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钢丝绳自动攀爬机器人结构设计与分析

发布时间:2022-02-11 16:28 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

0引言 在我国矿山工程行业中,工程人员经常会把提升钢丝绳看作是一种低值易耗品,对钢丝绳的管理和养护不是很重视。然而钢丝绳会涉及到工程和人身的安全,其管理和养护也是煤


0引言
在我国矿山工程行业中,工程人员经常会把提升钢丝绳看作是一种低值易耗品,对钢丝绳的管理和养护不是很重视。然而钢丝绳会涉及到工程和人身的安全,其管理和养护也是煤矿工程安全的重要问题之一。目前钢丝绳的养护还是靠人工来完成,存在效率低、劳动强度大等问题,因此设计一种能够携带清洗养护装置的钢丝绳攀爬机器人代替人工养护是本领域急需解决的问题。对于攀爬钢丝绳这种细长结构的机器人国内外有一定的研究。如Ali Baghani等人?设计了一种滚轮式爬杆机器人。该机器人通过弹簧预紧力使得机器人牢牢抓住杆件,通过电机驱动滚轮实现机器人的上下攀爬动作。Ho Moon Kiml设计了一种适用于悬索桥钢缆检测的攀爬机器人。该机器人借助电机推动上下两根传动杆反向运动,使得滚轮夹紧杆件,再通过滚轮实现机器人的攀爬动作。由于轮子存在打滑问题,上述结构均不适合在涂有润滑油的钢丝绳上使用,因此需要设计一种能在涂油的钢丝绳表面进行运动的机构,且要求运动效率高、攀爬稳定。
1钢丝绳攀爬机器人的结构设计为了保证机器人能在竖直钢丝绳表面上上下攀爬,通过对比分析各种钢丝绳攀爬方法的优缺点,最终选择采用仿尺蟆的攀爬原理进行钢丝绳自动攀爬机器人的结构设计。整个结构分为内部攀爬装置和外部攀爬装置两个部分。两个部分通过齿轮齿条进行传动,并通过电磁铁进行交替夹紧与放松。当一部分结构夹紧时,另一部分结构放松,可实现上下移动,其结构设计模型如图1(a)所示,图1(b)为实物模型图。
1.1内部攀爬装置设计
内部攀爬装置包括内部框架、驱动和夹紧三个模块,如图2所示。内部框架由上下固定板和连接杆所组成,用于固定夹紧模块和驱动模块。夹紧模块由两个推拉式电磁铁组成。在推拉式电磁铁的前端安装有定制橡胶块,来保证内部攀爬装置能够夹紧不同直径的钢丝绳。驱动模块由电机、锥齿轮、直齿轮等组成。电机带动锥齿轮转动,进而带动齿轮副转动,最后把运动传到外部装置的齿条上,实现内部攀爬装置向上攀爬。
定制橡胶块、上固定板
推拉式电磁阀
一钢丝绳一连接杆
黄O下固说版
图2内部攀爬装置
1.2外部攀爬装置设计
外部攀爬装置包括外部框架、齿条、导向模块和夹紧模块四个部分,如图3所示。外部框架由上下固定板和连接杆所组成。齿条装在外部框架上,用于与内部攀爬装置的齿轮进行动作。在外部框架的上下两端各布置一个导向模块,保证装置在攀爬钢丝绳时不出现左右偏心的现象。导向模块由三个相隔120°的滚动轮装置组成。滚动轮装置可以根据钢丝绳直径的不同进行自适应贴合。夹紧模块是由两个推拉式电磁铁组成。同样在推拉式电磁铁的前端安装有定制橡胶块,来保证外部攀爬装置能够夹紧钢丝绳。通过内外攀爬装置交替抱紧实现机器人攀爬动作。


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