自调速式缆索机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种自调速式缆索机器人，属于特种机器人领域。它包括机架、滚轮、主轴、滚动轴承A、同步带轮A、同步带、同步带轮B、同步电机、回程机构，所述的回程机构由增速机构和内涨块式制动机构构成；所述的增速机构由传动轴、滚动轴承B、齿轮B、齿轮A组成；所述的内涨块式制动机构由制动轮、法兰盘、闸块、凸轮、张紧弹簧、转动轴、轴套组成。本发明解决了现有缆索机器人在意外断电时难以自动返回地面、机器人在正常返回地面时耗用大量能源以及返回时速度难以自动调节的问题，具有设计合理、易于制造的优点。
【专利说明】自调速式缆索机器人
【技术领域】
[0001]本发明属于特种机器人领域，更具体地说，是涉及一种用于缆索检测与维护的自调速式缆索机器人。
【背景技术】
[0002]斜拉桥作为现代桥梁的新形式，在世界范围内得到了广泛的应用。作为斜拉桥主要受力构件之一的缆索长期暴露在空气中，经风吹雨淋日晒，缆索表面的聚乙烯护套将会产生不同程度的硬化和开裂现象，给护套内的钢丝束带来锈斑、断丝等严重问题；同时由于随机风振、雨振，使缆索内的钢丝产生微摩擦，继而引起严重的断丝问题，给斜拉桥埋下严重的隐患。由于斜拉桥是最近几十年才兴起的新桥型，与斜拉桥的主要受力构件缆索相配套的缆索维护措施还很不完善。
[0003]早期对缆索的检测与维护采用卷扬机拖动吊篮小车以人工的方式。吊篮小车作业方式的缺点为:1.小车重量大，吊篮小车加上两位工作人员重达七八百公斤，并且为了减小提升力，采用了坚硬的尼龙轮压在缆索上，这不仅会刮落底涂层，而且会擦伤缆索表面的PE防护层，严重时甚至会剪断钢丝；2.施工工期长、成本高，清洗涂装一座大桥上全部缆索的工期达数月之久，并且各种费用较高；3.工人工作的环境极端恶劣，工作人员在一百多米的高空作业，不仅面临大风、难于通讯的情况，而且会有人员伤亡事故的发生。
[0004]近几年来，由上海交通大学研制的多款气动、电动缆索机器人较以前有较大的改进，基本满足一般的使用要求，但也有机械结构和控制系统复杂，意外事故机器人难以自动返回地面，实际操作不便，因此未能得到广泛的应用。
【发明内容】
[0005]针对现有缆索机器人在意外断电时难以自动返回地面、机器人在正常返回地面时耗用大量能源以及返回时速度难以自动调节的问题，本发明提供一种自调速式缆索机器人。
[0006]为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
[0007]一种自调速式缆索机器人，其包括机架、滚轮、主轴、滚动轴承A、同步带轮A、同步带、同步带轮B、同步电机，机架上设置有滚动轴承A、同步电机，主轴装配于滚动轴承A中，主轴一端与同步带轮A相连，滚轮装配于主轴上，滚轮圆弧面压于缆索表面，同步带轮B装配于同步电机主轴上，同步带轮A和同步带轮B都与同步带相啮合；自调速式缆索机器人还包括回程机构，所述的回程机构由增速机构和内涨块式制动机构构成。
[0008]所述的增速机构包括传动轴、滚动轴承B、齿轮B、齿轮A，所述的滚动轴承B固连于机架上，所述的传动轴装配于滚动轴承B中，所述的齿轮B通过键装配在传动轴上，并与齿轮A相啮合，所述的齿轮A通过键与轴向挡圈装配于主轴上。
[0009]所述的内涨块式制动机构包括制动轮、法兰盘、闸块、凸轮、张紧弹簧、转动轴、轴套，所述的法兰盘通过键装配于主轴上，所述的制动轮的通孔穿过主轴，并通过螺栓与法兰盘连接；所述的凸轮通过键装配于传动轴上；所述的闸块剖面成半圆形，其一端设有光孔，孔中设有转动轴，其另一端压在凸轮上，所述的闸块数目为2个，沿凸轮与转动轴的连线对称布置，并在靠近凸轮的一端设有挂环；所述的张紧弹簧两端分别连接在两个闸块的挂环上；所述的轴套固连于机架上，所述的转动轴的一端通过螺母装于轴套上，轴套与转动轴为间隙配合。
[0010]所述的张紧弹簧为拉伸弹簧；所述的回程机构的数量为I?2个。
[0011]相比于现有技术，本发明的有益效果为:
(I)本发明在回程时，利用主轴带动增速机构运行，由于增速机构的增速作用，使得增速机构的输出转速远大于主轴转速，从而增大了内涨块式制动机构的工作频率，使得机器人在下降过程中减速更为明显。
[0012](2)本发明利用主轴带动增速机构运行，增速机构带动内涨块式制动机构运行，内涨块式制动机构反作用于与主轴相连的制动轮，构成了一个闭环反馈系统，从而能够实现转速的自动调节；又由于主轴的转速决定了机器人的下降速度，因此机器人的下降速度能够实现自动调节，实现了机器人接近于匀速降落。
[0013](3)本发明在意外断电时，由于失去工作动力源，电机停止运行，但回程机构利用机器人自身重力开始工作，使得机器人接近于匀速下落，从而防止机器人因高速下降造成冲缆事故发生，避免对大桥造成伤害。
[0014](4)本发明在需正常返回地面时，关闭电源，利用机器人自身重力作用，回程机构开始工作，使机器人安全返回地面，可节约大量能源。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的主视图；
图2为图1中沿A— A的剖视图；
图3为图1中I的局部放大图；
图4为图3中沿B— B的剖视图。
[0016]图中:1一缆索,2—机架,3—滚轮,4一主轴,5—滚动轴承A, 6—同步带轮A, 7—同步带，8—同步带轮B, 9一同步电机，10一制动轮，11一法兰盘，12—闸块，13—凸轮，14一张紧弹簧，15—传动轴，16—滚动轴承B，17—齿轮B，18—齿轮A，19一转动轴，20—轴套，I 一回程机构，II一增速机构，III一内涨块式制动机构。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明进行详细描述。
[0018]如图1、图2、图3、图4所示，自调速式缆索机器人包括机架2、滚轮3、主轴4、滚动轴承A5、同步带轮A6、同步带7、同步带轮B8、同步电机9，机架2上设置有滚动轴承A5、同步电机9，主轴4装配于滚动轴承A5中，主轴4 一端与同步带轮A6相连，滚轮3装配于主轴4上，滚轮3圆弧面压于缆索I表面，同步带轮B8装配于同步电机9主轴上，同步带轮A6和同步带轮B8都与同步带7相啮合；自调速式缆索机器人还包括回程机构I，所述的回程机构I由增速机构II和内涨块式制动机构III构成。
[0019]如图2、图3所示，所述的增速机构II包括传动轴15、滚动轴承B16、齿轮B17、齿轮A18,所述的滚动轴承B16固连于机架2上,所述的传动轴15装配于滚动轴承B16中，所述的齿轮B17通过键装配在传动轴15上，并与齿轮A18相啮合，所述的齿轮A18通过键与轴向挡圈装配于主轴4上。
[0020]如图3、图4所示，III包括制动轮10、法兰盘11、闸块12、凸轮13、张紧弹簧14、转动轴19、轴套20，所述的法兰盘11通过键装配于主轴4上，所述的制动轮10的通孔穿过主轴4，并通过螺栓与法兰盘11连接；所述的凸轮13通过键装配于传动轴15上；所述的闸块12剖面成半圆形，其一端设有光孔，孔中设有转动轴19，其另一端压在凸轮13上，所述的闸块12数目为2个，沿凸轮13与转动轴19的连线对称布置，并在靠近凸轮13的一端设有挂环；所述的张紧弹簧14两端分别连接在两个闸块12的挂环上；所述的轴套20固连于机架2上，所述的转动轴19的一端通过螺母装于轴套20上，轴套20与转动轴19为间隙配合。
[0021]所述的张紧弹簧14为拉伸弹簧；所述的回程机构I的数量为I?2个。
[0022]机器人在斜拉桥上工作，当出现意外断电情况或者需要正常断电返回时，回程机构I开始工作。机器人由于自身重力作用快速下降，主轴4高速旋转。此时，主轴4带动增速机构II运行，增速机构II带动内涨块式制动机构III运行，内涨块式制动机构III反作用于与主轴4相连的制动轮10，由于闸块12与制动轮10的摩擦作用，使得主轴4的转速降低，从而使得机器人的下降速度得到降低。
[0023]同时由于增速机构II的增速作用，使得增速机构II的输出转速远大于主轴4转速，从而增大了内涨块式制动机构III的工作频率，使得机器人在下降过程中减速更为明显，让机器人下降更为安全。
[0024]而主轴4带动增速机构II运行，增速机构II带动内涨块式制动机构III运行，内涨块式制动机构III反作用于与主轴4相连的制动轮10，构成了一个闭环反馈系统，从而能够实现转速的自动调节；又由于主轴4的转速决定了机器人的下降速度，因此，机器人的下降速度能够实现自动调节，即实现接近于匀速降落。
[0025]实施例1
如图1、图2、图3、图4所示，自调速式缆索机器人包括机架2、滚轮3、主轴4、滚动轴承A5、同步带轮A6、同步带7、同步带轮B8、同步电机9，机架2上设置有滚动轴承A5、同步电机9，主轴4装配于滚动轴承A5中，主轴4 一端与同步带轮A6相连，滚轮3装配于主轴4上，滚轮3圆弧面压于缆索I表面，同步带轮B8装配于同步电机9主轴上，同步带轮A6和同步带轮B8都与同步带7相啮合；自调速式缆索机器人还包括回程机构I，所述的回程机构I由增速机构II和内涨块式制动机构III构成。
[0026]所述的增速机构II包括传动轴15、滚动轴承B16、齿轮B17、齿轮A18，所述的滚动轴承B16固连于机架2上，所述的传动轴15装配于滚动轴承B16中，所述的齿轮B17通过键装配在传动轴15上，并与齿轮A18相啮合，所述的齿轮A18通过键与轴向挡圈装配于主轴4上。
[0027]所述的内涨块式制动机构III包括制动轮10、法兰盘11、闸块12、凸轮13、张紧弹簧14、转动轴19、轴套20，所述的法兰盘11通过键装配于主轴4上，所述的制动轮10的通孔穿过主轴4，并通过螺栓与法兰盘11连接；所述的凸轮13通过键装配于传动轴15上；所述的闸块12剖面成半圆形，其一端设有光孔，孔中设有转动轴19，其另一端压在凸轮13上，所述的闸块12数目为2个，沿凸轮13与转动轴19的连线对称布置，并在靠近凸轮13的一端设有挂环；所述的张紧弹簧14两端分别连接在两个闸块12的挂环上；所述的轴套20固连于机架2上,所述的转动轴19的一端通过螺母装于轴套20上,轴套20与转动轴19为间隙配合。
[0028]所述的张紧弹簧14为拉伸弹簧；所述的回程机构I的数量为I个。
[0029]实施例2
如图1、图2、图3、图4所示，自调速式缆索机器人包括机架2、滚轮3、主轴4、滚动轴承A5、同步带轮A6、同步带7、同步带轮B8、同步电机9，机架2上设置有滚动轴承A5、同步电机9，主轴4装配于滚动轴承A5中，主轴4 一端与同步带轮A6相连，滚轮3装配于主轴4上，滚轮3圆弧面压于缆索I表面，同步带轮B8装配于同步电机9主轴上，同步带轮A6和同步带轮B8都与同步带7相啮合；自调速式缆索机器人还包括回程机构I，所述的回程机构I由增速机构II和内涨块式制动机构III构成。
[0030]所述的增速机构II包括传动轴15、滚动轴承B16、齿轮B17、齿轮A18，所述的滚动轴承B16固连于机架2上，所述的传动轴15装配于滚动轴承B16中，所述的齿轮B17通过键装配在传动轴15上，并与齿轮A18相啮合，所述的齿轮A18通过键与轴向挡圈装配于主轴4上。
[0031]所述的内涨块式制动机构III包括制动轮10、法兰盘11、闸块12、凸轮13、张紧弹簧14、转动轴19、轴套20，所述的法兰盘11通过键装配于主轴4上，所述的制动轮10的通孔穿过主轴4，并通过螺栓与法兰盘11连接；所述的凸轮13通过键装配于传动轴15上；所述的闸块12剖面成半圆形，其一端设有光孔，孔中设有转动轴19，其另一端压在凸轮13上，所述的闸块12数目为2个，沿凸轮13与转动轴19的连线对称布置，并在靠近凸轮13的一端设有挂环；所述的张紧弹簧14两端分别连接在两个闸块12的挂环上；所述的轴套20固连于机架2上,所述的转动轴19的一端通过螺母装于轴套20上,轴套20与转动轴19为间隙配合。
[0032]所述的张紧弹簧14为拉伸弹簧；所述的回程机构I的数量为2个。
【权利要求】
1.一种自调速式缆索机器人，包括机架(2)、滚轮(3)、主轴(4)、滚动轴承A (5)、同步带轮A (6)、同步带(7)、同步带轮B (8)、同步电机(9)，机架(2)上设置有滚动轴承A (5)、同步电机(9)，主轴(4)装配于滚动轴承A (5)中，主轴(4) 一端与同步带轮A (6)相连，滚轮(3)装配于主轴(4)上，滚轮(3)圆弧面压于缆索(I)表面，同步带轮B (8)装配于同步电机(9)主轴上，同步带轮A (6)和同步带轮B (8)都与同步带(7)相啮合，其特征是，还包括回程机构(I )，所述的回程机构(I )由增速机构(II)和内涨块式制动机构(III)构成。
2.根据权利要求1所述的自调速式缆索机器人，其特征是，所述的增速机构(II)包括传动轴(15)、滚动轴承B (16)、齿轮B (17)、齿轮A (18)，所述的滚动轴承B (16)固连于机架(2)上，所述的传动轴(15)装配于滚动轴承B (16)中，所述的齿轮B (17)通过键装配在传动轴(15)上，并与齿轮A (18)相啮合，所述的齿轮A (18)通过键与轴向挡圈装配于主轴(4)上。
3.根据权利要求1所述的自调速式缆索机器人，其特征是，所述的内涨块式制动机构(III)包括制动轮(10)、法兰盘(11)、闸块(12)、凸轮(13)、张紧弹簧(14)、转动轴(19)、轴套(20)，所述的法兰盘(11)通过键装配于主轴(4)上，所述的制动轮(10)的通孔穿过主轴(4)，并通过螺栓与法兰盘(11)连接；所述的凸轮(13)通过键装配于传动轴(15)上；所述的闸块(12)剖面成半圆形，其一端设有光孔，孔中设有转动轴(19)，其另一端压在凸轮(13)上，所述的闸块(12)数目为2个，沿凸轮(13)与转动轴(19)的连线对称布置，并在靠近凸轮(13)的一端设有挂环；所述的张紧弹簧(14)两端分别连接在两个闸块(12)的挂环上；所述的轴套(20)固连于机架(2)上，所述的转动轴(19)的一端通过螺母装于轴套(20)上，轴套(20)与转动轴(19)为间隙配合。
4.根据权利要求3所述的自调速式缆索机器人，其特征是，所述的张紧弹簧(14)为拉伸弹黃。
5.根据权利要求1所述的自调速式缆索机器人，其特征是，所述的回程机构(I)的数量为I?2个。
【文档编号】E01D19/10GK103643630SQ201310703732
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】包贤强, 冷护基 申请人:包贤强