电驱动蠕动式缆索机器人技术领域本
发明属于
机器人技术领域，涉及一种
缆索机器人，尤其涉及一种用于大跨度
斜拉桥缆 索上作业的电驱动蠕动式缆索机器人。 背景技术斜拉桥作为现代
桥梁的新形式，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缆索 维护措施还很不完善。目前，对缆索的维护大都采用巻扬机拖动吊篮小车以人工的方式对斜 拉索进行清洗、
涂装。这种吊篮小车作业方式存在严重的问题：小车重量大，吊篮小车加上 两位工作人员重达七八百公斤，并且为了减小提升力，采用了坚硬的尼龙轮压在缆索上，这 不仅会把底涂层刮掉，而且会擦伤缆索表面的PE防护层，严重时甚至会剪断钢丝；施工工期 长、成本高，清洗涂装一座大桥上全部缆索的工期达数月之久，并且各种
费用较高；工人工 作的环境极端恶劣，工作人员在一百多米的高空作业，不仅面临大风、难于通讯的情况，而 且会有人员伤亡事故的发生。斜拉桥缆索标髙高，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，缆索仍有一定的扰度。
现有技术中，对管外机器人和电线检测机器人已有研究，培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、柔性较大的缆索， 其爬升能力显然不够。1987年IEEE机器人学和自动化国际会议分析闩本福FR敏男等所研制 的系列管外机器人的III号，其牵引力小，速度慢（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、野外高空作业的霈要。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，但电线的粗度和倾斜度显然不能与大桥上的 缆索相比。另外近年来由上海交通大学研制的多款
气动、电动缆索机器人较以前有较大的改 进，基本满足一般的使用要求，但也有结构复杂，上升、下降都需要消耗消耗大量
能源的缺 点。发明内容本发明的目的是要提供一种适用于任意倾斜度缆索爬升的、结构简单、装卸方便的电驱4动蠕动式缆索机器人，以能有效地实现对缆索的检测、维护等一系列工作，从而达到减轻工 人劳动强度、提高
质量、减少成本等目的。本发明所提供的电驱动蠕动式缆索机器人包括爬升装置、夹紧机构5和夹紧机构10、内 锥套调整装置2和内锥套调整装置9，所述的爬升装置包括驱动
电机11、上机板7、下机板 12、驱动
丝杠4、
螺母6、光杆13、
传感器16、触发片15、传感器3组成；
驱动电机11通 过
联轴器与驱动丝杠4连接，并通过过度套与下机板12固联，螺母6与上机板7固连，螺母 6与驱动丝杠4旋合，光杆13—端固定在下机板12上，另一端穿过导向套14，并在导向套 14中滑动，光杆13上端固连触发片15，导向套14固定在上机板7上，传感器16固定在上 机板7上，传感器3固定在上机板7或下机板12上，驱动电机ll、传感器16、传感器3由
导线连接至控制台，控制台根据传感器16或传感器3发出的
信号控制电机正转和反转，实现 机器人的蠕动运动。所述的夹紧机构5及夹紧机构10包括外锥套27、顶紧销31、内锥套28、底盖30、压簧 29和固联在内锥套28上短轴26组成，夹紧体31在内锥套28中滑动，压簧29—端顶在底 盖30上，另一端顶在内锥套28下端面上，内锥套28置入外锥套27中，夹紧体31—端挤紧 在缆索1的外表面，另一端
挤压在外锥套27的内锥面上；夹紧机构5和夹紧机构10分别固 定在上机板7和下机板12上。所述的内锥套调整装置2及内锥套调整装置9由电机21、丝杠23、斜楔
块螺母24、支 架22和
支架25构成，歩进电机21与支架22固联，并通过联轴器与丝杠23连接，丝杠23 与斜楔块螺母24旋合，丝杠23—端通过联轴器与电机21
输出轴连接，另一端
支撑在支架 25上，斜楔块螺母24的斜面抵在短轴26上：内锥套调整装置2和内锥套调整装置9分别通 过支架22和支架25固定在上机板7和下机板12上。本发明还可包括速度反馈装置8，它是由支撑架17、滚轮顶紧架18、滚轮19和
编码器 20组成，支撑架17固定在上机板7上，滚轮顶紧架18连接在支撑架17上，滚轮19固定在 滚轮顶紧架18上，滚轮19外表面顶紧在缆索1上，编码器20固定在滚轮顶紧架18上；所述的爬升装置中的驱动电机11为普通交流电机或普通直流电机或步进电机。所述的 爬升装置中的驱动电机11固联减速器。所述的内锥套调整装置2中的电机21为步进电机或 普通交流电机或普通直流电机。所述的传感器16为微动
开关。所述的传感器3为行程开关。 所述的夹紧机构5和夹紧机构10中的夹紧体31为钢球或矩形销。本发明的有益效果是：（1)结构紧凑，易于制造，成本低；（2)采用锥套夹紧机构，在 爬升过程中，夹紧体31与缆索1之间的
正压力小，因此驱动电机的功率小，功耗小，有利于 自带能源；（3)夹紧机构在工作时处于自
锁状态，在断电状态时，机器人会自锁在缆索上。
附图说明图l是本发明的主视图； 图2是图1的俯视图；图3是本发明夹紧机构5和内锥套调整装置2的结构示意图。 图4是本发明夹紧机构10和内锥套调整装置9的结构示意图。图中：1:缆索，2:内锥套调整装置，3:传感器，4:驱动丝杠，5:夹紧机构，6:螺 母，7:上机板，8:速度反馈装置，9:内锥套调整装置，10:夹紧机构，11:驱动电机， 12:下机板，13:光杆，14:导向套，15:触发片，16:传感器，17:上机板，18:滚轮顶 紧架，19:滚轮，20:编码器，21:歩进电机，22:支架，23:丝杠，24:斜楔块螺母，25: 支架，26:短轴，27:外锥套，28:内锥套，29:压簧，30:底盖，31:夹紧体 具体实施方式以下通过
实施例和附图详细说明本发明的技术方案。本发明电驱动蠕动式缆索机器人，包括爬升装置、夹紧机构5和夹紧机构10、速度反馈 装置8和内锥套调整装置2和内锥套调整装置9，所述的爬升装置包括驱动电.机11、上机板 7、下机板12、驱动丝杠4、蠊母6、光杆13、传感器16、触发片15、传感器3组成，驱动 电机11通过联轴器与驱动丝杠4连接，并通过过度套与下机板12固联，蟪母6与上机板7 固连，螺母6与驱动丝杠4旋合，光杆13—端固定在下机板12上，另一端穿过导向套14, 并在导向套14中滑动，光杆13上端固连触发片15,导向套14固定在上机板7上，传感器 16固定在上机板7上，传感器3固定在上机板7或下机板12上；夹紧机构5固定在上机板7 上，夹紧机构10固定在下机板12上，速度反馈装置8固定在下机板12上，也可以固定在上 机板7的背面；内锥套调整装置2通过支架22固定在上机板7上，内锥套调整装置9通过支 架25固定在下机板12上；所述的夹紧机构夹紧机构5或夹紧机构10包括外锥套27、顶紧 销31、内锥套28、底盖30、压簧29和固联在内锥套28上短轴26组成，夹紧体31在内锥 套28中滑动，压簧29—端顶在底盖30上，另一端顶在内锥套28下端面上，内锥套28置入 外锥套27中，夹紧体31—端挤紧在缆索1的外表面，另一端挤压在外锥套27的内锥面上； 所述的速度反馈装置8包括支撑架17、滚轮顶紧架18、滚轮19和编码器20组成，支撑架 17固定在下机板12上，滚轮顶紧架18连接在支撑架17上，滚轮19固定在滚轮顶紧架18 上，滚轮19外表面顶紧在缆索1上，编码器20固定在滚轮顶紧架18上；所述的内锥套调整 装置2或内锥套调整装置9包括由电机21、丝杠23、斜楔块蠊母24、支架22和支架25构 成，步进电机21与支架22固联，并通过联轴器与丝杠23连接，丝杠23与斜楔块螺母24 旋合，丝杠23—端通过联轴器与电机21输出轴连接，另一端支撑在支架25上，斜楔块螺母24的斜面抵在短轴26上。驱动电机ll采用普通交流电机，并固联摆线针轮减速器，传感器16采用微动开关，传 感器3采用行程开关，夹紧体31采用矩形销，内锥套调整装置2中的电机21采用步进电机， 由控制台中的可编程
控制器接受传感器16或传感器3发出的信号，控制驱动电机11或电机 21运转，实现机器人的蠕动攀升或下降。速度反馈装置8用于监控机器人在缆索上的运行速 度。本电驱动蠕动式缆索机器人的工作过程是这样的：首先将本机器人安装在缆索上，此时， 内锥套28在压簧29的推动下，在内锥套28内的夹紧体31 —端与外锥套27的内锥面
接触， 一端与与缆索1表面挤紧接触。蠕动上升过程时：控制台发出信号，控制内锥套调整装置2和内锥套调整装置9中的电 机21带动
丝杆23旋转，斜楔块螺母24稍脱离短轴26后停止；控制台控制驱动电机11正向 旋转，使上、下机板之间距离增大，下机板12中的夹紧机构10中的夹紧体31在
摩擦力和内 锥套28和外锥套27锥面的作用下与缆索表面趋紧，并形成自锁，使下机板12与缆索1夹紧 固定，驱动电机ll的继续正向旋转，由驱动丝杠4和螺母6使上机板7受到向上的推力，在 夹紧机构5中的内锥套.28中的夹紧体31，在摩擦力和外锥套27的内锥面的作用下与缆索表 面趋松，并沿缆索l表面轻松滑动，因此，上机板7沿缆索1上升，当微动开关16检测到触 发片15时，向控制台发出反馈信号，控制台控制驱动电机11反向旋转。当驱动电机ll反向 旋转时，使上下
机体之间距离减小，上机板7中的夹紧机构5中的夹紧体31在摩擦力、内锥 套28、外锥套27的作用下与缆索表面趋紧，并形成自锁，使上机板与缆索固定；下机板12 受到了向上的拉力，这时，夹紧机构10中的内锥套28中的夹紧体31，在摩擦力、外锥套27 的内锥面的作用下与缆索表面趋松，并沿缆索l表面轻松滑动，这时，下机板7沿缆索1上 升，当行程开关3检测到下机板12上升到
指定高度时（图1中行程开关3的触脚碰到编码器 20上
位置)，向控制台发出反馈信号，可编程控制驱动电机ll又正向旋转。如此周而复始完 成蠕动上升过程。蠕动下降过程时：控制台发出信号，控制内锥套调整装置2内的电机21带动丝杆23正 向旋转，使斜楔块螺母24左移并压下短轴26，夹紧体31在内锥套28的带动下与缆索表面 趋松；这时内锥套调整装置9内的电机21停止不动。控制驱动电机ll反向旋转，使上、下 机板之间距离减小，从而带动上机板7实现下移；当行程开关3检测到上机板7下降到指定 高度时，向控制台发出反馈信号，驱动电机ll停止旋转；延时一定时间后，可编程控制内锥 套调整装置2内的电机21反向旋转，带动丝杆23旋转，斜楔块螺母24右移稍脱离短轴26 后停止（上机板被锁紧)；延时一定时间后，控制内锥套调整装置9内的电机21带动丝杆2正向旋转，使斜楔块螺母24左移并压下短轴26，夹紧机构10中的夹紧体31在内锥套28的 带动下与缆索表面趋松；控制驱动电机ll正向旋转，使上、下机板之间距离增大，从而带动 下机板12下移；当微动开关16与触发片15触发时，说明下机板12下降到指定高度，即向 控制台发出反馈信号，驱动电机ll停止旋转；延时一定时间后，可编程控制内锥套调整装置 10内的电机21反向旋转，带动丝杆23旋转，斜楔块螺母24右移稍脱离短轴26后停止（下 机板被锁紧)；延时一定时间后，控制内锥套调整装置2内的电机21带动丝杆23正向旋转， 使斜楔块螺母24左移并压下短轴26，夹紧体31在内锥套28的带动下与缆索表面趋松；控 制驱动电机ll反向旋转，使上、下机板之间距离减小，从而带动上机板7实现下移；如此周 而复始完成蠕动下降过程。在本发明的一个实施例中，工程样机的功率为0.5KW，自重80公斤，可载重150公斤， 爬升速度范围在每分钟1米到IO米之间可调，运行效果良好，本电驱动蠕动式缆索机器人在 下降过程中对缆索进行检测、涂装和清洗等维护工作，具有推广应用价值。
