專利名稱：電驅(qū)動纜索維護機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纜索維護機器人，尤其涉及一種用于大跨斜拉橋纜索上作業(yè)的電驅(qū)動纜索維護機器人，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。
斜拉橋作為現(xiàn)代橋梁的新型式，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用。特別是在建設中跨度橋梁時，斜拉橋已成為首選的橋梁型式。作為斜拉橋三大受力構(gòu)件(橋塔、橋面和橋索)之一的纜索長期暴露在空氣中，經(jīng)風吹雨淋日曬，纜索表面的聚乙烯護套將會產(chǎn)生不同程度的硬化和開裂現(xiàn)象，會給護套內(nèi)的鋼絲束帶來銹斑、斷絲等嚴重的問題，同時，由于隨機風振、雨振，使纜索內(nèi)的鋼絲產(chǎn)生微摩擦，繼而引起嚴重的斷絲問題，都會給斜拉橋埋下嚴重的隱患。目前，對纜索的維護大都采用卷揚機拖動吊籃小車以人工的方式對斜拉索進行清洗、涂裝。這種吊籃小車作業(yè)方式存在嚴重問題小車重量大，吊籃小車加上兩位工作人員重達七、八百公斤，并且為了減小提升力，采用了堅硬的尼龍輪壓在纜索上，這不僅會把底涂層刮掉，而且會擦傷纜索表面的PE防護層，嚴重時甚至會剪斷鋼絲；施工工期長、成本高，清洗涂裝一座大橋上全部纜索的工期達數(shù)月之久，并且各種費用較高；工人工作環(huán)境極端惡劣，工作人員在一百多米的高空作業(yè)，不僅面臨大風、難于通訊的情況，而且會有人員傷亡事故的發(fā)生。
現(xiàn)有技術(shù)中，對管外機器人和電線檢測機器人已有研究。第十五次國際工業(yè)機器人會議15th ISIR Vol.1(P339～345)報道了日本的福田敏男等所研制的Mark I、II管外維護機器人，這種機器人由三臺小車通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)聯(lián)接而成，利用微機控制的三臺電機可以完成九個車輪的開閉動作，依靠它們緊抱管道外壁以保持一定的姿態(tài)，并通過驅(qū)動左右六個車輪完成前進和后退動作，Mark II機器人在結(jié)構(gòu)上可以利用電機改變車輪的前進角，能夠在管道上完成螺旋線移動。但是這種管外機器人只是研制了試驗樣機，爬行的管道也只是在地面上的剛性管道，牽引力小，移動速度慢(Mark I為0.3 m/min，Mark II僅為0.2 m/min)。對于斜拉橋這種標高較高、柔性較大纜索，其爬升能力顯然不夠。日本機器人學會志Vol.9(4)，1991(P457～463)報道了一種電線檢測機器人，主要由幾個較小的車輪和四條履帶組成，由小電機驅(qū)動，但只能在一定傾斜度的電線上移動以及跨越繃緊電線的鐵塔，而電線的粗度和傾斜度及機器人的工作環(huán)境顯然不能與大橋上的纜索相比。所以，這些特種機器人都不能應用在纜索上。根據(jù)國際聯(lián)機檢索，還未見有纜索維護機器人的報道。
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種適用于任意傾斜度纜索爬升的纜索維護機器人，以完成對纜索的自動清洗、涂裝、檢測等一系列工作以達到減輕工人的勞動強度、提高質(zhì)量、減少成本等目的。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明設計提供了一種電驅(qū)動纜索維護機器人，由爬升機構(gòu)、維護涂裝機構(gòu)及地面控制臺幾部分組成，爬升機構(gòu)本體采用由方管制成的圓柱形框架結(jié)構(gòu)，這不僅有利于減小高空風振的影響，而且還提高了本體的整體剛度。爬升機構(gòu)中沿纜索圓周方向均布三臺移動小車，由夾緊機構(gòu)提供足夠的夾緊力分別把三臺小車壓緊在纜索上，小車上三個電機分別通過傳動機構(gòu)驅(qū)動三臺小車沿索爬升；然后纜索機器人由纜索頂端開始，啟動涂裝機構(gòu)，可以順纜索向下進行周向涂裝；如果把涂料換成清洗液，再用清洗刷就可以對纜索進行清洗；在爬升機構(gòu)的外框架上安裝鋼絲檢測傳感器可以對纜索進行斷絲和銹斑檢測。其中機器人的移動速度可以通過地面工作臺加以控制，并且在地面上可以清楚地監(jiān)視高空機器人的工作情況并加以調(diào)整。纜索機器人在纜索上工作不會損傷纜索表面的原有涂層和聚乙烯護套。
以下通過實施例和附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細說明。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖所示，機器人由爬升機構(gòu)、涂裝機構(gòu)、監(jiān)測系統(tǒng)等組成。爬升機構(gòu)中沿纜索圓周方向均布三臺移動小車5，每臺小車中的電機1通過蝸輪蝸桿減速器2及鏈傳動帶動前鏈輪3、前輪6，再經(jīng)鏈傳動帶動后鏈輪4、后輪7。小車上的夾緊機構(gòu)設粗分檔孔和微調(diào)螺母9，彈簧8兩邊配置兩根導向桿10。由于機器人沿纜索運動時，爬升機構(gòu)有可能繞纜索旋轉(zhuǎn)，為此，在爬升機構(gòu)的圓柱內(nèi)框架的上下兩頭各設置一套外框架14，內(nèi)外框架之間用軸承連接，相互轉(zhuǎn)動靈活，并在外框架14上取三個支點懸掛涂料桶23等重物，以保證在爬升機構(gòu)旋轉(zhuǎn)的同時使外框架14及與外框架14相連的工作機構(gòu)保持穩(wěn)定的狀態(tài)。爬升機構(gòu)前端的外框架14經(jīng)連接塊25與涂裝機構(gòu)的框架24相連，涂裝機構(gòu)的小電機17經(jīng)曲柄18、連桿19連接內(nèi)圈，在內(nèi)圈上均勻設置三套噴槍架26，噴槍架26上的三支噴槍27可通過涂裝機構(gòu)中內(nèi)外相對旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(II)，沿纜索中心作圓周擺動，均勻地涂裝纜索32。涂裝框架24上固定支架31，支架31上裝有控制箱29和CCD攝像頭30，在地面控制臺上可以監(jiān)測高空纜索的涂裝質(zhì)量。同時，為了防止高空隨機風對噴涂的影響，在噴槍內(nèi)側(cè)安裝了防風罩28，并在防風罩外設置涂料回收槽。在機器人上還可以系上鋼絲繩16，其作用是支撐電纜的自重和在意外情況下拖拽機器人。
圖2為本發(fā)明中爬升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，爬升機構(gòu)中沿纜索32圓周方向均布三臺移動小車5，爬升機構(gòu)的框架12采用了圓柱形結(jié)構(gòu)，夾緊機構(gòu)設有粗分檔孔11和微調(diào)螺母9，并在彈簧8的兩邊配置兩根導向桿10。根據(jù)纜索直徑的粗細(適應索徑φ90-φ200)，選擇合適的粗分擋孔11用銷固接在支承板13上，然后調(diào)節(jié)螺母9進行微調(diào)，使移動小車(包括車體5、前輪6、后輪7)與纜索32保持一定的壓力。
圖3為圖1中I處即爬升機構(gòu)中內(nèi)外相對旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的放大圖。
圖中可見，爬升機構(gòu)的圓柱內(nèi)框架12經(jīng)軸承15與外框架14連接，內(nèi)外框架相互之間可以轉(zhuǎn)動靈活。
圖4為本發(fā)明的涂裝機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，外圈21與涂裝框架24固接，連桿19固接在內(nèi)圈上，在內(nèi)圈上均布三只噴槍架26。當電機經(jīng)連桿19帶動內(nèi)圈繞纜索32擺動時，噴槍也相應地作擺動，可以比較均勻地涂裝纜索32。
圖5為圖1中II處即涂裝機構(gòu)中內(nèi)外相對旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的放大圖。
圖中，內(nèi)圈20經(jīng)小軸承22與外圈21連接，內(nèi)外圈相互轉(zhuǎn)動靈活。連桿19固接于內(nèi)圈20上，外圈21與涂裝框架24固接。
圖6為本發(fā)明的爬升機構(gòu)的速度控制原理圖。
圖中，由變頻器33控制三個變頻電機1，按作業(yè)要求調(diào)節(jié)電機速度。
圖7為本發(fā)明噴涂部分的電氣原理圖。
如圖所示，地面控制臺上設有電機(內(nèi)圈擺動)、氣閥(噴槍噴涂)、警燈(安全提示)等操作按鈕及變頻電機的轉(zhuǎn)速顯示、作業(yè)環(huán)境的監(jiān)控等裝置。
圖8為本發(fā)明噴涂部分的氣動原理圖。
圖中，一路壓縮空氣經(jīng)減壓閥至涂料桶23使涂料壓入噴槍27的FLU，另一路壓縮空氣經(jīng)電磁閥(DT1和DT2)至噴槍27的CYL和CAP，控制噴涂的通斷和霧化。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、合理，圓周均布的三臺移動小車在夾緊機構(gòu)作用下，產(chǎn)生足以克服自重和負載的摩擦力，在三重動力的驅(qū)動下，可以沿任意傾斜度的纜索以較高的速度勻速爬升到纜索的頂端，然后啟動涂裝機構(gòu)以較低的速度順纜索向下作圓周涂裝。機器人爬升機構(gòu)采用了圓柱型框架形式，可以減小高空風振的影響。由于纜索的種類不同，內(nèi)外框架采用相對旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，相互間轉(zhuǎn)動靈活，可以在爬升機構(gòu)繞纜索螺旋移動時，保證涂裝機構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)。涂裝機構(gòu)中采用內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，使噴槍工作轉(zhuǎn)動靈活，噴涂均勻。本發(fā)明的纜索維護機器人可以用于大型斜拉橋纜索的維護工作，如纜索涂裝、清洗和檢測等方面，還可以用于其他圓柱桿如電線桿等的維護。
在本發(fā)明的一個實施例中，工程樣機的功率為1.1KW，自重為150公斤，可載重280公斤，爬升速度范圍在每分鐘1米至10米之間。該樣機在工程試驗中，涂裝和檢測質(zhì)量的效果非常好，具有推廣應用價值。
權(quán)利要求
1.一種電驅(qū)動纜索維護機器人，由爬升機構(gòu)、涂裝機構(gòu)、監(jiān)測系統(tǒng)等組成，其特征在于采用圓柱型框架結(jié)構(gòu)，爬升機構(gòu)中沿纜索圓周方向均布三臺移動小車5，由夾緊機構(gòu)壓緊在纜索上，車中的變頻電機1通過減速器2連接前鏈輪3、前輪6和后鏈輪4、后輪7，圓柱內(nèi)框架12經(jīng)軸承15與外框架14連接，外框架14經(jīng)連接塊25與涂裝框架24相連，外框架14上掛有涂料桶23，涂裝機構(gòu)的小電機17經(jīng)曲柄18、連桿19連接內(nèi)圈20，內(nèi)圈20經(jīng)軸承22與外圈21連接，在內(nèi)圈20上均勻設置三套噴槍架26，噴槍架26上有噴槍27。
2.一種如權(quán)利要求1所說的電驅(qū)動纜索維護機器人，其特征在于小車上夾緊機構(gòu)設有粗分檔孔11和微調(diào)螺母9，并在彈簧8的兩邊配置兩根導向桿10。
3.一種如權(quán)利要求1所說的電驅(qū)動纜索維護機器人，其特征在于涂裝框架24上固定支架31，支架31上裝有控制箱29和CCD攝像頭30。
4.一種如權(quán)利要求1或3所說的電驅(qū)動纜索維護機器人，其特征在于在噴槍內(nèi)側(cè)安裝了防風罩28，并在防風罩外設置涂料回收槽。
5.一種如權(quán)利要且1所說的電驅(qū)動纜索維護機器人，其特征在于機器人上還有用以支撐電纜自重及在意外情況下拖拽機器人的鋼絲繩16。
全文摘要
一種電驅(qū)動纜索維護機器人,由爬升機構(gòu)、涂裝機構(gòu)、監(jiān)測系統(tǒng)等組成,采用圓柱型框架結(jié)構(gòu),圓周均布的三臺移動小車夾緊在纜索上,夾緊機構(gòu)設有粗分檔孔和微調(diào)螺母,可以適應各種類型纜索,變頻電機通過減速器驅(qū)動小車,內(nèi)外框架軸承連接,涂裝機構(gòu)內(nèi)外圈軸承連接,在內(nèi)圈上均勻設置噴槍。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理,可有較高的爬升速度,不僅可以用于大型斜拉橋纜索的涂裝、清洗和檢測等維護工作,還可用于電線桿等的維護。
文檔編號B25J11/00GK1256190SQ9912424
公開日2000年6月14日 申請日期1999年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月10日
發(fā)明者呂恬生, 羅均, 王殿臣, 丁怡, 王鴻志 申請人:上海交通大學