一种攀爬机器人用行走机构

技术领域

本发明涉及一种行走机构，特别是一种攀爬机器人用行走机构。

背景技术

随着我国交通建设的飞速发展，大跨度斜拉桥和悬索桥越来越多的出现在大江大河上。拉索作为桥梁的主要构件经风吹日晒，表面PE层出现不同程度的硬化和龟裂现象，内部钢丝束受到腐蚀，严重者甚至出现断丝、桥梁坍塌事故；另一方面，由于风振、雨振等原因，加大钢丝束磨损，严重者也会发生断丝现象。

然而，斜拉桥运维的关键—拉索无损检测技术，目前仍以人工检测为主，主要使用卷扬机经定滑轮拖动吊篮方式，或使用升降车搭载工人对拉索进行检测和维护。该方法不但效率低，成本高，检测人员安全难以保证，而且仅适用于小型斜拉桥，无法胜任大跨度、高振幅、强扰动、超长拉索检测工作。因此，应用安全、稳定、高效的机器人系统，解决桥梁拉索自动检测的行业需求，成为必然要求。现代大跨度斜拉桥通常建设在大型江河湖海之上，超长柔性拉索易受风载荷等扰动影响而产生不同形式的振动。在爬升过程中，攀爬机器人与拉索一起振动，因而存在着如下方面的不足，有待进行改进：

1、由于攀爬机器人与拉索之间主要靠滚动摩擦，实现爬升；攀爬机器人在随拉索振动的同时，攀爬机器人与拉索之间的滚动摩擦将发生变化，故而会出现打滑或卡死等现象，降低了爬升稳定性。

2、由于攀爬机器人上携带有精度较高的缆索检测设备，当攀爬机器人在随拉索振动的同时，若振动幅度大，会严重影响缆索检测设备的自身检测精度；尤其是当两者发生共振时，甚至会损坏缆索检测设备。

另外，风电领域应用场景有相似之处。需要对风力发电风车的杆件进行检测（如斜拉桥的缆索等），还需要对曲面进行检测（如斜拉桥的索塔桥墩等）。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种攀爬机器人用行走机构，该攀爬机器人用行走机构一方面能够适应沿斜面、曲面的行走，还能适应沿拉索行走；另一方面，能够实现对拉索的快速夹紧，提高装夹效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种攀爬机器人用行走机构，包括中间行走机构、两个侧行走机构和两个翻转机构。

中间行走机构包括主框架和设置在主框架上的万向行走机构一；万向行走机构一具有位于主框架内侧的万向轮。

两个侧行走机构对称布设在中间行走机构的两侧，每个侧行走机构均包括副框架、驱动行走机构和万向行走机构二。

两个副框架均与主框架相铰接，并能在对应翻转机构的驱动下，并实现与主框架的相对翻转与夹紧。

驱动行走机构和万向行走机构二均设置在副框架上，其中，驱动行走机构具有位于副框架内侧的主动轮，万向行走机构二具有位于副框架内侧的万向轮。

万向行走机构一、驱动行走机构和万向行走机构二均具有弹簧阻尼悬挂机构；弹簧阻尼悬挂机构安装在主框架或副框架上，弹簧阻尼悬挂机构底端安装所述万向轮或主动轮。

弹簧阻尼悬挂机构包括滑动导轨、固定块、固定连接板、活动连接板、阻尼器和弹簧。

滑动导轨底部设置所述万向轮或主动轮。

固定块、固定连接板和活动连接板从下至上依次套设在位于万向轮或主动轮上方的滑动导轨上；其中，固定块和固定连接板能相对滑动导轨滑动，活动连接板与滑动导轨固定连接。

固定块和固定连接板分别与主框架或副框架固定连接。

阻尼器和弹簧布设在固定连接板和活动连接板之间。

驱动行走机构还包括主动轮驱动装置，主动轮驱动装置安装在活动连接板上，用于驱动主动轮的转动。

主动轮驱动装置包括驱动电机和同步带，驱动电机安装在活动连接板上，驱动电机通过同步带实现主动轮的旋转驱动。

阻尼器和弹簧各有两根，交错对称布设在滑动导轨四周的固定连接板和活动连接板之间。

主框架包括负载安装板、主弧形杆和主连杆；主弧形杆有两根，平行并列设置；主连杆用于连接两根主弧形杆；负载安装板套设在主连杆上，用于安装负载。

每个副框架均包括副弧形杆和副连杆；副弧形杆有两根，平行并列设置；副连杆用于连接两根副弧形杆。

每个翻转机构均包括翻转驱动转轴和翻转驱动装置。

主框架中的两根主弧形杆与两侧副框架中的两根副弧形杆分别通过一根所述翻转驱动转轴相铰接；翻转驱动装置用于驱动转轴的旋转驱动。

翻转驱动装置包括翻转驱动电机和翻转同步带；翻转驱动电机安装在负载安装板上，翻转驱动电机通过翻转同步带实现驱动转轴的旋转驱动。

本发明具有如下有益效果：

1、本申请能够适应沿斜面、曲面的行走，便于对索塔，桥墩等部件进行检测，还能够适应沿拉索等杆件行走的工作。

2、本申请还能够实现对拉索的快速夹紧，提高装夹效率。

附图说明

图1是本发明一种攀爬机器人用行走机构的结构示意图一。

图2是本发明一种攀爬机器人用行走机构的结构示意图二。

图3显示了本发明中的中间行走机构的结构示意图。

图4显示了本发明中侧行走机构的结构示意图。

图5显示了本发明中万向行走机构的结构示意图。

图6显示了本发明中驱动行走机构的结构示意图。

图7显示了本发明中弹簧阻尼悬挂机构的结构示意图一。

图8显示了本发明中弹簧阻尼悬挂机构的结构示意图二。

图9显示了本发明中弹簧阻尼悬挂机构在自然状态时的侧视图。

图10显示了图1中弹簧阻尼悬挂机构在压缩状态时的侧视图。

图11显示了本发明一种攀爬机器人用行走机构在管件上行走时的示意图。

图12显示了本发明一种攀爬机器人用行走机构在管件上行走时的俯视图。

图13显示了本发明一种攀爬机器人用行走机构在斜面或曲面上行走时的示意图。

其中有：

10.中间行走机构；

11.主框架；111.负载安装板；112.主弧形杆；113.主连杆；

12.万向行走机构一；

121.万向轮；

122.弹簧阻尼悬挂机构；122a.滑动导轨；122b.固定块；122c.固定连接板；122d.活动连接板；122e.阻尼器；122f.弹簧；

20.侧行走机构；

21.副框架；211.副弧形杆；212.副连杆；

22.驱动行走机构；

221.主动轮；221a.主动轮支撑架；221b.主动轮轮轴；

222.主动轮驱动装置；222a.驱动电机；222b.同步带；

23.万向行走机构二；

30.翻转机构；

31.翻转驱动装置；311.翻转驱动电机；312.翻转同步带；

32. 驱动转轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种攀爬机器人用行走机构，包括中间行走机构10、两个侧行走机构20和两个翻转机构30。

如图3所示，中间行走机构主要包括主框架11和设置在主框架上的两个万向行走机构一12。

主框架优选包括负载安装板111、主弧形杆112和主连杆113。

主弧形杆优选有两根，平行并列设置。主弧形杆呈弧形，作为替换，主弧形杆也可以为直杆，主弧形杆也可以三根或多根。

主连杆优选设置有两根，并用于连接两根主弧形杆。两根主连杆平行并列设置在两根主弧形杆的中间，形成类工字型结构。

负载安装板套设在主连杆上，用于安装负载等功能结构。

如图1和图5所示，万向行走机构一设置在主弧形杆上，万向行走机构一具有位于主框架内侧的万向轮121以及弹簧阻尼悬挂结构122。

弹簧阻尼悬挂机构安装在主弧形杆上，如图7和图8所示，弹簧阻尼悬挂机构包括滑动导轨122a、固定块122b、固定连接板122c、活动连接板122d、阻尼器122e和弹簧122f。

其中在滑动导轨底部设置有上述的万向轮。固定块、固定连接板和活动连接板从下至上依次套设在位于万向轮或主动轮上方的滑动导轨上；其中，固定块和固定连接板能相对滑动导轨滑动，活动连接板与滑动导轨固定连接。固定块和固定连接板均与主框架固定连接。阻尼器和弹簧布设在固定连接板和活动连接板之间。阻尼器和弹簧各有两根，交错对称布设在滑动导轨四周的固定连接板和活动连接板之间。

万向轮安装在弹簧阻尼悬挂机构的底端，优选为两个，分别安装在两根主弧形杆的内侧中部。其中，每个万向轮均能够实现360°转动。

万向行走机构一由于具有万向轮与弹簧阻尼悬挂机构的配合，能够缓冲本行走机构与接触面之间碰撞产生的振动，还可以辅助本行走机构在行进过程中克服接触面粗糙、有凸起或不平整引起的相关问题。

如图9和图10所示，当万向轮触碰到接触面时，作用力会沿万向轮、滑动导轨和活动连接板方向进行传导，此时滑动导轨带动活动连接板相对于固定块进行滑动，固定连接板与滑动连接板之间的距离变大，从而使得两者之间设置的两根弹簧拉伸相应长度，期间产生的振动再由阻尼器进行减轻。整体上这种设置方式能够减轻本行走机构在行进过程中产生的相关振动问题。

如图1、图2和图4所示，主弧形杆还能够起到连接两个侧行走机构的作用。

两个侧行走机构对称布设在中间行走机构的两侧，每个侧行走机构均包括副框架21、驱动行走机构22和万向行走机构二23。

两个副框架均与主框架相铰接，并能在对应翻转机构的驱动下，并实现与主框架的相对翻转与夹紧。

每个副框架均包括副弧形杆211和副连杆212；副弧形杆有两根，平行并列设置；副连杆用于连接两根副弧形杆。每个副框架上均设置有驱动行走机构和万向行走机构二。

如图1、图2和图6所示，驱动行走机构具有位于副框架内侧的主动轮221、弹簧阻尼悬挂机构和主动轮驱动装置222。

主动轮优选安装在副框架中位于顶部的副弧形杆的外端内侧。每个主动轮221均包括主动轮支撑架221a和主动轮轮轴221b。

弹簧阻尼悬挂机构的结构同上，不同点在于：固定块和固定连接板均与副框架中位于顶部的副弧形杆固定连接，主动轮安装在滑动导轨底部。

主动轮驱动装置安装在活动连接板上，用于驱动主动轮的转动。

主动轮驱动装置优选包括驱动电机222a和同步带222b，驱动电机安装在对应活动连接板上，驱动电机通过同步带实现主动轮的旋转驱动。

万向行走机构二包括万向轮和弹簧阻尼悬挂机构。

万向行走机构二中的万向轮安装在对应副框架中位于底部的副弧形杆的外端内侧。弹簧阻尼悬挂机构的结构同上，不同点在于：固定块和固定连接板均与副框架中位于底部的副弧形杆固定连接，万向行走机构二中的万向轮安装在滑动导轨底部。

如图1和图2所示，每个翻转机构均包括翻转驱动转轴32和翻转驱动装置31。

在主框架中的两根主弧形杆与两侧副框架中的两根副弧形杆分别通过一根翻转驱动转轴相铰接；翻转驱动装置主要用于驱动转轴的旋转驱动。

翻转驱动装置优选包括翻转驱动电机311和翻转同步带312；翻转驱动电机优选安装在负载安装板上，翻转驱动电机优选通过翻转同步带实现驱动转轴的旋转驱动。作为替换，翻转驱动装置也可为齿轮传动等现有技术中已知的其他驱动机构。

如图11、图12和图13所示，中间行走机构位于整体的中心部分，能够将两侧的翻转机构进行连接工作。两侧的翻转机构用于驱动两侧行走机构“开合”。当两侧的行走机构打开的时候，可以用于平面（斜面）、曲面的行走；当两侧行走机构打合起来的时候，能够适应管状的“夹紧”，并可以在管状或杆状，比如斜拉桥的拉索上进行行走。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。