本發(fā)明涉及斜拉橋纜索維護設備技術領域，具體為一種斜拉橋纜索爬行機器人及其爬升和下降的控制方法。

背景技術：

纜索是斜拉橋的主要受力構件，由于長期暴露于空氣環(huán)境中，受到風吹、日曬、雨淋和環(huán)境污染的侵蝕，其表面的聚乙烯保護套將會產(chǎn)生不同程度的硬化和開裂現(xiàn)象，導致保護套內(nèi)的鋼絲束得不到保護而產(chǎn)生生銹、斷絲等一系列嚴重的問題。另外，由于隨機風振、雨振，纜索內(nèi)部的鋼絲相互摩擦，引起鋼絲磨損，甚至引發(fā)嚴重的斷絲問題，帶來巨大的安全隱患。目前，對斜拉橋纜索的檢測和維護方式還比較落后，主要是通過人工檢測的方式為主：一是針對小型斜拉橋使用液壓升降平臺，進行纜索檢測維護；二是利用預先裝好的塔頂?shù)亩c，用鋼絲拖動吊籃以及吊籃內(nèi)搭載的工作人員，沿著纜索爬升進行檢測維護。這兩種檢測方式不僅效率低、成本高，而且危險性大。

在專利zl201620572975.6中，機器人采用直連桿固接橡膠塊和電機主軸的方式，作業(yè)半徑小；位于直連桿與電機之間的電磁制動器由于力矩小，機器人多次作業(yè)后，出現(xiàn)電磁制動器制動能力下降甚至失效的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的第一個技術問題是，提供一種斜拉橋纜索爬行機器人，該機器人不但能夠在纜索上自動爬行，而且整體結構緊湊，可拆裝，作業(yè)半徑大，載重能力強，可靠性高，操作簡單還具有防偏的功能；本發(fā)明所解決第二個個技術問題是提供一種斜拉橋纜索爬行機器人的爬升的控制方法，以控制爬行機器人的自動爬升；本發(fā)明所解決第三個個技術問題是提供一種斜拉橋纜索爬行機器人的下降的控制方法，以實現(xiàn)控制爬行機器人的自動下降。

為解決上述第一個技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種斜拉橋纜索爬行機器人，包括爬升裝置，所述爬升裝置包括環(huán)形的上固定架和下固定架，所述上固定架和所述下固定架分別包括兩個可開合鏈接到一起的支架板，所述上固定架與所述下固定架之間安裝有移步電機，所述上固定架與所述下固定架還分別安裝有手爪電機，所述手爪電機的主軸穿過所述上固定架或所述下固定架連接一個電磁制動器，所述手爪電機的主軸的端部分別與一個連桿的中部固定連接，所述連桿的兩端分別固定安裝有圓柱體橡膠塊和圓弧形鐵片，防偏裝置包括底座，所述底座固定安裝于所述上固定架或下固定架，所述底座開設有通孔；導向桿貫穿所述通孔與所述底座滑動連接，所述導向桿一端固定安裝有限位環(huán)，所述限位環(huán)與所述底座相抵靠，所述導向桿的另一端固定設有軸承座，所述軸承座轉動安裝有一個軸承，所述底座與所述軸承座之間夾壓有套設于導向桿上的彈簧。

作為一種該井的方式，所述上固定架和所述下固定架上的手爪電機分別設有三個或三個以上，所述上固定架和所述下固定架上的手爪電機均勻分布。

作為一種該井的方式，所述上固定架和所述下固定架上相鄰的兩個手爪電機之間均設有一個所述防偏裝置。

作為一種該井的方式，所述圓弧形鐵片設有多個調節(jié)螺孔，多個所述調節(jié)螺孔繞所述上固定架或所述下固定架的中心分布。

作為一種該井的方式，所述移步電機設有三個或三個以上。

作為一種該井的方式，所述上固定架的兩個支架板分別通過上扣合板和螺紋緊固件連接，所述下固定架的兩個支架板分別通過下扣合板和螺紋緊固件連接。

作為一種該井的方式，所述上固定架和所述下固定架分別固定安裝有電磁鐵，所述電磁鐵位于所述圓弧形鐵片的下方。

作為一種該井的方式，所述上固定架和所述下固定架分別固定安裝有與所述圓柱體橡膠塊相對應的行程開關。

為解決上述第二個技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種斜拉橋纜索爬行機器人的爬升的控制方法，包括如下步驟：

1)控制所述下固定架上的手爪電機正轉，使下所述固定架上的電磁制動器通電，所述下固定架上的手爪電機主軸帶動連桿轉動，所述連桿一端的圓柱體橡膠塊向所述下固定架內(nèi)側轉動夾緊纜索；

2)控制所述下固定架上的手爪電機和電磁制動器同時斷電，使所述下固定架上的電磁鐵通電；

3)控制所述移步電機正傳，將所述上固定架沿著上升的方向推移，推移動作完成后，切斷所述移步電機的電源同時控制所述上固定架上的手爪電機和電磁制動器通電，所述上固定架上的手爪電機正轉，所述上固定架上的手爪電機主軸帶動連桿轉動，所述連桿一端的圓柱體橡膠塊向所述上固定架內(nèi)側轉動夾緊纜索；

4)控制所述下固定架上的手爪電機和電磁制動器通電、所述下固定架上的電磁鐵斷電，所述下固定架上的手爪電機反轉，所述下固定架上的手爪電機主軸帶動所述連桿向所述下固定架外側轉動，使所述連桿一端的圓柱體橡膠塊松開纜索，當機器人發(fā)生偏轉時，纜索表面觸碰所述防偏裝置的軸承，所述軸承受力使所述導向桿向外側推移，在所述彈簧的作用下，使機器人處于平衡狀態(tài)。

5)控制所述移步電機反轉，將所述下固定架沿著上升的方向拉升，拉升動作完成后，切斷所述移步電機的電源，控制所述下固定架上的手爪電機和電磁制動器通電，使所述下固定架的手爪電機正轉，所述下固定架的手爪電機主軸帶動連桿向所述下固定架內(nèi)側轉動，所述連桿一端的圓柱體橡膠塊向所述下固定架內(nèi)側轉動夾緊纜索；

6)控制所述下固定架的手爪電機和所述下固定架的電磁制動器斷電，同時所述下固定架的電磁鐵通電，防止機器人滑落。

為解決上述第三個技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種斜拉橋纜索爬行機器人的下降的控制方法，包括如下步驟：

1)控制所述上固定架的手爪電機和電磁制動器通電，使所述上固定架的手爪電機正轉，所述上固定架的手爪電機主軸帶動連桿正向轉動，安置于所述連桿末端的上圓柱體橡膠塊夾緊纜索；

2)控制所述上固定架的手爪電機和所述上固定架的電磁制動器斷電，同時所述上固定架的電磁鐵通電；控制所述移步電機正傳，將所述下固定架沿著下降的方向推移，推移動作完成后，切斷所述移步電機電源并控制所述下固定架的手爪電機和下電磁制動器同時接通，且控制所述下固定架的手爪電機正轉，所述下固定架的手爪電機主軸帶動所述連桿反向轉動，安置于所述下固定架的連桿末端的圓柱體橡膠塊夾緊纜索。

3)控制所述下固定架的手爪電機和下電磁制動器斷電、所述下固定架的電磁鐵通電，防止機器人滑落。

4)控制所述上固定架的手爪電機和電磁制動器通電、所述上固定架的電磁鐵斷電，且控制所述上固定架的手爪電機反轉，所述上固定架的手爪電機主軸帶動所述連桿反向轉動，安置于所述連桿末端的上圓柱體橡膠塊脫離纜索，所述上固定架的手爪電機和電磁制動器斷電，所述上固定架的手爪電機停止反轉，當機器人發(fā)生偏轉時，纜索表面觸碰所述防偏裝置的軸承，所述軸承受力使所述導向桿向外側推移，在所述彈簧的作用下，使機器人處于平衡狀態(tài)。

5)控制所述移步電機反轉，將所述上固定架沿著下降的方向拉升，拉升動作完成后，切斷所述移步電機電源并控制所述上固定架的手爪電機和所述上固定架的電磁制動器通電，控制所述上固定架的手爪電機正轉，所述上固定架的手爪電機主軸帶動連桿正向轉動，安置于所述連桿末端的上圓柱體橡膠塊夾緊纜索。

6)控制所述上固定架的手爪電機和電磁制動器斷電、同時所述上固定架的電磁鐵通電，上固定架的電磁制動器斷電、防止機器人滑落。

由于采用上述技術方案，本發(fā)明具有以下有益效果：

該爬行機器人的結構緊湊，可在斜拉橋纜索上自動爬行，該機器人設有防偏裝置，當機器人發(fā)生偏轉時，纜索表面觸碰防偏裝置的軸承，軸承受力使導向桿向外側推移，在復位彈簧的作用下，使機器人回位并處于平衡狀態(tài)，從而始終保持爬行機器人的對中爬行運動，避免爬行機器人的中心位置偏離纜索中心，避免纜索觸碰環(huán)形板。

由于在v形連桿安裝圓弧形鐵片的一端預備多個螺孔，使得作業(yè)半徑的調節(jié)范圍大，可以根據(jù)纜索半徑變化的需要選擇螺孔固定圓弧形鐵片。

由于有電磁制動器和電磁鐵的雙重制動作用，制動能力、可靠性大大提高。

由于行程開關的作用，大大減小了手爪電機反轉后的空行程、降低能耗、提高作業(yè)效率。

附圖說明

圖1為實施例機器人扣合板打開后的結構示意圖；

圖2為實施例機器人扣合板扣合后的結構示意圖；

圖3為實施例機器人的整體結構示意圖；

圖4為實施例機器人的防偏裝置示意圖；

圖5為實施例機器人的夾緊機構示意圖；

圖6為實施例控制中心電路結構示意圖；

圖7為實施例機器人爬升時的工作流程圖；

圖8為實施例機器人下降時的工作流程圖；

圖中：1-下吊環(huán)螺母；2-第一螺栓；3-1、3-2-下扣合板；4-下環(huán)形板；5-上吊環(huán)螺母；6-1、6-2-上扣合板；7-第二螺栓；8-上環(huán)形板；9-防偏裝置；91-定位環(huán)；92-底座；93-彈簧；94-d型桿；95-螺母；96-銷軸；97-軸承；10-下圓柱體橡膠塊；11-下行程開關；12-下電磁制動器；13-下手爪電機主軸；14-下部v形連桿；15-下圓弧形鐵片；151-螺孔；16-下電磁鐵；17-下手爪電機；18移步電機；20-上手爪電機；21-上行程開關；22-上電磁制動器；23-上手爪電機主軸；24-上電磁鐵；25-上圓弧形鐵片；26-上部v形連桿；27-上圓柱體橡膠塊。

具體實施方式

如圖1～圖5所示，一種斜拉橋纜索爬行機器人，包括固定架和與固定架固接的移步電機18。固定架分為上、下固定架，在上、下固定架一側設有上、下手爪電機(20、17)，另一側設有上、下電磁制動器(22、12)。上、下手爪電機的主軸(23、13)分別穿過上、下固定架，與相對應的電磁制動器連接。電機主軸上分別安裝v形連桿(26、14)，v形連桿(26、14)的兩端分別固接圓柱體橡膠塊(27、10)和圓弧形鐵片(25、15)。固定架通過環(huán)形板(8、4)與扣合板(31、32、61、62)鏈接形成開合式結構。移步電機18上端固定于上固定架的下側，下端固定于下固定架的下側，三個移步電機18沿著固定架周向均勻分布。上固定架由兩個環(huán)形板與兩個扣合板組成，分別為上環(huán)形板8與上扣合板(61、62)。所述的下固定架也由兩個環(huán)形板與兩個扣合板組成，分別為下環(huán)形板4與下扣合板(31、32)。這四個環(huán)形板分別通過螺栓螺母固定在移步電機的兩端上，使之組成一個整體框架結構。圓柱體橡膠塊(27、10)通過螺栓螺母固定于v形連桿(26、14)的上下兩側。

圓弧形鐵片(25、15)正下方為電磁鐵(24、16)，此電磁鐵(24、16)安裝在環(huán)形板(8、4)上。圓弧形鐵片(25、15)與電磁鐵(24、16)相對面之間距離為0.2～0.3mm。上固定架的上側、下固定架的下側分別安裝有三個行程開關(21、11)，沿著固定架外邊沿周向均勻分布，行程開關觸點正對著圓柱體橡膠塊(27、10)的中心位置。

上、下固定架在位于移步電機18的一側均安裝有防偏裝置9，其沿著上、下固定架均勻周向分布，并與左右相鄰兩個電磁制動器(22、12)距離相等。防偏裝置9由定位環(huán)91、底座92、彈簧93、d型桿94、螺母95、銷軸96和軸承97組成。d型桿94一端為導向桿，另一端為軸承座。底座92固定于上、下固定架之上，d型桿94穿過底座92，外側由定位環(huán)91實現(xiàn)軸向定位，內(nèi)側安裝彈簧93，內(nèi)側頂端凹槽口處通過銷軸96、螺母95安裝軸承。

作業(yè)安裝時，分別將下吊環(huán)螺母5、上吊環(huán)螺母1擰開，第一螺栓2、第二螺栓7松開，機器人即為打開模式(如示意圖1所示)，上環(huán)形板8、下環(huán)形板4可繞第一螺栓2、第二螺栓7轉動。將處于打開狀態(tài)的機器人套上纜索后，將下扣合板(31、32)上扣合板(61、62)向內(nèi)靠攏，擰緊下吊環(huán)螺母5、上吊環(huán)螺母1，并擰緊第一螺栓2、第二螺栓7，即完成機器人爬行前的作業(yè)安裝(其扣合狀態(tài)如示意圖2所示)。

結合圖6至圖8共同所示，機器人收到爬升信號時，其操作步驟如下：

1、控制中心首先控制三個下手爪電機17及與其相對于的三個下電磁制動器12通電，且控制三個下手爪電機17正轉，下手爪電機主軸13帶動下部v形連桿14向內(nèi)側轉動，安置于下部v形連桿14末端上下兩側的下圓柱體橡膠塊10接觸纜索并受力后產(chǎn)生形變，使下圓柱體橡膠10塊產(chǎn)生足夠大的摩擦力夾緊纜索。

2、在確保下圓柱體橡膠塊10夾緊纜索到位、產(chǎn)生足夠大的變形后，控制中心通過其內(nèi)部的定時器設定合適的時間參數(shù)，控制三個下手爪電機17以及對應的三個下電磁制動器12同時斷電，同時三個下電磁鐵16通電。下電磁制動器12斷電、下電磁鐵通16電后產(chǎn)生阻力，防止下圓柱體橡膠塊10恢復原狀，從而防止機器人滑落。此時控制中心控制三個移步電機18正傳，將上固定架沿著上升的方向推移，推移動作完成后，控制中心切斷三個移步電機18電源的同時，控制三個上手爪電機20以及對應的三個上電磁制動器22同時通電，且控制上手爪電機20正轉，上手爪電機主軸23帶動上部v形連桿26向內(nèi)側轉動，安置于上部v形連桿26末端上下兩側的上圓柱體橡膠塊27接觸纜索并受力后產(chǎn)生形變，使上圓柱體橡膠塊27產(chǎn)生足夠大的摩擦力夾緊纜索。

3、在確保上圓柱體橡膠塊27夾緊纜索到位、產(chǎn)生足夠大的變形后，控制中心控制三個上手爪電機20以及對應的三個上電磁制動器22斷電、同時三個上電磁鐵24通電，上電磁制動器22斷電、上電磁鐵通24電后產(chǎn)生阻力，防止上圓柱體橡膠塊27恢復原狀，從而防止機器人滑落。

4、控制中心控制三個下手爪電機17以及對應的三個下電磁制動器12通電、三個下電磁鐵16斷電，且控制三個下手爪電機17反轉，下手爪電機主軸13帶動下部v形連桿14向外側轉動，安置于下部v形連桿14末端上下兩側的下圓柱體橡膠塊10脫離纜索，經(jīng)過設定的時間觸發(fā)下行程開關后，三個下手爪電機17以及對應的三個下電磁制動器12斷電，下手爪電機17停止反轉。在這個過程中，纜索表面與至少一個防偏裝置的軸承97開始接觸，軸承受力使d型桿94向外側推移，由于有彈簧93的彈力作用，d型桿94向外側推移的距離有限，直到纜索表面與上、下固定架的各三個防偏裝置的軸承9同時受力，其受力處于動態(tài)平衡狀態(tài)。

5、控制中心控制三個移步電機18同時反轉，將下固定架沿著上升的方向拉升，拉升動作完成后，控制中心切斷三個移步電機18電源的同時，控制三個下手爪電機17以及對應的三個下電磁制動器12通電，且控制下手爪電機17正轉，下手爪電機主軸13帶動下部v形連桿14向內(nèi)側轉動，安置于下部v形連桿14末端上下兩側的下圓柱體橡膠塊10接觸纜索并受力后產(chǎn)生形變，使下圓柱體橡膠塊10產(chǎn)生足夠大的摩擦力夾緊纜索。

6、在確保下圓柱體橡膠塊10夾緊纜索到位、產(chǎn)生足夠大的變形后，控制中心控制三個下手爪電機17以及對應的三個下電磁制動器12斷電、同時三個下電磁鐵16通電，下電磁制動器12斷電、下電磁鐵16通電后產(chǎn)生阻力，防止下圓柱體橡膠塊10恢復原狀，從而防止機器人滑落。

此過程為機器人爬升的一個運動周期的描述。

機器人收到下降信號時，其操作步驟如下：

1、控制中心首先控制三個上手爪電機20及其相對應的三個上電磁制動器22通電，且控制三個上手爪電機20正轉，上手爪電機主軸23帶動上部v形連桿26向內(nèi)側轉動，安置于上部v形連桿26末端上下兩側的上圓柱體橡膠塊27接觸纜索并受力后產(chǎn)生形變，使上圓柱體橡膠塊27產(chǎn)生足夠大的摩擦力夾緊纜索。

2、在確保上圓柱體橡膠塊27夾緊纜索到位、產(chǎn)生足夠大的變形后，控制中心通過其內(nèi)部的定時器設定合適的時間參數(shù)，控制三個上手爪電機20以及對應的三個上電磁制動器22同時斷電，同時三個上電磁鐵24通電。上電磁制動器22斷電、上電磁鐵24通電后產(chǎn)生阻力，防止上圓柱體橡膠塊27恢復原狀，從而防止機器人滑落。此時控制中心控制三個移步電機18正傳，將下固定架沿著下降的方向推移，推移動作完成后，控制中心切斷三個移步電機18電源的同時，控制三個下手爪電機17以及對應的三個下電磁制動器12同時接通，且控制下手爪電機17正轉，下手爪電機主軸13帶動下部v形連桿14向內(nèi)側轉動，安置于下部v形連桿14末端兩側的下圓柱體橡膠塊10接觸纜索并受力后產(chǎn)生形變，使下圓柱體橡膠塊10產(chǎn)生足夠大的摩擦力夾緊纜索。

3、在確保下圓柱體橡膠塊10夾緊纜索到位、產(chǎn)生足夠大的變形后，控制中心控制三個下手爪電機17以及對應的三個下電磁制動器12斷電、同時三個下電磁鐵16通電，下電磁制動器12斷電、下電磁鐵16通電后產(chǎn)生阻力，防止下圓柱體橡膠塊10恢復原狀，從而防止機器人滑落。

4、控制中心控制三個上手爪電機20以及對應的三個上電磁制動器22通電、三個上電磁鐵24斷電，且控制三個上手爪電機20反轉，上手爪電機主軸23帶動上部v形連桿26向外側轉動，安置于上部v形連桿26末端上下兩側的上圓柱體橡膠塊27脫離纜索，經(jīng)過設定的時間觸發(fā)上行程開關后，三個上手爪電機20以及對應的三個上電磁制動器27斷電，上手爪電機20停止反轉。在這個過程中，纜索表面與至少一個防偏裝置9的軸承97開始接觸，軸承受力使d型桿94向外側推移，由于有彈簧93的彈力作用，d型桿94向外側推移的距離有限，直到纜索表面與上、下固定架的各三個防偏裝置9的軸承97同時受力，其受力處于動態(tài)平衡狀態(tài)。

5、控制中心控制三個移步電機18同時反轉，將上固定架沿著下降的方向拉升，拉升動作完成后，控制中心切斷三個移步電機18電源的同時，控制三個上手爪電機20以及對應的三個上電磁制動器22通電，且控制上手爪電機20正轉，上手爪電機主軸23帶動上部v形連桿26向內(nèi)側轉動，安置于上部v形連桿26末端上下兩側的上圓柱體橡膠塊27接觸纜索并受力后產(chǎn)生形變，使上圓柱體橡膠塊27產(chǎn)生足夠大的摩擦力夾緊纜索。

6、在確保上圓柱體橡膠27塊夾緊纜索到位、產(chǎn)生足夠大的變形后，控制中心控制三個上手爪電機20以及對應的三個上電磁制動器22斷電、同時三個上電磁鐵24通電，上電磁制動器22斷電、上電磁鐵24通電后產(chǎn)生阻力，防止上圓柱體橡膠塊27恢復原狀，從而防止機器人滑落。

通過上述的斜拉橋纜索爬行機器人的爬升和下降的控制方法可實現(xiàn)控制纜索爬行機器人的爬升和下降。

此過程為機器人下降的一個運動周期的描述。

上述說明凡本發(fā)明所提示的技術精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應屬于本發(fā)明所涵是針對本發(fā)明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例并非用以限定本發(fā)明的專利申請范圍，蓋專利范圍。