预应力结构预紧缠绕机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种预应力结构预紧缠绕机器人，包括用于控制缠绕钢丝张力的张力系统、用于将带有设定张力的缠绕钢丝一端整齐的固定排列在被缠绕结构需缠绕部位表面的排线系统、用于带动张力系统和排线系统沿需缠绕结构需缠绕部位表面运动的驱动系统和用于保障缠绕机器人任意姿态下可靠地围绕在需缠绕结构的需缠绕部位表面进行公转的缠绕姿态保障系统，本发明专利技术从根本上解决了重型需缠绕结构的缠绕技术难题，可进行原位缠绕施工，垂直缠绕时，缠绕后无需翻转或搬动，其具有操作方便、安全、控制精度高、方便运输、缠绕效率高、大大节省缠绕施工成本的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种缠绕装置，特别涉及一种预应力结构预紧缠绕机器人。
技术介绍
传统的钢丝缠绕技术是由被固定于旋转转盘上的被缠绕结构自身转动，拖动一端 固定于其上而另一端自钢丝盘引出的缠绕钢丝，并且缠绕钢丝以一定张力平稳释放的方 式来完成对被缠绕结构的缠绕施工的技术，当结构过大(十几米至几十米)、过重(数百 吨-数千吨)时，传统转盘缠绕将无能为力，同时大多数情况下几十米、数千吨的重型缠绕 结构(机架)是在垂直放置状态使用，水平缠绕后还需要两次翻转和吊装，其操作非常困 难、费时，且成本高昂。
技术实现思路
为了弥补以上不足，本专利技术提供了一种预应力结构预紧缠绕机器人，其可在计算 机控制下完成对被缠绕结构的自动预紧缠绕，操作方便、安全，节省缠绕成本。本专利技术为了解决其技术问题所采用的技术方案是一种预应力结构预紧缠绕机器 人，包括张力系统、排线系统、驱动系统和缠绕姿态保障系统，其中张力系统用于控制缠绕钢丝张力，张力系统包括钢丝盘、增阻器、张力轮和张力闭 环控制装置，缠绕钢丝预先缠绕于钢丝盘上，缠绕钢丝一端从钢丝盘上引出通过增阻器产 生设定的张力，其再经过张力轮被放大到设定的张力后，再进入张力闭环控制装置并引出， 张力闭环控制装置可检测和分析缠绕钢丝所带张力及其波动值，并随时调整张力轮放大缠 绕钢丝张力倍数使其输出的缠绕钢丝达到设定的张力；排线系统用于将带有设定张力的缠绕钢丝一端整齐的固定排列在被缠绕结构需 缠绕部位表面，排线系统包括步进排线电机、减速机、滚珠丝杠、直线导轨和排线梁，步进排 线电机和直线导轨相对固定定位，步进排线电机通过减速机带动滚珠丝杠旋转，排线梁轴 向可滑动且径向止动定位于直线导轨上，排线梁与滚珠丝杠螺纹连接，这样通过步进排线 电机带动滚珠丝杠旋转，排线梁就在滚珠丝杠带动下沿直线导轨直线运动，这样只需要控 制步进排线电机的转速和转动方向就可以控制排线梁移动的速度和方向，可有效保证缠绕 钢丝的排列间距和缠绕方向，可防止缠绕钢丝间距过大或重叠；驱动系统用于带动张力系统和排线系统沿需缠绕结构需缠绕部位表面运动，驱动 系统包括驱动电机、驱动链条、驱动链轮组、主链轮和传动链条，驱动链条固定缠绕于被缠 绕结构径向外侧的非缠绕面上，驱动电机驱动主链轮，主链轮通过传动链条带动驱动链轮 组，驱动链轮组与驱动链条啮合；缠绕姿态保障系统用于保障缠绕机器人任意姿态下可靠地围绕在需缠绕结构的 需缠绕部位表面进行公转，缠绕姿态保障系统包括主动行走体、从动行走体和铰接连杆，主 动行走体与从动行走体及从动行走体与从动行走体之间通过铰接连杆顺序铰接形成一环 状并排列于需缠绕结构表面，主动行走体和从动行走体又包括框架、内约束轮、外约束轮和侧向约束轮，内约束轮、外约束轮和侧向约束轮分别可转动定位于框架位于需缠绕部位两 侧的位置上，内约束轮、外约束轮和侧向约束轮相互靠近的圆周面形成一凹槽状，需缠绕结 构位于其需缠绕部位两侧分别设有一圈环状凸台，内约束轮和外约束轮的圆周面分别与该 环状凸台径向内、外两侧面相切，侧向约束轮的圆周面与该环状凸台轴向端面相切，当机器 人为水平缠绕时，侧向约束轮又分为承重侧向约束轮和非承重侧向约束轮，位于需缠绕结 构上方的侧向约束轮为承重侧向约束轮，位于需缠绕结构下方的侧向约束轮为非承重侧向 约束轮；当机器人为垂直缠绕时，内约束轮和外约束轮为分别为承重内约束轮、非承重内 约束轮、非承重外约束轮和承重外约束轮，当主、从动行走体位于需缠绕结构上方时，外约 束轮为承重外约束轮，而此时内约束轮为非承重内约束轮，当主、从动行走体位于需缠绕结 构下方时，外约束轮为非承重外约束轮，而此时内约束轮为承重内约束轮；所述驱动系统的驱动电机及其驱动的主链轮、传动链条和驱动链轮组均固定定位 于主动行走体上，张力系统和排线系统均固定定位于从动行走体上，张力系统输出的带有 设定张力的缠绕钢丝一端经过排线系统的排线梁与需缠绕结构的需缠绕部位固连。作为本专利技术的进一步改进，当缠绕机器人进行任意姿态缠绕时，所述张力系统、排 线系统、驱动系统和缠绕姿态保障系统的数量均为偶数个，且沿需缠绕结构表面呈对称分 布状态。作为本专利技术的进一步改进，所述增阻器包括两平行排列的压板，该两平行排列的 压板通过拉簧连接，两压板相互靠近的侧壁上设有平行交错排列的滚轮，滚轮圆周面间相 互靠近，滚轮圆周面上设有第一沟槽，缠绕钢丝多次反复弯曲而通过滚轮的第一沟槽，使钢 丝获得初张力。作为本专利技术的进一步改进，在更换钢丝盘时，需在增阻器前完成新旧缠绕钢丝接 头无张力对接，新旧缠绕钢丝接头无张力对接采用电阻焊方式完成。作为本专利技术的进一步改进，张力轮为“8”字轮，“8”字轮包括主动轮和从动轮，该 主、从动轮上分别设有数量和宽度相同的第二沟槽，“8”字轮的主动轮具有逆钢丝滑动方向 的转动趋势，缠绕钢丝相互交错呈“8”字状缠绕于主、从动轮上表面的第二沟槽中，主动轮 有逆缠绕钢丝滑动方向转动趋势，缠绕钢丝经过“8”字轮后在摩擦力作用下张力增加达到 设定值，具体如下设缠绕钢丝在主、从动轮上缠绕η圈，从第二圈到第n-1圈上的包角为α C1，缠绕钢 丝001进入“8”字轮前所具有的初张力为TO则经过“8”字轮后缠绕钢丝张力达到设定值， 当缠绕机器人处于缠绕状态时，缠绕钢丝经“8”字轮被不断拉出，故“8”字轮的主、从动轮 均顺缠绕钢丝滑动方向转动，此时与主动轮相连的直流电机处于发电状态，产生阻力矩，保 证缠绕钢丝的张力为Τκ，当缠绕机器人处于制动状态时，“8”字轮的主、从动轮为停转状态， 直流电机工作在驱动状态，收紧钢丝，两种状态的输出转矩为同一方向，只是因缠绕钢丝送 进方向不同，才产生发电和驱动两种状态，发电时，电能可通过调制器回馈到电网，从根本 上解决发热问题，停车和倒车时能主动收卷缠绕钢丝，保证缠绕过程中缠绕钢丝张力的连 续性。作为本专利技术的进一步改进，张力闭环控制装置包括三组滑轮、张力检测传感器、前 置放大器、A/D转换器、终端执行器(直流电机)和人机控制终端，三组滑轮呈对称三角形方式排列，缠绕钢丝依次呈内外交替状态绕过该三组滑轮圆周表面，张力检测传感器可感应 钢丝引起的压力值并将该压力值转换成电压模拟量输出，该电压模拟量经过前置放大器和 A/D转换器传输给人机控制终端，人机控制终端通过计算控制终端执行器，从而控制张力轮 主动轮逆钢丝运动方向的扭矩。作为本专利技术的进一步改进，排线系统的排线梁上还设有导向轮和排线轮，所述导 向轮与张力轮方向一致排列，排线轮与导向轮呈轴向垂直状态排列或呈平行状态排列的一 种，导向轮和排线轮可以将与缠绕方向具有偏差的缠绕钢丝校正方向，且使缠绕钢丝与被 缠绕部位表面良好贴合，在水平缠绕时，导向轮与排线轮轴向正交，钢丝被扭转九十度，对 于垂直缠绕导向轮轴与排线轮轴平行放置。作为本专利技术的进一步改进，排线系统两直线导轨平行于滚珠丝杠并分别排列于滚 珠丝杠径向两侧，该两直线导轨轴向两端分别固定定位于同一从动行走体的框架上，排线 梁沿缠绕钢丝运动方向的两端分别轴向可滑动套设于两直线导轨外侧，这样可保证滚珠丝 杠只承受轴向力，同时保证排线梁带动缠绕钢丝按平面直角坐标移动，使缠绕钢丝排列整 齐。作为本专利技术的进一步改进，驱动系统的驱动链条为两条双排驱动链条，分别固定 缠绕于本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种预应力结构预紧缠绕机器人，其特征是：包括张力系统（２００）、排线系统（３００）、驱动系统（４００）和缠绕姿态保障系统（１００），其中：张力系统（２００）用于控制缠绕钢丝（００１）张力，张力系统（２００）包括钢丝盘（２０１）、增阻器（２０２）、张力轮（２０３）和张力闭环控制装置（２０４），缠绕钢丝（００１）预先缠绕于钢丝盘（２０１）上，缠绕钢丝（００１）一端从钢丝盘（２０１）上引出通过增阻器（２０２）产生设定的张力，其再经过张力轮（２０３）被放大到设定的张力后，再进入张力闭环控制装置（２０４）并引出，张力闭环控制装置（２０４）可检测和分析缠绕钢丝（００１）所带张力及其波动值，并随时调整张力轮（２０３）放大缠绕钢丝（００１）张力倍数使其输出的缠绕钢丝（００１）达到设定的张力；排线系统（３００）用于将带有设定张力的缠绕钢丝（００１）一端整齐的固定排列在被缠绕结构需缠绕部位（５０２）表面，排线系统（３００）包括步进排线电机（３０１）、减速机（３０２）、滚珠丝杠（３０３）、直线导轨（３０４）和排线梁（３０５），步进排线电机（３０１）和直线导轨（３０４）相对固定定位，步进排线电机（３０１）通过减速机（３０２）带动滚珠丝杠（３０３）旋转，排线梁（３０５）轴向可滑动且径向止动定位于直线导轨（３０４）上，排线梁（３０５）与滚珠丝杠（３０３）螺纹连接；驱动系统（４００）用于带动张力系统（２００）和排线系统（３００）沿需缠绕结构（５００）需缠绕部位（５０２）表面运动，驱动系统（４００）包括驱动电机（４０１）、驱动链条（４０５）、驱动链轮组（４０４）、主链轮（４０２）和传动链条（４０３），驱动链条（４０５）固定缠绕于被缠绕结构径向外侧的非缠绕面上，驱动电机（４０１）驱动主链轮（４０２），主链轮（４０２）通过传动链条（４０３）带动驱动链轮组（４０４），驱动链轮组（４０４）与驱动链条（４０５）啮合；缠绕姿态保障系统（１００）用于保障缠绕机器人任意姿态下可靠地围绕在需缠绕结构的需缠绕部位（５０２）表面进行公转，缠绕姿态保障系统（１００）包括主动行走体（１０１）、从动行走体（１０２）和铰接连杆（１０３），主动行走体（１０１）与从动行走体（１０２）及从动行走体（１０２）与从动行走体（１０２）之间通过铰接连杆（１０３）顺序铰接形成一环状并排列于需缠绕结构（５００）表面，主动行走体（１０１）和从动行走体（１０２）又包括框架（１０４）、内约束轮（１０５）、外约束轮（１０６）和侧向约束轮（１０７），内约束轮（１０５）、外约束轮（１０６）和侧向约束轮（１０７）分别可转动定位于框架（１０４）位于需缠绕部位（５０２）两侧的位置上，内约束轮（１０５）、外约束轮（１０６）和侧向约束轮（１０７）相互靠近的圆周面形成一凹槽状，需缠绕结构（５００）位于其需缠绕部位（５０２）两侧分别设有一圈环状凸台（５０１），内约束轮（１０５）和外约束轮（１０６）的圆周面分别与该环状凸台（５０１）径向内、外两侧面相切，侧向约束轮（１０７）的圆周面与该环状凸台（５０１）轴向端面相切；所述驱动系统（４００）的驱动电机（４０１）及其驱动的主链轮（４０２）、传动链条（４０３）和驱动链轮组（４０４）均固定定位于主动行走体（１０１）上，张力系统（２００）和排线系统（３００）均固定定位于从动行走体（１０２）上，张力系统（２００）输出的带有设定张力的缠绕钢丝（００１）一端经过排线系统（３００）的排线梁（３０５）与需缠绕结构（５００）的需缠绕部位（５０２）固连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：颜永年，陈振东，李罡，汪洋，张晓松，尹利平，
申请(专利权)人：苏州昆仑先进制造技术装备有限公司，颜永年，
类型：发明
国别省市：32