一种旋转式爬杆装置设计

刘以强 曾实现 刘树龙 宋森森

摘 要：爬杆装置的使用不仅极大的降低了高层杆状建筑物的清洁和维修成本，改善了工人的作业环境，提高了劳动生产率，降低了人工高空作业的危险。市面现有的爬杆装置，采用机械臂来进行交替攀爬，存在工作效率低，稳定性差，成本较高等缺点。研究设计一种能在施工现场实际运用的立柱爬杆装置，以此来取代人工进行高空作业，会在降低人工高空作业的危险和降低人工高空作业的成本的前提下，产生良好的经济效益和社会效益。

关键词：高层杆状建筑物;取代人工;经济效益;社会效益

1 绪论

对于爬杆登高作业检测设备是否正常，老办法是穿着专业爬杆的脚扣，这些高空作业太危险，所以就做了一个能爬杆的装置，来代替人去做这项危险的工作。现也有一些用于爬杆的装置，是用機械臂来进行交替上升，但其工作效率不高，成本也很高，为解决这些问题，我们将轮子斜置，用旋转的方式爬杆，并安装有传感控制的加紧装置，可实现圆台式的电杆也能达到加紧效果，而不会因直径的变化来限制装置的工作场合。

2 工作原理

装置采用的是多轮环抱杆件来依附在所攀爬的杆件上来克服自身质量运动，以轮子与杆件之间的摩擦力作为动力，通过电机带动轮子转动实现爬杆功能。通过丝杠来控制机械臂的快速夹紧，夹紧机构包括机械臂，每对机械臂后端均放有一个中间块，中间块中间均设置有螺纹孔，丝杠穿过中间块中的螺纹孔，丝杠还与壳体中的电机连接，两对机械臂前部的中间部位都斜置有辅助轮，在辅助轮轮轴两侧的机械臂上开设有轴孔，轴孔周围还安装有压力传感器，压力传感器均连接至处理器。

3 结构设计

3.1 传动机构的设计

传动机构分为两个驱动轮和两个辅助轮，都是倾斜15°--35°的范围放置，轮子没有竖直放置是为了避免轮子在没有供电时自重使爬杆装置下滑，两个驱动轮用带有减速器的减速电机驱动，又利用减速电机失电自锁来防止失电后爬杆装置下滑的问题。

3.2 夹持机构的设计

夹持机构由两对机械臂组成，每对机械臂的形状如剪刀状，机械臂前端的形状为半圆，机械臂的后端均放有一个中间块，中间块中间设置有螺纹孔，经过STM32芯片的控制，给安装在后端带有传导螺纹的电机供电，丝杆穿过中间块中的螺纹孔，丝杠的转动来带动控制这对机械臂后端的相对距离就可以实现机械臂前端对杆的加紧，利用传导螺纹来进行夹紧，可对两半机械臂同时夹紧，节省了加紧时间。

夹紧的程度过松，装置就会往滑落或装置掉落摔坏，夹紧的程度过紧，又使装置爬行过慢，因为机械臂的夹紧是利用丝杆的转动使一对机械臂靠近或分开来实现夹紧和松开这样可以使机械臂使的夹紧动作速度变快，粗细一样的杆件所需要的夹紧力度一致，不需要过多的去调节机械臂后端的相对距离，但粗细不同的杆件需要快速的调节夹紧力度来适应杆粗细不同的情况。所以在粗细杆变化处，调整机械臂的夹紧力度是一个很关键的部分，调整不能过大，过大易滑落，调整的过小装置在上升时随着杆的直径越来越大对调整机械臂夹紧力度的丝杆上的螺纹会施加很大的力，如果直径变化不大，经过机械臂的少量的弯曲变形，进行缓解一些，但直径变化很大的，那必然损坏丝杆上的螺纹。

3.3 压力传感器的选择

在辅助轮轮轴两侧的机械臂上开设有轴孔，轴孔周围还安装有压力传感器，检测夹持装置产生多少压力，并将检测的压力值大小反馈给单片机，以此来控制夹持装置的夹持力度，因为安装在机械臂里面所以需要的是小体积的压变传感器，但小体积的传感器的采值误差较大，对机器人的夹紧判断很不利，其次是爬杆机器人要有一定的承载能力，所以加紧的力度要很准确，这就使得对压力的采值有了很大的要求，所以在采值误差上不能有很大的误差，体积大的误差小但不好安装在机器人上，

4 结论

目前，爬杆登高检测设备故障点，多数仍采用穿着专业爬杆的脚扣进行高空作业，因考虑到高空作业的危险性和方便性，爬杆装置在高空作业时，比人更加灵活，能够适应不同的环境，能够更好的解决突发问题。爬杆装置的使用不仅极大的降低了高层杆状建筑物的清洁和维修成本，改善了工人的作业环境，提高了劳动生产率，降低了人工高空作业的危险性。

市面现有的爬杆装置，采用机械臂来进行交替攀爬，存在工作效率低，稳定性差，成本较高等缺点。传统爬杆装置灵活性和机动性差，缺乏感知能力、决策能力、反应能力以及行动能力。

参考文献

[1]一种适应不同导杆直径的多姿态爬杆装置[J].李楠，纪小刚，徐凯，崔爱强.现代制造工程.2011（09）

[2]一种新型攀爬装置结构设计[J].瞿志俊，吴星晨.机床与液压.2014（21）

[3]轮式管外攀爬装置结构设计与动力特性分析[J].段宇，侯宇.机械设计与制造.2016（12）

[4]大直径缆索检测蛇形装置单环攀爬研究与实现[J].何振勇，孙洪超，魏武.机械与电子.2017（07）

作者简介：

刘以强 （1998.3）男，汉族，山东聊城人，学生，机械设计制造及其自动化专业

曾实现（1979.12-），男，汉族，山东嘉祥人，硕士，副教授，主要研究方向为电气工程