技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种
工业机器人技术领域，具体涉及一种用于缆索检查维护的缆索保养机器人。
背景技术
[0002]
斜拉桥具有跨度大、造型美观、建造方便等诸多优点，作为现代
桥梁的新形式，在世界范围内得到了广泛的应用。斜拉桥的主要受
力构件之一是缆索，其制造及安装成本约占桥梁投资的25%左右。由于缆索长期处于
风振、雨振、变
载荷及污染的环境中，不可避免的会出现
钢丝绳锈蚀、应变松弛断股情况。为提高
钢丝绳的使用寿命，拉索制造商在钢缆上增加了防
腐蚀体系。目前广泛采用的是每根小钢丝首先采用
镀锌和涂油保护，然后许多小钢丝制成钢丝绳后在外面缠绕高强度聚酯带进行保护，最后在外部热缩包覆两层PE层形成护套，与空气隔离。但随着时间的推移，PE护套将会老化、鼓包、开裂。一旦内部的钢丝绳曝露
接触到空气，缆索将很快锈蚀断裂。公开日为2012年11月28日，公开号为CN102795273 A的
专利文件公开了一种爬缆机器人，包括沿缆索圆周方向对称设置的两小车及设置在两小车上用于抱紧缆索的抱紧装置，所述抱紧装置包括分别设置在两小车前部和后部上的相互平行的
导轨，导轨与缆索轴线相垂直；所述各导轨上可滑动的设有两滚轮
支架，各滚轮支架与小车的车体之间沿导轨方向上设有
弹簧；所述各滚轮支架上设有绕
转轴转动的滚轮，所述转轴倾斜设置并与缆索轴线相垂直；所述滚轮在缆索上形成四点
支撑夹持；所述滚轮中至少有一滚轮上设有驱动装置。该机器人是由本实用新型的
发明人在专
门研究了国内外
现有技术的爬缆机器人的
基础上研发的一种爬缆机器人，该结构虽然再一定程度上解决了现有技术中缆索检测机器人的抱揽效果不佳，易产生螺旋爬缆、
稳定性差，以及爬缆过程中对局部障碍的越障效果不佳的问题，但该机器人依靠弹簧对滚轮施加的可变弹性力来解决越障问题，在碰到缠有螺旋钢丝的斜拉索时，由于螺旋钢丝高出缆索表面较多，因此容易出现抱死或损坏缆索包覆层的情形。另外，该机器人采用一个
电机带动一个滚轮的结构形式，采用单个电机驱动时，由于其动力传递受到弹簧弹力的限制，弹簧过紧则影响越障能力，弹簧过松则不能提供足够的爬缆动力，无法攀爬
角度较大的缆索；而采用多个电机驱动时，
驱动轮的不同步很容易导致机器人在爬缆过程中的出现震颤，导致打滑及磨损缆索包覆层，同时也影响攀爬性能。此外，由于滚轮在缆索的同一横截面上形成四点支撑夹持，不但影响了机器人越障能力的提高，而且无法攀爬直径较小的缆索。实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的是为解决现有技术的爬缆机器人攀爬、越障能力差，且无法攀爬直径较小的缆索的问题而提供一种攀爬、越障能力好，缆索直径适应面广的缆索保养机器人。
[0004] 本实用新型为达到上述技术目的所采用的具体技术方案为：一种缆索保养机器人，包括外框及设置在外框内的滚轮装置，所述的外框包括驱动半框和抱缆半框，驱动半框和抱缆半框为相对设置的可开闭结构，驱动半框内设有四个上下、左右对称布置的圆柱形驱动滚轮，四个驱动滚轮由同一
驱动电机同步驱动，所述驱动滚轮的轴线在
水平面上的投影呈倒V形；所述抱缆半框的横截面呈U形，包括一前板及设置在前板两侧的边板，抱缆半框内设有可相对于前板平行滑动的压紧板，抱缆半框上设有抱缆电机，抱缆电机通过抱缆传动机构与压紧板连接，压紧
板面向驱动半框的一面设有四个上下、左右对称布置的圆柱形压紧滚轮，所述压紧滚轮的轴线在水平面上的投影呈V形，驱动半框和抱缆半框闭合时，驱动滚轮及压紧滚轮的轮面内侧在水平面上的投影呈围抱缆索的菱形结构，驱动滚轮与压紧滚轮上下错位地位于缆索的两侧，缆索保养机器人还包括地面控制装置，所述地面控制装置连接驱动电机及抱缆电机；缆索保养机器人上还设有摄像头与喷
涂装置，摄像头与
喷涂装置均设置在外框上端，摄像头连接图像发射装置，喷涂装置连接地面控制装置。本实用新型在驱动半框和抱缆半框内分别设置驱动滚轮及压紧滚轮，驱动滚轮相对于驱动半框基本固定，便于动力传递；而压紧滚轮相对于抱缆半框可移动，使缆索保养机器人适应多种尺寸的缆索；另一方面，由于驱动滚轮与压紧滚轮错位设置，因此本实用新型在缆索的同一横截面上只有一对驱动滚轮或者压紧滚轮，即在压紧板向缆索移动时，在压紧滚轮的移动方向上不存在驱动滚轮，压紧板上的压紧滚轮与驱动半框上的驱动滚轮不会相互干涉，与现有技术的四个滚轮在缆索同一截面上的结构相比，本实用新型可以在直径更小的缆索上使用。另外，本实用新型在缆索的纵向上设置四个夹持点，每个夹持点上布置两个呈V形的驱动滚轮或者压紧滚轮，这与对比文件在缆索的纵向上设置2个夹持点、缆索同一横截面上布置四个呈菱形结构的滚轮相比，可以更加有效对利用缆索本身的柔性，有利于提高越障能力。本实用新型驱动滚轮及压紧滚轮的轮面构成上下错位围抱缆索的菱形结构，从缆索的不同横截面上抵接压紧缆索表面，滚轮与缆索之间的摩擦角不随缆索直径变化而变化，因此其爬缆能力不随缆索直径变化而变化，这种结构与双边、三边滚轮抱缆更加可靠，空中
姿态更稳定，同时具有比弧形轮更好的缆索直径适应性，另外，采用四边滚轮抱紧，防止机器人爬缆过程中绕缆索旋转的防偏转能力更强，槽面摩擦原理证明了弧形轮夹缆方式的当量
摩擦系数会随缆索直径改变而改变，而多个柱面滚轮夹缆方式的当量摩擦系数则不随缆索直径改变而保持恒定，因此多个柱面滚轮抱缆具有更大的爬缆摩擦能力。本实用新型四个驱动滚轮由同一驱动电机同步驱动，即驱动半框一侧的每个滚轮均具有动力，形成多驱结构，极大提高了机器人的爬缆能力，因此本实用新型的机器人不但具有足够的爬缆动力，可以用于垂直缆索的攀爬，而且由于同步驱动避免了现有技术的驱动轮在工作时不同步引起的机器人震颤，导致滚轮与缆索之间打滑及磨损缆索包覆层的问题，同时也影响攀爬性能的问题。另外，本实用新型的驱动滚轮及压紧滚轮与外框之间不存在弹性结构，其抱缆压紧力由地面控制装置通过抱缆电机调节设定，只需抱缆电机一点控制就可以完成对不同直径的缆索施加不同的抱缆力，并可以根据机器人的实际运行情况随时调整，避免抱紧力过大影响越障能力或出现抱死、损坏缆索的情形或抱紧力过小出现打滑的问题。本实用新型的驱动半框和抱缆半框为相对设置的可开闭结构，现场安装或拆卸非常简单，方便快捷。本实用新型通过控制驱动电机与抱缆电机的转动，可以在很远的距离上控制缆索保养机器人的活动，而设置在缆索保养机器人上的摄像头可以使人们在地面上就清楚得知缆索的具体损伤情况，并通
过喷涂装置相应地在缆索外表损伤部位进行喷涂防水
密封胶或其他涂料进行修补，以延缓缆索护套的老化速度；也可以对缆索进行喷漆等维护操作，延长缆索的使用寿命，从而确保缆索安全。本实用新型将摄像头与喷涂装置设置在外框上端，是考虑到喷涂操作通常需要从高到低进行，这样滚轮不会碰触已修补的部位。
[0005] 作为优选，驱动电机设置在驱动半框后侧上部的中间
位置，驱动电机的
输出轴连接有驱动
齿轮，驱动齿轮与对称布置在其两侧的主齿轮
啮合，主齿轮的下侧与主齿轮同轴设有主动轮，驱动半框两侧的主动轮分别通过传动带、
锥齿轮组与驱动半框两侧下方的驱动滚轮转轴传动连接，同侧的上下两个驱动滚轮转轴之间通过联动带传动连接，所述的传动带及联动带为
同步带或链条。本实用新型采用单一电机驱动四个驱动滚轮的形式，确保机器人的爬升能力。电机的驱动齿轮通过两侧的主齿轮及与主齿轮同轴的主动轮、传动带、锥齿轮组分别与两侧的下方驱动滚轮的转轴一端传动连接，而该驱动滚轮转轴的另一端通过联动带与同侧上方的驱动滚轮传动连接，从而实现一个电机带动四个驱动轮，由于两路的
传动比完全一致，因此四个驱动滚轮完全同步转动，解决了现有技术的缆索保养机器人在爬缆过程中的容易出现震颤，导致打滑及磨损缆索包覆层，同时也影响攀爬性能的问题。
[0006] 作为优选，抱缆电机设置抱缆半框外侧，所述的抱缆传动机构包括两根平行设置在抱缆半框内的水平
丝杆，两根丝杆的一端与设置在压紧板上的丝杆
螺母螺接，两根丝杆的另一端设有延伸出抱缆半框的丝杆轴，丝杆轴上设有联动齿轮，两根丝杆之间通过同步带相连，其中一根丝杆的丝杆轴端部与抱缆电机传动连接，另一根丝杆的端部设有手轮，抱缆半框中部设有同步带张紧轮。本实用新型通过抱缆电机带动两根丝杆转动来移动压紧板，通过地面控制装置控制抱缆电机的转动，即可控制缆索保养机器人对缆索的抱紧力，在爬缆过程中，当碰到障碍物时，可以通过转动抱缆电机减小抱紧力度使缆索保养机器人顺利越障，避免抱死；反之，在爬缆过程中如果缆索角度较大，抱紧力度不够使缆索保养机器人打滑时，可以通过转动抱缆电机增加抱紧力，防止缆索保养机器人滑落。而转动手轮可以方便设置压紧板的初始位置。
[0007] 作为优选，丝杆螺母设置在压紧板两侧的中部，所述的压紧板两侧边缘设有上下布置的若干导向轮，抱缆半框的边板上设有与所述导向轮对应的水平长槽，导向轮可滑动地嵌于水平长槽内。在压紧板两侧边缘设置导向轮，导向轮可滑动地嵌于边板的水平长槽内，这样可以保证压紧板移动时与前板平行，确保压紧板对其上、下压紧滚轮的压力均衡。
[0008] 作为优选，位于抱缆半框右侧丝杆的丝杆轴端部通过锥齿轮组与抱缆电机传动连接，手轮设于左侧丝杆的丝杆轴端部。
[0009] 作为优选，驱动半框与压紧板的相对面上均设有滚轮支架，滚轮支架呈直角三角形楔状，驱动滚轮设置在驱动半框上的滚轮支架斜楔面上，压紧滚轮设置在压紧板上的滚轮支架斜楔面上，所述斜楔面的两端设有
轴承座，驱动滚轮及压紧滚轮的转轴通过轴承设置在轴承座上。本实用新型采用直角三角形楔状的支架来安装驱动滚轮及压紧滚轮，使驱动半框及压紧框内的驱动滚轮和压紧滚轮可以构成围抱缆索的菱形结构，通常直角三角形采用等腰直角三角形，即斜面与安装滚轮支架的安装板之间的夹角为45度。本实用新型所述的菱形并不一定是一个完整的菱形形状，当驱动滚轮及压紧滚轮所围合的面积较小时，驱动滚轮及压紧滚轮的相对面轮廓线可以构成一个完整的菱形形状；而驱动滚轮及压紧滚轮所围合的面积较大时，驱动滚轮及压紧滚轮的相对面轮廓线只是菱形的一部分。
[0010] 作为优选，传动带上连接有张紧轮，驱动半框的上端两侧各设有一个调节
块，所述的调节块通过调节螺钉与驱动半框上部的滚轮支架连接，位于驱动半框上部的滚轮支架安装孔为腰形孔。张紧轮用于张紧传动带，而调节块通过调节螺钉拉开上下滚轮支架的距离用于张紧联动带，从而避免由于传动带与联动带松弛而影响驱动轮的同步。
[0011] 作为优选，驱动半框的横截面呈U形，包括一后板及设置在后板两侧的边板，驱动半框的一侧边板与抱缆半框的对应侧边板通过
铰链铰接，驱动半框的另一侧边板与抱缆半框对应侧的边板之间设有
锁紧装置。驱动半框与抱缆半框采用相似的结构，可以降低生产成本。
[0012] 作为优选，压紧滚轮及驱动滚轮的轮面采用聚
氨酯材料制作；所述的外框及压紧板均为工程塑料制作的镂空结构。聚氨酯材料制作压紧滚轮及驱动滚轮其轮面有相当的弹性，可以在确保抱紧力的前提下降低可能出现的对缆索表面的损伤，尤其是对包覆PE护套的缆索损伤很小；外框及压紧板采用工程塑料制作的镂空结构，可以大大降低缆索保养机器人的自身重量。
[0013] 作为优选，地面控制装置通过无线遥控装置或
控制电缆连接驱动电机、抱缆电机及喷涂装置，采用无线遥控装置时，地面控制装置包括无线遥控器，无线遥控器包括发射装置与接收装置，接收装置设置在外框上，驱动电机、抱缆电机及喷涂装置连接接收装置，驱动电机的供电电源设置在驱动电机下方的驱动半框上。本实用新型可以采用无线遥控或电缆连接控制两种工作方式，采用电缆连接控制时，地面控制装置与缆索保养机器人之间采用线缆连接，此时驱动电机与抱缆电机由地面供电，机器人上无需供电电源，因而可以大大减轻机器人的重量，同时机器人不受电源电量影响，可以长时间工作。
[0014] 这里需要说明的是，本实用新型是按照缆索保养机器人在垂直设置的缆索上工作进行位置表述的，这样表述仅仅是为了本领域技术人员理解上的方便，而并不是对其位置结构的具体限定，实际上本实用新型的主体结构可以倒置，即上下位置可以互换，前后左右的位置也可以因为观察者的位置不同而发生改变，因此不存在绝对的上下或前后左右位置的限定关系。
[0015] 本实用新型的有益效果是：它有效地解决了现有技术的爬缆机器人攀爬、越障能力差，且无法攀爬直径较小的缆索的问题，本实用新型的缆索保养机器人攀爬、越障能力好，可以爬上接近90°的大角度缆索，且缆索直径的适应面广，对包覆PE护套的缆索损伤小，不会出现高空抱缆卡死或攀爬打滑的情况。本实用新型通过控制驱动电机与抱缆电机的转动，可以在很远的距离上控制缆索保养机器人的活动，而设置在缆索保养机器人上的摄像头可以使人们在地面上就清楚得知缆索的具体损伤情况，并通过喷涂装置相应地在缆索外表损伤部位进行喷涂防水密封胶或其他涂料进行修补，以延缓缆索护套的老化速度，具有很高的实用价值。
附图说明
[0016] 图1是本实用新型缆索保养机器人的前视图；
[0017] 图2是本实用新型缆索保养机器人的一种立体结构示意图；
[0018] 图3是本实用新型缆索保养机器人的右视图；
[0019] 图4是本实用新型缆索保养机器人的俯视图；
[0020] 图5是本实用新型缆索保养机器人驱动滚轮的一种结构布置示意图；
[0021] 图6是本实用新型缆索保养机器人压紧滚轮的一种结构布置示意图；
[0022] 图7是本实用新型缆索保养机器人驱动滚轮的一种结构布置简图；
[0023] 图8是图7的俯视图。
[0024] 图中：1.驱动半框，2.抱缆半框，3.驱动滚轮，4.驱动电机，5.前板，6.边板，7.压紧板，8.抱缆电机，9.压紧滚轮，10.缆索，11.供电电源，12.驱动齿轮，13.主齿轮，14.主动轮，15.传动带,16.锥齿轮组，17.联动带，18.丝杆，19.丝杆螺母，20.联动齿轮，21.同步带，22.手轮，23.导向轮，24.长槽，25.滚轮支架，26.斜楔面，27.轴承座，28.张紧轮，29.调节块，30.调节螺钉，31.后板，32.铰链，33.传动架，34.摄像头35.图像发射装置。
具体实施方式
[0025] 下面通过
实施例，并结合附图对本实用新型技术方案的具体实施方式作进一步的说明。
[0026] 实施例1
[0027] 在图1图2所示的实施例1中，一种缆索保养机器人，包括外框及设置在外框内的滚轮装置，所述的外框包括驱动半框1和抱缆半框2，驱动半框和抱缆半框为相对设置的可开闭结构，驱动半框与抱缆半框均为工程塑料制作的镂空结构，其横截面均呈U形，驱动半框包括一后板31及设置在后板两侧的边板6；抱缆半框包括一前板5及设置在前板两侧的边板，驱动半框的一侧边板与抱缆半框对应侧的边板通过铰链32铰接，驱动半框的另一侧边板与抱缆半框对应侧的边板之间设有锁紧装置（图中未示出）。驱动半框内设有四个上下、左右对称布置的圆柱形驱动滚轮3（见图5、图7），驱动滚轮设置在后板上，四个驱动滚轮由同一驱动电机4同步驱动，驱动电机为步进电机，所述的驱动滚轮的轴线在水平面上的投影呈倒V形（见图4）。抱缆半框内设有可相对于前板平行滑动的压紧板7（见图6），抱缆半框上设有抱缆电机8，抱缆电机为步进电机，抱缆电机通过抱缆传动机构与压紧板连接，压紧板与驱动半框的相对面两侧各设有四个上下、左右对称布置的圆柱形压紧滚轮9，所述的压紧滚轮的轴线在水平面上的投影呈V形，驱动半框和抱缆半框闭合时，驱动滚轮及压紧滚轮的轮面内侧在水平面上的投影呈围抱缆索10的菱形结构，驱动滚轮与压紧滚轮上下错位地位于缆索的两侧，缆索保养机器人还包括地面控制装置，所述地面控制装置包括无线遥控器，无线遥控器包括发射装置与接收装置，接收装置设置在外框上，驱动电机及抱缆电机连接接收装置。缆索保养机器人上还设有两个摄像头34与两个喷涂装置36，摄像头与喷涂装置均设置在外框上端，两个摄像头分别各自连接独立设置的两个图像发射装置35，喷涂装置连接接收装置。
[0028] 驱动电机设置在驱动半框后侧上部的中间位置，驱动电机的供电电源11设置在驱动电机的下方，供电电源采用大容量的
磷酸锂
铁电池，驱动电机的输出轴连接有驱动齿轮12，驱动齿轮与对称布置在其两侧的主齿轮13啮合（见图7），主齿轮的下侧与主齿轮同轴设有主动轮14，驱动半框两侧的主动轮分别通过传动带15、锥齿轮组16与驱动半框两侧下方的驱动滚轮转轴传动连接；同一侧的上下两个驱动滚轮转轴之间通过联动带17传动连接。所述的传动带及联动带均为同步带，传动带上连接有张紧轮28，张紧轮设置在传动架33上。后板31上端两侧各设有一个调节块29，所述的调节块通过调节螺钉30与驱动半框上部的滚轮支架连接，位于驱动半框上部的滚轮支架安装孔为腰形孔。
[0029] 抱缆电机设置抱缆半框前板外侧右下方，所述的抱缆传动机构包括两根平行设置在抱缆半框内的水平丝杆18，两根丝杆的一端与设置在压紧板上的丝杆螺母19螺接，两根丝杆的另一端设有延伸出抱缆半框的丝杆轴，丝杆轴上设有联动齿轮20，两根丝杆之间通过同步带21相连，位于抱缆半框右侧丝杆的丝杆轴端部通过锥齿轮组16与抱缆电机传动连接，左侧丝杆的丝杆轴端部设有手轮22，抱缆半框中部设有同步带张紧轮28。
[0030] 丝杆螺母设置在压紧板两侧的中部（见图3、图6），所述的压紧板为工程塑料制作的镂空结构，其两侧边缘设有上下、左右对称布置的四个导向轮23，抱缆半框的每侧边板上设有与所述导向轮对应的两条水平长槽24，导向轮可滑动地嵌于水平长槽内（见图3）。
[0031] 驱动半框与压紧板的相对面上均设有滚轮支架25，滚轮支架呈直角三角形楔状，驱动滚轮设置在驱动半框上的滚轮支架斜楔面26上，压紧滚轮设置在压紧板上的滚轮支架斜楔面上，驱动滚轮与压紧滚轮呈交叉状对应布置，所述斜楔面的两端设有轴承座27，驱动滚轮及压紧滚轮的转轴通过轴承设置在轴承座上，压紧滚轮及驱动滚轮的轮面采用聚氨酯材料制作。
[0032] 实施例2
[0033] 在实施例2中，地面控制装置与缆索保养机器人之间采用电缆连接，此时驱动电机与抱缆电机由地面通过电缆对其供电，机器人上无需供电电源，其余和实施例一相同。
[0034] 本实用新型的缆索保养机器人使用时，将驱动半框与抱缆半框围抱在缆索上并锁紧，转动手轮，使驱动滚轮及压紧滚轮抵触缆索，滚轮与缆索之间的松紧度以缆索保养机器人可以在缆索上不滑落为基准，缆索保养机器人的升降通过地面控制装置控制驱动电机完成，而人工或自动控制抱缆电机可以改变滚轮与缆索之间的松紧度，使缆索保养机器人顺利越过障碍，在具有防激振功能的螺旋线缆索上也可正常工作。本实用新型通过遥控驱动电机与抱缆电机的转动，可以在很远的距离上控制缆索保养机器人的活动，而设置在缆索保养机器人上的摄像头可以使人们在地面上就清楚得知缆索的具体损伤情况，并通过喷涂装置相应地在缆索外表损伤部位进行喷涂防水密封胶或其他涂料进行修补，以延缓缆索护套的老化速度；也可以对缆索进行喷漆等维护操作，延长缆索的使用寿命，从而确保缆索安全。
