專利名稱：氣動(dòng)蠕動(dòng)式纜索機(jī)器人爬升裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種氣動(dòng)蠕動(dòng)式纜索機(jī)器人爬升裝置，用于大跨斜拉橋纜索上維護(hù)、監(jiān)測(cè)作業(yè)，屬于機(jī)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(yīng)用。作為斜拉橋主要受力構(gòu)件之一的纜索長期暴露在空氣中，經(jīng)風(fēng)吹雨淋日曬，纜索表面的聚乙烯護(hù)套將會(huì)產(chǎn)生不同程度的硬化和開裂現(xiàn)象，給護(hù)套內(nèi)的鋼絲束帶來銹斑、斷絲等嚴(yán)重的問題，同時(shí)，由于隨機(jī)風(fēng)振、雨振，使纜索內(nèi)的鋼絲產(chǎn)生微摩擦，繼而引起嚴(yán)重的斷絲問題，給斜拉橋埋下嚴(yán)重的隱患。由于斜拉橋是最近幾十年才興起的新橋型，與斜拉橋的主要受力構(gòu)件纜索相配套的維護(hù)措施還很不完善。斜拉橋纜索有圓柱形、平行六棱柱形和螺旋六棱柱形等多類型式，纜徑有多種規(guī)格，外層一般有聚乙烯套作防護(hù)，其標(biāo)高高、距離長，傾斜度由30°至近90°。另外，盡管在纜索的兩端施加了很大的拉力，但由于自重作用與蠕變，纜索仍有一定的撓度。
現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)管外機(jī)器人和電線檢測(cè)機(jī)器人已有研究，這些管外機(jī)器人爬行的管道一般只能用于水平面上的剛性管道，牽引力小，對(duì)于斜拉橋這種標(biāo)高較高、柔性較大纜索，其爬升能力顯然不夠，遠(yuǎn)不能滿足纜索維護(hù)的要求。而電線檢測(cè)機(jī)器人主要由幾個(gè)較小的車輪和四條履帶組成，由小電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只能在一定傾斜度的電線上移動(dòng)及跨越繃緊電線的鐵塔，不能應(yīng)用在纜索上。根據(jù)國際聯(lián)機(jī)檢索，還未見有纜索維護(hù)相關(guān)機(jī)器人的報(bào)道。
本實(shí)用新型的目的是要提供一種纜索維護(hù)機(jī)器人爬升裝置，使之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝卸方便，能在纜索上平穩(wěn)夾緊和移動(dòng)，工作可靠性高。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的氣動(dòng)蠕動(dòng)式纜索機(jī)器人爬升裝置，采用氣缸作為驅(qū)動(dòng)器，夾緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生指向纜索中心的夾緊力，導(dǎo)向、支撐等機(jī)構(gòu)使機(jī)器人在纜索上徑向定心、導(dǎo)向、承受徑向和軸向載荷，移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)蠕動(dòng)移動(dòng)動(dòng)作。具體的結(jié)構(gòu)如下本實(shí)用新型主要包括上體、下體和氣動(dòng)閥，上體和下體沿圓周均布三個(gè)安裝塊，其上分別安裝由夾緊氣缸及氣缸上的夾緊爪構(gòu)成的夾緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向氣缸及導(dǎo)向輪組成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，上體和下體通過移動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)連接，氣動(dòng)閥通過氣管和控制電線連通壓力氣源和地面控制臺(tái)，并由控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人爬升裝置的夾緊、導(dǎo)向和蠕動(dòng)動(dòng)作。移動(dòng)機(jī)構(gòu)中有移動(dòng)氣缸連通上體和下體，同時(shí)支撐機(jī)構(gòu)中有兩組支撐軸與支撐座連通上體和下體，支撐座內(nèi)還裝有直線運(yùn)動(dòng)軸承，以使整體結(jié)構(gòu)能沿非線性纜索移動(dòng)。上體和下體至少有一個(gè)夾緊于纜索上，由移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)爬升裝置蠕動(dòng)(上升或下降)。導(dǎo)向、支撐等機(jī)構(gòu)使爬升裝置在纜索上徑向定心、導(dǎo)向、承受徑向和軸向載荷，提高機(jī)器人對(duì)纜索的非線性適應(yīng)能力。
以下通過實(shí)施例和附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。


圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖所示，爬升裝置主要包括上體1、下體2及氣動(dòng)閥4，上體1和下體2都有各自的沿圓周均布的三個(gè)安裝塊3，其上分別安裝有夾緊機(jī)構(gòu)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，上體1和下體2間由移動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)等連接，氣動(dòng)閥4通過氣管接壓力氣源，由地面控制臺(tái)經(jīng)控制電線操縱控制通斷，繼而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的夾緊、導(dǎo)向和蠕動(dòng)動(dòng)作。
移動(dòng)機(jī)構(gòu)由兩只移動(dòng)氣缸6實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能，氣缸6上部的活塞桿端頭通過浮動(dòng)接頭12連接于上體1，缸體由中央軸耳9連接于下體2。
支撐機(jī)構(gòu)由兩組支撐軸5與支撐座15等組成，支撐軸5連接于上體1，支撐座15經(jīng)彈性墊16與下體2相連。支撐座15內(nèi)裝有直線運(yùn)動(dòng)軸承14，在支撐軸5隨上體1沿支撐座15移動(dòng)時(shí)，繞軸線擺動(dòng)并承受徑向力，從而消除移動(dòng)氣缸6的徑向力，使整體結(jié)構(gòu)能沿非線性纜索移動(dòng)。上體1和下體2間另由四件螺桿17支撐連接。
夾緊機(jī)構(gòu)由三只徑向均布的夾緊氣缸11及氣缸上的夾緊爪8等構(gòu)成，夾緊爪8采用與纜索表面有較大靜摩擦系數(shù)的硬橡膠制成，使機(jī)器人在纜索上可靠夾緊，上體1和下體2共有夾緊氣缸11六只。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由三只與夾緊氣缸11平行的導(dǎo)向氣缸10及導(dǎo)向輪7組成，導(dǎo)向氣缸10分別驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向輪7，使機(jī)器人在纜索上定心，并分別隨上體1和下體2在纜索上移動(dòng)，上體1和下體2共有導(dǎo)向氣缸10六只。
氣管和控制電線由鋼絲繩支撐，與地面控制臺(tái)和氣源相接。上體和下體上都開有安裝口，供機(jī)器人在纜索上安裝后，再由連接板13連為整體。爬升裝置安裝在機(jī)器人小車18上，小車應(yīng)能使機(jī)器人根據(jù)纜索的傾斜角靈活轉(zhuǎn)動(dòng)并有一定的安裝高度，作業(yè)時(shí)拆掉小車。根據(jù)纜索的直徑變化、非線性和因自重引起的偏置，分別調(diào)整上、下體安裝塊3的安裝位置，完成機(jī)器人在纜索上的安裝。
圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)
圖1中A-A剖視圖。
如圖所示，本發(fā)明的上體1有沿纜索19的圓周均布的三個(gè)安裝塊3，每個(gè)安裝塊3上裝有由夾緊氣缸11及夾緊爪8構(gòu)成的夾緊機(jī)構(gòu)、與夾緊氣缸11平行的導(dǎo)向氣缸10及導(dǎo)向輪7組成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，夾緊爪8使機(jī)器人在纜索19上可靠夾緊，導(dǎo)向輪7使機(jī)器人在纜索19上定心并移動(dòng)。
本發(fā)明的下體同樣有沿纜索19的圓周均布的三個(gè)安裝塊3，并在其上裝有夾緊機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。上體和下體共有夾緊氣缸11六只、導(dǎo)向氣缸10六只，上體和下體用四件螺桿17支撐連接。
圖3為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)
圖1中所示B處支撐機(jī)構(gòu)的局部放大剖面圖。
圖中，支撐機(jī)構(gòu)由支撐軸5與支撐座15等組成，支撐軸5連接于上體1，支撐座15經(jīng)彈性墊16與下體2相連。支撐座15內(nèi)裝有直線運(yùn)動(dòng)軸承14。在支撐軸5隨上體1沿支撐座15移動(dòng)時(shí)，繞軸線擺動(dòng)并承受徑向力，從而消除移動(dòng)氣缸的徑向力，使整體結(jié)構(gòu)能沿非線性纜索移動(dòng)。
圖4是本實(shí)用新型的上升過程分解圖。
本實(shí)用新型采用蠕動(dòng)爬升方式，其動(dòng)作節(jié)拍為(1)下體夾緊缸夾緊；(2)上體夾緊缸松開；(3)提升氣缸活塞桿伸出，上體上升；(4)上體夾緊缸夾緊；(5)下體夾緊缸松開；(6)提升氣缸缸體上升，下體上升。如此重復(fù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)爬升。
機(jī)器人下降時(shí)改變動(dòng)作節(jié)拍循環(huán)。
本實(shí)用新型利用氣缸產(chǎn)生的指向纜索的夾緊、導(dǎo)向力和平行于纜索的驅(qū)動(dòng)力，使機(jī)器人在纜索上夾緊和蠕動(dòng)，結(jié)構(gòu)及控制都較簡(jiǎn)單，適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于任意傾斜度和形狀的纜索；通過提高氣源壓力或選用較大的氣缸直徑，可使機(jī)器人承載能力足夠大；調(diào)節(jié)氣路中的節(jié)流閥，可調(diào)節(jié)移動(dòng)速度；即使停電停氣，機(jī)器人仍可夾緊于纜索上而不致下落，可靠性高。
本實(shí)用新型不僅適用于大型斜拉橋纜索機(jī)器人，對(duì)纜索進(jìn)行檢測(cè)、涂裝和清洗等維護(hù)工作，亦可用于管道、電線桿維護(hù)機(jī)器人。
權(quán)利要求1.一種氣動(dòng)蠕動(dòng)式纜索機(jī)器人爬升裝置，主要包括上體1、下體2及氣動(dòng)閥4，其特征在于上體1和下體2沿圓周均布三個(gè)安裝塊3，其上分別安裝由夾緊氣缸11及夾緊爪8構(gòu)成的夾緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向氣缸10及導(dǎo)向輪7組成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，移動(dòng)氣缸6的活塞桿端頭通過浮動(dòng)接頭12連接于上體1，缸體由中央軸耳9連接于下體2，支撐軸5連接于上體1，內(nèi)裝直線運(yùn)動(dòng)軸承14的支撐座15經(jīng)彈性墊16與下體2相連。
2.一種如權(quán)利要求1所說的氣動(dòng)蠕動(dòng)式纜索機(jī)器人爬升裝置，其特征在于所說的氣動(dòng)閥4通過氣管和控制電線與地面控制臺(tái)和氣源連接。
3.一種如權(quán)利要求1所說的氣動(dòng)蠕動(dòng)式纜索機(jī)器人爬升裝置，其特征在于所說的上體1和下體2上都開有安裝口，由連接板13連為整體。
專利摘要一種氣動(dòng)蠕動(dòng)式纜索機(jī)器人爬升裝置,上體和下體沿圓周均布三個(gè)安裝塊,其上分別安裝由夾緊氣缸及夾緊爪構(gòu)成的夾緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向氣缸及導(dǎo)向輪組成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu),并通過移動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)連接,采用氣缸驅(qū)動(dòng)、地面控制和監(jiān)視。本實(shí)用新型裝卸調(diào)整方便,可靠性高,適用于任意傾斜度和形狀的纜索,可用于大型斜拉橋纜索維護(hù)機(jī)器人,對(duì)纜索進(jìn)行檢測(cè)、涂裝和清洗,亦可用于管道、電線桿等的維護(hù)。
文檔編號(hào)B25J11/00GK2396935SQ9925205
公開日2000年9月20日 申請(qǐng)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, 謝文華, 張家梁, 王樂天, 姚香根 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)