CN111535170B - 一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构，包括爬升机架、磁铁和四个滚轮；爬升机架包括竖向连接板和两块滚轮安装板；两块滚轮安装板呈“八”字形对称设置在竖向连接板的两条竖向侧边上；磁铁布设在竖向连接板的中心轴线上，且具有与缆索相配合的弧面，弧面与缆索之间具有间隙；每块滚轮安装板上均设置两个呈“八”字形的滚轮，每个滚轮均能在对应驱动装置的作用下实现独立转动；每个滚轮的圆周外表面均匀嵌套有若干个滚珠，每个滚珠均沿着对应滚轮的径向布设，且能实现自由转动。本发明通过对滚轮的设计，能够实现沿缆索的轴向爬升，还能实现绕缆索圆周方向的旋转，即两个自由度可控的运动。

Description

一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构

技术领域

本发明涉及建筑领域用检测机器人，特别是一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构。

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201410628752.2，发明名称为“一种基于复合驱动技术的二自由度拉索机器人”的中国专利申请；以及申请号为201510726052.1，发明名称为“一种旋转可控的高空缆索机器人爬升机构”的中国专利申请等。

然而，上述两个专利申请，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，从而严重影响了其推广的实用价值。

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、由于是封闭结构，当缆索上出现钢丝的翘起等障碍时，机构容易被障碍挂住，停留在高空，无法返回地面，造成极大的安全隐患。

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，而提供一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构，该建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构通过对滚轮的设计，能够实现沿缆索的轴向爬升，还能够实现绕缆索圆周方向的旋转，即两个自由度的可控的运动。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构，包括爬升机架、磁铁和四个滚轮。

爬升机架包括竖向连接板和两块滚轮安装板。两块滚轮安装板呈“八”字形对称设置在竖向连接板的两条竖向侧边上，每块滚轮安装板均与竖向连接板之间呈钝角。

磁铁布设在竖向连接板的中心轴线上，且具有与缆索相配合的弧面，弧面与缆索之间具有间隙。

每块滚轮安装板上均设置两个呈“八”字形的滚轮，每个滚轮均能在对应驱动装置的作用下实现独立转动。每个滚轮的圆周外表面均匀嵌套有若干个滚珠，每个滚珠均沿着对应滚轮的径向布设，且能实现自由转动。

每个滚轮均通过支撑腿与滚轮安装板相连接，支撑腿的一端与滚轮安装板固定连接，另一端与滚轮的滚轴相铰接。

每根支撑腿均指向缆索的圆心。

每个滚轮均具有同轴套装在滚轴外周的中心支架。中心支架的圆周外表面均匀设置有与滚珠数量相等的滚珠槽。

每个滚珠均呈轮形，包括小滚轮和小滚轴，小滚轮同轴套装在小滚轴外周，小滚轴均嵌套在滚珠槽中，且与对应滚轮的径向相垂直。小滚轮在滚珠槽内，沿对应滚轮的径向布设，且能自由转动。

一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构的爬升方法，包括如下步骤。

步骤1，爬升机构吸附：将携带有检测设备的爬升机构放置在缆索上，四个滚轮均与缆索表面相接触，磁铁的弧面与缆索之间具有间隙。磁铁与缆索之间形成磁吸附，使得爬升机构吸附在缆索表面。

步骤2，爬升：假设位于上层的两个滚轮从左至右分别为滚轮一和滚轮二，位于下层的两个滚轮从左至右分别为滚轮三和滚轮四，当滚轮一和滚轮三逆时针转动，滚轮二和滚轮四顺时针转动时，则能实现爬升机构的向上爬升。

步骤3，旋转：当爬升至设定高度后，爬升机构将能沿着缆索表面进行周向旋转，实现周向检测。旋转的方法为：滚轮一和滚轮二逆时针转动，滚轮三和滚轮四顺时针转动。

步骤2中，在爬升过程中，当遇到障碍物时，四个滚轮将按照步骤3的旋转方法进行旋转，从而绕过障碍。

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、当检测装置检测到有钢丝翘起等障碍时，机构可以利用自身的旋转，机构旋转到远离障碍的一侧，能够很大程度的避免机构被挂在高空无法返回地面，确保安全性。

5、本发明采用的是电磁吸附原理，机构本体不环绕缆索的四周，为开式结构，从而现场安装方便，不需拆卸安装。磁铁产生的磁吸力，沿着缆索的径向，从而将爬升机构吸附在缆索表面。

6、本发明通过对滚轮的特殊设置，除了能够实现沿缆索轴向爬升，还能够实现绕拉锁圆周方向的旋转，即两个自由度的可控的运动。

附图说明

图1显示了本发明一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构的结构示意图一。

图2显示了本发明一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构的结构示意图二。

图3显示了本发明中四个滚轮的布设方式示意图。

图4显示了本发明一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构的截面示意图。

图5显示了本发明中滚轮的结构示意图。

图6显示了四个滚轮在爬升时的转动方向示意图。

图7显示了四个滚轮在旋转时的转动方向示意图。

其中有：

10.缆索；

20.爬升机架；21.竖向连接板；22.滚轮安装板；

30.磁铁；31.弧面；32.间隙；

40.滚轮；

41.滚轮一；411.中心支架；412.滚珠；413.支撑腿；

42.滚轮二；43.滚轮三；44.滚轮四。

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，一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构，包括爬升机架20、磁铁30和四个滚轮40。

爬升机架包括竖向连接板21和两块滚轮安装板22。两块滚轮安装板呈“八”字形对称设置在竖向连接板的两条竖向侧边上，每块滚轮安装板均与竖向连接板之间呈钝角。

如图4所示，磁铁平面的一侧布设在竖向连接板的中心轴线上，且具有与缆索相配合的弧面31，弧面与缆索之间具有间隙32。磁铁（优选为永磁，也可以为电磁），因为间隙的存在，将不与缆索直接物理接触，因而只产生磁吸力，将整个机构压在缆索上，使得滚轮与缆索直接产生压力，有了这个压力，滚轮滚动就可以实现爬升的动作了。类似于重力将车子“压在”路面上，而路面与轮子之间产生压力，轮子旋转驱动车辆运动。当滚轮旋转时，滚轮与缆索之间摩擦力克服重力，实现爬升。

每块滚轮安装板上均设置两个呈“八”字形的滚轮，每个滚轮均能在对应驱动装置的作用下实现独立转动。

如图2所示，四个滚轮分别为：位于上层的两个滚轮从左至右分别为滚轮一1和滚轮二42，位于下层的两个滚轮从左至右分别为滚轮三43和滚轮四44。

如图5所示，每个滚轮的圆周外表面均匀嵌套有若干个滚珠412，每个滚珠均沿着对应滚轮的径向布设，且能实现自由转动。

进一步，每个滚轮均优选通过支撑腿413与滚轮安装板相连接。其中，每根支撑腿均有指向缆索10的圆心，支撑腿的一端与滚轮安装板固定连接，另一端与滚轮的滚轴相铰接。

进一步，每个滚轮均优选具有同轴套装在滚轴外周的中心支架411。中心支架的圆周外表面均匀设置有与滚珠数量相等的滚珠槽。

进一步，每个滚珠均优选呈轮形，包括小滚轮和小滚轴，小滚轮同轴套装在小滚轴外周，小滚轴均嵌套在滚珠槽中，且与对应滚轮的径向相垂直。小滚轮在滚珠槽内，沿对应滚轮的径向布设，且能自由转动。

一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构的爬升方法，包括如下步骤。

步骤1，爬升机构吸附：将携带有检测设备的爬升机构放置在缆索上，四个滚轮均与缆索表面相接触，磁铁的弧面与缆索之间具有间隙。磁铁与缆索之间形成磁吸附，使得爬升机构吸附在缆索表面。

步骤2，爬升：如图6所示，当滚轮一和滚轮三逆时针转动，滚轮二和滚轮四顺时针转动时，则能实现爬升机构的向上爬升。在爬升过程中，当遇到障碍物时，四个滚轮将按照步骤3的旋转方法进行旋转一个设定角度，从而绕过障碍。

步骤3，旋转：如图7所示，当爬升至设定高度后，爬升机构将能沿着缆索表面进行周向旋转，实现周向检测。旋转的方法为：滚轮一和滚轮二逆时针转动，滚轮三和滚轮四顺时针转动。

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 (4)

1.一种建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构，其特征在于：包括爬升机架、磁铁和四个滚轮；

爬升机架包括竖向连接板和两块滚轮安装板；两块滚轮安装板呈“八”字形对称设置在竖向连接板的两条竖向侧边上，每块滚轮安装板均与竖向连接板之间呈钝角；

磁铁布设在竖向连接板的中心轴线上，且具有与缆索相配合的弧面，弧面与缆索之间具有间隙；

每块滚轮安装板上均设置两个呈“八”字形的滚轮，每个滚轮均能在对应驱动装置的作用下实现独立转动；每个滚轮的圆周外表面均匀嵌套有若干个滚珠，每个滚珠均沿着对应滚轮的径向布设，且能实现自由转动；

每个滚轮均通过支撑腿与滚轮安装板相连接，支撑腿的一端与滚轮安装板固定连接，另一端与滚轮的滚轴相铰接；每根支撑腿均指向缆索的圆心；

在爬升过程中，当遇到障碍物时，四个滚轮将采用周向旋转的方法进行旋转，从而绕过障碍；当四个滚轮沿着缆索表面进行周向旋转时，还能实现周向检测。

2.根据权利要求1所述的建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构，其特征在于：每个滚轮均具有同轴套装在滚轴外周的中心支架；中心支架的圆周外表面均匀设置有与滚珠数量相等的滚珠槽；

每个滚珠均呈轮形，包括小滚轮和小滚轴，小滚轮同轴套装在小滚轴外周，小滚轴均嵌套在滚珠槽中，且与对应滚轮的径向相垂直；小滚轮在滚珠槽内，沿对应滚轮的径向布设，且能自由转动。

3.一种基于权利要求1-2任一项所述的建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构的爬升方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，爬升机构吸附：将携带有检测设备的爬升机构放置在缆索上，四个滚轮均与缆索表面相接触，磁铁的弧面与缆索之间具有间隙；磁铁与缆索之间形成磁吸附，使得爬升机构吸附在缆索表面；

步骤2，爬升：假设位于上层的两个滚轮从左至右分别为滚轮一和滚轮二，位于下层的两个滚轮从左至右分别为滚轮三和滚轮四，当滚轮一和滚轮三逆时针转动，滚轮二和滚轮四顺时针转动时，则能实现爬升机构的向上爬升；

步骤3，旋转：当爬升至设定高度后，爬升机构将能沿着缆索表面进行周向旋转，实现周向检测；旋转的方法为：滚轮一和滚轮二逆时针转动，滚轮三和滚轮四顺时针转动。

4.根据权利要求3所述的建筑缆索用易安装的机器人开式爬升机构的爬升方法，其特征在于：步骤2中，在爬升过程中，当遇到障碍物时，四个滚轮将按照步骤3的旋转方法进行旋转，从而绕过障碍。

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