拉索檢測機器人檢測架結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘 要：拉索大橋的纜索服役于大氣之中，需由檢測機器人背負相應(yīng)檢測設(shè)備，在具有一定撓度、高度、長度的纜索上定期檢測其安全性。本文主要從輕便性、簡便性和經(jīng)濟性等諸多因素考慮，對檢測機器人的檢測架進行設(shè)計，使檢測機器人在背負設(shè)備實施作業(yè)時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：檢測機器人;夾持機構(gòu);氣囊棒

斜拉橋纜索服役于室外環(huán)境之中，其所受到的來自于大氣的銹蝕等迫害也是非常嚴重，直接影響其使用安全和形象。對纜索等室外服役的高度、斜度、撓度特殊對象的檢測機器人需要背負一定的設(shè)備在纜索上運行和停留，進行檢測并反饋信息。機器人在實施檢測作業(yè)中，要克服本身和所背負設(shè)備的重量，設(shè)計出具有靈活的夾裝適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)固性強的機器人檢測架就變得尤為重要。

一、機器人檢測架的設(shè)計要求

由于機器人在高空作業(yè)過程中要承受外界力、纜索自身撓度等因素的影響，難免會偏離預(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效果，不誤檢、漏檢，機器人運動的平穩(wěn)性要求非常高。機器人檢測架設(shè)計需要解決如何實現(xiàn)全方位檢測、如何保證順利通過纜索接口、如何確保檢測中的穩(wěn)定、如何保證適應(yīng)多規(guī)格纜索的檢測等一系列問題，確保檢測機器人能在纜索上穩(wěn)定的上行、下行和停留。

二、機器人檢測架的結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)上述設(shè)計思想與設(shè)計要求，對檢測機器人檢測架機構(gòu)進行了設(shè)計。檢測架的主體結(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，和被檢測對象的直徑等相關(guān)因素有關(guān)。經(jīng)過反復(fù)試驗，確定N的一個最佳的取值范圍在280度到300度之間。如果N小于280度就不能夠?qū)崿F(xiàn)四個行走輪機構(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現(xiàn)，這樣一來就會增大裝置自重。

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，在檢測開始時將本裝置順利安置到纜索上。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。

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)置四個行走輪機構(gòu)。行走機構(gòu)彈簧拉力緊固在殘圓形支架上，對殘圓有一定的反作用力，氣囊棒不適合于受到太大的壓力，這也是試驗出殘圓的圓形角度最小應(yīng)該在280度的原因。

6.檢測攝像頭

四個微型檢測攝像頭也做等分布列，每個攝像頭在兩個行走輪機構(gòu)的中間位置。其中三個位于殘圓形架上，一個檢測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，充氣囊棒上的檢測攝像頭能夠進行對應(yīng)處的檢測。

三、檢測架的工作原理

機器人用檢測架在殘圓形架陣列設(shè)置四個行走輪機構(gòu)和四個微型檢測攝像頭。當氣囊棒充氣后，可再與殘圓形架一起構(gòu)成圓形，在行走機構(gòu)的帶動下，檢測架以及所背負設(shè)備在纜索表面攀爬、停留、后退進行作業(yè)，檢測攝像頭對應(yīng)處進行檢測。借助一定的通信手段，可以將所檢測到的信息反饋給相關(guān)設(shè)備及人員進行分析。當檢測作業(yè)結(jié)束時，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架從纜索拆除。

本文所闡述的機器人檢測架，具有結(jié)構(gòu)更加簡單，制作成本減低，更便于夾裝和摘取的優(yōu)點。隨著試驗的不斷進行發(fā)現(xiàn)，充氣囊棒質(zhì)量比殘圓形架的質(zhì)量輕很多。當氣囊棒充氣實現(xiàn)檢測機器人整個檢測架構(gòu)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(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結(jié)構(gòu)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(tài)下的穩(wěn)定提速。

作者簡介：

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