬升和整个外圆周面进行检测，解决了外螺旋线拉索的检测难题。

(7)可以在很大范围内适应拉索直径的变化，适用范围广。

(8)本实用新型机器人结构简单，构件数量少，机构稳定性好，不易跑偏，成本低，加工制造容易。机器人重量很轻，尤其适合在高空、拉索振动、有高空风载的恶劣环境下稳定工作。依据本实用新型，适用于拉索管径在60mm～200mm范围的机器人，其重量能够控制在5Kg左右，比现有技术设计的机构要轻得多，克服了现有技术中机器人体积过于庞大、重量大的技术难题。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图，

图2是图1的A-A向截面视图，

图3是图2中的B处局部放大图，

图4是本实用新型的中间驱动机构的结构示意图，

图5是图4中的C处局部放大图，

图6是本实用新型上部旋转机构的结构示意图，

图7是图6中的D处局部放大图，

图8是本实用新型下部旋转机构的结构示意图，

图9是图8中的E处局部放大图，

图10是本实用新型上部旋转机构与下部旋转机构的相对位置关系图，

图11是本实用新型的锁定限速装置的结构剖视图，

图12是锁定限速装置中的限速装置的结构剖视图，

图13为现有技术中的机器人检测的路径和检测区域的效果图，

图14为本实用新型的机器人检测的路径和检测区域的效果图，

图15和图16分别是本实用新型在两种不同直径拉索实施状态下结构状态示意图，

图17是本实用新型限速装置实现的下降阻力Fz和下降速度V的关系图，

图18是本实用新型上滚轮和下滚轮等速反向旋转，机器人上升的动态分析图，

图19是本实用新型上滚轮和下滚轮等速同向旋转，机器人旋转的动态分析图，

附图标记列表：1—中间驱动机构，2—上部旋转机构，3—下部旋转机构，4—拉索，5—驱动架，6—上驱动电机，7—上驱动齿轮，8—下驱动电机，9—下驱动齿轮，10—锁定限速装置，11—蓄电池，12—滑动槽，13—螺钉，14—拉簧孔，15—连接板，16—长孔，17—固定支腿，18—滑动支腿，19—电磁阀，20—拉簧，21—上轴承槽，22—下轴承槽，23—上旋转架，24—上齿圈，25—上滑动轴承，26—上固定连接块，27—上滑动连接块，28—上滚轮，29—油孔，30—下旋转架，31—下齿圈，32—下滑动轴承，33—下固定连接块，34—下滑动连接块，35—下滚轮，36—上齿轮组，37—下齿轮组，38—顶部齿轮，39—中间齿轮，40—限速装置，41—上齿轮，42—下齿轮，43—电磁离合器，44—转子，45—壳体，46—转子叶片，47—阻尼孔，48—油管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型。应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

附图仅作为本实用新型的具体实施例。

图1是本实用新型的整体结构示意图，由图可见，本实用新型包括中间驱动机构(1)、上部旋转机构(2)和下部旋转机构(3)，所述上部旋转机构(2)和下部旋转机构(3)分别活动设置在中间驱动机构(1)的上下两侧。

图2是图1的A-A向截面视图，图3是图2中的B处局部放大图，结合两幅附图可见，上部旋转机构(2)和下部旋转机构(3)与中间驱动机构(1)连接关系。

图4是本实用新型的中间驱动机构(1)的结构示意图，图5是图4中的C处局部放大图，由图可见，所述中间驱动机构(1)包括驱动架(5)、上驱动电机(6)、上驱动齿轮(7)、下驱动电机(8)、下驱动齿轮(9)和三个蓄电池(11)，所述每个蓄电池(11)分别与上驱动电机(6)和下驱动电机(8)连接，所述上驱动电机(6)驱动控制上驱动齿轮(7)，所述下驱动电机(8)驱动控制下驱动齿轮(9)，所述上驱动齿轮(7)和下驱动齿轮(9)分别设置在驱动架(5)的外周上侧和下侧，所述驱动架(5)呈圆环形状，驱动架(5)内壁设置有两道平行的内凹的轴承槽，分别为上轴承槽(21)和下轴承槽(22)。

图6是本实用新型上部旋转机构(2)的结构示意图，图7是图6中的D处局部放大图，结合两幅附图可见，所述上部旋转机构(2)包括上旋转架(23)，上旋转架(23)的外侧固定设置有上齿圈(24)和上滑动轴承(25)，所述上齿圈(24)与上驱动齿轮(7)啮合，所述上滑动轴承(25)位于上轴承槽(21)中，所述上旋转架(23)的上侧表面均匀设置有两个上固定连接块(26)和一个上滑动连接块(27)，所述上固定连接块(26)上固定设置有上滚轮(28)，上滑动连接块(27)上活动设置有上滚轮(28)，相邻的上滚轮(28)之间分别设置有拉簧(20)，所述上滚轮(28)与驱动架(5)所在平面倾斜。

图8是本实用新型下部旋转机构(3)的结构示意图，图9是图6中的E处局部放大图，结合两幅附图可见，所述下部旋转机构(3)包括下旋转架(30)，下旋转架(30)的外侧固定设置有下齿圈(31)和下滑动轴承(32)，所述下齿圈(31)与下驱动齿轮(9)啮合，所述下滑动轴承(32)位于下轴承槽(22)中，所述下旋转架(30)的下侧表面均匀设置有两个下固定连接块(33)和一个下滑动连接块(34)，所述下固定连接块(33)上固定设置有下滚轮(35)，下滑动连接块(34)上活动设置有下滚轮(35)，相邻的下滚轮(35)之间分别设置有拉簧(20)，所述下滚轮(35)与驱动架(5)所在平面倾斜，并且下滚轮(35)与上滚轮(28)不平行。

由图4可见，该机器人还包括锁定限速装置(10)，所述锁定限速装置(10)设置在驱动架(5)的外侧。

图11是本实用新型的锁定限速装置(10)的结构剖视图，由图可见，所述锁定限速装置(10)包括上齿轮组(36)和下齿轮组(37)，上齿轮组(36)和下齿轮组(37)分别与驱动架(5)铰接，所述上齿轮组(36)包括与上齿圈(24)啮合的顶部齿轮(38)、中间齿轮(39)和设置在上齿轮组(36)底部的限速装置(40)，所述顶部齿轮(38)、中间齿轮(39)和限速装置(40)同轴设置，且与限速装置(40)的动子刚性连接，所述下齿轮组(37)包括同轴设置的可相对转动的上齿轮(41)和下齿轮(42)，所述上齿轮(41)与中间齿轮(39)啮合，下齿轮(42)与下齿圈(31)啮合，所述上齿轮(41)和下齿轮(42)的中心分别设置有电磁离合器(43)的摩擦片。

图12是锁定限速装置(10)中的限速装置(40)的结构剖视图，由图可见，所述限速装置(40)包括与上齿轮组(36)同轴固定的转子(44)和设置在转子(44)外面的壳体(45)，所述转子(44)包括均匀设置在四周的若干个转子叶片(46)，所述转子叶片(46)与动子轴线呈一定倾角，所述每个转子叶片(46)上均设置有若干个阻尼孔(47)，所述壳体(45)上部和下部分别设置有一个或一个以上油孔(29)，所述油孔(29)的两端分别设置有连接到电磁阀(19)的油管(48)，所述壳体(45)中充满粘性阻尼液体。

结合图6和图8可见，所述上固定连接块(26)和下固定连接块(33)分别通过固定支腿(17)连接上滚轮(28)和下滚轮(35)，所述固定支腿(17)与上固定连接块(26)或下固定连接块(33)固定的一端设置有长孔(16)和与长孔(16)垂直的连接板(15)，连接板(15)的两端分别设置有拉簧孔(14)，固定支腿(17)通过螺钉(13)穿过长孔(16)并与上固定连接块(26)或下固定连接块(33)拧紧固定，所述固定支腿(17)与上滚轮(28)或下滚轮(35)连接的一端与驱动架(5)所在平面倾斜。所述上滑动连接块(27)和下滑动连接块(34)上分别设置有滑动槽(12)，滑动槽(12)内设置有滑动支腿(18)，滑动支腿(18)一端与驱动架(5)所在平面倾斜，此端连接有滚轮，另一端设置有若干个拉簧孔(14)。所述拉簧(20)的两端分别通过连接部件与拉簧孔(14)固定。

本实用新型在使用的时候，将检测探头等设备安装在本实用新型上，本实用新型带着检测探头在拉索(4)表面螺旋爬行，具有拉索(4)轴向和圆周向两个自由度，能够实现对拉索(4)整个外表面进行完整的检测，传统的机器人只能实现轴向的爬行，不能实现的圆周螺旋爬行，检测集中在探测头对准的拉索(4)的轴向单线上，容易出现检测不到位，出现漏检的情况，图13为现有技术中的机器人检测的路径和检测区域的效果图，图14为本实用新型的机器人检测的路径和检测区域的效果图，可见，本实用新型相对于现有技术具有明显的显著的进步。

图15和图16是本实用新型在拉索(4)直径变化的情况下，通过调节固定支腿(17)与上固定连接块(26)或下固定连接块(33)的固定位置，和滑动支腿(18)上拉簧孔(14)的选择使用，实现本实用新型能够适用于更大范围的不同直径的拉索(4)。

本实用新型还可以适用于新式的表面设有螺旋线的拉索(4)的爬升，为减小风振、雨振的影响，新设计出一种面设置有有一条或多条平行的螺旋导水线。传统的轴向直线爬行的机器人，无法在这样的拉索(4)上爬行上升，或者爬行具有极大的困难，存在极大的不可操作性，本实用新型通过对上滚轮(28)和下滚轮(35)分别与拉索(4)横截面的倾斜角度，以及上滚轮(28)和下滚轮(35)相对角度，可实现机器人螺旋爬升的轨迹与拉索(4)表面的螺纹线吻合，避开螺纹线的阻碍。与现有技术相比，本实用新型在爬升过程中，能够很好的避开螺旋线影响。同时还能通过对上滚轮(28)和下滚轮(35)的转速分别控制，实现对机器人与拉索螺旋线间角度的实时精确控制。

图17是本实用新型限速装置(40)实现的下降阻力Fz和下降速度V的关系图，当本实用新型机器人爬升过程中发生故障，机器人依靠自重下降至地面。采用限速装置(40)，下降的阻力随速度的增加而增加，能够将机器人的下降速度控制在合理范围内，发生故障时，能够保证机器人安全、可靠地返回地面。而且本实用新型在靠自重下降时，可以将上旋转机构和下旋转机构进行锁定，使上滚轮(28)和下滚轮(35)构按照固定比例的速度旋转，确保机器人沿拉索(4)轴向直线平稳下降，不产生任何旋转运动。

限速装置(40)的壳体(45)中装有粘性阻尼液体，利用粘性阻尼液体的阻尼特性进行减速，随着下降速度的增加下降阻力增大，当下降速度达到一定时，下降阻力Fz将急剧增加，能够有效控制下降的最大速度。

本实用新型通过拉簧(20)将上滚轮(28)和下滚轮(35)分别压紧在拉索(4)的外表面，压紧力大，且稳定可靠。

依据本实用新型的机构，假设拉簧(20)的给每个上滚轮(28)或下滚轮(35)施加的压紧力为F_N，每个上滚轮(28)或下滚轮(35)与拉索(4)间的摩擦系数为u，则有每个上滚轮(28)或下滚轮(35)产生的摩擦力为f＝F_Nu，假设共有N个单个上滚轮(28)或下滚轮(35)，则本实用新型理论上的负载力为F＝Nf＝NF_Nu，例如当采用3个上滚轮(28)和3个下滚轮(35)时，则有，F＝6F_Nu。而现有技术中，只有一、两个滚轮起到驱动作用，那么负载能力仅有：F＝(1～2)f＝(1～2)F_Nu。通过上述分析可知，本实用新型具有更强的负载能力。反之，假设机器人需要提供一定的负载力F，那么本实用新型每个上滚轮(28)或下滚轮(35)所需要的承受的压力为：(当N＝６时)，现有技术单个滚轮的压力：意味着当需要提供相同负载力时，本实用新型每个滚轮需要承受更小的压紧力，这对于提高每个滚轮的使用寿命极其有利。现有技术的滚轮经常由于承受压力较大，时常出现疲劳破坏，滚轮经过几次爬升作业后就会出现破坏，需要更换，尤其爬升过程中，滚轮疲劳破坏有引发安全事故的可能。

下面具体分析本实用新型的上升速度与上滚轮(28)和下滚轮(35)与拉索(4)横截面的倾斜角度以及拉索(4)直径的关系：

为方便分析，首先对上滚轮(28)和下滚轮(35)与拉索(4)横截面的倾斜角度相同，且相对于中间驱动机构(1)所在平面对称的特殊情况进行分析，此方法可以推广到上滚轮(28)和下滚轮(35)与拉索(4)横截面的倾斜角度不等的一般情况。

则有机器人运动的速度V和转速ω为：

V＝(ω₂tan(a)R-ω₂tan(a)R)/2＝(ω₁-ω₂)tan(a)R/2

ω＝(ω₁+ω₂)/2

其中R为旋转半径

参见附图18，ω₁＝-ω₂，则有，

V＝ω₁tan(a)R

ω＝0

参见附图19，ω₁＝ω_２，则有，

v＝0

ω＝ω₁

上升速度与偏转角度a相关，偏转角度越大上升速度越快，反之亦然。

负载力分析：

另外，上滚轮(28)和下滚轮(35)与拉索(4)横截面的倾斜角度(取上滚轮(28)和下滚轮(35)与拉索(4)横截面的倾斜角度相同，且相对于中间驱动机构(1)所在平面对称的特例，此倾斜角度用a表示)与机器人的负载能力(F)存在一定关系。

假设单个电机的扭矩为M，齿圈齿数是驱动齿轮齿数的i倍，则有负载力：

$F=\frac{2\mathrm{iM}}{R\tan \left(a\right)}$

负载力仅与电机的扭矩M和倾斜角度a有关，电机扭矩M越大负载能力越强，倾斜角度a越大负载力越弱。

上滚轮(28)和下滚轮(35)反向旋转，机器人升降；上滚轮(28)和下滚轮(35)相同方向旋转，机器人围绕拉索(4)旋转。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.一种基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，其特征是包括中间驱动机构、上部旋转机构和下部旋转机构，所述上部旋转机构和下部旋转机构分别活动设置在中间驱动机构的上下两侧，

其中：所述中间驱动机构包括驱动架、上驱动电机、上驱动齿轮、下驱动电机、下驱动齿轮和若干个蓄电池，所述若干个蓄电池分别与上驱动电机和下驱动电机连接，所述上驱动电机驱动控制上驱动齿轮，所述下驱动电机驱动控制下驱动齿轮，所述上驱动齿轮和下驱动齿轮分别设置在驱动架的外周上侧和下侧，所述驱动架呈圆环形状，驱动架内壁设置有两道平行的内凹的轴承槽，分别为上轴承槽和下轴承槽；

所述上部旋转机构包括上旋转架，上旋转架的外侧固定设置有上齿圈和上滑动轴承，所述上齿圈与上驱动齿轮啮合，所述上滑动轴承位于上轴承槽中，所述上旋转架的上侧表面均匀设置有两个或两个以上上固定连接块和一个或一个以上上滑动连接块，所述上固定连接块上固定设置有上滚轮，上滑动连接块上活动设置有上滚轮，相邻的上滚轮之间分别设置有拉簧，所述上滚轮与驱动架所在平面倾斜；

所述下部旋转机构包括下旋转架，下旋转架的外侧固定设置有下齿圈和下滑动轴承，所述下齿圈与下驱动齿轮啮合，所述下滑动轴承位于下轴承槽中，所述下旋转架的下侧表面均匀设置有两个或两个以上下固定连接块和一个或一个以上下滑动连接块，所述下固定连接块上固定设置有下滚轮，下滑动连接块上活动设置有下滚轮，相邻的下滚轮之间分别设置有拉簧，所述下滚轮与驱动架所在平面倾斜，并且下滚轮与上滚轮不平行。

2.根据权利要求1所述的基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，其特征是该机器人还包括用于机器人坠落限速的锁定限速装置，所述锁定限速装置设置在驱动架的外侧。

3.根据权利要求2所述的基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，其特征是所述锁定限速装置包括上齿轮组和下齿轮组，上、下齿轮组分别与驱动架铰接，所述上齿轮组包括与上齿圈啮合的顶部齿轮、中间齿轮和设置在上齿轮组底部的限速装置，所述顶部齿轮、中间齿轮和限速装置同轴设置，且与限速装置的动子刚性连接，所述下齿轮组包括同轴设置的可相对转动的上齿轮和下齿轮，所述上齿轮与中间齿轮啮合，下齿轮与下齿圈啮合，所述上、下齿轮中心分别设置有电磁离合器的摩擦片。

4.根据权利要求3所述的基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，其特征是所述限速装置包括与上齿轮组同轴固定的转子和设置在转子外面的壳体，所述转子包括均匀设置在四周的若干个转子叶片，所述叶片与动子轴线呈一定倾角，所述每个转子叶片上均设置有若干个阻尼孔，所述壳体上部和下部分别设置有一个或一个以上油孔，所述油孔的两端分别设置有连接到电磁阀的油管，所述壳体中充满粘性阻尼液体。

5.根据权利要求1所述的基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，其特征是所述上固定连接块和下固定连接块分别通过固定支腿连接上滚轮和下滚轮，所述固定支腿与上固定连接块或下固定连接块固定的一端设置有长孔和与长孔垂直的连接板，连接板的两端分别设置有拉簧孔，固定支腿通过螺钉穿过长孔并与上固定连接块或下固定连接块拧紧固定，所述固定支腿与上滚轮或下滚轮连接的一端与驱动架所在平面倾斜。

6.根据权利要求5所述的基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，其特征是所述上滑动连接块和下滑动连接块上分别设置有滑动槽，滑动槽内设置有滑动支腿，滑动支腿一端与驱动架所在平面倾斜，此端连接有上滚轮或下滚轮，另一端设置有若干个拉簧孔。

7.根据权利要求1所述的基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，其特征是所述拉簧的两端分别通过连接部件与拉簧孔固定。

8.根据权利要求1所述的基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人，其特征是所述上固定连接块和下固定连接块均为两个，上滑动连接块和下滑动连接块均为一个。