斜拉桥缆索检测机器人结构设计与运动仿真.pdf

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1、机器人现代制造工程(ModemM跏u缸t血lIgEngine耐llg)2011年第10期斜拉桥缆索检测机器人结构设计与运动仿真+赵淑娟1，周忆2，王亚斌2(1重庆工业职业技术学院自动化系，重庆401120；2重庆大学机械学院，重庆400030)摘要：以实现斜拉桥缆索高效检测为目的，提出了一种新型缆索检测机器人结构设计。在对检测机器人的附着条件进行分析的基础上，利用三维设计软件P彬E对机器人进行运动仿真分析，为提高缆索检测机器人的爬升能力以及机器人总体结构的优化设计提供了一定的参考依据。关键词：缆索检

2、测机器人；附着条件；运动仿真中图分类号：1H242文献标志码：A文章编号：167l—13133(2011)10—_00r75—04Thedesignandl【inematicsimulation0fthecable-stagedbridgeinspectiOnrobotZHAOShu-ju锄1，ZHOUYi2，WANGYa-bin2(1DepamrIemofAutomation，Chon鹊ingIndus町PolytechnicCoUege，Chongqing401l20，China；2Couege

3、ofMechaIlicalEn西neering，ChongqingUniversit)r，Chongqing400030，China)Aht髓越：Reali船tlleinteUigem锄dqIIicki啦pectionoftllecable—stayedbridge’8cabb，“ngforwardtlIe曲m咖陀scheme0fakind0fnewcablei∞pecti佣mbot．Ba∞蛐t}屺aIIalysi$址唧uttheadlle8ivec∞dition，tlIe∞bot’8moti∞8i

4、mllll出册aIlalysi8惴doneby‰tllr∞一di呲miolIal枷胁rP—P∥E．ne璐e缸曲i8helpfulfori叩丽IlgtllechI吐biIIgcapabi岫“optimizemesmlctIlreofdlembot．I【e，r删s：cablei衄pecti伽幽t；adllesivec∞diti∞；l【i舱m娟c8imllla矗on0引言斜拉桥作为现代桥梁中的一种，在世界范围内得到日趋广泛地应用。但由于缆索长期服役于大气之中，受到锈蚀，直接影响着桥梁的使用安全和外观。因此

5、，开发研制出适合于缆索这种标高高、斜度大、有一定挠度且爬升距离长的特殊对象的检测机器人就变得十分重要。1缆索检测机器人的总体结构方案缆索检测机器人的工作环境一般是在高空中携带必要的检测设备对缆索表面进行检测，这种工作环境是极其危险的。工作于这种环境下的缆索表面检测机器人必须具有较高的机动性和环境适应能力，因此，该机器人应具有小型化，轻量化，操作控制合理方便等特点。根据此项要求，结合目前缆索检测机器人发展的现·重庆市科技攻关项目(cS此，2008Ac印83)状，笔者对缆索检测机器人的总体结构进行了设计

6、。1．1机体结构设计缆索检测机器人在运动中完成检测任务，因此，机体结构的稳定性就变得十分重要。根据三角形稳定性最好的原理，将缆索机器人的机体结构设计为等边三角形的形状，机器人的机体结构如图l所示。为了确保稳固性，在三角形机体的每条边上又各加了一根上下交错排列的直拉杆和斜拉杆，拉杆依靠两边的连接轴销接在一起，这种机体能很好地克服由于机器人受不平衡外力作用而产生的扭曲和形变等现象。为了减少系统所需要的驱动力并使三边的驱动力差值最小，机器人的机体在缆索上采用倒三角形方式安装。1．2爬行机构的设计爬行机构主

7、要由上、下推杆、从动轮、驱动轮上、下推杆拉簧以及连接支架组成，机器人爬行机构结构如图2所示。考虑到缆索表面一般是聚乙烯材料，所以，驱动轮采用的是橡胶材料以提供相应的摩擦力。752011年第10期现代制造工程(M0demMan山ct一“gE“ginee—ng)图1机器人的机体结构每对主动轮与驱动轮分别由上、下两根拉簧连接，其拉杆通过销连接。在销和拉簧的共同作用下，机器人可以在直径咖100以00mm的缆索上使轮子始终紧贴缆索表面，并且产生所需的摩擦力，依靠驱动系统所提供的推力实现机器人在缆索表面的攀爬。

8、图2机器人爬行机构1．3驱动系统的设计该机器人采用电动机驱动，综合考虑各种电动机的性能后，机器人的驱动电动机采用步进电动机。考虑到同步带传动具有噪声低、耐磨性好和使用寿命长等优点，动力传动系统采用同步带传输，这样既能产生满足使用要求的减速比，又能提高低速的系统传动效率。该机器人的驱动系统主要由步进电动机、大、小同步带轮、同步皮带、驱动轴和电动机支架等组成，机器人驱动系统结构三维实体模型如图3所示。这种驱动系统能够使缆索检测机器人在检测工作过程中实现低速、连续和平稳地爬