专利名称：缆索爬升机器人结构的制作方法
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査、修复都是必须的。
至今对斜拉索的检査和维护方式还相对比较落后，早期是利用巻扬机使设备 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。
图1为本发明实施的结构左视图，
图2为本发明实施的结构主视图，
图3为本发明实施的自锁夹紧机构组件图，
图4为本发明实施适用于不同缆索杆径的可调组件图，
图5a为图3所示步进电机、支架、摆杆滑轮、-摆杆、凸轮槽架及凸轮执行 件的连接关系示意图5b为图5a所示结构运动过程一个状态的示意图，
图5c为图5a所示结构运动过程另一个状态的示意图。
附图中l-电池盒，2-底板，3-导轨夹，4-导轨，5-滑块，6-定夹件，7-动夹 件，8-动夹件滚轮，9-连杆，10-驱动电机，11-曲柄，12-电机盖，13-上大支架， 14-步进电机，15-支架，16-摆杆滑轮，17-摆杆，18-定轴，19-凸轮槽架，20-凸 轮执行件；
具体实施例方式
本发明的实施是一种缆索爬升机器人结构，其结构参见图1 —图5，包括上
下两个自锁夹紧机构和一个曲柄滑块爬升机构。自锁夹紧机构由定夹件6、动夹 件7、动夹件滚轮8、步进电机14、摆杆滑轮16、摆杆17 、凸轮槽架19、凸轮 执行件20组成。摆杆17中间通过定轴18固定在支架15上，步进电机14带动 凸轮执行件20在凸轮槽架19的凸轮槽内沿行程运动，从而使与凸轮槽架19固 联的摆杆17绕定轴18转动与缆索之间形成一个楔角。当凸轮执行件20运动到 凸轮槽的最下端时，摆杆与缆索之间形成向上的爬行自锁夹紧结构；当凸轮执行 件20运动到凸轮槽的另一端时，摆杆与缆索之间的楔角消失，夹紧被破坏。同 时定夹件6、动夹件7、动夹件滚轮8与滑块5或上大支架13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5、连杆9、曲柄11组成。其中 上自锁夹紧机构位于底板2上，下自锁夹紧机构置于滑块5上。驱动电机10通 过曲柄11和连杆9驱动滑块5在导轨4上移动，导轨4经由导轨夹3固定在底 板2上。
步进电机14通过轴连接于凸轮执行件20，凸轮执行件20的前端活动连接 于凸轮槽架19上，凸轮槽架19上具有部分设置的导槽，该导槽位于凸轮槽架 19靠近步进电机的一侧，并从其底部开设到中部，凸轮执行件20的前端设置于 该导槽中，沿着导槽运动；凸轮槽架19上固定有摆杆17，摆杆17的前端具有 开槽，摆杆滑轮16的一端穿过该开槽，沿着该开槽运动。
本发明的工作过程如下
卸下一个动夹件7，可将缆索放入该爬升机器人的自锁夹紧机构中，接着控 制步进电机14使凸轮执行件20运动到凸轮槽架的最下端，摆杆与缆索之间形成 向上爬行的自锁夹紧机构，然后使用由定夹件6、动夹件7、动夹件滚轮8与滑 块5或上大支架13构成的可调组件将爬升机器人安装在缆索上，最后让驱动电 机IO工作，机器人在上下自锁夹紧机构和曲柄滑块爬升机构的协调动作下自动 向上爬升；
当该缆索爬升机器人结构上行时，上下两自锁夹紧机构处于相同状态，如图 5a所示，凸轮执行件20运动到凸轮槽架的最下端，摆杆与缆索之间形成向上爬 行的自锁夹紧机构。
当该缆索爬升机器人结构下行时，上下两自锁夹紧机构处于不同状态，具体 地说，当滑块从最小行程处向最大行程处运动时，上面的自锁夹紧机构处于如图
5b所示的状态，锁紧缆索；下面的自锁夹紧机构，其凸轮执行件20向上运动， 凸轮槽架19的上端也向内转动，摆杆与缆索之间的楔角减小，并且变换到如图 5c所示的状态，凸轮执行件20呈水平位置，凸轮槽架19的轴线与步进电机的 轴线呈垂直状，摆杆与缆索之间的楔角消失，这样下面的自锁夹紧机构可向下运 动；当滑块从最大行程处向最小行程处运动时，上面的自锁夹紧机构凸轮执行件 20向上运动，凸轮槽架19的上端也向内转动，摆杆与缆索之间的楔角又消失变 得增加，并变换到如图5c所示的状态(上下自锁夹紧机构的结构相同，故在此 以同样的图示描述其运动过程)，凸轮执行件20呈水平位置，凸轮槽架19的轴 线与步进电机的轴线呈垂直状，摆杆与缆索之间的楔角消失；下面的自锁夹紧机 构则处于如图5b所示的状态，锁紧缆索，使得上面的自锁夹紧机构得以顺利下 行。
权利要求
1、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。
2、 如权利要求1所述的缆索爬升机器人结构，其特征在于自锁夹紧机构由 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，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。
3、 如权利要求2所述的缆索爬升机器人结构，其特征在于上述的连接构件 和夹持件为夹件、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；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，导轨经由导 轨夹固定在底板上。
4、 如权利要求3所述的缆索爬升机器人结构，其特征在于夹件又分为动夹 件和定夹件，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。
5、 如权利要求3所述的缆索爬升机器人结构，其特征在于底板上有安装充 电锂电池的电池盒。
6、 如权利要求3所述的缆索爬升机器人结构，其特征在于自锁夹紧机构的 楔角是由步进电机带动凸轮执行件在凸轮槽架的凸轮槽内运动，从而使摆杆绕定 轴转动与缆索之间形成的。
7、 如权利要求2所述的缆索爬升机器人结构，其特征在于自锁夹紧机构可 设置三个以上，自锁夹紧机构均匀分布在该机器人结构的上下方向。
8、 如权利要求1或2所述的缆索爬升机器人结构，其特征在于自锁夹紧机 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。
9、如权利要求3所述的缆索爬升机器人结构，其特征在于步进电机通过轴 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。
全文摘要
本发明公开了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。实施本发明的爬升机器人结构，其结构简单，自重较小，能耗低，爬升方便，可适用于缆索爬升的各种情况。
文档编号B62D57/00GK101200199SQ20061015760
公开日2008年6月18日 申请日期2006年12月13日 优先权日2006年12月13日
发明者王兴松 申请人:深圳市思韦尔检测科技有限公司