專利名稱：電驅(qū)動蠕動式纜索機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纜索機器人，尤其涉及一種用于大跨度斜拉橋纜索上作業(yè)的電驅(qū) 動蠕動式纜索機器人，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
斜拉橋作為現(xiàn)代橋梁的新形式，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。作為斜拉橋主 要受力構(gòu)件之一的纜索長期暴露在空氣中，經(jīng)風(fēng)吹雨淋日曬，纜索表面的聚乙烯護套將會 產(chǎn)生不同程度的硬化和開裂現(xiàn)象，給護套內(nèi)的鋼絲束帶來銹斑、斷絲等嚴重的問題；同時由 于隨機風(fēng)振、雨振，使纜索內(nèi)的鋼絲產(chǎn)生微摩擦，繼而引起嚴重的斷絲問題，給斜拉橋埋下 嚴重的隱患。由于斜拉橋是最近幾十年才興起的新橋型，與斜拉橋的主要受力構(gòu)件纜索相 配套的纜索維護措施還很不完善。目前，對纜索的維護大都采用卷揚機拖動吊籃小車以人 工的方式對斜拉索進行清洗、涂裝。這種吊籃小車作業(yè)方式存在嚴重的問題小車重量大， 吊籃小車加上兩位工作人員重達七八百公斤，并且為了減小提升力，采用了堅硬的尼龍輪 壓在纜索上，這不僅會把底涂層刮掉，而且會擦傷纜索表面的PE防護層，嚴重時甚至?xí)?斷鋼絲；施工工期長、成本高，清洗涂裝一座大橋上全部纜索的工期達數(shù)月之久，并且各種 費用較高；工人工作的環(huán)境極端惡劣，工作人員在一百多米的高空作業(yè)，不僅面臨大風(fēng)、難 于通訊的情況，而且會有人員傷亡事故的發(fā)生。斜拉橋纜索標(biāo)高高，距離長，傾斜度由30至近90。另外，盡管在纜索的兩端施加了 很大的拉力，但由于自重作用與蠕變，纜索仍有一定的擾度?，F(xiàn)有技術(shù)中，對管外機器人和電線檢測機器人已有研究，這些管外機器人爬行的 管道一般只能用于水平面上的剛性管道，牽引力小，對于斜拉橋這種標(biāo)高較高、柔性較大的 纜索，其爬升能力顯然不夠。1987年IEEE機器人學(xué)和自動化國際會議分析日本福田敏男等 所研制的系列管外機器人的III號，其牽引力小，速度慢(平均速度僅為0. 018m/min)亦不 可調(diào)，遠不能滿足纜索維護的大負載、高效率、柔性較大、野外高空作業(yè)的需要。關(guān)于電線檢 測機器人在日本機器人學(xué)會志等期刊上也有所報道，但電線的粗度和傾斜度顯然不能與大 橋上的纜索相比。另外近年來由上海交通大學(xué)研制的多款氣動、電動纜索機器人較以前有 較大的改進，基本滿足一般的使用要求，但也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上升、下降都需要消耗消耗大量 能源的缺點。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是要提供一種適用于任意傾斜度纜索爬升的、結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便 的電驅(qū)動蠕動式纜索維護機器人，以能有效地實現(xiàn)對纜索的檢測、維護等一系列工作，從而 達到減輕工人勞動強度、提高質(zhì)量、減少成本等目的。本電驅(qū)動蠕動式纜索機器人通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)—種電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，包括爬升裝置、夾緊機構(gòu)5和夾緊機構(gòu)10、內(nèi)錐套 調(diào)整裝置2和內(nèi)錐套調(diào)整裝置9，所述的爬升裝置包括驅(qū)動電機11、上機板7、下機板12、驅(qū)動絲杠4、螺母6、光桿13、傳感器16、觸發(fā)片15、傳感器3組成，驅(qū)動電機11通過聯(lián)軸器與 驅(qū)動絲杠4連接，并通過過度套與下機板12固聯(lián)，螺母6與上機板7固連，螺母6與驅(qū)動絲 杠4旋合，光桿13 —端固定在下機板12上，另一端穿過導(dǎo)向套14，并在導(dǎo)向套14中滑動， 光桿13上端固連觸發(fā)片15，導(dǎo)向套14固定在上機板7上，傳感器16固定在上機板7上，傳 感器3固定在上機板7或下機板12上，驅(qū)動電機11、傳感器16、傳感器3由導(dǎo)線連接至控 制臺，控制臺根據(jù)傳感器16或傳感器3發(fā)出的信號控制電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機器人的蠕 動運動；所述的夾緊機構(gòu)5或夾緊機構(gòu)10包括外錐套27、頂緊銷31、內(nèi)錐套28、底蓋30、 壓簧29和固聯(lián)在內(nèi)錐套28上短軸26組成，夾緊體31在內(nèi)錐套28中滑動，壓簧29 —端頂 在底蓋30上，另一端頂在內(nèi)錐套28下端面上，內(nèi)錐套28置入外錐套27中，夾緊體31 —端 擠緊在纜索1的外表面，另一端擠壓在外錐套27的內(nèi)錐面上；夾緊機構(gòu)5和夾緊機構(gòu)10分 別固定在上機板7和下機板12上；所述的內(nèi)錐套調(diào)整裝置2或內(nèi)錐套調(diào)整裝置9包括由電機21、絲杠23、斜楔塊螺 母24、支架22和支架25構(gòu)成，步進電機21與支架22固聯(lián)，并通過聯(lián)軸器與絲杠23連接， 絲杠23與斜楔塊螺母24旋合，絲杠23 —端通過聯(lián)軸器與電機21輸出軸連接，另一端支撐 在支架25上，斜楔塊螺母24的斜面抵在短軸26上；內(nèi)錐套調(diào)整裝置2和內(nèi)錐套調(diào)整裝置 9分別通過支架22和支架25固定在上機板7和下機板12上。本發(fā)明還可包括速度反饋裝置8，它是由支撐架17、滾輪頂緊架18、滾輪19和編碼 器20組成，支撐架17固定在上機板7上，滾輪頂緊架18連接在支撐架17上，滾輪19固定 在滾輪頂緊架18上，滾輪19外表面頂緊在纜索1上，編碼器20固定在滾輪頂緊架18上；所述的爬升裝置中的驅(qū)動電機11為普通交流電機或普通直流電機或步進電機。 所述的爬升裝置中的驅(qū)動電機11固聯(lián)減速器。所述的內(nèi)錐套調(diào)整裝置2中的電機21為步 進電機或普通交流電機或普通直流電機。所述的傳感器16為微動開關(guān)。所述的傳感器3 為行程開關(guān)。所述的夾緊機構(gòu)5和夾緊機構(gòu)10中的夾緊體31為鋼球或矩形銷。本發(fā)明的有益效果是(1)結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造，成本低；(2)采用錐套夾緊機構(gòu)， 在爬升過程中，夾緊體31與纜索1之間的正壓力小，因此驅(qū)動電機的功率小，功耗小，有 利于自帶能源；(3)夾緊機構(gòu)在工作時處于自鎖狀態(tài)，在斷電狀態(tài)時，機器人會自鎖在纜索 上。

圖1是本發(fā)明的主視圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是本發(fā)明夾緊機構(gòu)5和內(nèi)錐套調(diào)整裝置2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明夾緊機構(gòu)10和內(nèi)錐套調(diào)整裝置9的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下通過實施例和附圖詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，包括爬升裝置、夾緊機構(gòu)5和夾緊機構(gòu)10、速度 反饋裝置8和內(nèi)錐套調(diào)整裝置2和內(nèi)錐套調(diào)整裝置9，所述的爬升裝置包括驅(qū)動電機11、上機板7、下機板12、驅(qū)動絲杠4、螺母6、光桿13、傳感器16、觸發(fā)片15、傳感器3組成，驅(qū)動電 機11通過聯(lián)軸器與驅(qū)動絲杠4連接，并通過過度套與下機板12固聯(lián)，螺母6與上機板7固 連，螺母6與驅(qū)動絲杠4旋合，光桿13—端固定在下機板12上，另一端穿過導(dǎo)向套14，并在 導(dǎo)向套14中滑動，光桿13上端固連觸發(fā)片15，導(dǎo)向套14固定在上機板7上，傳感器16固 定在上機板7上，傳感器3固定在上機板7或下機板12上；夾緊機構(gòu)5固定在上機板7上， 夾緊機構(gòu)10固定在下機板12上，速度反饋裝置8固定在下機板12上，也可以固定在上機 板7的背面；內(nèi)錐套調(diào)整裝置2通過支架22固定在上機板7上，內(nèi)錐套調(diào)整裝置9通過支 架25固定在下機板12上；所述的夾緊機構(gòu)夾緊機構(gòu)5或夾緊機構(gòu)10包括外錐套27、頂緊 銷31、內(nèi)錐套28、底蓋30、壓簧29和固聯(lián)在內(nèi)錐套28上短軸26組成，夾緊體31在內(nèi)錐套 28中滑動，壓簧29 —端頂在底蓋30上，另一端頂在內(nèi)錐套28下端面上，內(nèi)錐套28置入外 錐套27中，夾緊體31 —端擠緊在纜索1的外表面，另一端擠壓在外錐套27的內(nèi)錐面上；所 述的速度反饋裝置8包括支撐架17、滾輪頂緊架18、滾輪19和編碼器20組成，支撐架17 固定在下機板12上，滾輪頂緊架18連接在支撐架17上，滾輪19固定在滾輪頂緊架18上， 滾輪19外表面頂緊在纜索1上，編碼器20固定在滾輪頂緊架18上；所述的內(nèi)錐套調(diào)整裝 置2或內(nèi)錐套調(diào)整裝置9包括由電機21、絲杠23、斜楔塊螺母24、支架22和支架25構(gòu)成， 步進電機21與支架22固聯(lián)，并通過聯(lián)軸器與絲杠23連接，絲杠23與斜楔塊螺母24旋合， 絲杠23 —端通過聯(lián)軸器與電機21輸出軸連接，另一端支撐在支架25上，斜楔塊螺母24的 斜面抵在短軸26上。驅(qū)動電機11采用普通交流電機，并固聯(lián)擺線針輪減速器，傳感器16采用微動開 關(guān)，傳感器3采用行程開關(guān)，夾緊體31采用矩形銷，內(nèi)錐套調(diào)整裝置2中的電機21采用步 進電機，由控制臺中的可編程控制器接受傳感器16或傳感器3發(fā)出的信號，控制驅(qū)動電機 11或電機21運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機器人的蠕動攀升或下降。速度反饋裝置8用于監(jiān)控機器人在纜索 上的運行速度。本電驅(qū)動蠕動式纜索機器人的工作過程是這樣的首先將本機器人安裝在纜索 上，此時，內(nèi)錐套28在壓簧29的推動下，在內(nèi)錐套28內(nèi)的夾緊體31 —端與外錐套27的內(nèi) 錐面接觸，一端與與纜索1表面擠緊接觸。蠕動上升過程時控制臺發(fā)出信號，控制內(nèi)錐套調(diào)整裝置2和內(nèi)錐套調(diào)整裝置9中 的電機21帶動絲桿23旋轉(zhuǎn)，斜楔塊螺母24稍脫離短軸26后停止；控制臺控制驅(qū)動電機11 正向旋轉(zhuǎn)，使上、下機板之間距離增大，下機板12中的夾緊機構(gòu)10中的夾緊體31在摩擦力 和內(nèi)錐套28和外錐套27錐面的作用下與纜索表面趨緊，并形成自鎖，使下機板12與纜索1 夾緊固定，驅(qū)動電機11的繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，由驅(qū)動絲杠4和螺母6使上機板7受到向上的推 力，在夾緊機構(gòu)5中的內(nèi)錐套28中的夾緊體31，在摩擦力和外錐套27的內(nèi)錐面的作用下與 纜索表面趨松，并沿纜索1表面輕松滑動，因此，上機板7沿纜索1上升，當(dāng)微動開關(guān)16檢 測到觸發(fā)片15時，向控制臺發(fā)出反饋信號，控制臺控制驅(qū)動電機11反向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)驅(qū)動電機 11反向旋轉(zhuǎn)時，使上下機體之間距離減小，上機板7中的夾緊機構(gòu)5中的夾緊體31在摩擦 力、內(nèi)錐套28、外錐套27的作用下與纜索表面趨緊，并形成自鎖，使上機板與纜索固定；下 機板12受到了向上的拉力，這時，夾緊機構(gòu)10中的內(nèi)錐套28中的夾緊體31，在摩擦力、外 錐套27的內(nèi)錐面的作用下與纜索表面趨松，并沿纜索1表面輕松滑動，這時，下機板7沿纜 索1上升，當(dāng)行程開關(guān)3檢測到下機板12上升到指定高度時(圖1中行程開關(guān)3的觸腳碰到編碼器20上位置)，向控制臺發(fā)出反饋信號，可編程控制驅(qū)動電機11又正向旋轉(zhuǎn)。如此 周而復(fù)始完成蠕動上升過程。蠕動下降過程時控制臺發(fā)出信號，控制內(nèi)錐套調(diào)整裝置2內(nèi)的電機21帶動絲桿 23正向旋轉(zhuǎn)，使斜楔塊螺母24左移并壓下短軸26，夾緊體31在內(nèi)錐套28的帶動下與纜索 表面趨松；這時內(nèi)錐套調(diào)整裝置9內(nèi)的電機21停止不動?？刂乞?qū)動電機11反向旋轉(zhuǎn)，使 上、下機板之間距離減小，從而帶動上機板7實現(xiàn)下移；當(dāng)行程開關(guān)3檢測到上機板7下降 到指定高度時，向控制臺發(fā)出反饋信號，驅(qū)動電機11停止旋轉(zhuǎn)；延時一定時間后，可編程控 制內(nèi)錐套調(diào)整裝置2內(nèi)的電機21反向旋轉(zhuǎn)，帶動絲桿23旋轉(zhuǎn)，斜楔塊螺母24右移稍脫離 短軸26后停止(上機板被鎖緊)；延時一定時間后，控制內(nèi)錐套調(diào)整裝置9內(nèi)的電機21帶 動絲桿23正向旋轉(zhuǎn)，使斜楔塊螺母24左移并壓下短軸26，夾緊機構(gòu)10中的夾緊體31在 內(nèi)錐套28的帶動下與纜索表面趨松；控制驅(qū)動電機11正向旋轉(zhuǎn)，使上、下機板之間距離增 大，從而帶動下機板12下移；當(dāng)微動開關(guān)16與觸發(fā)片15觸發(fā)時，說明下機板12下降到指 定高度，即向控制臺發(fā)出反饋信號，驅(qū)動電機11停止旋轉(zhuǎn)；延時一定時間后，可編程控制內(nèi) 錐套調(diào)整裝置10內(nèi)的電機21反向旋轉(zhuǎn)，帶動絲桿23旋轉(zhuǎn)，斜楔塊螺母24右移稍脫離短軸 26后停止(下機板被鎖緊)；延時一定時間后，控制內(nèi)錐套調(diào)整裝置2內(nèi)的電機21帶動絲 桿23正向旋轉(zhuǎn)，使斜楔塊螺母24左移并壓下短軸26，夾緊體31在內(nèi)錐套28的帶動下與纜 索表面趨松；控制驅(qū)動電機11反向旋轉(zhuǎn)，使上、下機板之間距離減小，從而帶動上機板7實 現(xiàn)下移；如此周而復(fù)始完成蠕動下降過程。在本發(fā)明的一個實施例中，工程樣機的功率為0. 5KW，自重80公斤，可載重150公 斤，爬升速度范圍在每分鐘1米到10米之間可調(diào)，運行效果良好，本電驅(qū)動蠕動式纜索機器 人在下降過程中對纜索進行檢測、涂裝和清洗等維護工作，具有推廣應(yīng)用價值。
權(quán)利要求一種電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，其特征是，包括爬升裝置、夾緊機構(gòu)(5)和夾緊機構(gòu)(10)、內(nèi)錐套調(diào)整裝置(2)和內(nèi)錐套調(diào)整裝置(9)，所述的爬升裝置包括驅(qū)動電機(11)、上機板(7)、下機板(12)、驅(qū)動絲杠(4)、螺母(6)、光桿(13)、傳感器(16)、觸發(fā)片(15)、傳感器(3)組成，驅(qū)動電機(11)通過聯(lián)軸器與驅(qū)動絲杠(4)連接，并通過過度套與下機板(12)固聯(lián)，螺母(6)與上機板(7)固連，螺母(6)與驅(qū)動絲杠(4)旋合，光桿(13)一端固定在下機板(12)上，另一端穿過導(dǎo)向套(14)，并在導(dǎo)向套(14)中滑動，光桿(13)上端固連觸發(fā)片(15)，導(dǎo)向套(14)固定在上機板(7)上，傳感器(16)固定在上機板(7)上，傳感器(3)固定在上機板(7)或下機板(12)上，驅(qū)動電機(14)、傳感器(16)、傳感器(3)由導(dǎo)線連接至控制臺，控制臺根據(jù)傳感器(16)或傳感器(3)發(fā)出的信號控制電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機器人的蠕動運動；所述的夾緊機構(gòu)(5)或夾緊機構(gòu)(10)包括由外錐套(27)、頂緊銷(31)、內(nèi)錐套(28)、底蓋(30)、壓簧(29)和固聯(lián)在內(nèi)錐套(28)上短軸(26)組成，夾緊體(31)在內(nèi)錐套(28)中滑動，壓簧(29)一端頂在底蓋(30)上，另一端頂在內(nèi)錐套(28)下端面上，內(nèi)錐套(28)置入外錐套(27)中，夾緊體(31)一端擠緊在纜索(1)的外表面，另一端擠壓在外錐套(27)的內(nèi)錐面上；夾緊機構(gòu)(5)和夾緊機構(gòu)(10)分別固定在上機板(7)和下機板(12)上；所述的內(nèi)錐套調(diào)整裝置(2)或內(nèi)錐套調(diào)整裝置(9)包括由電機(21)、絲杠(23)、斜楔塊螺母(24)、支架(22)和支架(25)構(gòu)成，步進電機(21)與支架(22)固聯(lián)，并通過聯(lián)軸器與絲杠(23)連接，絲杠(23)與斜楔塊螺母(24)旋合，絲杠(23)一端通過聯(lián)軸器與電機(21)輸出軸連接，另一端支撐在支架(25)上，斜楔塊螺母(24)的斜面抵在短軸(26)上；內(nèi)錐套調(diào)整裝置(2)和內(nèi)錐套調(diào)整裝置(9)分別通過支架(22)和支架(25)固定在上機板(7)和下機板(12)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，其特征是，包括速度反饋裝置(8)，它是由支撐架(17)、滾輪頂緊架(18)、滾輪(19)和編碼器(20)組成，支撐架(17)固 定在下機板(12)上，滾輪頂緊架(18)連接在支撐架(17)上，滾輪(19)固定在滾輪頂緊架 (18)上，滾輪(19)外表面頂緊在纜索(1)上，編碼器(20)固定在滾輪頂緊架(18)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，其特征是，所述的驅(qū)動電機(11)為普通交流電機或普通直流電機或步進電機。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，其特征是，所述的驅(qū)動電機 (11)固聯(lián)減速器。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，其特征是，所述的電機(21)為 步進電機或普通交流電機或普通直流電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，其特征是，所述的傳感器(16) 為微動開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，其特征是，所述的傳感器(3)為 行程開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，其特征是，所述的夾緊體(31) 為鋼球或矩形銷。
專利摘要本實用新型公開了一種電驅(qū)動蠕動式纜索機器人，包括爬升裝置、夾緊機構(gòu)(5)和夾緊機構(gòu)(10)、內(nèi)錐套調(diào)整裝置(2)和內(nèi)錐套調(diào)整裝置(9)，所述的爬升裝置包括驅(qū)動電機(11)、上機板(7)、下機板(12)、驅(qū)動絲杠(4)、螺母(6)、光桿(13)、傳感器(16)、觸發(fā)片(15)、傳感器(3)組成；所述的夾緊機構(gòu)(5)或夾緊機構(gòu)(10)包括由外錐套(27)、頂緊銷(31)、內(nèi)錐套(28)、底蓋(30)、壓簧(29)和固聯(lián)在內(nèi)錐套(28)上短軸(26)組成；所述的內(nèi)錐套調(diào)整裝置(2)或內(nèi)錐套調(diào)整裝置(9)包括由電機(21)、絲杠(23)、斜楔塊螺母(24)、支架(22)和支架(25)構(gòu)成，內(nèi)錐套調(diào)整裝置(2)和內(nèi)錐套調(diào)整裝置(9)分別通過支架(22)和支架(25)固定在上機板(7)和下機板(12)上。本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造，驅(qū)動電機的功率小，適用于對纜索進行檢測、涂裝和清洗等維護工作。
文檔編號E01D11/04GK201671068SQ201020189770
公開日2010年12月15日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者冷護基, 趙新宇 申請人:馬鞍山市力翔機械自動化科技有限公司