[发明专利]缆索爬升机器人结构

说明书

技术领域

本发明是一种用于斜拉桥检测和维护的爬升机器人结构，属于大桥检测装置。

背景技术

随着经济的迅速发展，计算分析工具及建造技术的进步，斜拉桥作为现代桥梁的新型式，在世界范围内得到了广泛的应用。斜拉索是斜拉桥的一个重要组成部分，桥跨结构的重量和桥上活载，绝大部分或全部通过斜拉索传递到塔柱上。最为主要受力构件之一的斜拉索长期暴露在空气中，经风吹日晒不可避免会出现腐蚀现象。至今国内外已发生过几起通车仅几年就因缆索腐蚀严重而导致斜拉桥全部换索的不幸工程实例，如委内瑞拉的Maracibo桥、英国的Wye桥、广州海印桥和济南黄河公路桥等。为了降低缆索的维修费用，避免单根或全体缆索腐蚀而换索，定期的缆索内外部检查、修复都是必须的。

至今对斜拉索的检查和维护方式还相对比较落后，早期是利用卷扬机使设备沿缆索移动，记录测试数据或储存以作分析；虽然近几年上海交通大学机器人研究所利用特种机器人技术，采用电驱动摩擦轮压紧使机器人连续爬升或气驱动气缸夹紧蠕动爬升，利用随带的喷涂、磁检测等装置，实现了在役缆索的涂装、内部检测等作业，但是这两种机器人还有诸多不足之处：例如比较笨重(电驱动摩擦轮压紧连续爬升的自重达150kg，气驱动气缸夹紧蠕动爬升的自重达130kg)；能量消耗较大。此类爬升机器人一般适用于缆索喷涂作业；在维修、检测作业中，过大的自重使得它们存在安全隐患，因此未能得到广泛应用。

发明内容

本发明提供一种灵巧，能耗低，上下运动控制方便的缆索爬升机器人结构。

本发明采用如下技术方案：

一种缆索爬升机器人结构，其特征在于包括自锁夹紧机构、曲柄滑块爬升机构及底板，自锁夹紧机构至少具有两个，分别对应设置于该机器人结构的上部和下部，曲柄滑块爬升机构固定于底板的下部，连接其中一个自锁夹紧机构，另一个自锁夹紧机构则固定于底板的上部，曲柄滑块爬升机构通过其连接的自锁夹紧机构及底板，带动另外一个自锁夹紧机构进行爬升。

自锁夹紧机构由连接构件和夹持件构成，连接构件用于连接夹持件与曲柄滑块爬升机构或底板，夹持件用以夹持缆索，具有两个以上的夹持部件，以形成稳定的夹持力，曲柄滑块爬升机构则是由滑块与曲柄构成，滑块连接自锁夹紧机构的连接构件，使得二者一起作爬升运动。

具体地说，上述的自锁夹紧机构由定夹件、动夹件、动夹件滚轮、步进电机、摆杆滑轮、摆杆、凸轮槽架、凸轮执行件组成。摆杆中间通过定轴固定在支架上，摆杆的中间有摆杆导轨，摆杆滑轮的上部穿过该导轨，步进电机带动凸轮执行件在凸轮槽架的凸轮槽内沿行程运动，从而使与凸轮槽架固联的摆杆绕定轴转动与缆索之间形成一个楔角，该楔角使得自锁夹紧机构随着位置的变化，摆杆滑轮和动夹件滚轮夹紧或放松其所夹持的缆索；

该机构中采用的是带减速箱的步进电机，具有一定的定位扭矩。当凸轮执行件运动到凸轮槽的最下端时，摆杆与缆索之间形成向上爬行自锁夹紧机构；当凸轮执行件运动到凸轮槽的最上端时，楔角消失，解除夹紧状态；同时定夹件、动夹件、动夹件滚轮与滑块或上大支架构成可调组件使其适用于不同缆索杆径。曲柄滑块爬升机构由滑块、连杆、曲柄组成。其中上自锁夹紧机构位于底板上，下自锁夹紧机构置于滑块上。驱动电机通过曲柄和连杆驱动滑块在导轨上移动，移动到一定位置后，摆杆滑轮移动到摆杆导轨的上部，使得与滑块相连接的自锁夹紧机构夹紧缆索，因导轨经由导轨夹固定在底板上，经由曲柄的作用，推动另一个自锁夹紧机构向上运动，所以上下自锁夹紧机构在驱动电机的驱动下可以产生相对运动，实现爬升动作。

自锁夹紧机构均匀分布在该机器人结构的上下方向，以形成均匀的作用力，便于爬升，设置三个以上的自锁夹紧机构是根据负载情况进行设定的，便于其可应用于大负载及爬升困难的情况。

自锁夹紧机构至少两个可反向设置，一个负责向上爬升，一个负责向下爬行。

上述的缆索爬升机器人结构，其步进电机通过轴连接于凸轮执行件，凸轮执行件的前端活动连接于凸轮槽架上，凸轮槽架上具有部分设置的导槽，该导槽位于凸轮槽架靠近步进电机的一侧，并从其底部开设到中部，凸轮执行件的前端设置于该导槽中。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明结构简单，自重较小，能耗低，爬升方便，可适用于缆索爬升的各种情况。

而且本发明在应用过程中，只需一个24V的直流驱动电机和两个减速步进电机。在驱动电机工作之前，由步进电机来控制夹紧机构的上行或下行状态，向上爬行过程中，步进电机都处于不工作状态，只需连续运行驱动电机，控制比较简单。还可以方便地调节可调组件使其适用于不同缆索杆径。

附图说明