拉索檢測(cè)機(jī)器人檢測(cè)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：拉索大橋的纜索服役于大氣之中，需由檢測(cè)機(jī)器人背負(fù)相應(yīng)檢測(cè)設(shè)備，在具有一定撓度、高度、長(zhǎng)度的纜索上定期檢測(cè)其安全性。本文主要從輕便性、簡(jiǎn)便性和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素考慮，對(duì)檢測(cè)機(jī)器人的檢測(cè)架進(jìn)行設(shè)計(jì)，使檢測(cè)機(jī)器人在背負(fù)設(shè)備實(shí)施作業(yè)時(shí)與拉索之間既具有有較大的附著力，又易于夾裝不同直徑的纜索。

關(guān)鍵詞：檢測(cè)機(jī)器人;夾持機(jī)構(gòu);氣囊棒

斜拉橋纜索服役于室外環(huán)境之中，其所受到的來(lái)自于大氣的銹蝕等迫害也是非常嚴(yán)重，直接影響其使用安全和形象。對(duì)纜索等室外服役的高度、斜度、撓度特殊對(duì)象的檢測(cè)機(jī)器人需要背負(fù)一定的設(shè)備在纜索上運(yùn)行和停留，進(jìn)行檢測(cè)并反饋信息。機(jī)器人在實(shí)施檢測(cè)作業(yè)中，要克服本身和所背負(fù)設(shè)備的重量，設(shè)計(jì)出具有靈活的夾裝適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)固性強(qiáng)的機(jī)器人檢測(cè)架就變得尤為重要。

一、機(jī)器人檢測(cè)架的設(shè)計(jì)要求

由于機(jī)器人在高空作業(yè)過程中要承受外界力、纜索自身?yè)隙鹊纫蛩氐挠绊懀y免會(huì)偏離預(yù)定軌跡或者顛簸爬行，這是我們都不希望發(fā)生的。要得到比較好的檢測(cè)效果，不誤檢、漏檢，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性要求非常高。機(jī)器人檢測(cè)架設(shè)計(jì)需要解決如何實(shí)現(xiàn)全方位檢測(cè)、如何保證順利通過纜索接口、如何確保檢測(cè)中的穩(wěn)定、如何保證適應(yīng)多規(guī)格纜索的檢測(cè)等一系列問題，確保檢測(cè)機(jī)器人能在纜索上穩(wěn)定的上行、下行和停留。

二、機(jī)器人檢測(cè)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)要求，對(duì)檢測(cè)機(jī)器人檢測(cè)架機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。檢測(cè)架的主體結(jié)構(gòu)包括殘圓形架、充氣囊棒、微型氣泵、氣口、氣管、螺柱、螺紋連接件、行走輪機(jī)構(gòu)等主要部件，如圖1所示。

1.殘圓形架

殘圓形架為圓心角為N度的圓弧架體，和被檢測(cè)對(duì)象的直徑等相關(guān)因素有關(guān)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定N的一個(gè)最佳的取值范圍在280度到300度之間。如果N小于280度就不能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)行走輪機(jī)構(gòu)的環(huán)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(shí)現(xiàn)，這樣一來(lái)就會(huì)增大裝置自重。

2.充氣囊棒

充氣囊棒為圓心角為n度的圓弧囊棒，N+n=360度。充氣囊棒所在圓的直徑等于殘圓形架所在圓的直徑，與殘圓支架構(gòu)成一個(gè)完整的圓形結(jié)構(gòu)，n的取值范圍在60度到80度之間。在充氣囊棒釋放變癟而自然下垂預(yù)留出的通口能有效通過纜索接口，在檢測(cè)開始時(shí)將本裝置順利安置到纜索上。這個(gè)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(cè)開始時(shí)將本裝置安置到纜索上。

3.微型氣泵、氣口及氣管

充氣囊棒一端與殘圓形架一端連接。充氣囊棒上設(shè)有氣口，微型氣泵設(shè)置在殘圓形架上，微型氣泵通過氣管與氣口密封連接。

4.螺柱、螺紋連接件

為了實(shí)現(xiàn)殘圓形架、充氣囊棒之間的可拆卸連接，便于更換壞掉的充氣囊棒，殘圓形架一端設(shè)有螺柱，充氣囊棒一端設(shè)置與螺柱螺紋連接的螺紋連接件。螺紋連接件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5.行走輪機(jī)構(gòu)

在殘圓形架和氣囊棒所構(gòu)成的圓形支架上，按照均勻分布的陣列設(shè)置四個(gè)行走輪機(jī)構(gòu)。行走機(jī)構(gòu)彈簧拉力緊固在殘圓形支架上，對(duì)殘圓有一定的反作用力，氣囊棒不適合于受到太大的壓力，這也是試驗(yàn)出殘圓的圓形角度最小應(yīng)該在280度的原因。

6.檢測(cè)攝像頭

四個(gè)微型檢測(cè)攝像頭也做等分布列，每個(gè)攝像頭在兩個(gè)行走輪機(jī)構(gòu)的中間位置。其中三個(gè)位于殘圓形架上，一個(gè)檢測(cè)攝像頭粘附在充氣囊棒上。充氣囊棒通過微型氣泵充氣后即可與殘圓形架一起構(gòu)成圓形，充氣囊棒上的檢測(cè)攝像頭能夠進(jìn)行對(duì)應(yīng)處的檢測(cè)。

三、檢測(cè)架的工作原理

機(jī)器人用檢測(cè)架在殘圓形架陣列設(shè)置四個(gè)行走輪機(jī)構(gòu)和四個(gè)微型檢測(cè)攝像頭。當(dāng)氣囊棒充氣后，可再與殘圓形架一起構(gòu)成圓形，在行走機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，檢測(cè)架以及所背負(fù)設(shè)備在纜索表面攀爬、停留、后退進(jìn)行作業(yè)，檢測(cè)攝像頭對(duì)應(yīng)處進(jìn)行檢測(cè)。借助一定的通信手段，可以將所檢測(cè)到的信息反饋給相關(guān)設(shè)備及人員進(jìn)行分析。當(dāng)檢測(cè)作業(yè)結(jié)束時(shí)，充氣囊棒通過微型氣泵放氣，充氣囊棒變癟而自然下垂預(yù)留出通口，從而可以較為方便的將檢測(cè)架從纜索拆除。

本文所闡述的機(jī)器人檢測(cè)架，具有結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，制作成本減低，更便于夾裝和摘取的優(yōu)點(diǎn)。隨著試驗(yàn)的不斷進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，充氣囊棒質(zhì)量比殘圓形架的質(zhì)量輕很多。當(dāng)氣囊棒充氣實(shí)現(xiàn)檢測(cè)機(jī)器人整個(gè)檢測(cè)架構(gòu)件在斜拉索上運(yùn)行時(shí)，需要保持充氣囊棒在下方才能保證較穩(wěn)定的提速檢測(cè)。如果充氣囊棒在上方時(shí)，由于較重的殘圓形架在下方，會(huì)造成下方的重量遠(yuǎn)大于上方，這就會(huì)在提速檢測(cè)時(shí)由于重力的作用有脫纜的危險(xiǎn)。所以，需要進(jìn)一步將整個(gè)檢測(cè)架結(jié)構(gòu)作出進(jìn)一步的細(xì)化改進(jìn)，保證檢測(cè)架的重量分配更加均勻，能夠并保持任何狀態(tài)下的穩(wěn)定提速。

作者簡(jiǎn)介：

趙淑娟（1973-），女（漢族），重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，教授。主要研究方向：電氣自動(dòng)化及機(jī)電一體化技術(shù)。