专利名称：电驱动蠕动式缆索机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于机器人技术领域，涉及一种缆索机器人，尤其涉及一种用于大跨度斜拉桥缆 索上作业的电驱动蠕动式缆索机器人。
技术背景斜拉桥作为现代桥梁的新形式，在世界范围内得到了广泛的应用。作为斜拉桥主要受力 构件之一的缆索长期暴露在空气中，经风吹雨淋日晒，缆索表面的聚乙烯护套将会产生不同 程度的硬化和开裂现象，给护套内的钢丝束带来锈斑、断丝等严重的问题；同时由于随机风 振、雨振，使缆索内的钢丝产生微摩擦，继而引起严重的断丝问题，给斜拉桥埋下严重的隐 患。由于斜拉桥是最近几十年才兴起的新桥型，与斜拉桥的主要受力构件缆索相配套的缆索 维护措施还很不完善。目前，对缆索的维护大都采用巻扬机拖动吊篮小车以人工的方式对斜 拉索进行清洗、涂装。这种吊篮小车作业方式存在严重的问题小车重量大，吊篮小车加上 两位工作人员重达七八百公斤，并且为了减小提升力，采用了坚硬的尼龙轮压在缆索上，这 不仅会把底涂层刮掉，而且会擦伤缆索表面的PE防护层，严重时甚至会剪断钢丝；施工工期 长、成本高，清洗涂装一座大桥上全部缆索的工期达数月之久，并且各种费用较高；工人工 作的环境极端恶劣，工作人员在一百多米的高空作业，不仅面临大风、难于通讯的情况，而 且会有人员伤亡事故的发生。斜拉桥缆索标髙高，距离长，倾斜度由30至近90。另外，尽管在缆索的两端施加了很 大的拉力，但由于自重作用与蠕变，缆索仍有一定的扰度。现有技术中，对管外机器人和电线检测机器人已有研究，培些管外机器人爬行的管道一 般只能用于水平面上的刚性管道，牵引力小，对于斜拉桥这种标高较高、柔性较大的缆索， 其爬升能力显然不够。1987年IEEE机器人学和自动化国际会议分析闩本福FR敏男等所研制 的系列管外机器人的III号，其牵引力小，速度慢(平均速度仅为0.018m/min)亦不可调， 远不能满足缆索维护的大负载、高效率、柔性较大、野外高空作业的霈要。关于电线检测机 器人在日本机器人学会志等期刊上也有所报道，但电线的粗度和倾斜度显然不能与大桥上的 缆索相比。另外近年来由上海交通大学研制的多款气动、电动缆索机器人较以前有较大的改 进，基本满足一般的使用要求，但也有结构复杂，上升、下降都需要消耗消耗大量能源的缺 点。发明内容本发明的目的是要提供一种适用于任意倾斜度缆索爬升的、结构简单、装卸方便的电驱4动蠕动式缆索机器人，以能有效地实现对缆索的检测、维护等一系列工作，从而达到减轻工 人劳动强度、提高质量、减少成本等目的。本发明所提供的电驱动蠕动式缆索机器人包括爬升装置、夹紧机构5和夹紧机构10、内 锥套调整装置2和内锥套调整装置9，所述的爬升装置包括驱动电机11、上机板7、下机板 12、驱动丝杠4、螺母6、光杆13、传感器16、触发片15、传感器3组成；驱动电机11通 过联轴器与驱动丝杠4连接，并通过过度套与下机板12固联，螺母6与上机板7固连，螺母 6与驱动丝杠4旋合，光杆13—端固定在下机板12上，另一端穿过导向套14，并在导向套 14中滑动，光杆13上端固连触发片15，导向套14固定在上机板7上，传感器16固定在上 机板7上，传感器3固定在上机板7或下机板12上，驱动电机ll、传感器16、传感器3由 导线连接至控制台，控制台根据传感器16或传感器3发出的信号控制电机正转和反转，实现 机器人的蠕动运动。所述的夹紧机构5及夹紧机构10包括外锥套27、顶紧销31、内锥套28、底盖30、压簧 29和固联在内锥套28上短轴26组成，夹紧体31在内锥套28中滑动，压簧29—端顶在底 盖30上，另一端顶在内锥套28下端面上，内锥套28置入外锥套27中，夹紧体31—端挤紧 在缆索1的外表面，另一端挤压在外锥套27的内锥面上；夹紧机构5和夹紧机构10分别固 定在上机板7和下机板12上。所述的内锥套调整装置2及内锥套调整装置9由电机21、丝杠23、斜楔块螺母24、支 架22和支架25构成，歩进电机21与支架22固联，并通过联轴器与丝杠23连接，丝杠23 与斜楔块螺母24旋合，丝杠23—端通过联轴器与电机21输出轴连接，另一端支撑在支架 25上，斜楔块螺母24的斜面抵在短轴26上内锥套调整装置2和内锥套调整装置9分别通 过支架22和支架25固定在上机板7和下机板12上。本发明还可包括速度反馈装置8，它是由支撑架17、滚轮顶紧架18、滚轮19和编码器 20组成，支撑架17固定在上机板7上，滚轮顶紧架18连接在支撑架17上，滚轮19固定在 滚轮顶紧架18上，滚轮19外表面顶紧在缆索1上，编码器20固定在滚轮顶紧架18上；所述的爬升装置中的驱动电机11为普通交流电机或普通直流电机或步进电机。所述的 爬升装置中的驱动电机11固联减速器。所述的内锥套调整装置2中的电机21为步进电机或 普通交流电机或普通直流电机。所述的传感器16为微动开关。所述的传感器3为行程开关。 所述的夹紧机构5和夹紧机构10中的夹紧体31为钢球或矩形销。本发明的有益效果是(1)结构紧凑，易于制造，成本低；(2)采用锥套夹紧机构，在 爬升过程中，夹紧体31与缆索1之间的正压力小，因此驱动电机的功率小，功耗小，有利于 自带能源；(3)夹紧机构在工作时处于自锁状态，在断电状态时，机器人会自锁在缆索上。
图l是本发明的主视图； 图2是图1的俯视图；图3是本发明夹紧机构5和内锥套调整装置2的结构示意图。 图4是本发明夹紧机构10和内锥套调整装置9的结构示意图。图中1:缆索，2:内锥套调整装置，3:传感器，4:驱动丝杠，5:夹紧机构，6:螺 母，7:上机板，8:速度反馈装置，9:内锥套调整装置，10:夹紧机构，11:驱动电机， 12:下机板，13:光杆，14:导向套，15:触发片，16:传感器，17:上机板，18:滚轮顶 紧架，19:滚轮，20:编码器，21:歩进电机，22:支架，23:丝杠，24:斜楔块螺母，25: 支架，26:短轴，27:外锥套，28:内锥套，29:压簧，30:底盖，31:夹紧体具体实施方式
以下通过实施例和附图详细说明本发明的技术方案。本发明电驱动蠕动式缆索机器人，包括爬升装置、夹紧机构5和夹紧机构10、速度反馈 装置8和内锥套调整装置2和内锥套调整装置9，所述的爬升装置包括驱动电.机11、上机板 7、下机板12、驱动丝杠4、蠊母6、光杆13、传感器16、触发片15、传感器3组成，驱动 电机11通过联轴器与驱动丝杠4连接，并通过过度套与下机板12固联，蟪母6与上机板7 固连，螺母6与驱动丝杠4旋合，光杆13—端固定在下机板12上，另一端穿过导向套14, 并在导向套14中滑动，光杆13上端固连触发片15,导向套14固定在上机板7上，传感器 16固定在上机板7上，传感器3固定在上机板7或下机板12上；夹紧机构5固定在上机板7 上，夹紧机构10固定在下机板12上，速度反馈装置8固定在下机板12上，也可以固定在上 机板7的背面；内锥套调整装置2通过支架22固定在上机板7上，内锥套调整装置9通过支 架25固定在下机板12上；所述的夹紧机构夹紧机构5或夹紧机构10包括外锥套27、顶紧 销31、内锥套28、底盖30、压簧29和固联在内锥套28上短轴26组成，夹紧体31在内锥 套28中滑动，压簧29—端顶在底盖30上，另一端顶在内锥套28下端面上，内锥套28置入 外锥套27中，夹紧体31—端挤紧在缆索1的外表面，另一端挤压在外锥套27的内锥面上； 所述的速度反馈装置8包括支撑架17、滚轮顶紧架18、滚轮19和编码器20组成，支撑架 17固定在下机板12上，滚轮顶紧架18连接在支撑架17上，滚轮19固定在滚轮顶紧架18 上，滚轮19外表面顶紧在缆索1上，编码器20固定在滚轮顶紧架18上；所述的内锥套调整 装置2或内锥套调整装置9包括由电机21、丝杠23、斜楔块蠊母24、支架22和支架25构 成，步进电机21与支架22固联，并通过联轴器与丝杠23连接，丝杠23与斜楔块螺母24 旋合，丝杠23—端通过联轴器与电机21输出轴连接，另一端支撑在支架25上，斜楔块螺母24的斜面抵在短轴26上。驱动电机ll采用普通交流电机，并固联摆线针轮减速器，传感器16采用微动开关，传 感器3采用行程开关，夹紧体31采用矩形销，内锥套调整装置2中的电机21采用步进电机， 由控制台中的可编程控制器接受传感器16或传感器3发出的信号，控制驱动电机11或电机 21运转，实现机器人的蠕动攀升或下降。速度反馈装置8用于监控机器人在缆索上的运行速 度。本电驱动蠕动式缆索机器人的工作过程是这样的首先将本机器人安装在缆索上，此时， 内锥套28在压簧29的推动下，在内锥套28内的夹紧体31 —端与外锥套27的内锥面接触， 一端与与缆索1表面挤紧接触。蠕动上升过程时控制台发出信号，控制内锥套调整装置2和内锥套调整装置9中的电 机21带动丝杆23旋转，斜楔块螺母24稍脱离短轴26后停止；控制台控制驱动电机11正向 旋转，使上、下机板之间距离增大，下机板12中的夹紧机构10中的夹紧体31在摩擦力和内 锥套28和外锥套27锥面的作用下与缆索表面趋紧，并形成自锁，使下机板12与缆索1夹紧 固定，驱动电机ll的继续正向旋转，由驱动丝杠4和螺母6使上机板7受到向上的推力，在 夹紧机构5中的内锥套.28中的夹紧体31，在摩擦力和外锥套27的内锥面的作用下与缆索表 面趋松，并沿缆索l表面轻松滑动，因此，上机板7沿缆索1上升，当微动开关16检测到触 发片15时，向控制台发出反馈信号，控制台控制驱动电机11反向旋转。当驱动电机ll反向 旋转时，使上下机体之间距离减小，上机板7中的夹紧机构5中的夹紧体31在摩擦力、内锥 套28、外锥套27的作用下与缆索表面趋紧，并形成自锁，使上机板与缆索固定；下机板12 受到了向上的拉力，这时，夹紧机构10中的内锥套28中的夹紧体31，在摩擦力、外锥套27 的内锥面的作用下与缆索表面趋松，并沿缆索l表面轻松滑动，这时，下机板7沿缆索1上 升，当行程开关3检测到下机板12上升到指定高度时(图1中行程开关3的触脚碰到编码器 20上位置)，向控制台发出反馈信号，可编程控制驱动电机ll又正向旋转。如此周而复始完 成蠕动上升过程。蠕动下降过程时控制台发出信号，控制内锥套调整装置2内的电机21带动丝杆23正 向旋转，使斜楔块螺母24左移并压下短轴26，夹紧体31在内锥套28的带动下与缆索表面 趋松；这时内锥套调整装置9内的电机21停止不动。控制驱动电机ll反向旋转，使上、下 机板之间距离减小，从而带动上机板7实现下移；当行程开关3检测到上机板7下降到指定 高度时，向控制台发出反馈信号，驱动电机ll停止旋转；延时一定时间后，可编程控制内锥 套调整装置2内的电机21反向旋转，带动丝杆23旋转，斜楔块螺母24右移稍脱离短轴26 后停止(上机板被锁紧)；延时一定时间后，控制内锥套调整装置9内的电机21带动丝杆2正向旋转，使斜楔块螺母24左移并压下短轴26，夹紧机构10中的夹紧体31在内锥套28的 带动下与缆索表面趋松；控制驱动电机ll正向旋转，使上、下机板之间距离增大，从而带动 下机板12下移；当微动开关16与触发片15触发时，说明下机板12下降到指定高度，即向 控制台发出反馈信号，驱动电机ll停止旋转；延时一定时间后，可编程控制内锥套调整装置 10内的电机21反向旋转，带动丝杆23旋转，斜楔块螺母24右移稍脱离短轴26后停止(下 机板被锁紧)；延时一定时间后，控制内锥套调整装置2内的电机21带动丝杆23正向旋转， 使斜楔块螺母24左移并压下短轴26，夹紧体31在内锥套28的带动下与缆索表面趋松；控 制驱动电机ll反向旋转，使上、下机板之间距离减小，从而带动上机板7实现下移；如此周 而复始完成蠕动下降过程。在本发明的一个实施例中，工程样机的功率为0.5KW，自重80公斤，可载重150公斤， 爬升速度范围在每分钟1米到IO米之间可调，运行效果良好，本电驱动蠕动式缆索机器人在 下降过程中对缆索进行检测、涂装和清洗等维护工作，具有推广应用价值。
权利要求
1、电驱动蠕动式缆索机器人，其特征是该机器人包括爬升装置、夹紧机构(5)和夹紧机构(10)、内锥套调整装置(2)和内锥套调整装置(9)，所述的爬升装置包括驱动电机(11)、上机板(7)、下机板(12)、驱动丝杠(4)、螺母(6)、光杆(13)、传感器(16)、触发片(15)、传感器(3)组成，驱动电机(11)通过联轴器与驱动丝杠(4)连接，并通过过度套与下机板(12)固联，螺母(6)与上机板(7)固连，螺母(6)与驱动丝杠(4)旋合，光杆(13)一端固定在下机板(12)上，另一端穿过导向套(14)，并在导向套(14)中滑动，光杆(13)上端固连触发片(15)，导向套(14)固定在上机板(7)上，传感器(16)固定在上机板(7)上，传感器(3)固定在上机板(7)或下机板(12)上，驱动电机(14)、传感器(16)、传感器(3)由导线连接至控制台，控制台根据传感器(16)或传感器(3)发出的信号控制电机正转和反转，实现机器人的蠕动运动；所述的夹紧机构(5)及夹紧机构(10)包括由外锥套(27)、顶紧销(31)、内锥套(28)、底盖(30)、压簧(29)和固联在内锥套(28)上短轴(26)组成，夹紧体(31)在内锥套(28)中滑动，压簧(29)一端顶在底盖(30)上，另一端顶在内锥套(28)下端面上，内锥套(28)置入外锥套(27)中，夹紧体(31)一端挤紧在缆索(1)的外表面，另一端挤压在外锥套(27)的内锥面上；夹紧机构(5)和夹紧机构(10)分别固定在上机板(7)和下机板(12)上；所述的内锥套调整装置(2)及内锥套调整装置(9)包括由电机(21)、丝杠(23)、斜楔块螺母(24)、支架(22)和支架(25)构成，步进电机(21)与支架(22)固联，并通过联轴器与丝杠(23)连接，丝杠(23)与斜楔块螺母(24)旋合，丝杠(23)一端通过联轴器与电机(21)输出轴连接，另一端支撑在支架(25)上，斜楔块螺母(24)的斜面抵在短轴(26)上；内锥套调整装置(2)和内锥套调整装置(9)分别通过支架(22)和支架(25)固定在上机板(7)和下机板(12)上；
2、 根据权利要求1所述的电驱动蠕动式缆索机器人，其特征是该机器人还包括速度反 馈装置(8)，所述速度反馈装置由支撑架(17)、滚轮顶紧架(18)、滚轮(19)和编码器(20)组成，支撑架(17)固定在下机板(12)上，滚轮顶紧架(18)连接在支撑架(17) 上，滚轮(19)固定在滚轮顶紧架(18)上，滚轮(19)外表面顶紧在缆索(1)上，编码 器(20)固定在滚轮顶紧架(18)上。
3、 根据权利要求1所述的电驱动蠕动式缆索机器人，其特征是所述的驱动电机(11) 为普通交流电机或普通直流电机或歩进电机。
4、 根据权利要求1所述的电驱动蠕动式缆索机器人，其特征是所述的驱动电机(U) 固联减速器。
5、 根据权利要求l所述的电驱动蠕动式缆索机器人，其特征是所述的电机(21)为 步进电机或普通交流电机或普通直流电机。
6、 根据权利要求书l所述的电驱动蠕动式缆索机器人，其特征是所述的传感器(16) 为微动开关。
7、 根据权利要求书1所述的电驱动蠕动式缆索机器人，其特征是所述的传感器(3) 为行程开关。
8、 根据权利要求书l所述的电驱动蠕动式缆索机器人，其特征是所述的夹紧体(31) 为钢球或矩形销。
全文摘要
本发明公开了一种电驱动蠕动式缆索机器人，属于机器人技术领域。该缆索机器人包括爬升装置、夹紧机构、内锥套调整装置，其中爬升装置由驱动电机、上机板、下机板、驱动丝杠、螺母、光杆、传感器、触发片组成；其中的夹紧机构包括由外锥套、顶紧销、内锥套、底盖、压簧和固联在内锥套上的短轴组成；其中的内锥套调整装置包括由电机、丝杠、斜楔块螺母、支架和支架构成；内锥套调整装置分别通过支架固定在上机板和下机板上。本发明所提供的电驱动蠕动式缆索机器人结构紧凑、易于制造、驱动电机的功率小，适用于对缆索进行检测、涂装和清洗等维护工作。
文档编号B62D57/00GK101259857SQ20081001979
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月17日 优先权日2008年3月17日
发明者冷护基, 贾黎明 申请人:安徽工业大学