一種旋轉式爬桿裝置設計

劉以強 曾實現(xiàn) 劉樹龍 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，提高了勞動生產率，降低了人工高空作業(yè)的危險。市面現(xiàn)有的爬桿裝置，采用機械臂來進行交替攀爬，存在工作效率低，穩(wěn)定性差，成本較高等缺點。研究設計一種能在施工現(xiàn)場實際運用的立柱爬桿裝置，以此來取代人工進行高空作業(yè)，會在降低人工高空作業(yè)的危險和降低人工高空作業(yè)的成本的前提下，產生良好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：高層桿狀建筑物;取代人工;經濟效益;社會效益

1 緒論

對于爬桿登高作業(yè)檢測設備是否正常，老辦法是穿著專業(yè)爬桿的腳扣，這些高空作業(yè)太危險，所以就做了一個能爬桿的裝置，來代替人去做這項危險的工作。現(xiàn)也有一些用于爬桿的裝置，是用機械臂來進行交替上升，但其工作效率不高，成本也很高，為解決這些問題，我們將輪子斜置，用旋轉的方式爬桿，并安裝有傳感控制的加緊裝置，可實現(xiàn)圓臺式的電桿也能達到加緊效果，而不會因直徑的變化來限制裝置的工作場合。

2 工作原理

裝置采用的是多輪環(huán)抱桿件來依附在所攀爬的桿件上來克服自身質量運動，以輪子與桿件之間的摩擦力作為動力，通過電機帶動輪子轉動實現(xiàn)爬桿功能。通過絲杠來控制機械臂的快速夾緊，夾緊機構包括機械臂，每對機械臂后端均放有一個中間塊，中間塊中間均設置有螺紋孔，絲杠穿過中間塊中的螺紋孔，絲杠還與殼體中的電機連接，兩對機械臂前部的中間部位都斜置有輔助輪，在輔助輪輪軸兩側的機械臂上開設有軸孔，軸孔周圍還安裝有壓力傳感器，壓力傳感器均連接至處理器。

3 結構設計

3.1 傳動機構的設計

傳動機構分為兩個驅動輪和兩個輔助輪，都是傾斜15°--35°的范圍放置，輪子沒有豎直放置是為了避免輪子在沒有供電時自重使爬桿裝置下滑，兩個驅動輪用帶有減速器的減速電機驅動，又利用減速電機失電自鎖來防止失電后爬桿裝置下滑的問題。

3.2 夾持機構的設計

夾持機構由兩對機械臂組成，每對機械臂的形狀如剪刀狀，機械臂前端的形狀為半圓，機械臂的后端均放有一個中間塊，中間塊中間設置有螺紋孔，經過STM32芯片的控制，給安裝在后端帶有傳導螺紋的電機供電，絲桿穿過中間塊中的螺紋孔，絲杠的轉動來帶動控制這對機械臂后端的相對距離就可以實現(xiàn)機械臂前端對桿的加緊，利用傳導螺紋來進行夾緊，可對兩半機械臂同時夾緊，節(jié)省了加緊時間。

夾緊的程度過松，裝置就會往滑落或裝置掉落摔壞，夾緊的程度過緊，又使裝置爬行過慢，因為機械臂的夾緊是利用絲桿的轉動使一對機械臂靠近或分開來實現(xiàn)夾緊和松開這樣可以使機械臂使的夾緊動作速度變快，粗細一樣的桿件所需要的夾緊力度一致，不需要過多的去調節(jié)機械臂后端的相對距離，但粗細不同的桿件需要快速的調節(jié)夾緊力度來適應桿粗細不同的情況。所以在粗細桿變化處，調整機械臂的夾緊力度是一個很關鍵的部分，調整不能過大，過大易滑落，調整的過小裝置在上升時隨著桿的直徑越來越大對調整機械臂夾緊力度的絲桿上的螺紋會施加很大的力，如果直徑變化不大，經過機械臂的少量的彎曲變形，進行緩解一些，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

在輔助輪輪軸兩側的機械臂上開設有軸孔，軸孔周圍還安裝有壓力傳感器，檢測夾持裝置產生多少壓力，并將檢測的壓力值大小反饋給單片機，以此來控制夾持裝置的夾持力度，因為安裝在機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，對機器人的夾緊判斷很不利，其次是爬桿機器人要有一定的承載能力，所以加緊的力度要很準確，這就使得對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器人上，

4 結論

目前，爬桿登高檢測設備故障點，多數仍采用穿著專業(yè)爬桿的腳扣進行高空作業(yè)，因考慮到高空作業(yè)的危險性和方便性，爬桿裝置在高空作業(yè)時，比人更加靈活，能夠適應不同的環(huán)境，能夠更好的解決突發(fā)問題。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，提高了勞動生產率，降低了人工高空作業(yè)的危險性。

市面現(xiàn)有的爬桿裝置，采用機械臂來進行交替攀爬，存在工作效率低，穩(wěn)定性差，成本較高等缺點。傳統(tǒng)爬桿裝置靈活性和機動性差，缺乏感知能力、決策能力、反應能力以及行動能力。

參考文獻

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作者簡介：

劉以強 （1998.3）男，漢族，山東聊城人，學生，機械設計制造及其自動化專業(yè)

曾實現(xiàn)（1979.12-），男，漢族，山東嘉祥人，碩士，副教授，主要研究方向為電氣工程