一种用于斜拉桥缆索爬行的机器人的制作方法

本发明属于机器人技术领域，尤其是涉及一种用于斜拉桥缆索爬行的机器人。

背景技术：

最近几十年桥梁工程技术突飞猛进，越来越多的超长跨度的缆索桥梁面世。但是与此同时带来的是大量的缆索维修与检测工作，而传统的检测方法是由专用的车辆将工人送到高空自带设备进行检测和维修，这种方法效率低下，工人存在掉落的风险，工作环境恶劣。缆索桥梁特别是大跨度缆索桥梁的检测工作需要高效可靠的检测方法来支持。

采用机器人代替人工的办法，进行缆索桥梁检测被认为是可行的方法之一。现有的桥梁缆索爬行机器人主要采用的是轮式运动方式。但是大多存在一些问题，首先现有的轮式机器人重量大，体积大，不仅安装麻烦，操作时间长，而且大重量的检测机器人在缆索上工作对桥梁缆索本身就是一种严重的损伤。其次，缆索机器人的夹紧力过小将导致机器人无法在缆索上运动，甚至从高空滑落，夹紧力过大将降低机器人的越障能力，而且过大的夹紧力也会对缆索表面造成损伤。现有的轮式机器人在安装夹紧时，夹紧力的具体大小无法实际测量，甚至有的机器人的夹紧力大小无法连续变化。

中国专利cn201410018144.x公开了一种斜拉桥缆索机器人，包括主动模块、从动模块、检测模块、断电保护模块，主动模块以主动车架为安装平台，从动模块以从动车架为安装平台，检测模块以相机支撑架为安装平台，断电保护模块以安装架为安装载体；主动车架和从动车架通过连接叉架、连接条连接；检测模块通过相机支撑架分别与主动车架以及从动车架连接；断电保护模块通过安装架与主动车架连接，但该机器人结构较为复杂，重量大，安装使用不便。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种夹紧力可调可观测、小型轻型化的用于斜拉桥缆索爬行的机器人。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于斜拉桥缆索爬行的机器人，包括：

主动小车装置：包括主动小车基板、设于主动小车基板上的动力机构、传动机构以及主动滚轮，所述的动力机构通过传动机构带动主动滚轮转动；

从动小车装置：包括从动小车基板、设于从动小车基板上的从动滚轮以及给机器人安装提供预紧力的压紧机构；

所述的主动小车装置和从动小车装置通过连接件连接并将斜拉桥缆索压紧在两者的中间，主动小车装置内部设置电机控制器。

进一步地，所述的动力机构包括电机、减速器、编码器和传感器，所述的电机为永磁同步电机，保证故障断电后慢速下降，所述的编码器为增量式光电编码器，所述的传感器为霍尔传感器。

进一步地，所述的传动机构包括同步带轮和安装在同步带轮上的传动带，同步带轮分别安装在动力机构的输出轴以及传动轴上，通过传送带将动力传送至主动滚轮。

进一步地，所述的主动小车基板设有第一轴承座，所述的第一轴承座内安装轴承，轴承内安装传动轴，所述的同步带轮以及主动滚轮设于该传动轴上。

进一步地，所述的传动轴安装单向阻尼器，当机器人向远离地面方向运动时产生阻尼，保证机器人运行平稳；主动小车基板上安装可调节传动带张紧程度的制动块，制动块上安装有限位螺栓，通过限位螺栓可调节传动机构的张紧程度。

进一步地，所述的从动小车基板设有第二轴承座，第二轴承座内安装轴承，所述的从动滚轮设于轴承内的轴上。

进一步地，所述的压紧机构包括导向挡销和弹簧，所述的导向挡销穿过第二轴承座并设于第二轴承座的两侧，所述的弹簧安装在第二轴承座与从动小车基板之间。

进一步地，所述的导向挡销刻有标识弹簧压缩长度的刻度。

进一步地，所述的主动滚轮与从动滚轮均为v型轮，中间开有环状凹槽，可将缆索夹在中间，主动滚轮与从动滚轮的内部为铝制轴套，外部包裹橡胶，保证主动滚轮和缆索表面存在足够的摩擦系数，保证机器人在斜拉桥缆索上运动时，不打滑且不偏离缆索。

进一步地，所述的从动滚轮设有两组，并排设置，所述的连接件为花篮螺栓，设有四个，平行连接于主动小车基板与从动小车基板之间。

所述的花篮螺栓由两根分别为左旋和右旋的调节杆、螺母和拉杆组成，调节杆安装在拉杆两侧，通过旋转拉杆，两侧的调节杆相应伸出和收回，调节到需要的位置后通过拧紧螺母固定，通过花篮螺栓底座固定在主动小车基板和从动小车基板上，旋转花篮螺栓，可调节对应方向的两根弹簧受到的压力，改变斜拉桥缆索表面与主动滚轮和从动滚轮之间压力。

使用具体过程为，将机器人安装在斜拉桥缆索上，通过旋转花篮螺栓，主动小车和从动小车距离逐渐拉近，主动滚轮和从动滚轮与斜拉桥缆索表面的正压力增大，当压紧力小于弹簧的预紧力，弹簧不发生形变，第二轴承座与导向挡销之间正压力变小；当压紧力等于弹簧的预紧力，弹簧开始产生形变，第二轴承座开始与导向挡销分离；当观察到第二轴承座离开导向挡销时，压紧力大小等于弹簧预紧力。继续通过旋转花篮螺栓增加正压力，弹簧受压变形，变形程度与受到的正压力成正比，导向挡销上刻画刻度，方便观测正压力大小，针对不同直径不同材料的斜拉桥缆索，调节不同弹簧预拉力，可方便调节和观测缆索表面和从动滚轮之间的正压力大小。在夹紧力足够的情况下，主动滚轮与斜拉桥缆索表面不打滑纯滚动运动，当机器人运动到缆索顶端时，动力机构不再输出动力，机器人在重力作用下沿缆索向下滑行，带动电机反向旋转给锂电池充电，连接在传动机构上的单向阻尼器提供一定的阻尼，保证机器人在重力作用下向下滑行的速度保持在安全的范围内。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、采用花篮螺栓连接，把缆索放置在主动小车装置和从动小车装置之间，旋转花篮螺栓减小花篮螺栓长度，可快速实现机器人的安装、拆卸，同时夹紧力可调；

2、采用制动块和限位螺栓组合，用于调节两个轴承座的位置，主动小车装置上的轴系位置包括同步带轮的位置可以调节，可保证传动机构张紧有度，适合于小型短程带传动，结构简单，重量较轻；

3、主动小车装置仅设置一个主动轮，结构简单、重量轻，可增加机器人的越障能力；

4、采用两套从动滚轮以及压紧机构，作为机器人从动小车装置上的悬架支撑，两个轴承座可以独立的在导向销轴上下移动，v型从动滚轮左半边或右半边单独遇到障碍对另外半边影响较小，增加了机器人的越障能力。同时，在机器人安装时，由于预紧力可计算得到，通过观察轴承座在导向销轴的位移即可得到机器人预紧力大小，配合花篮螺栓，使整个机器人的预紧过程可观测、可定量调节。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2、3为本发明主动小车装置的结构示意图；

图4为本发明从动小车装置的结构示意图；

图5为本发明从动滚轮的局部示意图；

图6为本发明主动滚轮的局部示意图；

图中：1-从动小车基板；2-从动滚轮；3-花篮螺栓；4-主动滚轮；5-主动小车基板；6-同步带轮；7-动力机构；8-传动带；9-单向阻尼器；10-制动块；11-限位螺栓；12-传动轴；13-第一轴承座；14-第二轴承座；15-弹簧；16-导向挡销。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种用于斜拉桥缆索爬行的机器人，如图1所示，包括主动小车装置和从动小车装置，通过花篮螺栓3连接并将斜拉桥缆索压紧在两者的中间。

如图2、3所示，主动小车装置包括主动小车基板5、设于主动小车基板5上的动力机构7、传动机构以及主动滚轮4，动力机构7通过传动机构带动主动滚轮4转动，动力机构7包括电机、减速器、编码器和传感器，电机为永磁同步电机，编码器为增量式光电编码器，传感器为霍尔传感器，传动机构包括同步带轮6和安装在同步带轮6上的传动带8，主动小车基板5设有第一轴承座13，第一轴承座13内安装轴承，轴承内安装传动轴12，同步带轮6以及主动滚轮4设于该传动轴12上，传动轴12安装有单向阻尼器9，主动小车基板5上安装可调节传动带张紧程度的制动块10，制动块10上安装有限位螺栓11，通过限位螺栓11可调节传动机构的张紧程度。

如图4所示，从动小车装置包括从动小车基板1、设于从动小车基板1上的从动滚轮2以及给机器人安装提供预紧力的压紧机构，从动滚轮2设有两组，并排设置，从动小车基板1设有第二轴承座14，内部安装轴承，从动滚轮2安装在轴承内的轴上，压紧机构包括导向挡销16和弹簧15，导向挡销16穿过第二轴承座14并设于第二轴承座14的两侧，弹簧15安装在第二轴承座14与从动小车基板1之间，导向挡销16刻有标识弹簧15压缩长度的刻度。

如图5、6，主动滚轮4与从动滚轮2均为v型轮，中间开有环状凹槽，主动滚轮4与从动滚轮2的内部为铝制轴套，外部包裹橡胶，本实施例中花篮螺栓3设有四个，平行连接于主动小车基板5与从动小车基板1之间。

具体使用时，将本机器人安装在斜拉桥缆索上，通过旋转花篮螺栓3，主动小车装置和从动小车装置距离逐渐拉近，主动滚轮4和从动滚轮2与斜拉桥缆索表面的正压力增大，当压紧力小于弹簧15的预紧力，弹簧15不发生形变，第二轴承座14与导向挡销16之间正压力变小；当压紧力等于弹簧15的预紧力，弹簧15开始产生形变，第二轴承座14开始与导向挡销16分离；当观察到第二轴承座14离开导向挡销16时，压紧力大小等于弹簧15预紧力。继续通过旋转花篮螺栓3增加正压力，弹簧14受压变形，变形程度与受到的正压力成正比，导向挡销16上刻画刻度，方便观测正压力大小，针对不同直径不同材料的斜拉桥缆索，调节不同弹簧14预拉力，可方便调节和观测缆索表面和从动滚轮2之间的正压力大小。在夹紧力足够的情况下，主动滚轮4与斜拉桥缆索表面不打滑纯滚动运动，当机器人运动到缆索顶端时，动力机构不再输出动力，机器人在重力作用下沿缆索向下滑行，带动电机反向旋转给锂电池充电，连接在传动机构上的单向阻尼器9提供一定的阻尼，保证机器人在重力作用下向下滑行的速度保持在安全的范围内。