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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 多功能線纜機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 多功能線纜機(jī)器人是一種能在線纜（鋼索）上自動(dòng)行走的智能機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了線纜檢修與除冰功能；它可以對(duì)斜拉橋、懸索橋鋼索、電梯、土木施工升降機(jī)、礦井升降機(jī)、吊車等設(shè)備鋼索線纜進(jìn)行損傷檢測(cè)，也可以針對(duì)嚴(yán)寒地帶輸電線纜、斜拉橋、懸索橋鋼索等進(jìn)行除冰，有效地為生產(chǎn)生活服務(wù)。在機(jī)器人爬升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，本項(xiàng)目開發(fā)了一種錐面自鎖夾緊機(jī)構(gòu)，并對(duì)夾爪夾緊力、彈簧預(yù)緊力等進(jìn)行了嚴(yán)密的力學(xué)分析；該機(jī)構(gòu)能滿足機(jī)器人爬升的要求，能源消耗小，夾緊力可靠，且具有自適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。在線纜檢修方面，機(jī)器人利用漏磁場(chǎng)、截面磁通量變化進(jìn)行鋼絲繩無損檢測(cè)，并開發(fā)出了一套定量損傷檢測(cè)系統(tǒng)；此外，本項(xiàng)目在機(jī)器人上加裝攝像頭等遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)傳輸和無線遙控模塊，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)無線傳輸；另設(shè)有工業(yè)遙控器，包括發(fā)射器與接收器、專用強(qiáng)波器、發(fā)射天線等設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制。在線纜除冰方面，采用振動(dòng)碎冰原理，用一種錐面自鎖夾緊機(jī)構(gòu)夾緊線纜，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線纜除冰清理機(jī)器人的后輪向前的推力，同時(shí)采用另外兩臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)偏心輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)從而使錐形除冰盾將冰體震碎脫落。結(jié)合機(jī)器人的創(chuàng)新性、實(shí)用性與市場(chǎng)的需求可知，多功能線纜機(jī)器人的應(yīng)用前景十分廣泛。
- 詳細(xì)介紹：
- 多功能線纜機(jī)器人是一種能在線纜（鋼索）上自動(dòng)行走的智能機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了線纜檢修與除冰功能；它可以對(duì)斜拉橋、懸索橋鋼索、電梯、土木施工升降機(jī)、礦井升降機(jī)、吊車等設(shè)備鋼索線纜進(jìn)行損傷檢測(cè)，也可以針對(duì)嚴(yán)寒地帶輸電線纜、斜拉橋、懸索橋鋼索等進(jìn)行除冰，有效地為生產(chǎn)生活服務(wù)。 在機(jī)器人爬升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，本項(xiàng)目對(duì)夾爪夾緊力、彈簧預(yù)緊力等進(jìn)行了嚴(yán)密的力學(xué)分析，設(shè)計(jì)了一種錐面自鎖夾緊機(jī)構(gòu)；該機(jī)構(gòu)能滿足機(jī)器人爬升的要求，體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊可靠、爬升能力強(qiáng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。特別是爬升時(shí)，夾緊力能隨負(fù)載的變化自適應(yīng)，性能優(yōu)越。下降時(shí)，利用機(jī)構(gòu)自重驅(qū)動(dòng)其下滑體現(xiàn)了節(jié)能的思想。 在線纜檢修方面，機(jī)器人利用漏磁場(chǎng)進(jìn)行鋼絲繩無損檢測(cè)，并配備一套定量損傷檢測(cè)系統(tǒng)；此外，本項(xiàng)目在機(jī)器人上加裝攝像頭等遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)傳輸和無線遙控模塊，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)無線傳輸；另設(shè)有工業(yè)遙控器，包括發(fā)射器與接收器、專用強(qiáng)波器、發(fā)射天線等設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制。 在線纜除冰方面，采用振動(dòng)碎冰原理，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線纜除冰清理機(jī)器人的后輪向前的推力，同時(shí)采用另外兩臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)偏心輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，控制固有頻率，從而使錐形除冰盾將冰體震碎脫落。 在使用方面，操作簡(jiǎn)便，只需將機(jī)器人凹輪組放在線纜上，閉合加緊開關(guān)，或在計(jì)算機(jī)上打開控制程序界面點(diǎn)擊加緊按鈕，通過無線信號(hào)傳輸，通過帶絲桿的電機(jī)經(jīng)由夾緊度傳感器反饋信號(hào)控制跨在線纜上的滾動(dòng)輪來夾緊線纜此時(shí)機(jī)器人可穩(wěn)固加緊在線纜上。點(diǎn)擊控制程序界面檢修（或除冰）命令，機(jī)器人開始運(yùn)行。一套完整的程序化系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便。 多功能線纜機(jī)器人可以針對(duì)斜拉橋、懸索橋、電梯、土木施工升降機(jī)、礦井升降機(jī)、吊車等設(shè)備鋼索線纜進(jìn)行損傷檢測(cè)，能有效降低纜索的維修費(fèi)用，運(yùn)用前景廣闊。 多功能線纜機(jī)器人還可以作為救助冰凍災(zāi)害的預(yù)備隊(duì)。在冰災(zāi)發(fā)生的第一時(shí)間被送到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施線纜除冰，防止線纜表面積冰積雪，維護(hù)線纜安全。線纜可以是高壓輸電線，也可以是斜拉橋的纜索等露天線纜，解決了人工清理的效率低、不安全的問題。 因此，多功能線纜機(jī)器人的應(yīng)用前景十分廣泛。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的:發(fā)明一種能在線纜（鋼索）上自動(dòng)行走的智能機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)線纜檢修、除冰功能，有效地為生產(chǎn)生活服務(wù)。 基本思路:爬升結(jié)構(gòu)采用一種錐面自鎖夾緊機(jī)構(gòu)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，能滿足機(jī)器人爬升的要求，下降時(shí)，利用機(jī)構(gòu)自重驅(qū)動(dòng)其下滑。在線纜檢修方面，機(jī)器人利用漏磁場(chǎng)進(jìn)行鋼絲繩無損檢測(cè)，并配備一套定量損傷檢測(cè)系統(tǒng)；本項(xiàng)目在機(jī)器人上加裝攝像頭等遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)傳輸和無線遙控模塊，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)無線傳輸；另設(shè)有工業(yè)遙控器，包括發(fā)射器與接收器、專用強(qiáng)波器、發(fā)射天線等設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制。在線纜除冰方面，運(yùn)用振動(dòng)碎冰原理，采用另外兩臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)偏心輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，振頻可進(jìn)行調(diào)整。 創(chuàng)新點(diǎn): 爬升結(jié)構(gòu)為錐面自鎖夾緊機(jī)構(gòu)，體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊可靠、爬升能力強(qiáng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)；爬升時(shí)，夾緊力能隨負(fù)載的變化自適應(yīng)，性能優(yōu)越；下降時(shí)，利用機(jī)構(gòu)自重驅(qū)動(dòng)其下滑體現(xiàn)了節(jié)能的思想。在線纜檢修方面，針對(duì)斜拉橋、懸索橋鋼索損傷檢測(cè)，電梯、土木施工升降機(jī)、礦井升降機(jī)、吊車等設(shè)備鋼索線纜的損傷檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)無線傳輸，高度智能化； 在線纜除冰方面，采用振動(dòng)盾頭，除冰效率高； 妙設(shè)計(jì)了各種功能同型號(hào)的盾頭；引入傳感器提高機(jī)器人的工作精度及故障自動(dòng)處理的能力；裝有攝像頭等遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)傳輸和無線遙控模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制；完備的控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；應(yīng)用范圍廣泛，功耗少，操作簡(jiǎn)單，在應(yīng)用上能夠適應(yīng)惡劣氣候。 技術(shù)關(guān)鍵與指標(biāo)：爬升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、爬升效果、線纜檢修精度、除冰效率、耗能。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 整個(gè)設(shè)計(jì)圍繞爬升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、爬升效果、線纜檢修精度、除冰效率、耗能、機(jī)器人重量幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行，在硬件軟件上均具有顯著的技術(shù)先進(jìn)性。 爬升結(jié)構(gòu)為一種錐面自鎖夾緊機(jī)構(gòu)，能滿足機(jī)器人爬升要求，耗能小，夾緊力可靠，且具有自適應(yīng)優(yōu)點(diǎn)，特別是爬升時(shí)，夾緊力能隨負(fù)載的變化自適應(yīng)，性能優(yōu)越。 在分析引起鋼纜斷裂的原因、比較各種現(xiàn)有鋼纜損傷檢測(cè)方法基礎(chǔ)上，建立了利用漏磁場(chǎng)進(jìn)行鋼絲繩無損檢測(cè)的物理模型，研制了定量缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，利用霍爾傳感器檢測(cè)磁變化量，探測(cè)損傷程度。 除冰關(guān)鍵部件錐形除冰盾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，鑲嵌在能通過一徑向缺口套在線纜上的圓盤表面的錐形除冰盾，通過兩臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)偏心輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)從而使錐形除冰盾將冰體震碎脫落。 機(jī)器人外觀整體搭配合理，便于安裝和操作。在機(jī)器人上加裝攝像頭等遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)傳輸和無線遙控模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸。另外，配備一套完備的控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，達(dá)到全自動(dòng)與半自動(dòng)結(jié)合操作機(jī)器人的效果。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1.2008年6月，在東南大學(xué)舉行的“第二屆江蘇省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽暨第三屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽江蘇賽區(qū)比賽”，榮獲一等獎(jiǎng)； 2.2008年6月，提出實(shí)用國家發(fā)明專利申請(qǐng)，已獲取專利號(hào)(專利申請(qǐng)?zhí)枺?008101243217，公開號(hào)：CN101309001)； 3.2008年10月16-19日，受江蘇省發(fā)明協(xié)會(huì)邀請(qǐng)參加了在蘇州國際博覽中心舉辦的第六屆國際發(fā)明展覽會(huì)； 4.2009年4月，參加2009年首屆南京大學(xué)生專利成果展，榮獲優(yōu)秀獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 機(jī)器人硬件和軟件都已設(shè)計(jì)完畢，目前對(duì)其控制系統(tǒng)在繼續(xù)優(yōu)化。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓、合作生產(chǎn)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說明： 將機(jī)器人凹輪組放在線纜上，閉合加緊開關(guān)，或在計(jì)算機(jī)上打開控制程序界面點(diǎn)擊加緊按鈕，通過無線信號(hào)傳輸，通過帶絲桿的電機(jī)經(jīng)由夾緊度傳感器反饋信號(hào)控制跨在線纜上的滾動(dòng)輪來夾緊線纜此時(shí)機(jī)器人可穩(wěn)固加緊在線纜上。點(diǎn)擊控制程序界面檢修（或除冰）命令，機(jī)器人開始運(yùn)行。一套完整的程序化系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便。 適應(yīng)范圍、推廣前景與經(jīng)濟(jì)效益： 多功能線纜機(jī)器人可以針對(duì)斜拉橋、懸索橋、電梯、土木施工升降機(jī)、礦井升降機(jī)、吊車等設(shè)備鋼索線纜進(jìn)行損傷檢測(cè)，能有效降低纜索的維修費(fèi)用，運(yùn)用前景廣闊。 多功能線纜機(jī)器人可以作為救助冰凍災(zāi)害的預(yù)備隊(duì)。在冰災(zāi)發(fā)生的第一時(shí)間被送到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施線纜除冰，防止線纜表面積冰積雪，維護(hù)線纜安全。線纜可以是高壓輸電線，也可以是斜拉橋的纜索等露天線纜，解決了人工清理的效率低、不安全的問題。 因此，多功能線纜機(jī)器人的應(yīng)用前景十分廣泛、經(jīng)濟(jì)效益也相當(dāng)顯著。
同類課題研究水平概述
- 目前國內(nèi)外還沒有能投入實(shí)際使用且可以有效地集線纜損傷檢測(cè)、線纜除冰的多功能機(jī)器人的存在，尤其高效的線纜除冰清理機(jī)器人生產(chǎn)技術(shù)目前還是空白。在線纜檢修方面，國內(nèi)尚未研制出有效損傷檢測(cè)鋼索的智能機(jī)器人；另外機(jī)器人線纜除冰大多都只是停留在概念的論證方面，有一些研究院和大學(xué)才剛剛立項(xiàng)關(guān)于電線除冰器械的研制。
