基本信息
- 项目名称：
- 多功能线缆机器人
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 多功能线缆机器人是一种能在线缆（钢索）上自动行走的智能机器人，实现了线缆检修与除冰功能；它可以对斜拉桥、悬索桥钢索、电梯、土木施工升降机、矿井升降机、吊车等设备钢索线缆进行损伤检测，也可以针对严寒地带输电线缆、斜拉桥、悬索桥钢索等进行除冰，有效地为生产生活服务。在机器人爬升结构设计方面，本项目开发了一种锥面自锁夹紧机构，并对夹爪夹紧力、弹簧预紧力等进行了严密的力学分析；该机构能满足机器人爬升的要求，能源消耗小，夹紧力可靠，且具有自适应的优点。在线缆检修方面，机器人利用漏磁场、截面磁通量变化进行钢丝绳无损检测，并开发出了一套定量损伤检测系统；此外，本项目在机器人上加装摄像头等远程视频实时传输和无线遥控模块，对检测数据采集和数据无线传输；另设有工业遥控器，包括发射器与接收器、专用强波器、发射天线等设备实现远程计算机控制。在线缆除冰方面，采用振动碎冰原理，用一种锥面自锁夹紧机构夹紧线缆，由步进电机驱动线缆除冰清理机器人的后轮向前的推力，同时采用另外两台电机带动偏心轮产生强烈的振动从而使锥形除冰盾将冰体震碎脱落。结合机器人的创新性、实用性与市场的需求可知，多功能线缆机器人的应用前景十分广泛。
- 详细介绍：
- 多功能线缆机器人是一种能在线缆（钢索）上自动行走的智能机器人，实现了线缆检修与除冰功能；它可以对斜拉桥、悬索桥钢索、电梯、土木施工升降机、矿井升降机、吊车等设备钢索线缆进行损伤检测，也可以针对严寒地带输电线缆、斜拉桥、悬索桥钢索等进行除冰，有效地为生产生活服务。 在机器人爬升结构设计方面，本项目对夹爪夹紧力、弹簧预紧力等进行了严密的力学分析，设计了一种锥面自锁夹紧机构；该机构能满足机器人爬升的要求，体积小、结构简单、夹紧可靠、爬升能力强、能耗低等优点。特别是爬升时，夹紧力能随负载的变化自适应，性能优越。下降时，利用机构自重驱动其下滑体现了节能的思想。 在线缆检修方面，机器人利用漏磁场进行钢丝绳无损检测，并配备一套定量损伤检测系统；此外，本项目在机器人上加装摄像头等远程视频实时传输和无线遥控模块，对检测数据采集和数据无线传输；另设有工业遥控器，包括发射器与接收器、专用强波器、发射天线等设备实现远程计算机控制。 在线缆除冰方面，采用振动碎冰原理，由步进电机驱动线缆除冰清理机器人的后轮向前的推力，同时采用另外两台电机带动偏心轮产生强烈的振动，控制固有频率，从而使锥形除冰盾将冰体震碎脱落。 在使用方面，操作简便，只需将机器人凹轮组放在线缆上，闭合加紧开关，或在计算机上打开控制程序界面点击加紧按钮，通过无线信号传输，通过带丝杆的电机经由夹紧度传感器反馈信号控制跨在线缆上的滚动轮来夹紧线缆此时机器人可稳固加紧在线缆上。点击控制程序界面检修（或除冰）命令，机器人开始运行。一套完整的程序化系统，操作简便。 多功能线缆机器人可以针对斜拉桥、悬索桥、电梯、土木施工升降机、矿井升降机、吊车等设备钢索线缆进行损伤检测，能有效降低缆索的维修费用，运用前景广阔。 多功能线缆机器人还可以作为救助冰冻灾害的预备队。在冰灾发生的第一时间被送到现场实施线缆除冰，防止线缆表面积冰积雪，维护线缆安全。线缆可以是高压输电线，也可以是斜拉桥的缆索等露天线缆，解决了人工清理的效率低、不安全的问题。 因此，多功能线缆机器人的应用前景十分广泛。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的:发明一种能在线缆（钢索）上自动行走的智能机器人，实现线缆检修、除冰功能，有效地为生产生活服务。 基本思路:爬升结构采用一种锥面自锁夹紧机构，由步进电机驱动驱动，能满足机器人爬升的要求，下降时，利用机构自重驱动其下滑。在线缆检修方面，机器人利用漏磁场进行钢丝绳无损检测，并配备一套定量损伤检测系统；本项目在机器人上加装摄像头等远程视频实时传输和无线遥控模块，对检测数据采集和数据无线传输；另设有工业遥控器，包括发射器与接收器、专用强波器、发射天线等设备实现远程计算机控制。在线缆除冰方面，运用振动碎冰原理，采用另外两台电机带动偏心轮产生强烈的振动，振频可进行调整。 创新点: 爬升结构为锥面自锁夹紧机构，体积小、结构简单、夹紧可靠、爬升能力强、能耗低等优点；爬升时，夹紧力能随负载的变化自适应，性能优越；下降时，利用机构自重驱动其下滑体现了节能的思想。在线缆检修方面，针对斜拉桥、悬索桥钢索损伤检测，电梯、土木施工升降机、矿井升降机、吊车等设备钢索线缆的损伤检测、数据采集和数据无线传输，高度智能化； 在线缆除冰方面，采用振动盾头，除冰效率高； 妙设计了各种功能同型号的盾头；引入传感器提高机器人的工作精度及故障自动处理的能力；装有摄像头等远程视频实时传输和无线遥控模块，实现远程计算机控制；完备的控制系统，对机器人进行实时控制；应用范围广泛，功耗少，操作简单，在应用上能够适应恶劣气候。 技术关键与指标：爬升结构设计、爬升效果、线缆检修精度、除冰效率、耗能。
科学性、先进性
- 整个设计围绕爬升结构设计、爬升效果、线缆检修精度、除冰效率、耗能、机器人重量几个指标进行，在硬件软件上均具有显著的技术先进性。 爬升结构为一种锥面自锁夹紧机构，能满足机器人爬升要求，耗能小，夹紧力可靠，且具有自适应优点，特别是爬升时，夹紧力能随负载的变化自适应，性能优越。 在分析引起钢缆断裂的原因、比较各种现有钢缆损伤检测方法基础上，建立了利用漏磁场进行钢丝绳无损检测的物理模型，研制了定量缺陷检测系统，利用霍尔传感器检测磁变化量，探测损伤程度。 除冰关键部件锥形除冰盾结构设计巧妙，镶嵌在能通过一径向缺口套在线缆上的圆盘表面的锥形除冰盾，通过两台电机带动偏心轮产生强烈的振动从而使锥形除冰盾将冰体震碎脱落。 机器人外观整体搭配合理，便于安装和操作。在机器人上加装摄像头等远程视频实时传输和无线遥控模块，实现远程信号传输。另外，配备一套完备的控制系统，对机器人进行实时控制，对信号进行实时处理，达到全自动与半自动结合操作机器人的效果。
获奖情况及鉴定结果
- 1.2008年6月，在东南大学举行的“第二届江苏省大学生机械创新设计大赛暨第三届全国大学生机械创新设计大赛江苏赛区比赛”，荣获一等奖； 2.2008年6月，提出实用国家发明专利申请，已获取专利号(专利申请号：2008101243217，公开号：CN101309001)； 3.2008年10月16-19日，受江苏省发明协会邀请参加了在苏州国际博览中心举办的第六届国际发明展览会； 4.2009年4月，参加2009年首届南京大学生专利成果展，荣获优秀奖。
作品所处阶段
- 机器人硬件和软件都已设计完毕，目前对其控制系统在继续优化。
技术转让方式
- 专利技术转让、合作生产
作品可展示的形式
- 实物、产品、图纸、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 将机器人凹轮组放在线缆上，闭合加紧开关，或在计算机上打开控制程序界面点击加紧按钮，通过无线信号传输，通过带丝杆的电机经由夹紧度传感器反馈信号控制跨在线缆上的滚动轮来夹紧线缆此时机器人可稳固加紧在线缆上。点击控制程序界面检修（或除冰）命令，机器人开始运行。一套完整的程序化系统，操作简便。 适应范围、推广前景与经济效益： 多功能线缆机器人可以针对斜拉桥、悬索桥、电梯、土木施工升降机、矿井升降机、吊车等设备钢索线缆进行损伤检测，能有效降低缆索的维修费用，运用前景广阔。 多功能线缆机器人可以作为救助冰冻灾害的预备队。在冰灾发生的第一时间被送到现场实施线缆除冰，防止线缆表面积冰积雪，维护线缆安全。线缆可以是高压输电线，也可以是斜拉桥的缆索等露天线缆，解决了人工清理的效率低、不安全的问题。 因此，多功能线缆机器人的应用前景十分广泛、经济效益也相当显著。
同类课题研究水平概述
- 目前国内外还没有能投入实际使用且可以有效地集线缆损伤检测、线缆除冰的多功能机器人的存在，尤其高效的线缆除冰清理机器人生产技术目前还是空白。在线缆检修方面，国内尚未研制出有效损伤检测钢索的智能机器人；另外机器人线缆除冰大多都只是停留在概念的论证方面，有一些研究院和大学才刚刚立项关于电线除冰器械的研制。
