CN111497962A - 一种高空建筑用自吸附式攀爬机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高空建筑用自吸附式攀爬机构，包括机架、四个滚轮和吸附装置；机架与待攀爬的高空建筑表面相平行；四个滚轮对称设在吸附装置两侧，其中任意一个、两个或多个滚轮为主动轮；吸附装置包括大带轮、小带轮、柔性带和吸盘；大带轮和小带轮均通过支架安装在机架上，大带轮位于行进方向的前端，小带轮位于行进方向的尾端；大带轮或小带轮为驱动轮；柔性带套装在大带轮和小带轮外周，朝向机架一侧的柔性带与机架相平行，背离机架一侧的柔性带与机架之间具有倾角α；吸盘均匀布设在柔性带的外表面，每个吸盘的高度均能自由伸缩。本发明基于真空吸附原理，通过独特设计，从而实现无动力源的自吸附式结构，与高空建筑实现稳定的吸附。

Description

一种高空建筑用自吸附式攀爬机构

技术领域

本发明涉及建筑领域用检测机器人，特别是一种高空建筑用自吸附式攀爬机构。

背景技术

在现代工业建筑中，缆索的使用越来越广泛，例如斜拉桥、缆车等均需要使用缆索来实现整体结构的稳定。缆索在使用过程中，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，所以对缆索的质量验收、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，缆索桥和斜拉桥作为特大型经济桥梁，被普遍采用。

缆索作为这类桥梁的主要构件，其安全性得到了普遍关注。因而，出现了关于对斜拉桥的缆索进行检测的爬行机器人。例如：申请号为201510726413.2，发明名称为“一种闭式高空缆索爬升机器人”的中国专利申请、申请号为201610474655.1，发明名称为“一种摩擦轮式爬索检测机器人”的中国专利申请以及申请号为201410629242.7，发明名称为“一种斜拉桥拉索检测机器人”的中国专利申请等。

然而，上述专利申请，在实施时，还存在着以下问题：

1、均为封闭式结构，现场测试过程的安装极为不便，需要将整个机构拆散，套装在缆索上，然后再安装起来，耗时费力，严重影响了专利申请的实用价值。

2、结构复杂，零部件过多，笨重，制造困难，成本高。

3、采用弹簧施加机构的夹紧力，在高空动态风载、缆索自身振动等非线性动态因素的作用下容易引起机构的共振，失稳，轻则影响所携带检测设备的精度和稳定性，重则使机构跌落，引发安全事故。

4、仅能适用于特定杆径缆索的爬升，当杆径变化较大，难以爬升锥形的杆状物体，更不可能爬升平面，或者其他形式弧面的物体。

5、在高空爬升领域如果采用真空吸盘进行吸附，一般情况下需要提供动力源，在高空等一下极端环境下，提供真空动力源显然不现实，如没有办法走线，空气、电能消耗量太大等。

6、在201510726413.2中，没有旋转的自由度可控，故而不便于对缆索进行圆周方向的检测。

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，而提供一种高空建筑用自吸附式攀爬机构，该建筑缆索用自吸附式攀爬机构基于真空吸附原理，通过独特的驱动结构设计，从而实现无动力源的自吸附式结构，与缆索实现稳定的吸附。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高空建筑用自吸附式攀爬机构，包括机架、四个滚轮和吸附装置。

机架与待攀爬的高空建筑表面相平行。

四个滚轮和吸附装置均设置在朝向高空建筑一侧的机架上，且四个滚轮对称设置在吸附装置两侧，其中任意一个、两个或多个滚轮为主动轮。

吸附装置包括大带轮、小带轮、柔性带和吸盘。大带轮和小带轮均通过支架安装在机架上，其中，大带轮位于行进方向的前端，小带轮位于行进方向的尾端。大带轮或小带轮为驱动轮。

柔性带套装在大带轮和小带轮外周，背离机架一侧的柔性带与机架之间具有倾角α。

吸盘均匀布设在柔性带的外表面，每个吸盘的高度均能自由伸缩。

当朝向机架一侧的柔性带与机架相平行时，倾角α在垂直于机架方向上的高度为大带轮和小带轮的直径之差。

吸盘包括柔性唇部、连接块、芯轴和弹簧。

柔性唇部呈中空的盘形，其底部与连接块的顶端相连接。

连接块的轴线上设置有芯轴容腔、轴肩容腔和泄气孔。轴肩容腔的直径大于芯轴容腔的直径，泄气孔与轴肩容腔相连通。

芯轴的中部设置有轴肩，芯轴与芯轴容腔密封滑动配合，轴肩与轴肩容腔间隙配合。芯轴底端与柔性带固定连接，芯轴顶端设置有轴向通气孔和径向通气孔。其中，轴向通气孔沿芯轴的轴线设置，且与柔性唇部的中空腔相连通。径向通气孔位于轴向通气孔底部，沿径向设置，且与轴向通气孔相连通。

弹簧位于轴肩下方的轴肩容腔内，且套装在芯轴外周。

高空建筑为缆索、核电站，高压锅炉或高空幕墙。

柔性带为同步带或链条。

一种建筑缆索用自吸附式攀爬机构的攀爬方法，包括如下步骤。

步骤1，攀爬机构放置吸附：将攀爬机构放置在待攀爬的高空建筑表面，具体放置要求：机架与高空建筑表面相平行，吸附装置中大带轮位于行进方向的前端，小带轮位于行进方向的尾端。同时，使得位于大带轮正下方的吸盘A与高空建筑表面相吸附。

步骤2，攀爬机构稳定吸附，包括如下步骤：

步骤21，吸盘伸长：机架与高空建筑表面始终相平行，朝向高空建筑表面的柔性带与机架之间具有倾角α。大带轮顺时针转动，机架向上缓慢攀爬，吸盘A沿倾角α向着小带轮方向移动，由于倾角α的存在，吸盘A将自适应地进行伸长，并保持与高空建筑表面相吸附。同时，位于吸盘A下游的吸盘B在柔性带的传输下，运动至大带轮正下方，并实现与高空建筑表面的吸附。

步骤22，吸盘再次伸长：大带轮继续顺时针转动，机架继续向上缓慢攀爬，吸盘A继续沿倾角α向着小带轮方向移动，吸盘A将自适应地进行再次伸长，并保持与高空建筑表面相吸附。吸盘B将参照步骤21中的吸盘A进行伸长，并保持与高空建筑表面相吸附。同时，位于吸盘B下游的吸盘C在柔性带的传输下，运动至大带轮正下方，并实现与高空建筑表面的吸附。

步骤23，吸盘稳定吸附：重复步骤21至步骤22，当吸盘A移动至小带轮正下方时，吸盘A伸长长度最大，位于倾角α柔性带上的m个吸盘均与高空建筑表面相吸附，吸附力大于攀爬机构的重力，整个攀爬机构“压覆”在高空建筑表面。m个吸盘的伸长长度从大带轮至小带轮方向依次递增。与此同时，吸盘A将处于释放真空状态，大带轮停止转动。

步骤3，滚动吸附：四个滚动，在驱动装置的作用下，实现向上攀爬，带动大带轮和小带轮自适应转动，吸盘A复位。若干个吸盘将重复步骤2及本步骤，实现攀爬过程中的滚动吸附。

步骤23中，吸盘A伸长长度最大时，位于芯轴上的径向通气孔与轴肩容腔及泄气孔相连通，形成真空泄气通道。步骤3中，吸盘A在弹簧的作用下进行复位。

本发明具有如下有益效果：

1、开式结构，安装极为方便。

2、结构简单，重量轻（延长电池的爬升高度），制造容易，成本低。

3、由于取消了弹簧等柔性零件，该机构可以稳固吸附在缆索表面，不受高空动态风载、缆索自身振动等非线性动态因素的影响，稳定性好。

4、无需提供任何动力源即可实现稳定的吸附，节能，无需动力线，可以实现复杂、高空等极端环境。

5、适用不同杆径的爬升，锥形杆的爬升，扩展为圆弧面，平面的爬升。本发明可以扩展核电站，高压锅炉，高空幕墙攀爬，高层建筑等极端高空建筑物，人类所不能达到的极端环境。且无需提供任何动力。

附图说明

图1显示了本发明一种高空建筑用自吸附式攀爬机构的立体结构图一。

图2显示了本发明一种高空建筑用自吸附式攀爬机构的立体结构图二。

图3显示了本发明中吸附装置的立体结构示意图。

图4显示了本发明的吸附装置中吸盘处于自然状态时的结构图。

图5显示了本发明的吸附装置中吸盘处于工作状态时的结构图。

图6显示了本发明中吸盘处于自然状态时的结构图。

图7显示了本发明中吸盘处于吸真空状态时的结构图。

图8显示了本发明中吸盘处于释放真空状态的结构图。

其中有：

10.缆索；20.机架；30.滚轮；

40.吸附装置；

41.大带轮；42.小带轮；43.柔性带；

44.吸盘；

441.柔性唇部；

442.连接块；4421.芯轴容腔；4422.轴肩容腔；4423.泄气孔；

443.芯轴；4431.轴向通气孔；4432.径向通气孔；4433.轴肩；

444.弹簧；

45.支架。

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。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种高空建筑用自吸附式攀爬机构，包括机架20、四个滚轮30和吸附装置40。

机架与待攀爬的高空建筑表面相平行。高空建筑优选为缆索10、核电站，高压锅炉或高空幕墙等。当高空建筑为缆索10时，机架优选为弧面。

四个滚轮和吸附装置均设置在朝向高空建筑一侧的机架上，且四个滚轮对称设置在吸附装置两侧，其中任意一个、两个或多个滚轮为主动轮，也即不用限定谁是主动轮。

如图3、图4和图5所示，吸附装置包括大带轮41、小带轮42、柔性带43和吸盘44。大带轮和小带轮均通过支架45安装在机架上，其中，大带轮位于行进方向的前端，小带轮位于行进方向的尾端。大带轮或小带轮为驱动轮。

柔性带套装在大带轮和小带轮外周，优选为同步带或链条等。

朝向机架一侧的柔性带与机架优选相平行，背离机架一侧的柔性带与机架之间具有倾角α。倾角α在垂直于机架方向上的高度为大带轮和小带轮的直径之差。

吸盘均匀布设在柔性带的外表面，每个吸盘的高度均能自由伸缩。

如图6、图7和图8所示，吸盘优选包括柔性唇部441、连接块442、芯轴443和弹簧444。

柔性唇部呈中空的盘形，其底部与连接块的顶端相连接。

连接块的轴线上设置有芯轴容腔4421、轴肩容腔4422和泄气孔4423。轴肩容腔的直径大于芯轴容腔的直径，泄气孔与轴肩容腔相连通。

芯轴的中部设置有轴肩4433，芯轴与芯轴容腔密封滑动配合，轴肩与轴肩容腔间隙配合。芯轴底端与柔性带固定连接，芯轴顶端设置有轴向通气孔4431和径向通气孔4432。其中，轴向通气孔沿芯轴的轴线设置，且与柔性唇部的中空腔相连通。径向通气孔位于轴向通气孔底部，沿径向设置，且与轴向通气孔相连通。

弹簧位于轴肩下方的轴肩容腔内，且套装在芯轴外周，起复位作用。

如图7所示，当芯轴相对于连接块拉伸时，相当于气缸活塞的运动，实现吸附，此时芯轴内部设置的通气孔处于密封“截断”的状态。

当芯轴相对于连接块继续拉伸，则芯轴内部设置的通气孔与轴肩容腔及泄气孔形成“导通”，释放真空，不在产生吸附力，如图8所示。

驱动装置驱动滚轮滚动时，由于“倾角”的存在，吸盘逐个、依次、逐渐的被拉伸，吸盘的吸附力逐渐变大，实现了吸附。而随着吸盘拉伸量的加大，通气孔与轴肩容腔及泄气孔形成“导通”，释放真空，不在产生吸附力，磁盘逐个释放真空。

如此循环往复，当吸附装置滚动时即可实现吸附。

一种建筑缆索用自吸附式攀爬机构的攀爬方法，包括如下步骤。

步骤1，攀爬机构放置吸附：人工或吊装装置等将攀爬机构放置在待攀爬的高空建筑表面，具体放置要求：机架与高空建筑表面相平行，吸附装置中大带轮位于行进方向的前端，小带轮位于行进方向的尾端。同时，使得位于大带轮正下方的吸盘A与高空建筑表面相吸附。

步骤2，攀爬机构稳定吸附，包括如下步骤.

步骤21，吸盘伸长：机架与高空建筑表面始终相平行，朝向高空建筑表面的柔性带与机架之间具有倾角α。大带轮顺时针转动（人工或吊装装置等向上推移产生），机架向上缓慢攀爬，吸盘A沿倾角α向着小带轮方向移动，由于倾角α的存在，吸盘A将自适应地进行伸长，并保持与高空建筑表面相吸附。同时，位于吸盘A下游的吸盘B在柔性带的传输下，运动至大带轮正下方，并实现与高空建筑表面的吸附。

步骤22，吸盘再次伸长：大带轮继续顺时针转动，机架继续向上缓慢攀爬，吸盘A继续沿倾角α向着小带轮方向移动，吸盘A将自适应地进行再次伸长，并保持与高空建筑表面相吸附。吸盘B将参照步骤21中的吸盘A进行伸长，并保持与高空建筑表面相吸附。同时，位于吸盘B下游的吸盘C在柔性带的传输下，运动至大带轮正下方，并实现与高空建筑表面的吸附。

步骤23，吸盘稳定吸附：重复步骤21至步骤22，当吸盘A移动至小带轮正下方时，吸盘A伸长长度最大，位于倾角α柔性带上的m个吸盘均与高空建筑表面相吸附，吸附力大于攀爬机构的重力，整个攀爬机构“压覆”在高空建筑表面。m个吸盘的伸长长度从大带轮至小带轮方向依次递增。与此同时，吸盘A将处于释放真空状态，大带轮停止转动。

在本步骤中，吸盘A伸长长度最大时，位于芯轴上的径向通气孔与轴肩容腔及泄气孔相连通，形成真空泄气通道。

步骤3，滚动吸附：四个滚动，在驱动装置的作用下，实现向上攀爬，带动大带轮和小带轮自适应转动，吸盘A在弹簧的作用下进行复位。若干个吸盘将重复步骤2及本步骤，实现攀爬过程中的滚动吸附。

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 (7)

1.一种高空建筑用自吸附式攀爬机构，其特征在于：包括机架、四个滚轮和吸附装置；

机架与待攀爬的高空建筑表面相平行；

四个滚轮和吸附装置均设置在朝向高空建筑一侧的机架上，且四个滚轮对称设置在吸附装置两侧，其中任意一个、两个或多个滚轮为主动轮；

吸附装置包括大带轮、小带轮、柔性带和吸盘；大带轮和小带轮均通过支架安装在机架上，其中，大带轮位于行进方向的前端，小带轮位于行进方向的尾端；大带轮或小带轮为驱动轮；

柔性带套装在大带轮和小带轮外周，背离机架一侧的柔性带与机架之间具有倾角α；

吸盘均匀布设在柔性带的外表面，每个吸盘的高度均能自由伸缩。

2.根据权利要求1所述的建筑缆索用自吸附式攀爬机构，其特征在于：（当朝向机架一侧的柔性带与机架相平行，倾角α在垂直于机架方向上的高度为大带轮和小带轮的直径之差。

3.根据权利要求1所述的建筑缆索用自吸附式攀爬机构，其特征在于：吸盘包括柔性唇部、连接块、芯轴和弹簧；

柔性唇部呈中空的盘形，其底部与连接块的顶端相连接；

连接块的轴线上设置有芯轴容腔、轴肩容腔和泄气孔；轴肩容腔的直径大于芯轴容腔的直径，泄气孔与轴肩容腔相连通；

芯轴的中部设置有轴肩，芯轴与芯轴容腔密封滑动配合，轴肩与轴肩容腔间隙配合；芯轴底端与柔性带固定连接，芯轴顶端设置有轴向通气孔和径向通气孔；其中，轴向通气孔沿芯轴的轴线设置，且与柔性唇部的中空腔相连通；径向通气孔位于轴向通气孔底部，沿径向设置，且与轴向通气孔相连通；

弹簧位于轴肩下方的轴肩容腔内，且套装在芯轴外周。

4.根据权利要求1所述的建筑缆索用自吸附式攀爬机构，其特征在于：高空建筑为缆索、核电站，高压锅炉或高空幕墙。

5.根据权利要求1所述的建筑缆索用自吸附式攀爬机构，其特征在于：柔性带为同步带或链条。

6.一种建筑缆索用自吸附式攀爬机构的攀爬方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，攀爬机构放置吸附：将攀爬机构放置在待攀爬的高空建筑表面，具体放置要求：机架与高空建筑表面相平行，吸附装置中大带轮位于行进方向的前端，小带轮位于行进方向的尾端；同时，使得位于大带轮正下方的吸盘A与高空建筑表面相吸附；

步骤2，攀爬机构稳定吸附，包括如下步骤：

步骤21，吸盘伸长：机架与高空建筑表面始终相平行，朝向高空建筑表面的柔性带与机架之间具有倾角α；大带轮顺时针转动，机架向上缓慢攀爬，吸盘A沿倾角α向着小带轮方向移动，由于倾角α的存在，吸盘A将自适应地进行伸长，并保持与高空建筑表面相吸附；同时，位于吸盘A下游的吸盘B在柔性带的传输下，运动至大带轮正下方，并实现与高空建筑表面的吸附；

步骤22，吸盘再次伸长：大带轮继续顺时针转动，机架继续向上缓慢攀爬，吸盘A继续沿倾角α向着小带轮方向移动，吸盘A将自适应地进行再次伸长，并保持与高空建筑表面相吸附；吸盘B将参照步骤21中的吸盘A进行伸长，并保持与高空建筑表面相吸附；同时，位于吸盘B下游的吸盘C在柔性带的传输下，运动至大带轮正下方，并实现与高空建筑表面的吸附；

步骤23，吸盘稳定吸附：重复步骤21至步骤22，当吸盘A移动至小带轮正下方时，吸盘A伸长长度最大，位于倾角α柔性带上的m个吸盘均与高空建筑表面相吸附，吸附力大于攀爬机构的重力，整个攀爬机构“压覆”在高空建筑表面；m个吸盘的伸长长度从大带轮至小带轮方向依次递增；与此同时，吸盘A将处于释放真空状态，大带轮停止转动；

步骤3，滚动吸附：四个滚动，在驱动装置的作用下，实现向上攀爬，带动大带轮和小带轮自适应转动，吸盘A复位；若干个吸盘将重复步骤2及本步骤，实现攀爬过程中的滚动吸附。

7.根据权利要求6所述的建筑缆索用自吸附式攀爬机构的攀爬方法，其特征在于：步骤23中，吸盘A伸长长度最大时，位于芯轴上的径向通气孔与轴肩容腔及泄气孔相连通，形成真空泄气通道；步骤3中，吸盘A在弹簧的作用下进行复位。

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