基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人的製作方法

2023-05-24 11:56:56

基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人，包括車體、設置在車體上的獨立懸掛裝置、安裝在獨立懸掛裝置上的車輪，獨立懸掛裝置包括平行設置的兩組平行四邊形框架、連接兩組平行四邊形框架的拉力傳遞軸、與拉力傳遞軸連接的預緊彈簧，平行四邊形框架由依次連接的第一連杆、第二連杆、第二連杆和第四連杆依次連接而成。第一水平連杆一端與車輪輪軸連接，另一端在與中間連杆連接的同時與拉力傳遞軸連接，第二水平連杆與中間連杆的連接端設置在車體上，預緊彈簧一端與拉力傳遞軸連接，另一端固定連接在車體上。
【專利說明】基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人

【技術領域】
[0001]本發明是基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人，屬於機器人應用領域。

【背景技術】
[0002]隨著經濟、交通事業的迅速發展，大跨度橋梁的發展也越來越快，斜拉橋作為現代橋梁的新型式，在世界範圍內得到了廣泛的應用。斜拉橋、懸索橋建成後，其主要受力構件之一的纜索長期暴露在空氣之中，纜索表面的聚乙烯(PE)保護層將出現不同程度的硬化老化等破壞現象，纜索內部鋼絲束也因空氣中的水分和其他酸性物質而受到腐蝕，嚴重者甚至出現斷絲現象，危及橋梁的安全。至今國內外已經發生過幾起通車僅幾年就因纜索腐蝕嚴重而導致斜拉橋全部換索的不幸工程實例，為了降低纜索的維修費用，避免單根或全體纜索腐蝕而換索，定期的纜索內外部檢查、修復都是必須的。
[0003]至今對斜纜索的檢查和維護方式還相對比較落後，早期是利用卷揚機使設備沿纜索移動，記錄測試數據或儲存以作分析；近幾年上海交通大學機器人研究所利用特種機器人技術，採用電驅動摩擦輪壓緊使機器人連續爬升或氣驅動氣缸夾緊蠕動爬升，利用隨帶的噴塗、磁檢測等裝置，實現了在役纜索的塗裝、內部檢測等作業，但是這兩種機器人還有諸多不足之處:例如比較笨重、能量消耗較大等缺點。
[0004] 申請人:已經提出過3件關於應用於斜拉橋纜索的檢測機器人的專利申請(200620016413.X,200810142308.4,200810019166.2)，但是之前的機器人是分別針對於光索和帶螺旋線纜索，通用性不強，且爬螺旋線纜索機器人由於繞索旋轉，效率不高。此專利主要針對這一問題，提出了一種基於平行四邊形懸掛的纜索檢測機器人，能夠順利的在光索上爬行，同時也具備爬螺旋索的能力，越障性能優越。


【發明內容】

[0005]技術問題:本發明提供一種能夠爬升光索和帶螺旋線的索，並對索麵的凸起等情況有一定越障能力的基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人。
技術方案:本發明的基於平行四邊形四輪獨立懸掛的纜索檢測機器人，包括車體、設置在所述車體上的獨立懸掛裝置、安裝在所述獨立懸掛裝置上的車輪，所述獨立懸掛裝置包括平行設置的兩組平行四邊形框架、連接所述的兩組平行四邊形框架的拉力傳遞軸、與所述拉力傳遞軸連接的預緊彈簧，平行四邊形框架由依次連接的第一水平連杆、第一斜拉杆、第二水平連杆和第二斜拉杆依次連接而成，所述第一水平連杆與第二水平連杆平行，所述第一斜拉杆和第二斜拉杆平行，第一水平連杆一端與車輪輪軸連接，另一端在與第一斜拉杆連接的同時與拉力傳遞軸連接，第二水平連杆與第二斜拉杆的連接端設置在車體上，所述預緊彈簧一端與拉力傳遞軸連接，另一端固定連接在車體上。
[0006]本發明中，車體上設置至少四個獨立懸掛裝置，每個所述獨立懸掛裝置上安裝一個車輪，所有的車輪中至少有一個為與動力裝置連接的主動輪。
[0007]本發明的一種優選方案中，拉力傳遞軸與預緊彈簧連接的部位設置有深度不同的多個環形溝槽，預緊彈簧通過連接在不同的環形溝槽中實現對預緊拉力的微調。
[0008]本發明的一種優選方案中，車體由對應設置的兩個車架組合而成，所述的兩個車架對稱設置在纜索兩側，並通過聯接件連接組合為一體，兩個車架上安裝的獨立懸掛裝置和車輪沿纜索對稱設置。
[0009]本發明的上述優選方案中，聯接件由車架上的可調節凹槽和定位螺栓構成，兩個車架上的可調節凹槽的槽孔對齊後用定位螺栓固定連接，所述可調節凹槽上設置一排平行的槽孔，以實現車體環抱半徑的調節。
[0010]有益效果:與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:
(I)區別之前的整體懸掛系統，由於本機器人利用了獨立懸掛的技術，機器人的四個輪子都是單獨的通過彈性懸掛系統懸掛在側板上，提高了輪子在纜索表面的附著力，同時增大了機器人輪子的半徑，從而提升了機器人的爬升和越障性能，機器人完全能夠適用於光索和螺旋索等各種索麵，當纜索由於破損等原因出現凸起、毛刺等情況時，機器人依然能夠越過障礙，不會卡死在纜索表面。
[0011](2)相比於整體懸掛，這種外掛式獨立懸掛系統能夠使車輪貼近小車主體，省下空間的同時減輕了小車的質量，減少了車身受到的衝擊，從而提高機器人運動的穩定性；同時，在機器人遇到障礙時，獨立懸掛的機器人能夠單個車輪響應，單獨跳動，互不影響，從而減小機器人整體車身的傾斜和振動，提高了機器人在纜索上檢測過程的穩定性。
[0012](3)由於機器人的輪子固定在支撐連杆上，而支撐連杆平行於側板連接杆，由於機器人的懸掛是平行四邊形結構且側板連接杆垂直於纜索表面，保證了支撐連杆同樣垂直於纜索表面，這樣彈簧提供的拉力可以最大程度的轉化為車輪在纜索表面附著力，同時能夠防止車輪的側偏等情況。
[0013](4)機器人的預緊力調節簡單，彈簧一端連接在機器人側板上的預留孔內，另一端則勾在帶不同深度環形溝槽的拉力傳遞軸上，通過改變拉簧所鉤的不同深度的環形溝槽，即改變彈簧的初始安裝長度，可以變拉簧的拉力，從而提供不同的預緊力，使得機器人的主動輪能夠獲得足夠的摩擦力，驅動機器人爬升。
(5)機器人的主動部分和從動部分尺寸、形狀一致，是模塊化的一個整體，同時與機器人的側板連接簡單，易拆裝。這樣使得機器人能夠快速、便捷的更換這兩部分。如果在施工現場出現動力不足或越障能力不足等情況，可以使用兩組主動，兩組從動的機器人結構，可以迅速提高機器人的爬升能力和越障性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明的從動輪懸掛示意圖；
圖3為本發明的主動輪懸掛示意圖；
圖4為本發明的結構斜視圖；
圖中有:車體1、獨立懸掛裝置2、聯接件3、纜索4、第一水平連杆21、第一斜連杆22、第二水平連杆23、第二斜連杆24、車輪輪軸25、齒輪箱26、主動軸27、電機支撐杆28、拉力傳遞軸29、可調節凹槽31、螺母32、主動輪251、齒輪箱蓋261、大齒輪262、中間軸263、中間齒輪264、小齒輪265、電機266、從動輪271、預緊彈簧291。

【具體實施方式】
[0015]下面結合實施例和說明書附圖，對本發明的技術方案進行詳細的說明。
[0016]如圖1至圖4所示，本發明的一種基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人，該機器人包括車體1、設置在所述車體上的獨立懸掛裝置2、安裝在所述獨立懸掛裝置2上的車輪271，所述獨立懸掛裝置包括平行設置的兩組平行四邊形框架、連接所述的兩組平行四邊形框架的拉力傳遞軸29、與所述拉力傳遞軸29連接的預緊彈簧291，平行四邊形框架由依次連接的第一水平連杆21、第一斜拉杆22、第二水平連杆23和第二斜拉杆24依次連接而成，所述第一水平連杆21與第二水平連杆23平行，所述第一斜拉杆22和第二斜拉杆24平行，第一水平連杆21 —端與車輪輪軸連接，另一端在與第一斜拉杆22連接的同時與拉力傳遞軸29連接，第二水平連杆23與第二斜拉杆24的連接端設置在車體上，所述預緊彈簧291 一端與拉力傳遞軸29連接，另一端固定連接在車體上。其中，第一水平連杆21與第一斜拉杆22之間、第二水平連杆23與第二斜拉杆24之間、第一水平連杆21與第四斜拉杆24和車體I之間都通過塞打螺栓和螺母連接，使連杆之間可以繞螺栓轉動。第一水平連杆21與車體I之間用螺栓螺母連接，將四邊形結構固定在車體I上，保證第一水平連杆21、第二水平連杆23垂直於車體I和拉索4表面，在同樣的條件下機器人因此能夠提供最大的正壓力在拉索4表面,保證了動力的充足。
[0017]進一步，第一斜拉杆22與第二斜拉杆23採用的是叉狀結構，兩根連杆兩端的槽口可以對第一水平連杆21和第二水平連杆24起到限位的作用，保證水平連杆和斜連杆之間的角度小於90度，防止四邊形結構在意外情況下出現的非正常角度，損壞機器人。
[0018]進一步，所述車體上設置至少四個獨立懸掛裝置2，每個所述獨立懸掛裝置上安裝一個車輪271，所有的車輪中至少有一個為與動力裝置連接的主動輪251。如圖2所示，是本發明的從動輪懸掛示意圖，從動輪271固定在從動軸25上，從動輪271與從動軸25之間通過軸承連接，並利用從動軸上的軸肩和軸用擋圈固定從動輪271軸向位置。如圖3所示，是本發明的主動輪懸掛示意圖，在主動輪251的懸掛部分，齒輪箱26的結構分為兩個部分，一部分與第二水平連杆23的結構相同，並與其他三根連杆組成四邊形結構，另一部分裝配齒輪組和電機266,同時，電機支撐座28與齒輪箱26類似,結構分為兩個部分,一部分與其他三根連杆組成四邊形結構，另一部分支撐電機266,使電機穩定。在動力傳遞上，電機266的輸出軸與小齒輪265連接，與中間齒輪264配合，實現第一級減速，中間齒輪264固定在中間軸263上，與大齒輪262配合，實現第二級減速，將動力傳遞到主動軸27上。齒輪組的軸和電機軸一端固定在齒輪箱26上,另一端固定在齒輪箱蓋261上,實現軸向定位。
[0019]進一步，拉力傳遞軸29與預緊彈簧291連接的部位設置有深度不同的多個環形溝槽，如圖4所示，預緊彈簧291 —端連接在機器人車體I上的預留孔內，另一端拉在機器人的拉力傳遞軸29上，預緊彈簧291連接在不同的環形溝槽中可以實現調節預緊彈簧291的初始拉伸長度，從而可以實現預緊拉力的微調，使得機器人能夠緊緊地抱住拉索，提升主動輪251上的摩擦力，驅動機器人上下爬行。
[0020]進一步，機器人車體I由對應設置的兩個車架組合而成，所述的兩個車架對稱設置在纜索4的兩側，並通過聯接件3連接組合為一體，兩個車架上安裝的獨立懸掛裝置2和車輪271沿纜索4對稱設置。聯接件3通過一組螺栓螺母與機器人車體I連接。聯接件3由車架上的可調節凹槽31和定位螺栓構成，兩個車架上的可調節凹槽31的槽孔對齊後用定位螺栓固定連接，所述可調節凹槽31上設置一排平行的槽孔，利用定位螺栓固定在可調節凹槽的31的不同位置，以實現車體I環抱半徑的調節。
[0021]本發明的纜索檢測機器人在拉索4上遇到障礙時，主動輪251、三個從動輪271車輪單獨跳動，互不相干，能減小車身的傾斜和震動，同時，這種獨立懸掛系統質量輕，減少了車身受到的衝擊，從而提高機器人運動的穩定性。
[0022]本發明的纜索檢測機器人的主動部分和從動部分尺寸、形狀一致，是模塊化的一個整體，同時與機器人的主體I連接簡單，易拆裝。這樣使得機器人能夠快速、便捷的更換這兩部分。如果在施工現場出現動力不足或越障能力不足等情況，可以增加主動輪懸掛的個數，可以迅速提高機器人的爬升能力和越障性能。
以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干可以預期的改進和等同替換，這些對本發明權利要求進行改進和等同替換後的技術方案，均落入本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人，其特徵在於，該機器人包括車體(I)、設置在所述車體(I)上的獨立懸掛裝置(2)、安裝在所述獨立懸掛裝置(2)上的車輪(271)，所述獨立懸掛裝置(2)包括平行設置的兩組平行四邊形框架、連接所述的兩組平行四邊形框架的拉力傳遞軸(29)、與所述拉力傳遞軸(29)連接的預緊彈簧(291)，平行四邊形框架由依次連接的第一水平連杆(21)、第一斜拉杆(22)、第二水平連杆(23)和第二斜拉杆(24)依次連接而成，所述第一水平連杆(21)與第二水平連杆(23)平行，所述第一斜拉杆(22)和第二斜拉杆(24)平行，第一水平連杆(21) —端與車輪輪軸(25)連接，另一端在與第一斜拉杆(22)連接的同時與拉力傳遞軸(29)連接，第二水平連杆(23)與第二斜拉杆(24)的連接端設置在車體上，所述預緊彈簧(291)—端與拉力傳遞軸(29)連接，另一端固定連接在車體(I)上。
2.按照權利要求1所述的基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人，其特徵在於，所述車體上設置至少四個獨立懸掛裝置(2)，每個所述獨立懸掛裝置上安裝一個車輪(271)，所有的車輪中至少有一個為與動力裝置連接的主動輪(251)。
3.按照權利要求1所述的基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人，其特徵在於，所述拉力傳遞軸(29)與預緊彈簧(291)連接的部位設置有深度不同的多個環形溝槽，預緊彈簧(291)通過連接在不同的環形溝槽中實現對預緊拉力的微調。
4.按照權利要求1、2或3所述的基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人，其特徵在於，所述車體(I)由對應設置的兩個車架組合而成，所述的兩個車架對稱設置在纜索(4)兩側，並通過聯接件(3)連接組合為一體，兩個車架上安裝的獨立懸掛裝置(2)和車輪(271)沿纜索(4)對稱設置。
5.按照權利要求4所述的基於平行四邊形獨立懸掛的纜索檢測機器人，其特徵在於，所述聯接件(3)由車架上的可調節凹槽(31)和定位螺栓構成，兩個車架上的可調節凹槽(31)的槽孔對齊後用定位螺栓固定連接，所述可調節凹槽(31)上設置一排平行的槽孔，以實現車體(I)環抱半徑的調節。
【文檔編號】E01D19/10GK104131511SQ201410332561
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】王興松, 戴蘇亞, 王蔚 申請人:武漢恆興通檢測有限公司, 東南大學