CN103194967B - 桥梁缆索的检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁缆索的检测系统，包括爬行机器人和信号处理装置，爬行机器人包括爬行装置和损伤探测装置，爬行装置包括至少两个夹紧机构和支撑机构，每个夹紧机构包括两个沿桥梁缆索的轴向间隔布置的电机，分别固定在人字形支架的两个侧边上且电机轴分别垂直相应的侧边伸入外壳内，电机轴上固定设有圆柱形滚轮，支撑机构转动设置在外壳内，且与圆柱形滚轮配合形成三角夹紧力，夹持住桥梁缆索的外圆周面。本发明，可以通过调整推杆的长度调整爬行装置对桥梁缆索的夹紧力，使爬行机器人和桥梁缆索之间的摩擦力达到最优，防止其在运行过程中过度夹紧或打滑，确保爬行机器人稳定地运行，并且结构简单。

Description

桥梁缆索的检测系统

技术领域

本发明涉及桥梁缆索体系的检测，具体涉及桥梁缆索的检测系统。

背景技术

目前，缆索体系作为现代桥梁的新形式,在世界范围内得到了广泛的应用，我国及其他国家都已经建造了大量的斜拉桥及悬索桥。

拉索作为缆索体系桥梁的主要构件之一，造价占整座桥梁的三分之一左右，因此，其使用寿命尤为值得关注。降低拉索使用寿命的主要原因在于：斜拉桥、悬索桥建成后，拉索长期暴漏在空气之中，其表面的聚乙烯(PE)保护层将出现不同程度的硬化老化等破坏现象，内部钢丝束也因空气中的水分和其他酸性物质而受到腐蚀，严重者甚至出现断丝现象，危及桥梁的安全。国内外已发生过多起斜拉桥断缆事件，也发生过数起通车仅几年就因拉索发生严重腐蚀而导致斜拉桥全部换索的不幸事件，如委内瑞拉的Maracibo桥，英国的Wye桥，中国的广州海印桥等。

因此，对拉索进行定期的检测和维护是非常必要的。由于斜拉桥和悬索桥是最近几十年才兴起的新桥型，对拉索进行检测的措施还很不完善。目前主要是通过卷扬机拖动搭载钢丝检测设备和工作人员的小车，或利用液压升降台搭载工作人员和设备，采用人工方式进行检测，施工工期长、成本高、影响交通，而且工人工作环境极端恶劣，甚至会出现人员伤亡事故。为此，较好的方式是采用机器人技术对拉索进行定期的检测和维护。

中国实用新型专利CN2396936公开了一种电驱动缆索维护机器人爬升机构(专利号：99252056.8)，该方案在框架中沿缆索圆周方向均布三台移动小车,由夹紧机构压紧在缆索上,变频电机通过减速器驱动小车,可以用于大型斜拉桥缆索的涂装、清洗和检测等维护工作。但是，上述方案机器人结构笨重，外形较大，整机采用有线供电，电缆的长度必须大于机器人所爬升的大桥缆索的高度，高空作业时机器人负担很重，受风力影响大；另外该机器人没有设计相关的下降装置，但作业过程中出现意外情况时是采用连接在机器人上的钢丝绳，从上百米的高空用人力拖拽回收机器人，十分危险。

中国发明专利CN101357637公开了一种缆索检测机器人(专利号为200810142308.4)，由沿缆索圆周方向均布的两台小车通过联接件连接组成，在其中主动小车上设置有爬升装置，在另一从动小车上设置有夹紧装置，在联接件上设置有防偏装置，该方案采用弹簧夹紧斜拉索，需要采用弹簧支撑杆来安装机器人，操作不便，驱动轮和拉索表面的摩擦力不容易控制好，以磁性对接装置来作为机构工作失控后的处理办法不够科学，成本高。

中国实用新型专利CN201933407U公开了一种缆索检测机器人(专利号：201120005971.7)，包括一主动小车)和一从动小车，主动小车和从动小车之间通过连接机构相互连接，在从动小车上设置有四个张紧机构，在主动小车上设置有一爬升装置，该方案不能实现机器人偏位后的矫正，在实际操作过程中容易出现偏位卡死、打转等情况。

中国实用新型专利公开了一种斜拉桥缆索检测机器人(专利号：201120119383.6)，所述机器人由上体和下体两部分构成，所述上体包括上体板、穿过上体板并前后对称的一对上体螺杆、各固定于每个上体螺杆下部的弹簧和各固定于每根弹簧下端的一对左右平行的上体橡胶轮，所述下体包括下体板、固定于下体板的三相异步电动机、电动机变速箱和与电动机变速箱相连动并与上体橡胶轮上下对应的两对下体橡胶轮，所述上体板和下体板通过下体螺杆相固定。本缆索检测机器人结构简单新颖、安装方便，适于在各种缆索上稳定运行，适于斜拉桥缆索的检测和探伤。该方案中重量集中在拉索的垂直方向，因此结构不够合理，很容易产生一个前后的弯矩卡死在斜拉索上，而且很容易绕拉索打转和前后摇晃。

总而言之，现有的斜拉桥缆索检测机器人普遍存在结构复杂，运行不够稳定的缺陷，并且容易引发安全事故。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决现有的桥梁缆索的检测系统结构复杂，运行不稳定，容易引发安全事故的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种桥梁缆索的检测系统，包括爬行机器人和信号处理装置，所述爬行机器人包括爬行装置和设置在所述爬行装置的外壳上的损伤探测装置，所述损伤探测装置用于检测桥梁缆索缺陷，并实时将检测结果传送给所述信号处理装置，所述爬行装置还包括：

至少两个夹紧机构，沿所述桥梁缆索的轴向间隔布置，所述外壳上设有人字形支架，每个所述夹紧机构包括两个沿所述桥梁缆索的轴向间隔布置的电机，分别固定在所述人字形支架的两个侧边上且电机轴分别垂直相应的所述侧边并伸入所述外壳内，所述电机轴上固定设有圆柱形滚轮；

支撑机构，转动设置在所述外壳内，且与所述圆柱形滚轮配合形成三角夹紧力，夹持住桥梁缆索的外圆周面。

在上述的检测系统中，所述支撑机构包括：

两个支撑轮，沿所述桥梁缆索的轴向间隔布置，所述支撑轮的轮轴轴线与所述桥梁缆索的轴线垂直；

两个U形支架，每个所述轮轴的两端分别转动设置在一个U形支架的开口处，所述U形支架的两个侧边分别设有转轴，所述转轴转动设置在所述外壳的内壁上，所述U形支架上固定设有垂直臂；

可调推杆，两端分别铰接在两个U形支架的垂直臂的自由端，桥梁缆索夹持在所述圆柱形滚轮和所述支撑轮之间，通过调整所述推杆的长度使所述垂直臂转动，带动所述支撑轮升降，配合所述圆柱形滚轮夹紧或松开所述桥梁缆索。

在上述的检测系统中，所述损伤探测装置包括：

环形支架，固定设置在所述外壳的侧面上，且与所述桥梁缆索同轴设置；

至少四个弹簧，沿所述环形支架的内圆周表面均匀布置，且每个所述弹簧的另一端分别连接钢丝缺陷无损检测装置，所述钢丝缺陷无损检测装置靠近所述桥梁缆索的外表面；

至少四个摄像头，均匀布置在所述环形支架的外端面上。

在上述的检测系统中，所述外壳上还固定设有在检测过程中确定所述爬行机器人位置的编码器。

在上述的检测系统中，所述外壳上还设有反映所述爬行机器人姿态以确定所述爬行机器人是否偏位的陀螺仪。

在上述的检测系统中，所述信号处理系统还包括检测所述爬行机器人上升和下降速度的速度传感器，并根据所述速度传感器的检测信号控制所述电机的转速。

在上述的检测系统中，所述外壳内还设有用于为所述电机供电的磷酸铁锂电池。

在上述的检测系统中，所述信号处理系统通过无线方式控制所述电机的转速。

在上述的检测系统中，所述电机为步进电机。

在上述的检测系统中，所述支撑轮上的个圆周面上设有与所述桥梁缆索相适配的凹槽。

本发明通过控制推杆的长度调整爬行装置对桥梁缆索的夹紧力，防止其在运行过程中过度夹紧或打滑，使爬行机器人和桥梁缆索之间的摩擦力达到最优，结构简单，工作可靠。

附图说明

图1是本发明提供的桥梁缆索的检测系统结构示意图；

图2是本发明中爬行装置的示意图；

图3是图2所示的爬行装置没有安装在缆索上时的结构示意图；

图4是本发明中爬行装置中的推杆结构示意图；

图5是本发明中损伤探测装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出详细的说明。

如图1－图5所示，本发明提供的桥梁缆索的检测系统，包括爬行机器人和信号处理装置，爬行机器人包括爬行装置和损伤探测装置。

爬行装置包括外壳5、支撑机构和两个夹紧机构。外壳5上设有人字形支架，两个夹紧机构沿桥梁缆索7的轴向间隔布置，每个夹紧机构包括两个沿桥梁缆索7的轴向间隔布置的步进电机1，步进电机1分别固定在人字形支架的两个侧边上，且电机轴分别垂直相应的侧边并伸入外壳5内，电机轴上固定设有圆柱形滚轮14。外壳内设有为步进电机1供电的大容量磷酸铁锂电池。

支撑机构包括两个支撑轮2，沿桥梁缆索7的轴向间隔布置，支撑轮2的轮轴轴线与桥梁缆索7的轴线垂直，且每个支撑轮2的轮轴两端分别动设置在一个U形支架15的开口处，U形支架15的两个侧边的外侧面上分别设有转轴16，转轴16转动设置在外壳5的内壁上，U形支架15上固定设有垂直臂4，两个垂直臂4的另一端分别铰接在一个可调推杆3的两端，两个圆柱形滚轮14和支撑轮2形成三角夹紧力，夹持住桥梁缆索7的外圆周面。通过调整可调推杆3的长度可以使垂直臂4转动，带动支撑轮2升降，从而配合相应的圆柱形滚轮14夹紧或松开桥梁缆索7，使爬行机器人与桥梁缆索7保持合适的摩擦力，实现在相应步进电机1的驱动下，爬行机器人沿桥梁缆索7上下移动。

爬行装置的外壳5的内表面上固定设有在检测过程中确定爬行机器人位置的编码器，并且设有反映爬行机器人姿态以确定爬行机器人是否偏位的陀螺仪，根据上述检测结果，控制相应的步进电机1的转速，以保证爬行机器人稳定工作。

爬行装置上还固定设有检测爬行和下降速度的速度传感器，并根据速度传感器的检测信号控制相应步进电机1的转速，从而防止爬行机器人在下降过程中速度过快而引发安全事故。

如图5所示，损伤探测装置用于检测桥梁缆索的缺陷，包括环形支架8、八个弹簧10、八个钢丝缺陷无损检测装置9和四个摄像头11，环形支架8固定设置在爬行装置的外壳5的侧面上，且与桥梁缆索同轴设置。八个弹簧10沿环形支架8的内圆周表面均匀布置，且每个弹簧10的另一端分别连接一个钢丝缺陷无损检测装置9，钢丝缺陷无损检测装置9靠近桥梁缆索7的外表面，用于探测桥梁缆索7内部缆线的缺陷。四个摄像头11均匀布置在环形支架8的外端面上，用于检测桥梁缆索7的外表面的缺陷。

信号处理装置通过无线方式控制步进电机的转速，如图1所示，信号处理装置包括信号收发装置12和计算机13，信号收发装置12具有信号发射端和信号接收端。编码器、陀螺仪、钢丝缺陷无损检测装置和摄像头11上的传感器以及速度传感器将检测的结果通过无线发射到计算机13上，计算机13通过数据分析通过无线方式控制步进电机1。

本发明提供的桥梁缆索的检测系统，通过无线方式遥控4个步进电机1的不同转速，对爬行机器人进行偏位矫正；通过控制推杆3的长度调整爬行装置对桥梁缆索7的夹紧力，防止其在运行过程中过度夹紧或打滑，使爬行机器人和桥梁缆索7之间的摩擦力达到最优；通过编码器、陀螺仪以及速度传感器的检测确保爬行机器人稳定地运行，并保证了各种检测结果的准确性。

大容量磷酸铁锂电池和长距离无线信号控制使爬行机器人的结构紧凑，爬行轻便。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.桥梁缆索的检测系统，包括爬行机器人和信号处理装置，所述爬行机器人包括爬行装置和设置在所述爬行装置的外壳上的损伤探测装置，所述损伤探测装置用于检测桥梁缆索缺陷，并实时将检测结果传送给所述信号处理装置，其特征在于：所述爬行装置还包括：

至少两个夹紧机构，沿所述桥梁缆索的轴向间隔布置，所述外壳上设有人字形支架，每个所述夹紧机构包括两个沿所述桥梁缆索的轴向间隔布置的电机，分别固定在所述人字形支架的两个侧边上且电机轴分别垂直相应的所述侧边并伸入所述外壳内，所述电机轴上固定设有圆柱形滚轮；

支撑机构，转动设置在所述外壳内，且与所述圆柱形滚轮配合形成三角夹紧力，夹持住桥梁缆索的外圆周面；

其中，所述支撑机构包括：

两个支撑轮，沿所述桥梁缆索的轴向间隔布置，所述支撑轮的轮轴轴线与所述桥梁缆索的轴线垂直；

两个U形支架，每个所述轮轴的两端分别转动设置在一个U形支架的开口处，所述U形支架的两个侧边分别设有转轴，所述转轴转动设置在所述外壳的内壁上，所述U形支架上固定设有垂直臂；

可调推杆，两端分别铰接在两个U形支架的垂直臂的自由端，桥梁缆索夹持在所述圆柱形滚轮和所述支撑轮之间，通过调整所述推杆的长度使所述垂直臂转动，带动所述支撑轮升降，配合所述圆柱形滚轮夹紧或松开所述桥梁缆索。

2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述损伤探测装置包括：

环形支架，固定设置在所述外壳的侧面上，且与所述桥梁缆索同轴设置；

至少四个弹簧，沿所述环形支架的内圆周表面均匀布置，且每个所述弹簧的另一端分别连接钢丝缺陷无损检测装置，所述钢丝缺陷无损检测装置靠近所述桥梁缆索的外表面；

至少四个摄像头，均匀布置在所述环形支架的外端面上。

3.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述外壳上还固定设有在检测过程中确定所述爬行机器人位置的编码器。

4.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述外壳上还设有反映所述爬行机器人姿态以确定所述爬行机器人是否偏位的陀螺仪。

5.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述信号处理系统还包括检测所述爬行机器人上升和下降速度的速度传感器，并根据所述速度传感器的检测信号控制所述电机的转速。

6.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述外壳内还设有用于为所述电机供电的磷酸铁锂电池。

7.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述信号处理系统通过无线方式控制所述电机的转速。

8.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述电机为步进电机。

9.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述支撑轮上的个圆周面上设有与所述桥梁缆索相适配的凹槽。