CN106120552B - 一种摩擦轮式爬索检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摩擦轮式爬索检测机器人,包括移动小车、磁吸附机构和防落装置。移动小车包括两个侧架、移动底盘和滚轮。磁吸附机构设置在移动底盘上,磁吸附机构能将移动小车吸附在缆索上。防落装置包括齿轮传动机构、变速箱、摩擦机构和滚柱式超越离合器。摩擦机构包括旋转驱动轴、摩擦壁、摩擦块和导杆;摩擦壁为圆环形,同轴固定设置在旋转驱动轴的外周;位于摩擦壁内的旋转驱动轴上沿周向呈辐射状设置有若干根导杆;每根导杆上滑动连接一个摩擦块;当旋转驱动轴转动时,每个摩擦块均能与摩擦壁的内壁面摩擦配合。采用上述结构后,结构简单,高空缆索运行稳定;另外,在电池耗尽或者电机发生故障时,能有效将爬行机器人安全回收。
Description
技术领域
本发明涉及应用在大型斜拉桥缆索检测的故障机器人,属于机器人技术领域,特别是一种摩擦轮式爬索检测机器人。
背景技术
随着经济的迅速发展,大跨度的桥梁的建造和使用变得广泛。其中,斜拉桥是大跨度桥梁中使用最普遍的一种。例如位于江苏省的苏通大桥、法国的诺曼底大桥、香港的昂船洲大桥。缆索是斜拉桥的主要受力构件,但是由于缆索的表面长期暴露在大气之中,受到风吹、日晒、雨淋和环境污染的侵蚀,其表面会受到较严重的破坏,加速了整座斜拉桥的老化程度,大大减少了斜拉桥的使用寿命。因此,对缆索的有效维护是十分必要的。目前,对斜拉桥缆索的定期检测以及维修主要还是依靠人工来完成,既费时又费力。
近几年,许多科研机构在爬索机器人领域研究中取得了成就。其中上海交通大学研究设计的特种机器人(专利号为99252056.8),这款特种机器人能有效的完成涂装维护功能,能部分满足检测要求;但是由于其自身结构复杂,采用电缆供电的方式,不适合高空作业,且效率很低。此外,该机器人没有设计相关的回收机构,当机器人由于电机发生故障时,机器人会因自身重力作用下降速度过快而损坏机器人本体,对在下面的操作人员的安全也构成了威胁。另外,需要利用外加“夹紧力”。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,而提供一种摩擦轮式爬索检测机器人,该摩擦轮式爬索检测机器人结构简单,高空缆索运行稳定;另外,在电池耗尽或者电机发生故障时,能有效将爬行机器人安全回收。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种摩擦轮式爬索检测机器人,包括移动小车、磁吸附机构和防落装置。
移动小车包括两个侧架、移动底盘和至少两个滚轮;移动底盘将两个侧架固定连接,至少一个滚轮为驱动轮。
磁吸附机构设置在移动底盘上,磁吸附机构能将移动小车吸附在缆索上。
防落装置包括齿轮传动机构、变速箱、摩擦机构和滚柱式超越离合器。
齿轮传动机构包括相互啮合的齿轮一和齿轮二,齿轮一通过滚柱式超越离合器与其中一个滚轮的滚轮轴相连接;齿轮二通过变速箱与摩擦机构相连接。
摩擦机构包括旋转驱动轴、摩擦壁、摩擦块和导杆;摩擦壁为圆环形,同轴固定设置在旋转驱动轴的外周;位于摩擦壁内的旋转驱动轴上沿周向呈辐射状设置有若干根导杆;每根导杆上滑动连接一个摩擦块;当旋转驱动轴转动时,每个摩擦块均能与摩擦壁的内壁面摩擦配合。
所述磁吸附机构包括轭铁、螺杆、弹簧、磁铁、螺母和活动垫板;螺杆从下至上依次穿过轭铁、移动底盘和活动垫板,并用螺母固定,螺杆与移动底盘之间为间隙配合;弹簧套装在位于轭铁和移动底盘两者之间的螺杆上,磁铁吸附在轭铁的底部。
所述磁吸附机构还包括磁铁套,磁铁套套装在磁铁的底部。
所述磁铁套的边缘呈圆弧形。
所述轭铁的底部吸附有两个磁铁。
所述磁铁为铷铁硼永磁铁。
所述滚轮为三个,其中两个滚轮为驱动轮,一个滚轮为从动轮;从动轮与其中一个驱动轮通过同步轮和同步带相连接。
每个驱动轮均由电机驱动,电机与驱动轮的驱动轴之间通过电磁离合器相连接。
本发明采用上述结构后,具有如下有益效果:
1.本发明滚轮加工成“V”型,在增加了与缆索的接触面积的同时,也能有效避免机构偏离拉索的现象。
2.本发明应用磁吸附机构,借助缆索的磁力来提供磁吸附力。该吸附机构具有结构紧凑、吸附力强、使用灵活等优点。磁吸附机构与缆索是非接触状态,在将小车主体与缆索稳定固定的同时,减小了爬升的阻力,当遇到障碍时,压缩磁吸附机构上的弹簧,使小车的主体有足够的空间越过障碍。
3.本发明的防落装置利用离心力摩擦原理来控制机器人的下降速度。该装置结构简单、轻便,维修方便。不但减轻小车本体的负载量,而且起到节约动力投资,降低产品成本的作用。当机构发生断电或者电气故障下滑时,电磁离合器分离,在重力作用下,摩擦轮式机器人沿着缆索下降,与防落装置连接的滚轮反转,滚柱式超越离合器内环逆时针转动,根据滚柱式超越离合器工作原理,此时滚柱式超越离合器闭合,带动齿轮传动机构中的齿轮转动,通过变速箱增速,依靠摩擦机构中的摩擦块转动压紧圆柱形的摩擦壁产生摩擦力,此时摩擦力产生一个反力矩平衡机器人上的主动力矩,以此达到限制下滑速度的效果。
附图说明
图1显示了本发明一种摩擦轮式爬索检测机器人的结构示意图。
图2显示了本发明中磁吸附机构的结构示意图。
图3显示了磁吸附机构与移动底盘的装配示意图。
图4显示了本发明中防落装置的结构示意图;
图5显示了本发明中变速箱的结构示意图。
其中有:
1.第一滚轮;2.第二滚轮;3.第三滚轮;4.磁吸附机构;41.轭铁;42.螺杆;43.弹簧;44.磁铁;45.磁铁套;46.螺母;47.活动垫板;5.移动底盘;6.齿轮传动机构;61.齿轮一;62.齿轮二;7.变速箱;71.大齿轮;72.小齿轮;8.摩擦机构;81.摩擦壁;82.摩擦块;83.导杆;84.旋转驱动轴;9.第一电机;10.第二电机;11.同步轮;12.同步带;13.侧架;14.第一滚轮轴;15.第二滚轮轴;16.第三滚轮轴;17.滚柱式超越离合器;18.支架;19.第一电磁离合器;20.第二电磁离合器。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,一种摩擦轮式爬索检测机器人,包括移动小车、磁吸附机构4和防落装置。
移动小车包括两个侧架13、移动底盘和至少两个滚轮。
本申请中滚轮的数量,优选设置为三个。三个滚轮依次为第一滚轮1、第二滚轮2和第三滚轮3。第一滚轮套装在第一滚轮轴14上,第二滚轮套装在第二滚轮轴15上,第三滚轮套装在第三滚轮轴16上。
其中,第一滚轮和第三滚轮为驱动轮,第二滚轮为从动轮。第二滚轮与第三滚轮之间通过同步轮11和同步带12相连接。
另外,每个驱动轮均由电机驱动,电机与驱动轮的驱动轴之间通过电磁离合器相连接。具体为:第一滚轮由第一电机9所驱动,第一电机9与第一滚轮轴之间通过第一电磁离合器19相连接。第三滚轮由第二电机10所驱动,第二电机10与第三滚轮轴之间通过第二电磁离合器20相连接。
根据爬升力需要,可以仅设置一个滚轮为驱动轮,也可将三个滚轮均设置为驱动轮。
侧架优选为两段式结构,移动底盘5优选有两个,两个移动底盘将两个侧架固定连接。
每个移动底盘上优选固定设置一个磁吸附机构,磁吸附机构能将移动小车吸附在缆索上。
磁吸附机构包括轭铁41、螺杆42、弹簧43、磁铁44、磁铁套45、螺母46和活动垫板47。
每个磁吸附机构均优选包括两根螺杆。每根螺杆均从下至上依次穿过轭铁、移动底盘和活动垫板,并用螺母固定,螺杆与移动底盘之间为间隙配合。
位于轭铁和移动底盘两者之间的每根螺杆上均套装一根弹簧。
每个轭铁的底部优选吸附一对磁铁,磁铁均优选为铷铁硼永磁铁。每个磁铁的底部套装一根磁铁套,磁铁套的边缘均优选呈圆弧形。
当遇到障碍挤压磁铁套时,弹簧压缩,磁铁沿着螺杆伸缩。当越过障碍后,依靠弹簧将磁铁压回原位置,调节螺杆上的螺母可改变磁吸附结构与缆索之间的间隙。
防落装置包括齿轮传动机构6、变速箱7、摩擦机构8和滚柱式超越离合器17。
齿轮传动机构包括相互啮合的齿轮一61和齿轮二62,齿轮一通过滚柱式超越离合器与其中第二滚轮轴相连接;齿轮二通过变速箱与摩擦机构相连接。
摩擦机构包括旋转驱动轴81、摩擦壁81、摩擦块82和导杆83。
摩擦壁优选为圆环形,摩擦壁的外壁通过支架18固定在侧架13上,摩擦壁且同轴套装在旋转驱动轴的外周。
位于摩擦壁内的旋转驱动轴上沿周向呈辐射状设置有若干根导杆;每根导杆上滑动连接一个摩擦块;当旋转驱动轴转动时,每个摩擦块均能与摩擦壁的内壁面摩擦配合。
机器人爬升时,滚柱式超越离合器处于分离状态,防落装置的齿轮传动机构不与第二滚轮接触,即不工作。
当机器人出现断电或***电气故障时,摩擦轮式机器人在重力的作用下沿着缆索方向下降,第二滚轮反转,滚柱式超越离合器内环逆向转动,根据滚柱式超越离合器工作原理:当内圈逆时针转动时,滚柱被楔紧而带动外圈转动,离合器接合;当内圈顺时针转动时,滚柱退入宽槽部位,外圈则不动,离合器分离,此时滚柱式超越离合器闭合,第二滚轮与防落装置的齿轮传动机构接触工作,轮式爬升机器人的第二滚轮轴反转下降时带动滚柱式超越离合器,通过变速箱中如图5所示的大齿轮和小齿轮,实现加速,依靠摩擦机构的旋转驱动轴84带动连接摩擦块82的导杆83转动,从而使摩擦块82在摩擦壁内腔旋转,此时产生的离心力使摩擦块82压紧摩擦壁81产生摩擦力,此时摩擦力产生一个反力矩平衡第二滚轮上的主动力矩,达到限制下滑速度的效果。依靠机器人自身的重力缓慢平稳的下滑,从而实现高空回收的目的。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种摩擦轮式爬索检测机器人,其特征在于:包括移动小车、磁吸附机构和防落装置;
移动小车包括两个侧架、移动底盘和至少两个滚轮;移动底盘将两个侧架固定连接,至少一个滚轮为驱动轮;
磁吸附机构设置在移动底盘上,磁吸附机构能将移动小车吸附在缆索上;
防落装置包括齿轮传动机构、变速箱、摩擦机构和滚柱式超越离合器;
齿轮传动机构包括相互啮合的齿轮一和齿轮二,齿轮一通过滚柱式超越离合器与其中一个滚轮的滚轮轴相连接;齿轮二通过变速箱与摩擦机构相连接;
摩擦机构包括旋转驱动轴、摩擦壁、摩擦块和导杆;摩擦壁为圆环形,同轴固定设置在旋转驱动轴的外周;位于摩擦壁内的旋转驱动轴上沿周向呈辐射状设置有若干根导杆;每根导杆上滑动连接一个摩擦块;当旋转驱动轴转动时,每个摩擦块均能与摩擦壁的内壁面摩擦配合;滚轮为三个,其中两个滚轮为驱动轮,一个滚轮为从动轮;从动轮与其中一个驱动轮通过同步轮和同步带相连接;每个驱动轮均由电机驱动,电机与驱动轮的驱动轴之间通过电磁离合器相连接;每个滚轮均呈V型;位于摩擦壁内的旋转驱动轴上沿周向呈辐射状设置有若干根导杆;每根导杆上滑动连接一个摩擦块;当旋转驱动轴转动时,每个摩擦块均能与摩擦壁的内壁面摩擦配合;机器人爬升时,滚柱式超越离合器处于分离状态,防落装置的齿轮传动机构不与第二滚轮接触,即不工作;当机器人出现断电或***电气故障时,摩擦轮式机器人在重力的作用下沿着缆索方向下降,第二滚轮反转,滚柱式超越离合器内环逆向转动,根据滚柱式超越离合器工作原理:当内圈逆时针转动时,滚柱被楔紧而带动外圈转动,离合器接合;当内圈顺时针转动时,滚柱退入宽槽部位,外圈则不动,离合器分离,此时滚柱式超越离合器闭合,第二滚轮与防落装置的齿轮传动机构接触工作,轮式爬升机器人的第二滚轮轴反转下降时带动滚柱式超越离合器,通过变速箱中大齿轮和小齿轮,实现加速,依靠摩擦机构的旋转驱动轴带动连接摩擦块的导杆转动,从而使摩擦块在摩擦壁内腔旋转,此时产生的离心力使摩擦块压紧摩擦壁产生摩擦力,此时摩擦力产生一个反力矩平衡第二滚轮上的主动力矩,达到限制下滑速度。
2.根据权利要求1所述的摩擦轮式爬索检测机器人,其特征在于:所述磁吸附机构包括轭铁、螺杆、弹簧、磁铁、螺母和活动垫板;螺杆从下至上依次穿过轭铁、移动底盘和活动垫板,并用螺母固定,螺杆与移动底盘之间为间隙配合;弹簧套装在位于轭铁和移动底盘两者之间的螺杆上,磁铁吸附在轭铁的底部。
3.根据权利要求2所述的摩擦轮式爬索检测机器人,其特征在于:所述磁吸附机构还包括磁铁套,磁铁套套装在磁铁的底部。
4.根据权利要求3所述的摩擦轮式爬索检测机器人,其特征在于:所述磁铁套的边缘呈圆弧形。
5.根据权利要求2所述的摩擦轮式爬索检测机器人,其特征在于:所述轭铁的底部吸附有两个磁铁。
6.根据权利要求2所述的摩擦轮式爬索检测机器人,其特征在于:所述磁铁为铷铁硼永磁铁。
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