气动蠕动式缆索机器人
专利汇可以提供气动蠕动式缆索机器人专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 气动 蠕动式缆索 机器人 ,由爬升、维护和地面控制台几部分组成,爬升本体的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,在本体上安装相应的维护机构,实现对大型 斜拉桥 缆索的检测、 涂装 和清洗等维护工作。本 发明 采用气缸驱动、地面控制和监视,装卸调整方便,可靠性高,适用于任意倾斜度和形状的缆索,亦可用于管道、电线杆等的维护。，下面是气动蠕动式缆索机器人专利的具体信息内容。
1、一种气动蠕动式缆索机器人，由爬升、维护及地面控制台几部分组成， 其特征在于爬升本体中的上体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，其特征在于所说的维 护部分中涂装框架21经连接块20与上体1的前端相连，电机22经曲柄23连接 连杆24，在内圈上均匀设置三套喷枪架30，三支自动喷枪29接涂料压力桶31， 沿缆索19的中心作圆周摆动。
3、一种如权利要求1所说的气动蠕动式缆索机器人，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。
4、一种如权利要求1所说的气动蠕动式缆索机器人，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。
5、一种如权利要求2所说的气动蠕动式缆索机器人，其特征在于所说的涂 装框架21上固定支架26，其上装有控制箱25和CCD摄像头27，在喷枪29内 侧安装的防风罩28外设置涂料回收槽。
本发明涉及一种缆索机器人，尤其涉及一种用于大跨斜拉桥缆索上作业的气 动蠕动式缆索机器人，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。1987年IEEE机器人学和自动化 国际会议Voll(P539～544)，分析了日本福田敏男等所研制的系列管外机器 人的III号机，系尺蠖形移动机器人，由九个脉冲电机，五连杆四关节组成，能在 90mm的水平和垂直刚性管道上移动，还有通过障碍物和转移到相邻管道上的 功能。但其牵引力小，速度很慢(平均速度仅为0.018m/min)亦不可调，远不 能满足缆索维护的大负载、高效率、柔性较大、野外高空作业的需要。关于电线 检测机器人在日本机器人学会志等期刊上也有所报道，这种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，虽然能在一定倾斜度的电线上移动及 跨越绷紧电线的铁塔，但电线的粗度和倾斜度显然不能与大桥上的缆索相比。所 以，这些机器人都不能应用在缆索上。根据国际联机检索，还未见有缆索维护相 关机器人的报道。
本发明的目的是要提供一种结构简单、装卸方便的缆索维护机器人，使之对 缆索的适应能力强，能有效地实现对缆索的监测和维护。
为实现这样的目的，本发明提供了一种气动蠕动式缆索机器人，由爬升、维 护及地面控制台几部分组成，采用气缸驱动，爬升部分(本体)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，由控制台实现对机器人的夹紧、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，由移动机构驱动机器人蠕动上升或下降。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，以提高机器人对缆 索的非线性适应能力。在机器人本体上安装相应的维护机构，以实现对缆索的检 测、涂装和清洗等维护工作。机器人在缆索上作业不会损伤缆索表面的原有涂层 或聚乙烯护套。
图1为本发明爬升本体结构的正视图。
如图所示，缆索机器人爬升本体主要包括上体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，形成气动蠕动式缆索机器人本体整体。
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1和下体2 上都开有安装口，机器人在缆索上安装后，再由连接板13连为整体。机器人平 时安装在机器人小车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为本发明爬升本体结构图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为本发明本体结构图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是本发明的上升过程分解图。
本机器人采用了蠕动的方式，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。
图5是本发明的驱动系统原理图。
如图所示，本发明的驱动系统包括气动阀和气缸等部分，气动阀包括电磁换 向阀、减压阀、消声器、节流阀、单向节流阀、气源处理三联件等。两只移动气 缸6选用带磁性开关低摩擦缸，上下体两组夹紧气缸11选用带磁性开关的薄型 气缸，两组导向气缸10选用薄型气缸。压缩空气首先通过稳定起动电磁阀、减 压阀，再由电磁换向阀DT1、DT2、DT3分别控制各气缸腔的进排气回路和 动作。单向节流阀用于移动气缸6的排气节流调速，使两移动气缸基本保持同步 动作。电磁换向阀DT4控制移动气缸6排气经二次节流，使机器人获得较低的 运行速度。导向气缸10的进气回路中再次设有减压阀以调定其所需压力。当系 统突然停电或停气时，由DT5控制旁路气罐开始工作，保证下体夹紧气缸11夹 紧。随着气路的泄漏，由操作人员牵引气管电线支撑钢丝使机器人缓缓下滑。
图6是本发明的控制方框图。
本发明采用可编程序控制器，实现气动位置程序开关量信号的控制。控制系 统的输入为由气缸磁性开关检测得到的电脉冲信号，输出信号对各电磁换向阀进 行顺序控制。控制台面板上设有通气、手动、自动(上升、下降)、维护等选择 按钮，作业环境监测显示及机器人爬升位置的数码显示。为了保证机构能适应在 不同截面的缆索上可靠夹紧，夹紧缸交替夹紧、松开时采用了延时的方法。
图7是本发明接有涂装维护及监测机构的整体结构示意图。
图中，维护部分中的涂装框架21经连接块20与上体1的前端相连，当机器 人由缆索顶部向下蠕动时，电机22经曲柄23、连杆24带动内圈摆动，在内圈 上均匀设置三套喷枪架30，三支自动喷枪29接涂料压力桶31，相应地沿缆索 19的中心作圆周摆动，随蠕动动作由地面控制台控制喷枪29的开闭，可以比较 均匀地涂装缆索19。在涂装框架21上固定支架26，其上装有控制箱25和CCD 摄像头27，由此在地面控制台上可以监测高空缆索的涂装质量。同时，为了防 止高空随机风对喷涂的影响，在喷枪内侧安装了防风罩28，在防风罩28外设置 涂料回收槽。
如果把涂料换成清洗液，再用清洗刷就可以对缆索进行清洗维护。在本体上 安装钢丝检测传感器可以对缆索进行断丝和锈斑检测。
本发明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，由可编程控制器控制，装卸和调整方便，结构及控 制都较简单；适于任意倾斜度和形状的缆索，机器人可在非线性缆索上平稳夹紧 和移动，对缆索的适应能力强；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；通过模块化接口与维护机构相 接，实现自动作业，工作效率高。
本发明适用于大型斜拉桥缆索的检测、涂装和清洗等维护工作，亦可用于管 道、电线杆等的维护。
在本发明的一个实施例中，整机尺寸为气缸缸径×行程：夹紧缸100×35， 导向缸80×35，爬升缸80×1000，适应缆径80-140，自重130Kg，速 度可达5m/min，可提供150Kg的力用于维护作业。若机器人爬升到预定点后， 将上下体同时夹紧不动用作吊点，可有更大的负荷力。该样机在工程试验中成功 经受了中雨的考验。
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