本發(fā)明涉及應用在大型斜拉橋纜索檢測的故障機器人，屬于機器人技術領域，特別是一種摩擦輪式爬索檢測機器人。

背景技術：

隨著經濟的迅速發(fā)展，大跨度的橋梁的建造和使用變得廣泛。其中，斜拉橋是大跨度橋梁中使用最普遍的一種。例如位于江蘇省的蘇通大橋、法國的諾曼底大橋、香港的昂船洲大橋。纜索是斜拉橋的主要受力構件，但是由于纜索的表面長期暴露在大氣之中，受到風吹、日曬、雨淋和環(huán)境污染的侵蝕，其表面會受到較嚴重的破壞，加速了整座斜拉橋的老化程度，大大減少了斜拉橋的使用壽命。因此，對纜索的有效維護是十分必要的。目前，對斜拉橋纜索的定期檢測以及維修主要還是依靠人工來完成，既費時又費力。

近幾年，許多科研機構在爬索機器人領域研究中取得了成就。其中上海交通大學研究設計的特種機器人（專利號為99252056.8），這款特種機器人能有效的完成涂裝維護功能，能部分滿足檢測要求；但是由于其自身結構復雜，采用電纜供電的方式，不適合高空作業(yè)，且效率很低。此外，該機器人沒有設計相關的回收機構，當機器人由于電機發(fā)生故障時，機器人會因自身重力作用下降速度過快而損壞機器人本體，對在下面的操作人員的安全也構成了威脅。另外，需要利用外加“夾緊力”。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種摩擦輪式爬索檢測機器人，該摩擦輪式爬索檢測機器人結構簡單，高空纜索運行穩(wěn)定；另外，在電池耗盡或者電機發(fā)生故障時，能有效將爬行機器人安全回收。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種摩擦輪式爬索檢測機器人，包括移動小車、磁吸附機構和防落裝置。

移動小車包括兩個側架、移動底盤和至少兩個滾輪；移動底盤將兩個側架固定連接，至少一個滾輪為驅動輪。

磁吸附機構設置在移動底盤上，磁吸附機構能將移動小車吸附在纜索上。

防落裝置包括齒輪傳動機構、變速箱、摩擦機構和滾柱式超越離合器。

齒輪傳動機構包括相互嚙合的齒輪一和齒輪二，齒輪一通過滾柱式超越離合器與其中一個滾輪的滾輪軸相連接；齒輪二通過變速箱與摩擦機構相連接。

摩擦機構包括旋轉驅動軸、摩擦壁、摩擦塊和導桿；摩擦壁為圓環(huán)形，同軸固定設置在旋轉驅動軸的外周；位于摩擦壁內的旋轉驅動軸上沿周向呈輻射狀設置有若干根導桿；每根導桿上滑動連接一個摩擦塊；當旋轉驅動軸轉動時，每個摩擦塊均能與摩擦壁的內壁面摩擦配合。

所述磁吸附機構包括軛鐵、螺桿、彈簧、磁鐵、螺母和活動墊板；螺桿從下至上依次穿過軛鐵、移動底盤和活動墊板，并用螺母固定，螺桿與移動底盤之間為間隙配合；彈簧套裝在位于軛鐵和移動底盤兩者之間的螺桿上，磁鐵吸附在軛鐵的底部。

所述磁吸附機構還包括磁鐵套，磁鐵套套裝在磁鐵的底部。

所述磁鐵套的邊緣呈圓弧形。

所述軛鐵的底部吸附有兩個磁鐵。

所述磁鐵為銣鐵硼永磁鐵。

所述滾輪為三個，其中兩個滾輪為驅動輪，一個滾輪為從動輪；從動輪與其中一個驅動輪通過同步輪和同步帶相連接。

每個驅動輪均由電機驅動，電機與驅動輪的驅動軸之間通過電磁離合器相連接。

本發(fā)明采用上述結構后，具有如下有益效果：

1.本發(fā)明滾輪加工成“V”型，在增加了與纜索的接觸面積的同時，也能有效避免機構偏離拉索的現象。

2.本發(fā)明應用磁吸附機構，借助纜索的磁力來提供磁吸附力。該吸附機構具有結構緊湊、吸附力強、使用靈活等優(yōu)點。磁吸附機構與纜索是非接觸狀態(tài)，在將小車主體與纜索穩(wěn)定固定的同時，減小了爬升的阻力，當遇到障礙時，壓縮磁吸附機構上的彈簧，使小車的主體有足夠的空間越過障礙。

3.本發(fā)明的防落裝置利用離心力摩擦原理來控制機器人的下降速度。該裝置結構簡單、輕便，維修方便。不但減輕小車本體的負載量，而且起到節(jié)約動力投資，降低產品成本的作用。當機構發(fā)生斷電或者電氣故障下滑時，電磁離合器分離，在重力作用下，摩擦輪式機器人沿著纜索下降，與防落裝置連接的滾輪反轉，滾柱式超越離合器內環(huán)逆時針轉動，根據滾柱式超越離合器工作原理，此時滾柱式超越離合器閉合，帶動齒輪傳動機構中的齒輪轉動，通過變速箱增速，依靠摩擦機構中的摩擦塊轉動壓緊圓柱形的摩擦壁產生摩擦力，此時摩擦力產生一個反力矩平衡機器人上的主動力矩，以此達到限制下滑速度的效果。

附圖說明

圖1顯示了本發(fā)明一種摩擦輪式爬索檢測機器人的結構示意圖。

圖2顯示了本發(fā)明中磁吸附機構的結構示意圖。

圖3顯示了磁吸附機構與移動底盤的裝配示意圖。

圖4顯示了本發(fā)明中防落裝置的結構示意圖；

圖5顯示了本發(fā)明中變速箱的結構示意圖。

其中有：

1.第一滾輪；2.第二滾輪；3.第三滾輪；4.磁吸附機構；41.軛鐵；42.螺桿；43.彈簧；44.磁鐵；45.磁鐵套；46.螺母；47.活動墊板；5.移動底盤；6.齒輪傳動機構；61.齒輪一；62.齒輪二；7.變速箱；71.大齒輪；72.小齒輪；8.摩擦機構；81.摩擦壁；82.摩擦塊；83.導桿；84.旋轉驅動軸；9.第一電機；10.第二電機；11.同步輪；12.同步帶；13.側架；14.第一滾輪軸；15.第二滾輪軸；16.第三滾輪軸；17.滾柱式超越離合器；18.支架；19.第一電磁離合器；20.第二電磁離合器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體較佳實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，一種摩擦輪式爬索檢測機器人，包括移動小車、磁吸附機構4和防落裝置。

移動小車包括兩個側架13、移動底盤和至少兩個滾輪。

本申請中滾輪的數量，優(yōu)選設置為三個。三個滾輪依次為第一滾輪1、第二滾輪2和第三滾輪3。第一滾輪套裝在第一滾輪軸14上，第二滾輪套裝在第二滾輪軸15上，第三滾輪套裝在第三滾輪軸16上。

其中，第一滾輪和第三滾輪為驅動輪，第二滾輪為從動輪。第二滾輪與第三滾輪之間通過同步輪11和同步帶12相連接。

另外，每個驅動輪均由電機驅動，電機與驅動輪的驅動軸之間通過電磁離合器相連接。具體為：第一滾輪由第一電機9所驅動，第一電機9與第一滾輪軸之間通過第一電磁離合器19相連接。第三滾輪由第二電機10所驅動，第二電機10與第三滾輪軸之間通過第二電磁離合器20相連接。

根據爬升力需要，可以僅設置一個滾輪為驅動輪，也可將三個滾輪均設置為驅動輪。

側架優(yōu)選為兩段式結構，移動底盤5優(yōu)選有兩個，兩個移動底盤將兩個側架固定連接。

每個移動底盤上優(yōu)選固定設置一個磁吸附機構，磁吸附機構能將移動小車吸附在纜索上。

磁吸附機構包括軛鐵41、螺桿42、彈簧43、磁鐵44、磁鐵套45、螺母46和活動墊板47。

每個磁吸附機構均優(yōu)選包括兩根螺桿。每根螺桿均從下至上依次穿過軛鐵、移動底盤和活動墊板，并用螺母固定，螺桿與移動底盤之間為間隙配合。

位于軛鐵和移動底盤兩者之間的每根螺桿上均套裝一根彈簧。

每個軛鐵的底部優(yōu)選吸附一對磁鐵，磁鐵均優(yōu)選為銣鐵硼永磁鐵。每個磁鐵的底部套裝一根磁鐵套，磁鐵套的邊緣均優(yōu)選呈圓弧形。

當遇到障礙擠壓磁鐵套時，彈簧壓縮，磁鐵沿著螺桿伸縮。當越過障礙后，依靠彈簧將磁鐵壓回原位置，調節(jié)螺桿上的螺母可改變磁吸附結構與纜索之間的間隙。

防落裝置包括齒輪傳動機構6、變速箱7、摩擦機構8和滾柱式超越離合器17。

齒輪傳動機構包括相互嚙合的齒輪一61和齒輪二62，齒輪一通過滾柱式超越離合器與其中第二滾輪軸相連接；齒輪二通過變速箱與摩擦機構相連接。

摩擦機構包括旋轉驅動軸81、摩擦壁81、摩擦塊82和導桿83。

摩擦壁優(yōu)選為圓環(huán)形，摩擦壁的外壁通過支架18固定在側架13上，摩擦壁且同軸套裝在旋轉驅動軸的外周。

位于摩擦壁內的旋轉驅動軸上沿周向呈輻射狀設置有若干根導桿；每根導桿上滑動連接一個摩擦塊；當旋轉驅動軸轉動時，每個摩擦塊均能與摩擦壁的內壁面摩擦配合。

機器人爬升時，滾柱式超越離合器處于分離狀態(tài)，防落裝置的齒輪傳動機構不與第二滾輪接觸，即不工作。

當機器人出現斷電或系統(tǒng)電氣故障時，摩擦輪式機器人在重力的作用下沿著纜索方向下降，第二滾輪反轉，滾柱式超越離合器內環(huán)逆向轉動，根據滾柱式超越離合器工作原理：當內圈逆時針轉動時，滾柱被楔緊而帶動外圈轉動，離合器接合；當內圈順時針轉動時，滾柱退入寬槽部位，外圈則不動，離合器分離，此時滾柱式超越離合器閉合，第二滾輪與防落裝置的齒輪傳動機構接觸工作，輪式爬升機器人的第二滾輪軸反轉下降時帶動滾柱式超越離合器，通過變速箱中如圖5所示的大齒輪和小齒輪，實現加速，依靠摩擦機構的旋轉驅動軸84帶動連接摩擦塊82的導桿83轉動，從而使摩擦塊82在摩擦壁內腔旋轉，此時產生的離心力使摩擦塊82壓緊摩擦壁81產生摩擦力，此時摩擦力產生一個反力矩平衡第二滾輪上的主動力矩，達到限制下滑速度的效果。依靠機器人自身的重力緩慢平穩(wěn)的下滑，從而實現高空回收的目的。

以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護范圍。