一种摩擦轮式爬索检测机器人的制作方法

本发明涉及应用在大型斜拉桥缆索检测的故障机器人，属于机器人技术领域，特别是一种摩擦轮式爬索检测机器人。

背景技术：

随着经济的迅速发展，大跨度的桥梁的建造和使用变得广泛。其中，斜拉桥是大跨度桥梁中使用最普遍的一种。例如位于江苏省的苏通大桥、法国的诺曼底大桥、香港的昂船洲大桥。缆索是斜拉桥的主要受力构件，但是由于缆索的表面长期暴露在大气之中，受到风吹、日晒、雨淋和环境污染的侵蚀，其表面会受到较严重的破坏，加速了整座斜拉桥的老化程度，大大减少了斜拉桥的使用寿命。因此，对缆索的有效维护是十分必要的。目前，对斜拉桥缆索的定期检测以及维修主要还是依靠人工来完成，既费时又费力。

近几年，许多科研机构在爬索机器人领域研究中取得了成就。其中上海交通大学研究设计的特种机器人（专利号为99252056.8），这款特种机器人能有效的完成涂装维护功能，能部分满足检测要求；但是由于其自身结构复杂，采用电缆供电的方式，不适合高空作业，且效率很低。此外，该机器人没有设计相关的回收机构，当机器人由于电机发生故障时，机器人会因自身重力作用下降速度过快而损坏机器人本体，对在下面的操作人员的安全也构成了威胁。另外，需要利用外加“夹紧力”。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种摩擦轮式爬索检测机器人，该摩擦轮式爬索检测机器人结构简单，高空缆索运行稳定；另外，在电池耗尽或者电机发生故障时，能有效将爬行机器人安全回收。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种摩擦轮式爬索检测机器人，包括移动小车、磁吸附机构和防落装置。

移动小车包括两个侧架、移动底盘和至少两个滚轮；移动底盘将两个侧架固定连接，至少一个滚轮为驱动轮。

磁吸附机构设置在移动底盘上，磁吸附机构能将移动小车吸附在缆索上。

防落装置包括齿轮传动机构、变速箱、摩擦机构和滚柱式超越离合器。

齿轮传动机构包括相互啮合的齿轮一和齿轮二，齿轮一通过滚柱式超越离合器与其中一个滚轮的滚轮轴相连接；齿轮二通过变速箱与摩擦机构相连接。

摩擦机构包括旋转驱动轴、摩擦壁、摩擦块和导杆；摩擦壁为圆环形，同轴固定设置在旋转驱动轴的外周；位于摩擦壁内的旋转驱动轴上沿周向呈辐射状设置有若干根导杆；每根导杆上滑动连接一个摩擦块；当旋转驱动轴转动时，每个摩擦块均能与摩擦壁的内壁面摩擦配合。

所述磁吸附机构包括轭铁、螺杆、弹簧、磁铁、螺母和活动垫板；螺杆从下至上依次穿过轭铁、移动底盘和活动垫板，并用螺母固定，螺杆与移动底盘之间为间隙配合；弹簧套装在位于轭铁和移动底盘两者之间的螺杆上，磁铁吸附在轭铁的底部。

所述磁吸附机构还包括磁铁套，磁铁套套装在磁铁的底部。

所述磁铁套的边缘呈圆弧形。

所述轭铁的底部吸附有两个磁铁。

所述磁铁为铷铁硼永磁铁。

所述滚轮为三个，其中两个滚轮为驱动轮，一个滚轮为从动轮；从动轮与其中一个驱动轮通过同步轮和同步带相连接。

每个驱动轮均由电机驱动，电机与驱动轮的驱动轴之间通过电磁离合器相连接。

本发明采用上述结构后，具有如下有益效果：

1.本发明滚轮加工成“V”型，在增加了与缆索的接触面积的同时，也能有效避免机构偏离拉索的现象。

2.本发明应用磁吸附机构，借助缆索的磁力来提供磁吸附力。该吸附机构具有结构紧凑、吸附力强、使用灵活等优点。磁吸附机构与缆索是非接触状态，在将小车主体与缆索稳定固定的同时，减小了爬升的阻力，当遇到障碍时，压缩磁吸附机构上的弹簧，使小车的主体有足够的空间越过障碍。

3.本发明的防落装置利用离心力摩擦原理来控制机器人的下降速度。该装置结构简单、轻便，维修方便。不但减轻小车本体的负载量，而且起到节约动力投资，降低产品成本的作用。当机构发生断电或者电气故障下滑时，电磁离合器分离，在重力作用下，摩擦轮式机器人沿着缆索下降，与防落装置连接的滚轮反转，滚柱式超越离合器内环逆时针转动，根据滚柱式超越离合器工作原理，此时滚柱式超越离合器闭合，带动齿轮传动机构中的齿轮转动，通过变速箱增速，依靠摩擦机构中的摩擦块转动压紧圆柱形的摩擦壁产生摩擦力，此时摩擦力产生一个反力矩平衡机器人上的主动力矩，以此达到限制下滑速度的效果。

附图说明

图1显示了本发明一种摩擦轮式爬索检测机器人的结构示意图。

图2显示了本发明中磁吸附机构的结构示意图。

图3显示了磁吸附机构与移动底盘的装配示意图。

图4显示了本发明中防落装置的结构示意图；

图5显示了本发明中变速箱的结构示意图。

其中有：

1.第一滚轮；2.第二滚轮；3.第三滚轮；4.磁吸附机构；41.轭铁；42.螺杆；43.弹簧；44.磁铁；45.磁铁套；46.螺母；47.活动垫板；5.移动底盘；6.齿轮传动机构；61.齿轮一；62.齿轮二；7.变速箱；71.大齿轮；72.小齿轮；8.摩擦机构；81.摩擦壁；82.摩擦块；83.导杆；84.旋转驱动轴；9.第一电机；10.第二电机；11.同步轮；12.同步带；13.侧架；14.第一滚轮轴；15.第二滚轮轴；16.第三滚轮轴；17.滚柱式超越离合器；18.支架；19.第一电磁离合器；20.第二电磁离合器。

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。

如图1所示，一种摩擦轮式爬索检测机器人，包括移动小车、磁吸附机构4和防落装置。

移动小车包括两个侧架13、移动底盘和至少两个滚轮。

本申请中滚轮的数量，优选设置为三个。三个滚轮依次为第一滚轮1、第二滚轮2和第三滚轮3。第一滚轮套装在第一滚轮轴14上，第二滚轮套装在第二滚轮轴15上，第三滚轮套装在第三滚轮轴16上。

其中，第一滚轮和第三滚轮为驱动轮，第二滚轮为从动轮。第二滚轮与第三滚轮之间通过同步轮11和同步带12相连接。

另外，每个驱动轮均由电机驱动，电机与驱动轮的驱动轴之间通过电磁离合器相连接。具体为：第一滚轮由第一电机9所驱动，第一电机9与第一滚轮轴之间通过第一电磁离合器19相连接。第三滚轮由第二电机10所驱动，第二电机10与第三滚轮轴之间通过第二电磁离合器20相连接。

根据爬升力需要，可以仅设置一个滚轮为驱动轮，也可将三个滚轮均设置为驱动轮。

侧架优选为两段式结构，移动底盘5优选有两个，两个移动底盘将两个侧架固定连接。

每个移动底盘上优选固定设置一个磁吸附机构，磁吸附机构能将移动小车吸附在缆索上。

磁吸附机构包括轭铁41、螺杆42、弹簧43、磁铁44、磁铁套45、螺母46和活动垫板47。

每个磁吸附机构均优选包括两根螺杆。每根螺杆均从下至上依次穿过轭铁、移动底盘和活动垫板，并用螺母固定，螺杆与移动底盘之间为间隙配合。

位于轭铁和移动底盘两者之间的每根螺杆上均套装一根弹簧。

每个轭铁的底部优选吸附一对磁铁，磁铁均优选为铷铁硼永磁铁。每个磁铁的底部套装一根磁铁套，磁铁套的边缘均优选呈圆弧形。

当遇到障碍挤压磁铁套时，弹簧压缩，磁铁沿着螺杆伸缩。当越过障碍后，依靠弹簧将磁铁压回原位置，调节螺杆上的螺母可改变磁吸附结构与缆索之间的间隙。

防落装置包括齿轮传动机构6、变速箱7、摩擦机构8和滚柱式超越离合器17。

齿轮传动机构包括相互啮合的齿轮一61和齿轮二62，齿轮一通过滚柱式超越离合器与其中第二滚轮轴相连接；齿轮二通过变速箱与摩擦机构相连接。

摩擦机构包括旋转驱动轴81、摩擦壁81、摩擦块82和导杆83。

摩擦壁优选为圆环形，摩擦壁的外壁通过支架18固定在侧架13上，摩擦壁且同轴套装在旋转驱动轴的外周。

位于摩擦壁内的旋转驱动轴上沿周向呈辐射状设置有若干根导杆；每根导杆上滑动连接一个摩擦块；当旋转驱动轴转动时，每个摩擦块均能与摩擦壁的内壁面摩擦配合。

机器人爬升时，滚柱式超越离合器处于分离状态，防落装置的齿轮传动机构不与第二滚轮接触，即不工作。

当机器人出现断电或系统电气故障时，摩擦轮式机器人在重力的作用下沿着缆索方向下降，第二滚轮反转，滚柱式超越离合器内环逆向转动，根据滚柱式超越离合器工作原理：当内圈逆时针转动时，滚柱被楔紧而带动外圈转动，离合器接合；当内圈顺时针转动时，滚柱退入宽槽部位，外圈则不动，离合器分离，此时滚柱式超越离合器闭合，第二滚轮与防落装置的齿轮传动机构接触工作，轮式爬升机器人的第二滚轮轴反转下降时带动滚柱式超越离合器，通过变速箱中如图5所示的大齿轮和小齿轮，实现加速，依靠摩擦机构的旋转驱动轴84带动连接摩擦块82的导杆83转动，从而使摩擦块82在摩擦壁内腔旋转，此时产生的离心力使摩擦块82压紧摩擦壁81产生摩擦力，此时摩擦力产生一个反力矩平衡第二滚轮上的主动力矩，达到限制下滑速度的效果。依靠机器人自身的重力缓慢平稳的下滑，从而实现高空回收的目的。

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。