檢測機器人支架開口閉口控制結構設計

摘 要：斜拉索大橋服役于大氣之中，不可避免的受到的來自于大氣的銹蝕等作用，需定期檢測其安全性。根據橋索的特點，檢測機器人需要爬升長度、高度都有一定的要求。機器人作業時所有檢測設備均應穩固在檢測架上。本文主要從輕便性、簡便性、穩定性和經濟性等諸多因素考慮，對檢測機器人支架開口閉口結構進行優化設計。

關鍵詞：檢測機器人;檢測支架;開口閉口結構

斜拉橋纜索檢測機器人主要用于檢測室外服役的纜索等特殊裝備。在實施檢測作業中，檢測機器人需要背負一定重量的檢測機構在具有一定高度、斜度、長度、撓度的纜索上面前進、后退、停留。保證檢測機器人在纜索上的穩定性、可靠性的運行與停留是完成檢測任務的首要任務。所有檢測設備是安裝在檢測機器人的檢測架上，檢測架再通過一定裝置夾緊在纜索表面。檢測架需要通過開口閉口結構的設計，便捷、穩固、可靠地完成檢測機器人的夾裝。

一、檢測機器人支架開口閉口結構設計要求

為避免檢測機器人在實施作業時偏離預定軌跡或者顛簸爬行，得到比較理想的檢測效果，不誤檢、漏檢，首先就要很好地解決檢測機器人本體結構，尤其是檢測機器人檢測架開口閉口結構設計，保證爬升機構順利穩固在纜索表面。之前在對檢測機器人支架的開口閉口結構進行設計時，曾使用殘圓形架和充氣囊棒等結構，如圖1所示。

隨著試驗的不斷進行發現，由于充氣囊棒質量很輕，整個檢測架構件在斜拉索上運行時，需要保持充氣囊棒在下方才能保證較穩定的提速檢測，如果充氣囊棒在上方時，由于較重的殘圓形架在下方，會造成下方的重量遠大于上方，這就會在提速檢測時由于重力的作用有脫纜的危險。所以，需要進一步將整個檢測架開口開閉結構作出進一步的細化改進，保證檢測架的重量分配更加均勻，能夠并保持任何狀態下的穩定提速。

二、機器人夾裝裝置的結構設計

根據上述設計思想、設計要求與經驗反饋，使用充氣囊棒與殘圓形架的檢測機器人支架具有簡便、易于裝拆和經濟性的特點，本次結構優化設計主要解決的就是檢測機器人支架開口閉口結構的配重問題。優化后檢測架的開口閉口結構閉合使用時的結構如圖2所示，打開使用狀態結構如圖3所示。優化后的檢測支架的主體結構主要包括殘圓形架、開口閉口控制結構、拔桿、弧形軌道機構等主要部件。

1.殘圓形架

殘圓形架為圓心角為N度的圓弧架體，根據被檢測對象的直徑等相關因素，經過反復試驗后確定N的一個最佳的取值范圍280度到300度之間。如果N小于280度就不能夠實現四個行走輪機構的環形陣列;如果N大于300度，為了保證通口兩端的直線距離必須小于纜索的直徑，就必須通過增大殘圓形架直徑的方式去實現，這樣一來就會增大裝置自重。

2.開口閉口結構

開口閉口結構為圓心角為n度的殘圓形架，N+n=360度，開口閉口結構所在圓的直徑等于殘圓形架所在圓的直徑，與殘圓支架構成一個完整的圓形結構。n的取值范圍在60度到80度之間，這就保證開口閉口結構打開通口能有效通過纜索接口，而且也能便于在檢測開始時將本裝置順利安置到纜索上。因此這個通口兩端的直線距離必須大于纜索的直徑，不然的話就不能在檢測開始時將本裝置安置到纜索上。

開口閉口結構材質與殘圓形架材質相同，從而解決了檢測架重量分配更加均勻，不會出現偏重的情況，能夠保持任何狀態下的提速檢測測試。

3.工作原理

殘圓形架一端與開口閉口結構一端通過固定軸鉸接。殘圓形架的鉸接端設有與鉸接端同心的弧形軌道，開口閉口結構的鉸接端設有設有撥桿，撥桿頂端從弧形軌道穿出。開口閉口結構的控制機構包括伺服電機和連接螺栓。伺服電機通過機架設置在殘圓形架頂部，且伺服電機的輸出軸軸心與殘圓形架、開口閉口結構的鉸接處同心，伺服電機的輸出軸通過連接螺栓與撥桿連接。

當在檢測架在閉合狀態時，撥桿在伺服電機的作用下轉動到弧形軌道最里端。當在檢測架在開啟狀態時，撥桿在伺服電機的作用下轉動到弧形軌道最外端。殘圓形架的末端設有磁片，開口閉口結構末端設有鐵片，磁片與鐵片通過磁力互相吸引。撥桿在伺服電機的作用下轉動到弧形軌道最里端時，磁片與鐵片通過磁力互相吸引，使殘圓形架、開口閉口結構的臨近端在磁力作用下固定。

在殘圓形架和開口閉口結構所構成的圓形支架上，如圖所示按照均勻分布的陣列設置四個行走輪機構、四個微型檢測攝像頭，完成檢測支架在纜索表面的行走與停留，進行對應處的檢測。

本檢測機器人用檢測支架裝置使用殘圓形架、開口閉口結構，使檢測架的架構行進一步優化。優化后的檢測支架既更便于夾裝和摘取，具有結構更加簡單，減低制作成本的優點，也避免了因檢測架的配重問題而造成的不能穩定運行和提速的問題。

作者簡介：

趙淑娟（1973-），女，漢，重慶工業職業技術學院，教授。主要研究方向：電氣自動化及機電一體化技術。