一種旋轉(zhuǎn)式爬桿裝置設(shè)計(jì)

劉以強(qiáng) 曾實(shí)現(xiàn) 劉樹(shù)龍 宋森森

摘 要：爬桿裝置的使用不僅極大的降低了高層桿狀建筑物的清潔和維修成本，改善了工人的作業(yè)環(huán)境，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了人工高空作業(yè)的危險(xiǎn)。市面現(xiàn)有的爬桿裝置，采用機(jī)械臂來(lái)進(jìn)行交替攀爬，存在工作效率低，穩(wěn)定性差，成本較高等缺點(diǎn)。研究設(shè)計(jì)一種能在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用的立柱爬桿裝置，以此來(lái)取代人工進(jìn)行高空作業(yè)，會(huì)在降低人工高空作業(yè)的危險(xiǎn)和降低人工高空作業(yè)的成本的前提下，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：高層桿狀建筑物;取代人工;經(jīng)濟(jì)效益;社會(huì)效益

1 緒論

對(duì)于爬桿登高作業(yè)檢測(cè)設(shè)備是否正常，老辦法是穿著專(zhuān)業(yè)爬桿的腳扣，這些高空作業(yè)太危險(xiǎn)，所以就做了一個(gè)能爬桿的裝置，來(lái)代替人去做這項(xiàng)危險(xiǎn)的工作。現(xiàn)也有一些用于爬桿的裝置，是用機(jī)械臂來(lái)進(jìn)行交替上升，但其工作效率不高，成本也很高，為解決這些問(wèn)題，我們將輪子斜置，用旋轉(zhuǎn)的方式爬桿，并安裝有傳感控制的加緊裝置，可實(shí)現(xiàn)圓臺(tái)式的電桿也能達(dá)到加緊效果，而不會(huì)因直徑的變化來(lái)限制裝置的工作場(chǎng)合。

2 工作原理

裝置采用的是多輪環(huán)抱桿件來(lái)依附在所攀爬的桿件上來(lái)克服自身質(zhì)量運(yùn)動(dòng)，以輪子與桿件之間的摩擦力作為動(dòng)力，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)爬桿功能。通過(guò)絲杠來(lái)控制機(jī)械臂的快速夾緊，夾緊機(jī)構(gòu)包括機(jī)械臂，每對(duì)機(jī)械臂后端均放有一個(gè)中間塊，中間塊中間均設(shè)置有螺紋孔，絲杠穿過(guò)中間塊中的螺紋孔，絲杠還與殼體中的電機(jī)連接，兩對(duì)機(jī)械臂前部的中間部位都斜置有輔助輪，在輔助輪輪軸兩側(cè)的機(jī)械臂上開(kāi)設(shè)有軸孔，軸孔周?chē)€安裝有壓力傳感器，壓力傳感器均連接至處理器。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分為兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)輔助輪，都是傾斜15°--35°的范圍放置，輪子沒(méi)有豎直放置是為了避免輪子在沒(méi)有供電時(shí)自重使爬桿裝置下滑，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪用帶有減速器的減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，又利用減速電機(jī)失電自鎖來(lái)防止失電后爬桿裝置下滑的問(wèn)題。

3.2 夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

夾持機(jī)構(gòu)由兩對(duì)機(jī)械臂組成，每對(duì)機(jī)械臂的形狀如剪刀狀，機(jī)械臂前端的形狀為半圓，機(jī)械臂的后端均放有一個(gè)中間塊，中間塊中間設(shè)置有螺紋孔，經(jīng)過(guò)STM32芯片的控制，給安裝在后端帶有傳導(dǎo)螺紋的電機(jī)供電，絲桿穿過(guò)中間塊中的螺紋孔，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)控制這對(duì)機(jī)械臂后端的相對(duì)距離就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂前端對(duì)桿的加緊，利用傳導(dǎo)螺紋來(lái)進(jìn)行夾緊，可對(duì)兩半機(jī)械臂同時(shí)夾緊，節(jié)省了加緊時(shí)間。

夾緊的程度過(guò)松，裝置就會(huì)往滑落或裝置掉落摔壞，夾緊的程度過(guò)緊，又使裝置爬行過(guò)慢，因?yàn)闄C(jī)械臂的夾緊是利用絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)使一對(duì)機(jī)械臂靠近或分開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊和松開(kāi)這樣可以使機(jī)械臂使的夾緊動(dòng)作速度變快，粗細(xì)一樣的桿件所需要的夾緊力度一致，不需要過(guò)多的去調(diào)節(jié)機(jī)械臂后端的相對(duì)距離，但粗細(xì)不同的桿件需要快速的調(diào)節(jié)夾緊力度來(lái)適應(yīng)桿粗細(xì)不同的情況。所以在粗細(xì)桿變化處，調(diào)整機(jī)械臂的夾緊力度是一個(gè)很關(guān)鍵的部分，調(diào)整不能過(guò)大，過(guò)大易滑落，調(diào)整的過(guò)小裝置在上升時(shí)隨著桿的直徑越來(lái)越大對(duì)調(diào)整機(jī)械臂夾緊力度的絲桿上的螺紋會(huì)施加很大的力，如果直徑變化不大，經(jīng)過(guò)機(jī)械臂的少量的彎曲變形，進(jìn)行緩解一些，但直徑變化很大的，那必然損壞絲桿上的螺紋。

3.3 壓力傳感器的選擇

在輔助輪輪軸兩側(cè)的機(jī)械臂上開(kāi)設(shè)有軸孔，軸孔周?chē)€安裝有壓力傳感器，檢測(cè)夾持裝置產(chǎn)生多少壓力，并將檢測(cè)的壓力值大小反饋給單片機(jī)，以此來(lái)控制夾持裝置的夾持力度，因?yàn)榘惭b在機(jī)械臂里面所以需要的是小體積的壓變傳感器，但小體積的傳感器的采值誤差較大，對(duì)機(jī)器人的夾緊判斷很不利，其次是爬桿機(jī)器人要有一定的承載能力，所以加緊的力度要很準(zhǔn)確，這就使得對(duì)壓力的采值有了很大的要求，所以在采值誤差上不能有很大的誤差，體積大的誤差小但不好安裝在機(jī)器人上，

4 結(jié)論

目前，爬桿登高檢測(cè)設(shè)備故障點(diǎn)，多數(shù)仍采用穿著專(zhuān)業(yè)爬桿的腳扣進(jìn)行高空作業(yè)，因考慮到高空作業(yè)的危險(xiǎn)性和方便性，爬桿裝置在高空作業(yè)時(shí)，比人更加靈活，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境，能夠更好的解決突發(fā)問(wèn)題。爬桿裝置的使用不僅極大的降低了高層桿狀建筑物的清潔和維修成本，改善了工人的作業(yè)環(huán)境，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了人工高空作業(yè)的危險(xiǎn)性。

市面現(xiàn)有的爬桿裝置，采用機(jī)械臂來(lái)進(jìn)行交替攀爬，存在工作效率低，穩(wěn)定性差，成本較高等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)爬桿裝置靈活性和機(jī)動(dòng)性差，缺乏感知能力、決策能力、反應(yīng)能力以及行動(dòng)能力。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

劉以強(qiáng) （1998.3）男，漢族，山東聊城人，學(xué)生，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)

曾實(shí)現(xiàn)（1979.12-），男，漢族，山東嘉祥人，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)殡姎夤こ?/p>