一种具有摩擦机构的磁吸附检测机器人的制作方法

本实用新型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，特别是一种具有摩擦机构的磁吸附检测机器人。

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：

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有摩擦机构的磁吸附检测机器人，该具有摩擦机构的磁吸附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，本实用新型采用的技术方案是：

一种具有摩擦机构的磁吸附检测机器人，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。

防落装置包括摩擦机构和滚柱式超越离合器。

摩擦机构通过滚柱式超越离合器与其中一个滚轮的滚轮轴相连接。

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。

本实用新型采用上述结构后，具有如下有益效果：

1.本实用新型滚轮加工成“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.本实用新型应用磁吸附机构，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.本实用新型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显示了本实用新型一种具有摩擦机构的磁吸附检测机器人的结构示意图。

图2显示了本实用新型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显示了本实用新型中防落装置的结构示意图；

图5显示了本实用新型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实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种具有摩擦机构的磁吸附检测机器人，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。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。