一种便携式缆索外表面检测机器人的制作方法

本实用新型属于缆索检测装备设计技术领域，尤其涉及一种便携式缆索外表面检测机器人。

背景技术：

桥梁拉索攀爬检测机器人，既是在恶劣、复杂环境下工作，又需要考虑长距离检测的高安全可靠性等，因而，无论在技术上还是应用上，桥梁拉索攀爬检测机器人的研究与应用无疑是一个极大的挑战。

桥梁拉索攀爬检测机器人的机械结构是机器人的主体，是决定机器人后续相关设计的关键。目前，大部分机器人的设计、生产以及应用均受到机构关节多，体积大、笨重、负载能力差等条件约束。机构关节繁多，运动学解耦控制难度高，控制精度无法达标；机器人体积大，笨重，无法符合拉索作业要求，工业实用水平低；负载能力差则无法携带足够电源及检测设备，无法长时间执行巡检任务。

对于现有的一些轮式的机器人，一般是通过双边轮或多边轮的多个轮子预紧并顶压着缆索表面滚动前进，其质量一般较大，在纵向拉伸的桥梁拉索上爬行运行速度慢，由于自身质量大，受到运行负载的整备质量的限制因素，导致负载能力较低，不能够很好的满足缆索检测的工程要求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种便携式缆索外表面检测机器人，旨在解决现有技术中桥梁拉索攀爬检测机器人存在的机构关节繁多、爬行运行速度慢、负载能力低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的，一种便携式缆索外表面检测机器人，包括：机架；攀爬行走机构，攀爬行走机构包括攀爬安装架和攀爬轮组，攀爬安装架固定在机架上，攀爬轮组连接于攀爬安装架；随动预紧机构，随动预紧机构包括第一传动组件和随动滚轮组件，第一传动组件连接于机架，随动滚轮组件连接于机架，第一传动组件与随动滚轮组件之间传动连接；主动抱紧机构，主动抱紧机构包括第二传动组件和抱夹件，第二传动组件连接于机架，第二传动组件转动连接有抱夹件；第一驱动电机和第二驱动电机，第一驱动电机固定于攀爬安装架，第二驱动电机装配于机架，第一驱动电机的动力输出端与攀爬轮组驱动连接，第二驱动电机的动力输出端分别与第一传动组件、第二传动组件驱动连接，第一传动组件带动随动滚轮组件的运动方向与第二传动组件带动抱夹件的运动方向相反；控制器，控制器安装于机架，控制器分别与第一驱动电机、第二驱动电机电连接。

进一步地，攀爬轮组包括驱动轮和导向轮，驱动轮与导向轮均可转动地连接于攀爬安装架，第一驱动电机的动力输出端与驱动轮驱动连接。

进一步地，攀爬轮组还包括多个辅助轮，多个辅助轮可转动地连接于攀爬安装架且位于驱动轮与导向轮之间，驱动轮与多个辅助轮之间通过攀爬传动带传动连接。

进一步地，攀爬传动带为齿形带。

进一步地，第一传动组件包括第一传动轴、两个第一传动臂和弹力件，第一传动轴可转动地安装于机架，第一传动轴与第二驱动电机的动力输出端驱动连接，两个第一传动臂可转动地安装于机架且两个第一传动臂分别对应于第一传动轴的两个轴端部，第一传动轴的两个轴端部分别与相应的第一传动臂传动连接，每个第一传动臂上均设置有弹力件，且弹力件的第一连接端固定装配在第一传动臂上；随动滚轮组件包括两个滚轮安装架和多个随动滚轮，两个滚轮安装架分别对应安装于两个第一传动臂，弹力件的第二连接端固定装配在滚轮安装架上，多个随动滚轮可转动地安装于滚轮安装架。

进一步地，第二传动组件包括第二传动轴和两个第二传动臂，第二传动轴可转动地安装于机架，第二传动轴与第二驱动电机的动力输出端驱动连接，两个第二传动臂可转动地安装于机架且两个第二传动臂分别对应于第二传动轴的两个轴端部，第二传动轴的两个轴端部分别与相应的第二传动臂传动连接，每个第二传动臂上均可转动地连接有抱夹件。

进一步地，第一传动轴的两个轴端部上设有第一传动螺纹，第一传动臂上固定连接有与第一传动螺纹配合的第一传动蜗轮；第二传动轴的两个轴端部上设有第二传动螺纹，第二传动臂上固定连接有与第二传动螺纹配合的第二传动蜗轮；其中，第一传动螺纹的旋向与第二传动螺纹的旋向两者方向相反。

进一步地，第一传动轴与第二驱动电机的动力输出端通过第一传动带传动连接，第二传动轴与第二驱动电机的动力输出端通过第二传动带传动连接。

进一步地，第一传动带和第二传动带均为齿形带。

进一步地，机架上固定设置有便携手柄。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：

相对于现有技术中的检测机器人而言，本实用新型提供的检测机器人的机构关节组成简单，通过攀爬行走机构、随动预紧机构和主动抱紧机构三大功能部分组成，三大功能部分各自执行完成相应的工作功能，三大功能部分的运动学解耦控制明确且简单，机构关节组成简单使得检测机器人自身的整体质量得到有效降低，并且由于使用随动预紧机构在攀爬行走机构执行爬行运动过程进行稳定辅助，并且在定点定位时采用专用的主动抱紧机构对缆索进行抱紧固定，因此该检测机器人能够负载运输更多的设备质量，大大增加了检测机器人的负载能力，在应用随动预紧机构与攀爬行走机构相互协作配合解决了检测机器人在爬行运动过程中的稳定性问题后，检测机器人在缆索上爬行的运行速度则得到提升，运动效率更高。

附图说明

图1是本实用新型实施例的便携式缆索外表面检测机器人定点定位在缆索上的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的便携式缆索外表面检测机器人的装配结构示意图；

图3是本实用新型实施例的便携式缆索外表面检测机器人中的攀爬行走机构的装配结构示意图；

图4是图3的分解图；

图5是本实用新型实施例的便携式缆索外表面检测机器人中的随动预紧机构和主动抱紧机构的装配结构示意图；

图6是图5的部分结构的分解图；

图7是本实用新型实施例的便携式缆索外表面检测机器人中使用的弹力件的结构示意图；

图8是本实用新型实施例的便携式缆索外表面检测机器人中使用的机架的结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：

10、机架；11、控制器安装位；20、攀爬行走机构；21、攀爬安装架；22、攀爬轮组；221、驱动轮；222、导向轮；223、辅助轮；224、攀爬传动带；23、便携手柄；30、随动预紧机构；31、第一传动组件；311、第一传动轴；3110、第一传动螺纹；312、第一传动臂；3120、第一传动蜗轮；313、弹力件；3131、第一连接端；3132、第二连接端；32、随动滚轮组件；321、滚轮安装架；322、随动滚轮；40、主动抱紧机构；41、第二传动组件；411、第二传动轴；4110、第二传动螺纹；412、第二传动臂；4120、第二传动蜗轮；42、抱夹件；51、第一驱动电机；511、减速器；52、第二驱动电机；61、第一传动带；62、第二传动带；100、缆索。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1、图2和图8所示，本实用新型提供了一种便携式缆索外表面检测机器人。该便携式缆索外表面检测机器人包括机架10、攀爬行走机构20、随动预紧机构30、主动抱紧机构40、第一驱动电机51、第二驱动电机52以及控制器(未图示)，其中，攀爬行走机构20包括攀爬安装架21和攀爬轮组22，随动预紧机构30包括第一传动组件31和随动滚轮组件32，主动抱紧机构40包括第二传动组件41和抱夹件42。攀爬安装架21固定在机架10上，攀爬轮组22连接于攀爬安装架21，第一传动组件31连接于机架10，随动滚轮组件32连接于机架10，第一传动组件31与随动滚轮组件32之间传动连接，第二传动组件41连接于机架10，第二传动组件41转动连接有抱夹件42，第一驱动电机51固定于攀爬安装架21，第二驱动电机52装配于机架10，第一驱动电机51的动力输出端与攀爬轮组22驱动连接，第二驱动电机52的动力输出端分别与第一传动组件31、第二传动组件41驱动连接，第一传动组件31带动随动滚轮组件32的运动方向与第二传动组件41带动抱夹件42的运动方向相反，控制器安装于机架10，控制器分别与第一驱动电机51、第二驱动电机52电连接。

应用该检测机器人对缆索100的外表面进行检测的过程中，通过控制器控制第二驱动电机52带动随动预紧机构30和主动抱紧机构40同步运动而使两者均处于一定程度的张开状态，从而将机器人接近缆索100并使得攀爬行走机构20的攀爬轮组22与缆索100的表面相接触，然后控制随动预紧机构30的随动滚轮组件32将缆索100抱住并达到预定的预紧力(此时，主动抱紧机构40的抱夹件42处于完全张开的状态)，然后通过控制器控制第一驱动电机51工作，带动攀爬轮组22转动，使得检测机器人整体在缆索100上爬行运动。当检测机器人攀爬运行到预定位置时，通过控制器控制第二驱动电机52工作而带动第二传动组件41运动而带动抱夹件42将缆索100抱紧固定(此时，随动预紧机构30的随动滚轮组件32处于完全张开的状态)，并且控制器同时控制第一驱动电机51停止工作。这样，检测机器人则稳定地抱紧固定在预定位置上，控制器即开始控制检测机器人上负载的相关检测设备(未图示)对缆索100的外表面进行相关项目检测工作。当检测机器人对该预定位置进行检测完毕之后，通过控制器控制第一驱动电机51工作使得攀爬轮组22继续运动，并同时控制第二驱动电机52带动第一传动组件31运动而带动随动滚轮组件32对缆索进行预紧(同步地，第二传动组件41带动抱夹件42松开缆索100)，从而继续爬行运动至下一个预定位置。

相对于现有技术中的检测机器人而言，本实用新型提供的检测机器人的机构关节组成简单，通过攀爬行走机构20、随动预紧机构30和主动抱紧机构40三大功能部分组成，三大功能部分各自执行完成相应的工作功能攀爬行走机构20执行爬行运动工作、随动预紧机构30执行爬行运动过程中的稳定辅助工作、主动抱紧机构40执行定点定位抱紧固定工作，三大功能部分的运动学解耦控制明确且简单，机构关节组成简单使得检测机器人自身的整体质量得到有效降低，并且由于使用随动预紧机构30在攀爬行走机构20执行爬行运动过程进行稳定辅助，并且在定点定位时采用专用的主动抱紧机构40对缆索100进行抱紧固定，因此该检测机器人能够负载运输更多的设备质量，大大增加了检测机器人的负载能力，在应用随动预紧机构30与攀爬行走机构20相互协作配合解决了检测机器人在爬行运动过程中的稳定性问题后，检测机器人在缆索100上爬行的运行速度则得到提升，运动效率更高。

在本实用新型实施例中，控制器采用现有技术中普遍应用且技术成熟的mcu控制模块、plc控制模块等，可直接在市场上进行采购后用于组装装配即可，因而再次不再赘述。如图8所示，机架10的两端部设置了用于连接装配控制器的控制器安装位11，将采购到的控制器直接连接装配在控制器安装位11上即可。并且，相关检测设备固定装配在机架10上，且相关检测设备的数据接头均延伸至控制器安装位11以与控制器进行连接。在进行检测工作的过程中，相关检测设备将对缆索100的外表面进行检测的数据结果传输至控制器进行数据收集，然后控制器通过控制其中的无线通讯传输模块(例如蓝牙模块)将收集到的数据发送传输给总控室的数据接收终端，工作人员在数据接收终端接收完成数据后，对数据进行分析，从而得到对缆索100外表面的检测结果，工作人员根据检测结果对缆索100进行有针对性地维护保养。

如图3和图4所示，攀爬轮组22包括驱动轮221和导向轮222，驱动轮221为检测机器人的整体爬行提供运动动力，导向轮222则更好地辅助检测机器人整体爬行运动的方向稳定。驱动轮221与导向轮222均可转动地连接于攀爬安装架21，第一驱动电机51的动力输出端通过减速器511与驱动轮221驱动连接，通过减速器511降低传递至驱动轮221的传动转速以提高驱动轮221的驱动动力，使得检测机器人整体爬行的动力更加充足。

具体地，攀爬轮组22还包括多个辅助轮223，多个辅助轮223可转动地连接于攀爬安装架21且位于驱动轮221与导向轮222之间，多个辅助轮223呈一字型地排列装配在驱动轮221与导向轮222之间，驱动轮221与多个辅助轮223之间通过攀爬传动带224传动连接，多个辅助轮223与驱动轮221同步转动，如此，利用驱动轮221与多个辅助轮223相互配合，整体地使得攀爬轮组22与缆索100表面之间的驱动接触面积，使得检测机器人在攀爬过程中更加稳定。优选地，攀爬传动带224为齿形带，齿形带的带齿与驱动轮221、各个辅助轮223上的轮齿相啮合。采用齿形带进行传动，能够避免在传动过程中的带打滑情况，使得动力传动过程更加稳定有效。

如图5至图7所示，第一传动组件31包括第一传动轴311、两个第一传动臂312和弹力件313。其中，第一传动轴311可转动地安装于机架10，第一传动轴311与第二驱动电机52的动力输出端驱动连接，两个第一传动臂312可转动地安装于机架10且两个第一传动臂312分别对应于第一传动轴311的两个轴端部，第一传动轴311的两个轴端部分别与相应的第一传动臂312传动连接。随动滚轮组件32包括两个滚轮安装架321和多个随动滚轮322，两个滚轮安装架321分别对应安装于两个第一传动臂312，多个随动滚轮322可转动地安装于滚轮安装架321。每个第一传动臂312上均设置有弹力件313，如图7所示，弹力件313采用扭簧进行装配，扭簧的第一连接端3131固定装配在第一传动臂312上，扭簧的第二连接端3132固定装配在滚轮安装架321上。当扭簧装配完成之后，扭簧处于自然状态而使得其中一个第一传动臂312和相应的滚轮安装架321组成的环臂与另一个第一传动臂312和相应的滚轮安装架321组成的环臂之间呈环抱状。当检测机器人被安装在缆索100上并通过第二驱动电机52带动第一传动臂312将滚轮安装架321上的随动滚轮322接触在缆索100表面之后，第二驱动电机52继续带动两个第一传动臂312相互靠近运动，此时扭簧被扭转变形而产生弹力，弹力传递到滚轮安装架321而使得滚轮安装架321上的各个随动滚轮322抵紧缆索100而实现预紧(扭簧被扭转产生的弹力越大，随动滚轮322抵紧缆索100的预紧力也就越大)，此时检测机器人整体在不使用主动抱紧机构40进行抱紧固定时也能够暂时悬挂在缆索100上而不会立即开始下降运动而落下。

当检测机器人完成对缆索的检测工作之后，此时检测机器人则位于缆索的最高位置，在检测机器人下降回收的过程中，需要通过第二驱动电机52带动两个第一传动臂312进行适当的相互远离运动，使得随动滚轮322对缆索100的预紧力变小，直到检测机器人能够依靠自身重力在缆索100上进行缓慢的下降运动。在检测机器人下降运动过程中，随动滚轮322的预紧力不能放松过大，防止检测机器人在下降过程中由于加速度过大且不断加速而不能及时停止下降而撞击地面造成检测机器人被损坏。

如图5和图6所示，第二传动组件41包括第二传动轴411和两个第二传动臂412。其中，第二传动轴411可转动地安装于机架10，第二传动轴411与第二驱动电机52的动力输出端驱动连接，两个第二传动臂412可转动地安装于机架10且两个第二传动臂412分别对应于第二传动轴411的两个轴端部，第二传动轴411的两个轴端部分别与相应的第二传动臂412传动连接，每个第二传动臂412上均可转动地连接有抱夹件42。当检测机器人需要在缆索100的预定位置进行定点定位时，通过控制器控制第二驱动电机52驱动第二传动轴411带动两个第二传动臂412相互靠近运动，使得两个第二传动臂412上的抱夹件42直接抱紧缆索100而使检测机器人整体能够稳定地定点定位在该预定位置上。其中，抱夹件42的与缆索100相接触的表面设计为与缆索100的圆柱面相适配的弧形面，并且抱夹件42是可转动地连接于第二传动臂412上，因而在第二传动臂412带动抱夹件42抱向缆索100过程中抱夹件42的弧形面能够自适应地与缆索100的表面贴合而抱紧，抱紧方式简单有效且稳定。

进一步地，第一传动轴311的两个轴端部上设有第一传动螺纹3110，第一传动臂312上固定连接有与第一传动螺纹3110配合的第一传动蜗轮3120，第二传动轴411的两个轴端部上设有第二传动螺纹4110，第二传动臂412上固定连接有与第二传动螺纹4110配合的第二传动蜗轮4120。其中，第一传动螺纹3110的旋向与第二传动螺纹4110的旋向两者方向相反。第一传动轴311与第一传动臂312之间以及第二传动轴411与第二传动臂412之间均采用蜗轮蜗杆传动方式进行传动，运动响应迅速，避免运动延迟而导致检测机器人偏离预定位置的情况，并且蜗轮蜗杆传动方式使得传动轴与传动臂之间的啮合更加稳定，不会出现齿轮啮合的跳齿、滑齿情况。

在本实用新型实施例中，第一传动轴311与第二驱动电机52的动力输出端通过第一传动带61传动连接，第二传动轴411与第二驱动电机52的动力输出端通过第二传动带62传动连接，第一传动轴311和第二传动轴411分别通过第一传动带61和第二传动带62传递动力而实现同步转动。优选地，第一传动带61和第二传动带62均为齿形带，相应地，在第一传动轴311的中部设置有与第一传动带61的带齿相啮合的传动齿轮以及在第二传动轴411的中部设置有与第二传动带62的带齿相啮合的传动齿轮(也可以在加工制造第一传动轴311和第二传动轴411是在轴坯料上直接加工出相应的传动齿轮)。

如图1和图2所示，为了方便携带该检测机器人，因而在机架10上固定设置有便携手柄23。工作人员通过该便携手柄23即可将检测机器人整体提拎移动，方便工作人员的工作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。