桥梁缆索检测机器人设计-电源输送小车设计 缆索机器人-电源输送小车

毕业设计（论文） 缆索机器人-电源输送小车 - 1 - 毕 业 设 计 说 明 书

缆 索 检 测 机 器 人 -电源输送小车 毕业设计（论文） 缆索机器人-电源输送小车

- 2 - 摘 要：

缆索体系桥梁的出现，使得桥梁的建设实现了前所未有的跨度。然而，根据以往工程经验，多数缆索体系桥梁的可靠性引起了工程界的重视。国内外对这一问题进行了长达二十余年的研究，然而目前研究成果还很不足，本文在这方面进行研究工作，以期对该领域的研究做出贡献。

针对现代斜拉桥对安全和美观的越来越高要求，提出用大倾斜度缆索机器人进行高 空缆索检测和维护的新方法。采用电驱动摩擦轮压紧使机器人沿缆索连续爬升或气驱动气缸 夹紧蠕动爬升，利用随带的喷涂、磁检测等装置，实现了在役缆索的涂装、内部检测等作业 ，已在上海徐浦大桥上成功进行了现场试验，取得满意的效果。

关 键 词 ：斜 拉 桥 缆 索 ，携 带 机 构 ，缆 索 检 测 毕业设计（论文） 缆索机器人-电源输送小车

- 3 - Abstract： The emergence of cable-system enables engineers to challenge unprecedented span bridge construction. However, according to existing engineering experience, the severe reliability problems in a considerable number bridges raise intense concern from engineering society. Research work has being done by engineers at home and abroad for over twenty years, which proves quite insufficient for engineering needs. This paper engages the research of the reliability of cable-system, in the hope of promoting the research of this field. A new method of inspecting and maintaining high-altitude stay cables with a cab l e robot is presented in this paper，to meet urgent needs of its automation. The robot is driven along the cable by a electric running mechanism held by wheels, or a pneumatic worming mechanism clamped by air cylinders, with an air spray coa ting mechanism or a magnetic detector. The robot was done experiments on the Xup u Bridge and the results show that the robot can climb, coat and test stay cable s safely and efficiently.

Keywords： cable-stayed bridge cable, carrying bodies, Cable Detection 毕业设计（论文） 缆索机器人-电源输送小车

- 4 - 目 录 一．概 述……………………………………………………………5 二．现有技术…………………………………………………………9 三．技术方案…………………………………………………………10 四．力学分析…………………………………………………………12 五、爬升机构电机的选择和计算……………………………………16 六、辊轮轴设计………………………………………………………17 七、被动辊轮轴………………………………………………………22 八、轴承的校核………………………………………………………27 九、键的选择…………………………………………………………28 十、螺旋机构电机选择………………………………………………29 十一、螺旋传动计算…………………………………………………30 十二、移动电源………………………………………………………35 设计小结………………………………………………………………45 致 谢 ………………………………………………………………47 参考文献………………………………………………………………48 毕业设计（论文） 缆索机器人-电源输送小车

- 5 - 一、概 述 斜拉桥以其优美的外观及良好的抗震性越来越得到桥梁设计师的青睐。自从1956年在瑞典建成曹姆松特斜拉桥以来，到1993年全世界已有300余座斜拉桥。我国自1975年在四川云阳建成第一座斜拉桥之后，至今共建成40余座斜拉桥。

斜拉桥的主要受力构件是缆索，但其长期暴露在大气之中，受到风吹、日晒、雨淋和环境污染的侵蚀，其表面会受到较严重的破坏，这会对整座斜拉桥带来不利的影响。因此，对缆索的有效维护是十分必要的。人们在惊叹斜拉桥壮观的同时，也发现大多数斜拉桥的缆索都是黑色，色彩的单调影响了斜拉桥的魅力。所以，近年来彩化斜拉桥成了许多桥梁专家追求的目标。

到目前为止，国内外对斜拉桥缆索进行彩色涂装主要采用两种方法，一是针对小型斜拉桥使用液压升降平台进行缆索涂装；二是利用预先装好的塔顶的定点，用钢丝托动吊篮搭载工作人员沿缆索进行涂装。前一种方法的工作范围十分有限，后一种方法是许多斜拉桥采用的普遍方法，但采用人工方法进行高空涂装作业不仅效率低、成本高，而且危险性大，尤其是在风雨天就更加危险。为此，上海交通大学机器人研究所于1997年与上海黄浦江大桥工程建设处合作研制了一台斜拉桥缆索涂装维护机器人样机。

该机器人系统由两部分组成，一部分是机器人本体，一部分是机器人小车。机器人本体可以沿各种倾斜度的缆索爬升，在高空缆索上自动完成毕业设计（论文） 缆索机器人-电源输送小车 - 6 - 检查、打磨、清洗、去静电、底涂和面涂及一系列的维护工作。机器人本体上装有CCD摄像机，可随时监视工作情况。另一部分地面小车，用于安装机器人本体并向机器人本体供应水、涂料，同时监控机器人的高空工作情况。

该机器人具有以下功能： （1）沿索爬升功能。机器人可沿任意倾斜度的缆索爬升，可爬升的缆索标高为160米，缆索倾斜度0～90，可适应的缆索直径为90～100毫米，机器人爬升速度为8米/秒。

（2）缆索检测功能。机器人装有钢丝绳检测系统，可沿缆索检测钢丝是否有断丝，以便及时更换缆索。

（3）缆索清洗功能。在机器人本体上配备有各种形状的清洗刷和特定的水基清洗液，可完成缆索去尘、脱脂和去聚乙烯表面静电等工作。

（4）具有一定智能。机器人具有良好的人机交互功能，在高空可以判断是否到顶、风力大小等一些环境情况，并实施相应的动作。

斜拉桥以其观赏性好、承载能力强、跨越能力大、抗风稳定性高、工程造价经济等优点，成为公路、铁路及城镇道路建设中大跨径桥梁常用桥型之一，在世界范围内得到了广泛的应用。作为斜拉桥的主要受力部件缆索因暴露在空气中，长期受到风吹、日晒、雨淋及大气中污染物的侵蚀，其表面的聚乙烯保护套会出现隆起、破裂等现象，甚至保护套内的钢毕业设计（论文） 缆索机器人-电源输送小车 - 7 - 丝束会出现生锈、断丝等问题，严重影响了斜拉桥的观赏性并且给斜拉桥的安全埋下隐患。目前，缆索维护作业基本使用人工吊篮方式，成本高、效率低、安全性差。因此，研制缆索自动化检测机器人对缆索有效维护是十分必要的。针对潜在的缆索维护市场, 国内外多家机构参与了缆索维护机器人研究开发。

现有爬缆机构的运动方式主要有摩擦轮连续滚动式, 夹紧蠕动式两种。连续滚动式机构由于缆索的悬垂曲线、缆索风振动等外界因素影响, 摩擦轮的预紧力较难精确调整; 过大, 因摩擦消耗功率就越多; 过小,随机的外部干扰会使夹紧力不足, 爬升失效, 多数情况下为了提高可靠性只能牺牲能耗比。夹紧蠕动式机构对于截面尺寸有突变、表面情况恶劣的缆索具有较好的适应能力,但爬升和夹紧运动分别由2 套机构实现,运动较复杂, 浪费了过多因夹紧所耗的时间和能源。

截止至1999年上半年，我国从事机器人及其相关技术产品研制、生产的单位有200余个，研制、生产的各类工业的机器人约有50多种型号600台，其中已用于生产的约占5 / 6 。我国工业机器人经过20多年的发展，已在产业化的道路上迈开了步伐。1998年我国工业机器人及含工业机器人的自动化生产线和式程项目的产值和销售额已超过2亿元。国家"836"高技术计划已将中科院沈阳自动化所的机器人技术国家工程研究中心、哈尔滨工业大学的博实公司、国家机械工业局北京机械工业自动工化研究所机器人中心、上海交通大学的海泰公司、上海大学的机电一体工程中心和南开大学的太阳公司等确立为智能机器人主题的六个产业化基地。一汽、二汽、济南第二机床厂、中国船舶工业总发及应用成套的大型依托企业。国家机械工业局北京自动化所从第1台P J - 1喷涂机器人起，经