一种具有磁吸式防坠系统的智能钢丝绳探伤攀爬机器人的制作方法

1.本发明属于矿井特种机器人的探伤技术领域，特别涉及一种具有磁吸式防坠系统的智能钢丝绳探伤攀爬机器人。


背景技术：

2.矿井提升机在金属矿山、煤炭等行业中广泛应用，而钢丝绳作为一种强度高、重量轻的常用构件在我国许多地区得到应用。而由于提升机所处的特殊井下工作环境，提升机钢丝绳长期受到张力以及振动疲劳损伤后，会出现各种各样的故障或缺陷，如断线、磨损、腐蚀等，对井下的正常生产和工作人员安全造成影响，引起相关业的重视。现有对钢丝绳进行检测的设备多为固定式，仍需人工手持对钢丝绳进行检测，无法对已工作运行的钢丝绳进行检测；考虑到钢丝绳常工作在大深度，低照明的狭窄的矿道内，人工检测的方式更加困难重重。


技术实现要素：

3.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有磁吸式防坠系统的智能钢丝绳探伤攀爬机器人，提高了探伤机器人检测精度和安全性。
4.技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
5.一种具有磁吸式防坠系统的智能钢丝绳探伤攀爬机器人，包括机架，所述机架内包含供钢丝绳穿设通过的探伤通道，所述机架上沿钢丝绳长度方向对应于探伤通道依次设置有上驱动系统、磁吸式防坠系统、探伤系统、下驱动系统和除尘系统，所述除尘系统位于机架位移方向上的前端，所述机架通过上驱动系统和下驱动系统沿钢丝绳行走位移。
6.进一步的，所述机架包含主机架和分别铰接设置在所述主机架两侧的副机架，两个所述副机架远离于主机架的一侧可相互松脱分离或紧固连接设置，所述主机架与两个所述副机架围合在钢丝绳外侧，且所述主机架与两个所述副机架之间构成探伤通道。
7.进一步的，所述所述上驱动系统与下驱动系统结构相同，所述上驱动系统包括主动张紧装置和设置在所述主动张紧装置上的行走驱动装置，所述行走驱动装置在钢丝绳的径向方向上导向滑动设置在机架上，且所述行走驱动装置与钢丝绳相对行走位移，所述主动张紧装置驱动所述行走驱动装置在钢丝绳的径向方向上位移调节。
8.进一步的，所述主动张紧装置包括直线位移机构、周向移动滑块、径向位移滑块和底座，所述底座垂直于钢丝绳设置在机架的内腔中，所述底座上间距于钢丝绳设置有直线位移机构，所述直线位移机构的位移方向垂直于行走驱动装置的位移调节方向，所述直线位移机构包含周向移动滑块，所述周向移动滑块沿直线位移机构的位移方向导向滑动设置在底座上，所述周向移动滑块背离于底座的一侧面上凹设有张紧调节导槽，所述张紧调节导槽共面且倾斜于周向移动滑块的滑动方向，所述行走驱动装置包含伸入至张紧调节导槽内的导向凸起，所述行走驱动装置通过张紧调节导槽的移动在钢丝绳径向方向导向滑动。
9.进一步的，还包括从动张紧装置，所述主动张紧装置设置在主机架上，两个所述从
动张紧装置分别设在两个副机架上；
10.所述从动张紧装置包括从动齿轮、从动齿条、从动滑座、导向杆和支撑板，所述支撑板共面于底座设置在副机架内，所述支撑板上间距设置有导向杆，所述导向杆上滑动设置有从动滑座，所述从动滑座上设置有从动齿条，所述从动齿轮为弧形状的外齿轮结构，且所述从动齿轮转动设置在支撑板上，所述从动齿轮与从动齿条啮合传动设置，所述从动滑座上背离于支撑板的一侧面上凹设有从动调节导槽，所述从动调节导槽共面且倾斜于从动滑座的滑动方向，所述支撑板上在钢丝绳的径向方向上滑动设置有辅助行走轮组，所述辅助行走轮组通从动调节导槽的移动在钢丝绳径向方向导向滑动；
11.所述周向移动滑块上设置有联动齿条，所述联动齿条的轮齿分布方向与周向移动滑块的滑动方向相同，所述底座上与两个从动齿轮共面且共节圆的转动设置有联动齿轮，所述联动齿轮与联动齿条啮合传动设置，所述联动齿轮与两个从动齿轮首尾相互抵接接触设置；所述周向位移滑块的滑动位移驱动联动齿轮和从动齿轮绕轴自转，转动的从动齿轮驱动所述从动滑座位移调节。
12.进一步的，所述行走驱动装置包括驱动电机、驱动轴、滚轮定支架和滚轮，所述滚轮定支架设置在径向位移滑块上，所述周固定支架上转动设置有驱动轴，所述驱动轴的一端设置有驱动电机。
13.进一步的，所述除尘系统包括中空旋转平台轨道、中空旋转平台、铜刷、除尘电机和除尘齿轮，三组所述中空旋转平台轨道以钢丝绳为轴线圆周阵列设置在主机架和两个副机架上，所述中空旋转平台轨道中开设有以钢丝绳为轴线的弧状的回转轨道，所述中空旋转平台通过回转轨道转动设置在中空旋转平台轨道上，所述中空旋转平台上设置有对应于钢丝绳外表面的通刷，三组所述中空旋转平台轨道中的回转轨道构成完整的环形轨道，三组所述中空旋转平台位于回转轨道内的端部相互抵接；所述中空旋转平台的外圈设置有除尘环齿，所述中空旋转平台轨道上设置有除尘电机，所述除尘电机的输出轴设置有除尘齿轮，所述除尘齿轮与除尘环齿啮合传动设置。
14.进一步的，所述磁吸式防坠系统包括设置在机架内腔中的安装板、夹紧力臂、弧形导轨、弧形弹簧、一级减速电磁铁和二级减速电磁铁，所述安装板垂直于钢丝绳设置在机架上，两个所述夹紧力臂呈x型交叉转动设置，在两个所述夹紧力臂的共同转轴转动设置在安装板上，两个所述夹紧力臂其中一组相对的夹持端上分别设置有一级减速电磁铁，且两个所述一级减速电磁铁磁极相反，两个所述夹紧力臂的另一组相对的夹持端上分别设置有二级减速电磁铁，且两组所述二级减速电磁铁磁极相反，所述安装板上对应于一级减速电磁铁的臂杆上设置有弧形导轨，所述弧形导轨与夹紧力臂的转轴轴线同轴心设置，所述弧形导轨的两端活动穿设在两个夹紧力臂上，所述弧形导轨上设置有弧形弹簧，且所述弧形弹簧的两端抵压或连接在两夹紧力臂上。
15.进一步的，所述探伤系统包括摩擦衬套、磁化铁块和霍尔元件，所述摩擦衬套包含若干间隙围设在钢丝绳外侧的衬套瓣体，所述衬套瓣体的固定设置在机架内，所述衬套瓣体的外侧设置有磁化铁块，所述衬套瓣体的内腔沿钢丝绳的径向凹设有嵌装凹槽，所述嵌装凹槽内设置有霍尔元件。
16.进一步的，还包括连接卡槽和并联连接器，所述机架的外侧设置有至少一组连接卡槽，所述连接卡槽上可拆卸的设置有并联连接器，所述机架通过并联连接器并联相邻的
另一机架或连接探伤模组。
17.有益效果：本发明通过上驱动系统和下驱动系统对机架进行驱动位移，在沿钢丝绳位移的过程中，通过探伤系统对钢丝绳进行探伤检测，且在探伤检测前，通过除尘系统对钢丝绳进行除尘清理，防止灰尘进入到机架内，且提高了探伤机器人检测精度，当机架出现失速现象时，能够通过磁吸式防坠系统对机架整体进行刹停，提升安全性。
附图说明
18.附图1为本发明的整体的内部结构立体示意图；
19.附图2为本发明的上驱动系统的立体结构示意图；
20.附图3为本发明的探伤系统的立体结构示意图；
21.附图4为本发明的磁吸防坠系统的立体结构示意图；
22.附图5为本发明的除尘系统的结构示意图；
23.附图6为本发明的并联工作状态示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
25.如附图1所示，一种具有磁吸式防坠系统的智能钢丝绳探伤攀爬机器人，包括机架10，所述机架10内包含供钢丝绳穿设通过的探伤通道12，所述机架10上沿钢丝绳长度方向对应于探伤通道依次设置有上驱动系统1、磁吸式防坠系统8、探伤系统3、下驱动系统4和除尘系统5，通过上驱动系统1和下驱动系统4提升机架位移时的稳定性，所述除尘系统5位于机架10位移方向上的前端，所述机架10通过上驱动系统1和下驱动系统4沿钢丝绳行走位移。通过上驱动系统和下驱动系统对机架进行驱动位移，在沿钢丝绳位移的过程中，通过探伤系统对钢丝绳进行探伤检测，且在探伤检测前，通过除尘系统对钢丝绳进行除尘清理，防止灰尘进入到机架内，且提高了探伤机器人检测精度，当机架出现失速现象时，能够通过磁吸式防坠系统对机架整体进行刹停，提升安全性。
26.所述机架10包含主机架10a和分别通过合页片铰接设置在所述主机架10a两侧的副机架10b，副机架与主机架结构相同，且为扇形截面结构，两个所述副机架10b远离于主机架10a的一侧通过闭合装置7可相互松脱分离或紧固连接设置，所述闭合装置7为卡扣、锁具等锁附机构，所述主机架10a与两个所述副机架10b围合在钢丝绳外侧，且所述主机架10a与两个所述副机架10b之间构成探伤通道12。通过三组可拆卸时的机架结构，利于机架相对于钢丝绳的安装，攀爬机器人组装、拆卸容易，携带方便；在安装时，首先打开闭合装置，使主机架部分贴合在被测钢丝绳上；然后贴合两个副机架10b在被测钢丝绳上，关闭闭合装置，完成最后的主体闭合。
27.所述机架10的内腔中对应于钢丝绳还设置有相机6，三组相机分别设置在主机架10a和两个副机架10b上，用于对钢丝绳的个方位进行外观检测。
28.如附图1和附图2所示，所述所述上驱动系统1与下驱动系统4结构相同，所述上驱动系统1包括至少设置在主机架内的主动张紧装置和设置在所述主动张紧装置上的行走驱动装置，所述行走驱动装置在钢丝绳的径向方向上导向滑动设置在机架10上，且所述行走驱动装置与钢丝绳相对行走位移，所述主动张紧装置驱动所述行走驱动装置在钢丝绳的径
向方向上位移调节，行走驱动装置通过主动张紧装置进行调节，以使得移动稳定性更强，方式位移打滑或失速现象。
29.附图2中各附图标记对应的技术特征如下：
30.401封盖、402右轴承座、403轴承座固定螺栓、404张紧丝杠、405周向移动滑块、406径向移动滑块、407滚轮支撑架、408轮轴、409联动齿轮、410联动齿条、411弹簧避震组、412弧形滚轮、413弹性膜片联轴器、414减速器、415驱动电机、416编码器、417驱动电机固定螺栓、418底座、419左轴承座、420张紧电机、421调节丝杠。
31.所述主动张紧装置包括直线位移机构、周向移动滑块405、径向位移滑块406和底座418，所述底座418垂直于钢丝绳设置在机架10的内腔中，所述底座418上间距于钢丝绳设置有直线位移机构，所述直线位移机构的位移方向垂直于行走驱动装置的位移调节方向，所述直线位移机构包含周向移动滑块405，所述机架10上位于轴向位移滑块405的上方还设有封盖401，用于对上驱动系统进行防护，所述周向移动滑块405沿直线位移机构的位移方向导向滑动设置在底座418上，所述周向移动滑块405背离于底座418的一侧面上凹设有张紧调节导槽430，所述张紧调节导槽430共面且倾斜于周向移动滑块405的滑动方向，所述行走驱动装置包含伸入至张紧调节导槽430内的导向凸起，如导柱等，所述行走驱动装置通过张紧调节导槽430的移动在钢丝绳径向方向导向滑动。
32.所述直线位移机构为电机驱动的丝杆机构，包含张紧丝杠404、张紧电机420和周向移动滑块405，所述张紧丝杠404平行间距设置在底座418的一侧，且所述张紧丝杠404的两端分别通过右轴承座402、左轴承座409转动设置在底座418上方，所述张紧丝杠的一端设置有张紧电机420，所述张紧丝杠404上位移驱动设置有周向移动滑块405，所述轴向移动滑块405导向滑动在底座上。
33.本发明专利所阐述的驱动张紧系统中，张紧电机固定于机架上，带动调节丝杠转动，进而使周向移动滑块运动。通过周向移动滑块的运动，推动径向移动滑块的运动，使径向移动滑块上的滚轮径向运动。这种运动方式可以使机器人适应不同直径的钢丝绳，并可以根据需要施加不同的抱紧力。
34.如附图1和附图2所示，还包括从动张紧装置，所述主动张紧装置设置在主机架10a上，两个所述从动张紧装置分别设在两个副机架10b上；
35.所述从动张紧装置包括从动齿轮20、从动齿条22、从动滑座23、导向杆21和支撑板24，所述支撑板24共面于底座418设置在副机架10b内，所述支撑板24上间距设置有导向杆21，所述导向杆21上滑动设置有从动滑座23，所述从动滑座23上设置有从动齿条22，所述从动齿轮20为弧形状的外齿轮结构，且所述从动齿轮20转动设置在支撑板24上，所述从动齿轮20与钢丝绳共轴线，所述从动齿轮20与从动齿条22啮合传动设置，所述从动滑座23上背离于支撑板24的一侧面上凹设有从动调节导槽，所述从动调节导槽共面且倾斜于从动滑座23的滑动方向，所述支撑板24上在钢丝绳的径向方向上滑动设置有辅助行走轮组，所述辅助行走轮组通从动调节导槽的移动在钢丝绳径向方向导向滑动。
36.所述辅助行走轮组包括滚轮和滚轮支架，其结构与行走驱动装置未包含驱动电机时的整体结构相同，通过辅助行走轮组对钢丝绳进行夹持稳固，提升稳定性。
37.所述周向移动滑块405上设置有联动齿条410，所述联动齿条410的轮齿分布方向与周向移动滑块405的滑动方向相同，所述底座418上与两个从动齿轮20共面且共节圆的转
动设置有联动齿轮409，所述联动齿轮409与联动齿条410啮合传动设置，所述联动齿轮409与两个从动齿轮20首尾相互抵接接触设置；所述周向位移滑块405的滑动位移驱动联动齿轮409和从动齿轮20绕轴自转，转动的从动齿轮20驱动所述从动滑座23位移调节，进而驱动辅助行走轮组径向位移，从而对行走驱动装置进行张紧。
38.还包括调节丝杠421，所述滚轮支架407通过调节丝杠设置在径向移动滑块上，通过调节丝杠421可以对滚轮的对心位置进行调节，可以达到适应不同钢丝绳直径。滚轮支架407与径向移动滑块406之间还设置有弹簧避震组411，以使得运动更加平稳。
39.所述行走驱动装置包括驱动电机415、驱动轴408、滚轮定支架407和滚轮412，所述滚轮定支架407设置在径向位移滑块406上，所述周固定支架422上转动设置有驱动轴408，所述驱动轴408的一端设置有驱动电机415。
40.行走驱动装置由驱动电机与弧形滚轮通过弹性膜片联轴器和减速器连接进行驱动，使得机器人在钢丝绳上稳定爬行。主动张紧装置通过张紧电机驱动张紧丝杠，张紧丝杠使周向移动滑块运动改变径向移动滑块的位置，在主动张紧装置进行调节位移的同时，能够通过联动齿轮、连通齿条对从动张紧装置进行同步张紧。
41.本发明专利所阐述的上驱动系统或下驱动系统中，主机架上固定的主动张紧装置为主动单元，配有张紧电机；左、右两个副机架上安装的是从动单元，不配备张紧电机。本发明专利中，在周向移动滑块上安装联动齿条，联动齿条与机架中央的联动齿轮相连接。主动张紧驱动单元运动时，这种齿条与齿轮连接的方式，保证了滚轮张紧的同步性，协同性好。同时，一个张紧电机驱动三组张紧结构的驱动方式，节约了机器人的内部空间，机械连接的方式可靠性也得到了保证。
42.如附图5所示，各附图标记对应的技术特征如下：501中空旋转平台轨道、502中空旋转平台、503铜刷、504除尘电机固定螺栓、505除尘电机、506除尘齿轮。
43.所述除尘系统5包括中空旋转平台轨道501、中空旋转平台502、铜刷503、除尘电机505和除尘齿轮506，三组所述中空旋转平台轨道501以钢丝绳为轴线圆周阵列设置在主机架和两个副机架上，所述中空旋转平台轨道501中开设有以钢丝绳为轴线的弧状的回转轨道，所述中空旋转平台502通过回转轨道转动设置在中空旋转平台轨道501上，所述中空旋转平台502上设置有对应于钢丝绳外表面的通刷503，三组所述中空旋转平台轨道501中的回转轨道构成完整的环形轨道，三组所述中空旋转平台502位于回转轨道内的端部相互抵接；所述中空旋转平台502的外圈设置有除尘环齿507，所述中空旋转平台轨道501上设置有除尘电机505，所述除尘电机505的输出轴设置有除尘齿轮505，所述除尘齿轮505与除尘环齿507啮合传动设置。
44.除尘系统由固定在机架上偏置的除尘电机505提供动力，中空旋转平台轨道502固定在机架上，除尘电机505带动中空旋转平台502在中空旋转平台轨道501上旋转，环绕钢丝绳旋转的工作方式在除尘时不存在死角，清理效果好。铜刷503利用通过预留的卡槽放置在中空旋转平台502的内部，铜刷达到使用寿命时可以直接更换。此外，除尘系统放置在机器人的最下部，在进行清扫时有效避免杂物进入机器人内部。
45.如附图4所示，各附图标记对应的技术特征如下：801楔形摩擦块、802楔形摩擦块固定螺栓、803环形轨道固定座、804一级减速电磁铁、805二级减速电磁铁、806夹紧力臂、807环形轨道、808弧形弹簧。
46.所述磁吸式防坠系统8包括设置在机架1内腔中的安装板800、夹紧力臂806、弧形导轨807、弧形弹簧808、一级减速电磁铁804和二级减速电磁铁805，所述安装板800垂直于钢丝绳设置在机架上，两个所述夹紧力臂806呈x型交叉转动设置，在两个所述夹紧力臂806的共同转轴转动设置在安装板800上，两个所述夹紧力臂806其中一组相对的夹持端上分别设置有一级减速电磁铁804，且两个所述一级减速电磁铁804磁极相反，两个所述夹紧力臂806的另一组相对的夹持端上分别设置有二级减速电磁铁805，且两组所述二级减速电磁铁805磁极相反，所述安装板800上对应于一级减速电磁铁804的臂杆上设置有弧形导轨807，所述弧形导轨807与夹紧力臂的转轴轴线同轴心设置，所述弧形导轨807的两端活动穿设在两个夹紧力臂上，所述弧形导轨807上设置有弧形弹簧808，且所述弧形弹簧808的两端抵压或连接在两夹紧力臂上。
47.其中，所述夹紧力臂806对应于二级减速电磁铁805的夹持端上包含有斜楔摩擦块801，若干所述二级减速电磁铁805嵌设在斜楔摩擦块的夹持面内，所述楔形摩擦块801的相对面为斜楔面，且对应于位移方向前后的宽度大于位移方向后侧的宽度，能够使得斜楔摩擦块801逐渐由松至紧的夹持钢丝绳，提升刹车时的稳定性，防止急刹损伤。
48.将环形弹簧和夹紧力臂穿过环形轨道固定于主机架上，环形弹簧布置于夹紧力臂之间，采用柔性连接。本发明专利所阐述的防坠系统中，采用磁吸方式提供锁紧力。机器人正常运行时，环形弹簧处于自由伸缩状态，环形弹簧使夹紧力臂张开，两楔形摩擦块分离，保证钢丝绳不与楔形摩擦块发生接触，不影响机器人的通过性。机器人失去动力时，速度传感器给一级减速电磁铁804一个电信号，一级减速电磁铁通电吸合，在环形弹簧808的作用下，夹紧力臂806可以避免骤然夹紧，对机器人和钢丝绳造成损伤，达到初步降速的目的。此时，再给二级减速电磁铁805通电，根据实际工况的需要，选择电磁铁的通电数量，使楔形摩擦块夹紧钢丝绳，将机器人停留在安全位置，防止更大事故的发生。
49.如附图3所示，所述探伤系统3包括摩擦衬套304、磁化铁块302和霍尔元件305，所述摩擦衬套304包含若干间隙围设在钢丝绳外侧的衬套瓣体306，所述衬套瓣体306的通过连接件一301和连接件二303固定设置在机架10内，所述衬套瓣体306的外侧设置有磁化铁块302，所述衬套瓣体306的内腔沿钢丝绳的径向凹设有嵌装凹槽，所述嵌装凹槽内设置有霍尔元件305。通过三组衬套瓣体306能够化整为零，便于机架的拆装，三组所述衬套瓣体306合拢后构成完整规则圆环。
50.本发明专利所阐述的探伤系统，利用磁检测的方法对钢丝绳损伤进行定量和定性分析，与此同时使用工业相机对损伤的外部特征进行提取，可以对损伤进行佐证，并为进一步的损伤排除留下材料。
51.如附图6所示，还包括连接卡槽9和并联连接器11，所述机架1的外侧设置有至少一组连接卡槽9，所述连接卡槽9上可拆卸的设置有并联连接器11，所述机架10通过并联连接器11并联相邻的另一机架10或连接其它型号的探伤模组，还可以起到辅助固定的作用，在探测时，可根据实际需要选择并联方案。
52.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。