纜索攀爬機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種機器人，具體涉及一種對纜索進行檢查和作業(yè)的纜索攀爬機器人。
【背景技術】
[0002]隨著橋梁建造業(yè)的快速發(fā)展，斜拉橋的規(guī)模越來越大，目前，世界上主跨超過200米的斜拉橋已多達200余座。斜拉橋數(shù)量尺寸的增大為橋梁的檢測帶來了更多的挑戰(zhàn)。纜索是斜拉橋的主要承重構件，且長期暴露在風吹日曬中，容易出現(xiàn)破損甚至斷裂的情況，需要定時檢測其表面是否完整。纜索懸掛在斜拉橋的兩側，可能高達百米，一般的人工檢查方法耗時耗力，不能保證人身安全，利用卷揚機檢測纜索雖然在一定程度上保證了人員安全，但是仍存在著效率低下的問題。在這種背景下，纜索攀爬機器人技術被提出。這種技術就是利用特別設計制作的工業(yè)機器人搭載檢測系統(tǒng)對纜索進行檢測和作業(yè)?，F(xiàn)有的纜索攀爬機器人主要有氣動蠕動式、電動連續(xù)式和螺旋爬升式。相比較，電動連續(xù)式纜索攀爬機器人有運動連續(xù)可靠、體積較小、可無線遙控及承載力較好等優(yōu)點，成為纜索攀爬機器人主要發(fā)展的方向。
[0003]纜索表面通常覆蓋有一層絞絲，絞絲在長期使用中會產生一些較大的凸起或凹陷，有時纜索上還會安裝一些小型檢測元件或者裝飾品，纜索攀爬機器人在工作過程中，需要越過這些障礙。查閱國內的幾款最新纜索攀爬機器人，如中國專利公開號CN201437247，公開日為2010年4月14日，實用新型創(chuàng)造的名稱為纜索爬行機器人，該申請公開了一種纜索爬行機器人，由三根連桿支架連接三輛小車構成的，三角架的三個頂點處上推桿鉸鏈連接下推桿，上下推桿分別安有一個驅動輪和一個從動輪。上推桿和下推桿都是通過斜拉彈簧與纜索產生接觸力的，整個機器人成等邊三角形結構。該實用新型的纜索機器人有以下不足。第一，所設計的三角框架結構固定，所以不能應用在直徑差異過大的纜索上。第二，使用斜拉彈簧雖然有一定的越障能力，但滾輪通過較大障礙物時，仍然存在可能卡死的問題。第三，由于結構限制，在工作過程中無法改變機器人對纜索的抱緊力，當機器人在高空中卡死或者打滑，地面無法控制機器人回收。以上問題在現(xiàn)有種類的電動連續(xù)式纜索攀爬機器人中普遍存在。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種用于對纜索檢查和作業(yè)的纜索攀爬機器人。該機器人可用于直徑差異大的纜索，對纜索的夾緊力好，爬纜能力和越障能力強，且可避免卡死和打滑。
[0005]本實用新型為實現(xiàn)其發(fā)明目的所采取的技術方案是:一種纜索攀爬機器人，包括外框架、外框架上的夾緊機構和爬行機構，其結構特點是:
[0006]所述的外框架為立方體框架；外框架的上表面和下表面的每個邊均通過徑向架與內邊架相連，外框架每個側面上均有一個夾緊機構和爬行機構；
[0007]每個夾緊機構的具體組成是:外框架側面的立桿之間，通過軸承連接兩邊旋向相反的滾珠絲杠，滾珠絲杠兩邊上的絲杠螺母均鉸接有連桿，兩連桿的另一端共同鉸接于豎向的夾緊支撐板背部的鉸軸上，滾珠絲杠由固定于外框架上的步進電機驅動，夾緊支撐板的上下端均安裝與外框架上的對應的徑向架配合的滾輪；
[0008]每個爬行機構的具體組成是:外框架上的夾緊支撐板內側的一端鉸接導向桿，導向桿的另一端安裝導向輪，導向桿與夾緊支撐板之間連接有拉伸彈簧，夾緊支撐板內側的另一端與氮氣彈簧固定連接；氮氣彈簧另一端鉸接于平衡梁中部，平衡梁的上下端分別安裝有從動輪和主動輪，從動輪和主動輪之間連有同步帶，主動輪與固定于平衡梁上的驅動電機相連。
[0009]本實用新型的夾緊機構的工作原理是:步進電機驅動滾珠絲杠轉動，從而帶動滾珠絲杠上的絲杠螺母及其絲杠螺母鉸接的連桿的一端做相對運動，連桿另一端推動夾緊支撐板，夾緊支撐板的上下端的滾輪沿著外框架上的徑向架向纜索運動，使導向輪、主動輪和從動輪壓緊纜索；電機反轉，絲杠螺母及其絲杠螺母鉸接的連桿的一端做相反運動，此時，連桿拉動夾緊支撐板遠離纜索，從而使導向輪、主動輪和從動輪離開纜索。
[0010]本實用新型的爬行機構的工作原理是:驅動電機依次通過減速器、同步帶驅動主動輪轉動，主動輪通過同步帶帶動從動輪一起轉動，從而實現(xiàn)纜索攀爬機器人在纜索上的爬行。通過驅動電機的正反轉控制纜索攀爬機器人的爬行方向。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0012]一、通過兩對相對的夾緊機構和爬行機構從四個方向夾緊纜索，其夾緊力大，夾緊牢固，爬纜能力強。
[0013]二、各個方向的夾緊機構由不同步進電機控制，每個方向的夾緊支撐板和纜索之間的距離可以不同，從而可適應扁平狀的纜索，同時適應的的纜索的直徑范圍大。
[0014]三、每個滾珠絲杠控制纜索攀爬機器人一個方向的夾緊，在遇到障礙時，可以通過松開其中一個夾緊機構，順利地避開纜索某一側的，或相對的兩側安裝的各種零部件，其越障能力強，通過性好。
[0015]四、可以方便地通過對步進電機的控制，實現(xiàn)對纜索夾緊力地控制，既能夠保證夾緊牢固，避免打滑，同時又能夠避免卡死，通過性好。
[0016]五、氮氣彈簧體積小、彈力大、行程長、工作平穩(wěn)，彈力曲線平緩，且不需要預緊，采用氮氣彈簧為機器人提供壓力，壓力恒定，避免纜索攀爬機器人爬纜遇到障礙時，彈簧因受到過大的壓縮力而對纜索壓力過大出現(xiàn)卡死，大大提高了其越障性能，保證了纜索攀爬機器人橋梁檢測的工作效率。
[0017]五、夾緊支撐板上安裝有導向輪、主動輪和從動輪，一個滑架和纜索有三個接觸點，保證了與纜索的接觸牢固，夾緊力好，同時主動輪和從動輪之間通過平衡梁連接，平衡梁的中部通過氮氣彈簧及直線軸承與夾緊支撐板連接，使得主動輪(從動輪)能繞平衡梁的鉸軸旋轉，及整個平衡梁的后退及回彈，使得其越障能力強，同時夾緊力好。
[0018]進一步，本實用新型所述的外框架側面的立桿之間固定有直線導軌，直線導軌位于滾珠絲杠的外側，且直線導軌的兩個滑塊分別與兩個絲杠螺母固定連接。
[0019]這樣，直線導軌可分擔絲杠螺母對絲杠產生的垂直方向的作用力，避免滾珠絲杠長期受到過大的彎矩作用而變形失效。
[0020]進一步，本實用新型所述的滾珠絲杠由固定于外框架上的步進電機驅動的具體方式是:一個固定于外框架上的步進電機驅動相對的兩個滾珠絲杠:所述的步進電機通過減速器與一個滾珠絲杠連接，所述的滾珠絲杠與另一個滾珠絲杠通過同步帶相連。
[0021]這樣，在滿足纜索攀爬機器人對扁平狀纜索的適應性和越障能力的前提下，通過簡單的方式，實現(xiàn)由一個步進電機控制相對的夾緊機構夾緊或松開纜索，降低了成本和整個纜索攀爬機器人的重量。
[0022]進一步，本實用新型所述的相對的一對爬行機構的導向桿及其安裝的導向輪位于夾緊支撐板的上端，另一對爬行機構的導向桿及其安裝的導向輪位于夾緊支撐板的下端。
[0023]這樣，相鄰的夾緊支撐板上的導向輪一上一下，主動輪和從動輪也一上一下，使得纜索上下受力均勻，且上行和下行爬動時均有爬行能力強的主動輪和從動輪在前，導向能力好的導向輪在后，使得其上行和下行時均具有良好的爬行能力和導向能力。
[0024]進一步，所述的主動輪與固定于平衡梁上的驅動電機相連的具體結構是:驅動電機通過依次通過減速器、同步帶與主動輪相連。
[0025]這樣，通過同步帶的連接，控制驅動電機的正反轉及轉動速度，可操控機器人爬行方向及爬行速度。
[0026]進一步，本實用新型所述的驅動電機為無刷直流電機。
[0027]這種電機重量輕和體積小，機械特性和調節(jié)