专利名称：气动蠕动式缆索机器人爬升装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种气动蠕动式缆索机器人爬升装置，用于大跨斜拉桥缆索上维护、监测作业，属于机器人技术领域。
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。作为斜拉桥主要受力构件之一的缆索长期暴露在空气中，经风吹雨淋日晒，缆索表面的聚乙烯护套将会产生不同程度的硬化和开裂现象，给护套内的钢丝束带来锈斑、断丝等严重的问题，同时，由于随机风振、雨振，使缆索内的钢丝产生微摩擦，继而引起严重的断丝问题，给斜拉桥埋下严重的隐患。由于斜拉桥是最近几十年才兴起的新桥型，与斜拉桥的主要受力构件缆索相配套的维护措施还很不完善。斜拉桥缆索有圆柱形、平行六棱柱形和螺旋六棱柱形等多类型式，缆径有多种规格，外层一般有聚乙烯套作防护，其标高高、距离长，倾斜度由30°至近90°。另外，尽管在缆索的两端施加了很大的拉力，但由于自重作用与蠕变，缆索仍有一定的挠度。
现有技术中，对管外机器人和电线检测机器人已有研究，这些管外机器人爬行的管道一般只能用于水平面上的刚性管道，牵引力小，对于斜拉桥这种标高较高、柔性较大缆索，其爬升能力显然不够，远不能满足缆索维护的要求。而电线检测机器人主要由几个较小的车轮和四条履带组成，由小电机驱动，只能在一定倾斜度的电线上移动及跨越绷紧电线的铁塔，不能应用在缆索上。根据国际联机检索，还未见有缆索维护相关机器人的报道。
本实用新型的目的是要提供一种缆索维护机器人爬升装置，使之结构简单、装卸方便，能在缆索上平稳夹紧和移动，工作可靠性高。
为实现这样的目的，本实用新型设计的气动蠕动式缆索机器人爬升装置，采用气缸作为驱动器，夹紧机构产生指向缆索中心的夹紧力，导向、支撑等机构使机器人在缆索上径向定心、导向、承受径向和轴向载荷，移动机构实现蠕动移动动作。具体的结构如下本实用新型主要包括上体、下体和气动阀，上体和下体沿圆周均布三个安装块，其上分别安装由夹紧气缸及气缸上的夹紧爪构成的夹紧机构、导向气缸及导向轮组成的导向机构，上体和下体通过移动机构和支撑机构连接，气动阀通过气管和控制电线连通压力气源和地面控制台，并由控制台实现机器人爬升装置的夹紧、导向和蠕动动作。移动机构中有移动气缸连通上体和下体，同时支撑机构中有两组支撑轴与支撑座连通上体和下体，支撑座内还装有直线运动轴承，以使整体结构能沿非线性缆索移动。上体和下体至少有一个夹紧于缆索上，由移动机构驱动爬升装置蠕动(上升或下降)。导向、支撑等机构使爬升装置在缆索上径向定心、导向、承受径向和轴向载荷，提高机器人对缆索的非线性适应能力。
以下通过实施例和附图详细说明本实用新型的技术方案。
图1为本实用新型整体结构示意图。
如图所示，爬升装置主要包括上体1、下体2及气动阀4，上体1和下体2都有各自的沿圆周均布的三个安装块3，其上分别安装有夹紧机构与导向机构，上体1和下体2间由移动机构和支撑机构等连接，气动阀4通过气管接压力气源，由地面控制台经控制电线操纵控制通断，继而实现机器人的夹紧、导向和蠕动动作。
移动机构由两只移动气缸6实现移动功能，气缸6上部的活塞杆端头通过浮动接头12连接于上体1，缸体由中央轴耳9连接于下体2。
支撑机构由两组支撑轴5与支撑座15等组成，支撑轴5连接于上体1，支撑座15经弹性垫16与下体2相连。支撑座15内装有直线运动轴承14，在支撑轴5随上体1沿支撑座15移动时，绕轴线摆动并承受径向力，从而消除移动气缸6的径向力，使整体结构能沿非线性缆索移动。上体1和下体2间另由四件螺杆17支撑连接。
夹紧机构由三只径向均布的夹紧气缸11及气缸上的夹紧爪8等构成，夹紧爪8采用与缆索表面有较大静摩擦系数的硬橡胶制成，使机器人在缆索上可靠夹紧，上体1和下体2共有夹紧气缸11六只。
导向机构由三只与夹紧气缸11平行的导向气缸10及导向轮7组成，导向气缸10分别驱动导向轮7，使机器人在缆索上定心，并分别随上体1和下体2在缆索上移动，上体1和下体2共有导向气缸10六只。
气管和控制电线由钢丝绳支撑，与地面控制台和气源相接。上体和下体上都开有安装口，供机器人在缆索上安装后，再由连接板13连为整体。爬升装置安装在机器人小车18上，小车应能使机器人根据缆索的倾斜角灵活转动并有一定的安装高度，作业时拆掉小车。根据缆索的直径变化、非线性和因自重引起的偏置，分别调整上、下体安装块3的安装位置，完成机器人在缆索上的安装。
图2为本实用新型结构
图1中A-A剖视图。
如图所示，本发明的上体1有沿缆索19的圆周均布的三个安装块3，每个安装块3上装有由夹紧气缸11及夹紧爪8构成的夹紧机构、与夹紧气缸11平行的导向气缸10及导向轮7组成的导向机构，夹紧爪8使机器人在缆索19上可靠夹紧，导向轮7使机器人在缆索19上定心并移动。
本发明的下体同样有沿缆索19的圆周均布的三个安装块3，并在其上装有夹紧机构和导向机构。上体和下体共有夹紧气缸11六只、导向气缸10六只，上体和下体用四件螺杆17支撑连接。
图3为本实用新型结构
图1中所示B处支撑机构的局部放大剖面图。
图中，支撑机构由支撑轴5与支撑座15等组成，支撑轴5连接于上体1，支撑座15经弹性垫16与下体2相连。支撑座15内装有直线运动轴承14。在支撑轴5随上体1沿支撑座15移动时，绕轴线摆动并承受径向力，从而消除移动气缸的径向力，使整体结构能沿非线性缆索移动。
图4是本实用新型的上升过程分解图。
本实用新型采用蠕动爬升方式，其动作节拍为(1)下体夹紧缸夹紧；(2)上体夹紧缸松开；(3)提升气缸活塞杆伸出，上体上升；(4)上体夹紧缸夹紧；(5)下体夹紧缸松开；(6)提升气缸缸体上升，下体上升。如此重复，实现连续爬升。
机器人下降时改变动作节拍循环。
本实用新型利用气缸产生的指向缆索的夹紧、导向力和平行于缆索的驱动力，使机器人在缆索上夹紧和蠕动，结构及控制都较简单，适应能力强，适用于任意倾斜度和形状的缆索；通过提高气源压力或选用较大的气缸直径，可使机器人承载能力足够大；调节气路中的节流阀，可调节移动速度；即使停电停气，机器人仍可夹紧于缆索上而不致下落，可靠性高。
本实用新型不仅适用于大型斜拉桥缆索机器人，对缆索进行检测、涂装和清洗等维护工作，亦可用于管道、电线杆维护机器人。
权利要求1.一种气动蠕动式缆索机器人爬升装置，主要包括上体1、下体2及气动阀4，其特征在于上体1和下体2沿圆周均布三个安装块3，其上分别安装由夹紧气缸11及夹紧爪8构成的夹紧机构、导向气缸10及导向轮7组成的导向机构，移动气缸6的活塞杆端头通过浮动接头12连接于上体1，缸体由中央轴耳9连接于下体2，支撑轴5连接于上体1，内装直线运动轴承14的支撑座15经弹性垫16与下体2相连。
2.一种如权利要求1所说的气动蠕动式缆索机器人爬升装置，其特征在于所说的气动阀4通过气管和控制电线与地面控制台和气源连接。
3.一种如权利要求1所说的气动蠕动式缆索机器人爬升装置，其特征在于所说的上体1和下体2上都开有安装口，由连接板13连为整体。
专利摘要一种气动蠕动式缆索机器人爬升装置,上体和下体沿圆周均布三个安装块,其上分别安装由夹紧气缸及夹紧爪构成的夹紧机构、导向气缸及导向轮组成的导向机构,并通过移动机构和支撑机构连接,采用气缸驱动、地面控制和监视。本实用新型装卸调整方便,可靠性高,适用于任意倾斜度和形状的缆索,可用于大型斜拉桥缆索维护机器人,对缆索进行检测、涂装和清洗,亦可用于管道、电线杆等的维护。
文档编号B25J11/00GK2396935SQ9925205
公开日2000年9月20日 申请日期1999年12月10日 优先权日1999年12月10日
发明者吕恬生, 谢文华, 张家梁, 王乐天, 姚香根 申请人:上海交通大学