檢測機(jī)器人支架開口閉口控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(jù)橋索的特點(diǎn)，檢測機(jī)器人需要爬升長度、高度都有一定的要求。機(jī)器人作業(yè)時所有檢測設(shè)備均應(yīng)穩(wěn)固在檢測架上。本文主要從輕便性、簡便性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素考慮，對檢測機(jī)器人支架開口閉口結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：檢測機(jī)器人;檢測支架;開口閉口結(jié)構(gòu)

斜拉橋纜索檢測機(jī)器人主要用于檢測室外服役的纜索等特殊裝備。在實(shí)施檢測作業(yè)中，檢測機(jī)器人需要背負(fù)一定重量的檢測機(jī)構(gòu)在具有一定高度、斜度、長度、撓度的纜索上面前進(jìn)、后退、停留。保證檢測機(jī)器人在纜索上的穩(wěn)定性、可靠性的運(yùn)行與停留是完成檢測任務(wù)的首要任務(wù)。所有檢測設(shè)備是安裝在檢測機(jī)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，便捷、穩(wěn)固、可靠地完成檢測機(jī)器人的夾裝。

一、檢測機(jī)器人支架開口閉口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

為避免檢測機(jī)器人在實(shí)施作業(yè)時偏離預(yù)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(jī)器人本體結(jié)構(gòu)，尤其是檢測機(jī)器人檢測架開口閉口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證爬升機(jī)構(gòu)順利穩(wěn)固在纜索表面。之前在對檢測機(jī)器人支架的開口閉口結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，曾使用殘圓形架和充氣囊棒等結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

隨著試驗(yàn)的不斷進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，由于充氣囊棒質(zhì)量很輕，整個檢測架構(gòu)件在斜拉索上運(yùn)行時，需要保持充氣囊棒在下方才能保證較穩(wěn)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(yuǎn)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(jìn)一步將整個檢測架開口開閉結(jié)構(gòu)作出進(jìn)一步的細(xì)化改進(jìn)，保證檢測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。

二、機(jī)器人夾裝裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)要求與經(jīng)驗(yàn)反饋，使用充氣囊棒與殘圓形架的檢測機(jī)器人支架具有簡便、易于裝拆和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，本次結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要解決的就是檢測機(jī)器人支架開口閉口結(jié)構(gòu)的配重問題。優(yōu)化后檢測架的開口閉口結(jié)構(gòu)閉合使用時的結(jié)構(gòu)如圖2所示，打開使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)如圖3所示。優(yōu)化后的檢測支架的主體結(jié)構(gòu)主要包括殘圓形架、開口閉口控制結(jié)構(gòu)、拔桿、弧形軌道機(jī)構(gòu)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(jù)被檢測對象的直徑等相關(guān)因素，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)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?qū)崿F(xiàn)四個行走輪機(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)，這樣一來就會增大裝置自重。

2.開口閉口結(jié)構(gòu)

開口閉口結(jié)構(gòu)為圓心角為n度的殘圓形架，N+n=360度，開口閉口結(jié)構(gòu)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)成一個完整的圓形結(jié)構(gòu)。n的取值范圍在60度到80度之間，這就保證開口閉口結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)材質(zhì)與殘圓形架材質(zhì)相同，從而解決了檢測架重量分配更加均勻，不會出現(xiàn)偏重的情況，能夠保持任何狀態(tài)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(jié)構(gòu)一端通過固定軸鉸接。殘圓形架的鉸接端設(shè)有與鉸接端同心的弧形軌道，開口閉口結(jié)構(gòu)的鉸接端設(shè)有設(shè)有撥桿，撥桿頂端從弧形軌道穿出。開口閉口結(jié)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)和連接螺栓。伺服電機(jī)通過機(jī)架設(shè)置在殘圓形架頂部，且伺服電機(jī)的輸出軸軸心與殘圓形架、開口閉口結(jié)構(gòu)的鉸接處同心，伺服電機(jī)的輸出軸通過連接螺栓與撥桿連接。

當(dāng)在檢測架在閉合狀態(tài)時，撥桿在伺服電機(jī)的作用下轉(zhuǎn)動到弧形軌道最里端。當(dāng)在檢測架在開啟狀態(tài)時，撥桿在伺服電機(jī)的作用下轉(zhuǎn)動到弧形軌道最外端。殘圓形架的末端設(shè)有磁片，開口閉口結(jié)構(gòu)末端設(shè)有鐵片，磁片與鐵片通過磁力互相吸引。撥桿在伺服電機(jī)的作用下轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的臨近端在磁力作用下固定。

在殘圓形架和開口閉口結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的圓形支架上，如圖所示按照均勻分布的陣列設(shè)置四個行走輪機(jī)構(gòu)、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(jìn)行對應(yīng)處的檢測。

本檢測機(jī)器人用檢測支架裝置使用殘圓形架、開口閉口結(jié)構(gòu)，使檢測架的架構(gòu)行進(jìn)一步優(yōu)化。優(yōu)化后的檢測支架既更便于夾裝和摘取，具有結(jié)構(gòu)更加簡單，減低制作成本的優(yōu)點(diǎn)，也避免了因檢測架的配重問題而造成的不能穩(wěn)定運(yùn)行和提速的問題。

作者簡介：

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