CN106043486A - 用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人 - Google Patents

用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人 Download PDF

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周建庭
武维
张洪
辛景舟
刘朝涛
郑丹
蓝章礼
廖棱
赵瑞强
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
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Abstract

一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人，由支架、走行部、多个真空发生器、分流器、多个吸附模块和多个真空接口组成；本发明的有益技术效果是：提出了一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人，该爬行机器人采用履带式走行结构，跨越障碍能力较强，而且其吸附装置较为离散，抗脱落能力较强。

Description

用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人
技术领域
本发明涉及一种桥梁索塔结构健康检测技术，尤其涉及一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人。
背景技术
斜拉桥和悬索桥是大跨径桥梁中较常见的结构形式，其索塔既是桥梁的基本组成部分又是整个桥梁的关键承重构件，索塔的健康状况与整个桥梁结构的安全密切相关，因此，准确地掌握索塔的健康状况，对于保证桥梁运营安全尤为重要。
索塔在服役过程中，因内外温差、构造和配筋不当以及外荷载作用等诸多因素影响而出现裂缝或保护层剥离等病害在所难免；索塔高度通常可达几十米，甚至上百米，现有技术中，在对其进行检测时，主要通过人工观察，这种检测方法危险性大、费用高、时间长，有时还要中断交通，并且由于索塔高度往往超百米，传统方法难以安全到达一些重要部位进行观察，影响其健康状态的正确分析与评价；随着更大跨度桥梁的不断出现，人工检测的周期将更长、危险性更高、难度更大，开发用于桥梁索塔安全检测的自动化可通达装置，成为必然需求。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人，其结构为：所述爬行机器人由支架、走行部、多个真空发生器、分流器、多个吸附模块和多个真空接口组成；所述走行部由四个双排链轮、四根链条和驱动电机组成，其中两个双排链轮同轴设置于支架的前端形成主动轮，驱动电机与主动轮传动连接，另外两个双排链轮同轴设置于支架的后端形成从动轮；其中两根链条设置于支架左侧的两个双排链轮上，另外两根链条设置于支架右侧的两个双排链轮上，位于支架同侧的两根链条记为一个传动链条组，多个吸附模块设置于传动链条组上两根链条之间的位置处，吸附模块两端分别与两侧的链条连接，吸附模块中部设置有吸附孔，爬行机器人运动时，与行走面贴合的吸附模块记为吸附单元；支架两侧各设置有多个真空接口，位于支架同侧的多个真空接口记为一个真空接口组，单个真空接口组内的多个真空接口沿传动链条组轴向单列分布，真空接口上排气口的外端与吸附单元的内侧面接触；所述排气口的内端与真空发生器的负压口连通，多个真空接口与多个真空发生器一一对应；真空发生器上的压缩空气进气端与分流器上的输气口连通，多个真空发生器均连接至分流器，外部输入的压缩空气由分流器分流后通过多个输气口输出至各个真空发生器；驱动电机、真空发生器和分流器均设置于支架上，分流器的进气端通过管线与外部的压缩空气源连接，驱动电机通过电缆与外部电源连接。
本发明的原理是：按前述方案将爬行机器人搭建好后，使用时，使吸附单元贴附在索塔外壁上，然后启动压缩空气源，压缩空气源输出的压缩空气通过分流器进入各个真空发生器，在真空发生器的作用下，吸附孔内就会产生负压，在大气压的作用下，吸附单元就紧紧地吸附在索塔外壁上，从而使爬行机器人也附着在索塔上；行走时，在主动轮的传动作用下，传动链条组带动吸附模块运动，由于传动链和吸附模块所构成的履带式结构，使得爬行机器人在运动时，始终有多个吸附单元吸附在索塔外壁上，这就使得爬行机器人可以在索塔外壁上自由行走；采用本发明后，在对索塔结构健康进行检测时，就可以由爬行机器人携带检测设备，行走至索塔表面各个区域进行相关检测，另外，本发明的爬行机器人由于采用了多个吸附模块组成的履带式结构，行走至裂纹或沟槽时，虽然可能会有一两个吸附单元失效，但由于其他吸附单元仍紧紧地吸附在索塔外壁上裂纹或沟槽以外的区域，这就有效地避免了爬行机器人在通过裂纹或沟槽时脱落，大大地提高了爬行机器人的通行能力。
优选地，所述真空接口上端面设置有导向筒，支架上设置有与导向筒匹配的套筒，导向筒外套接有预紧弹簧，导向筒和预紧弹簧都套接在套筒内，预紧弹簧下端与真空接口上端面接触，预紧弹簧上端与套筒内底面接触，预紧弹簧能将真空接口抵紧在吸附单元内侧面上。在导向筒和套筒的导向作用下，真空接口能在垂直于索塔外壁的方向上运动，同时，在预紧弹簧的作用下，真空接口又能抵紧在吸附单元内侧面上，当通过障碍时，真空接口就能随着吸附单元的起伏而运动，使爬行机器人顺利通过障碍，通过后，真空接口又能在预紧弹簧的作用下重新抵紧在吸附单元内侧面上，有效地改善了爬行机器人的障碍通行能力。
优选地，所述支架上设置有机械臂，机械臂外端设置有传感装置。
优选地，所述传感装置为视频采集设备。
优选地，所述负压口和排气口之间的管路上设置有空气滤清器。空气滤清器可以将结构体表面的杂质滤除，避免杂质被吸入真空发生器内。
本发明的有益技术效果是：提出了一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人，该爬行机器人采用履带式走行结构，跨越障碍能力较强，而且其吸附装置较为离散，抗脱落能力较强。
附图说明
图1、本发明的结构示意图；
图2、本发明的顶视图；
图3、本发明的剖面示意图；
图4、图3中圆圈内结构体放大图；
图中各个标记所对应的名称分别为：双排链轮1、链条2、吸附模块3、导向筒4、机械臂5、空气滤清器6、真空发生器7、分流器8、真空接口9、套筒10、压缩空气管线和电源线A、保险缆B。
具体实施方式
一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人，其结构为：所述爬行机器人由支架、走行部、多个真空发生器、分流器、多个吸附模块3和多个真空接口组成；所述走行部由四个双排链轮1、四根链条2和驱动电机组成，其中两个双排链轮1同轴设置于支架的前端形成主动轮，驱动电机与主动轮传动连接，另外两个双排链轮1同轴设置于支架的后端形成从动轮；其中两根链条2设置于支架左侧的两个双排链轮1上，另外两根链条2设置于支架右侧的两个双排链轮1上，位于支架同侧的两根链条2记为一个传动链条组，多个吸附模块3设置于传动链条组上两根链条2之间的位置处，吸附模块3两端分别与两侧的链条2连接，吸附模块3中部设置有吸附孔，爬行机器人运动时，与行走面贴合的吸附模块3记为吸附单元；支架两侧各设置有多个真空接口，位于支架同侧的多个真空接口记为一个真空接口组，单个真空接口组内的多个真空接口沿传动链条组轴向单列分布，真空接口上排气口的外端与吸附单元的内侧面接触；所述排气口的内端与真空发生器的负压口通过管路连通，多个真空接口与多个真空发生器一一对应；真空发生器上的压缩空气进气端与分流器上的输气口连通，多个真空发生器均连接至分流器，外部输入的压缩空气由分流器分流后通过多个输气口输出至各个真空发生器；驱动电机、真空发生器和分流器均设置于支架上，分流器的进气端通过管线与外部的压缩空气源连接，驱动电机通过电缆与外部电源连接。
本领域技术人员在实施本发明时，还应注意如下问题：在最初的样机上，发明人采用橡胶吸盘来制作吸附模块3，但经过试验验证，橡胶吸盘的吸附效果不太好，其原因是：由于混凝土结构表面灰尘较大，且表面十分粗糙，橡胶由于受自身材料特性限制，不能与混凝土结构表面很好的贴合，漏气较为严重，影响爬行机器人的行走能力，经过多次试验，发明发现，用聚醚泡沫材料制作出的吸附模块3，具有良好的可压缩性，当吸附孔内存在负压时，聚醚泡沫材料制作出的吸附模块3能够紧密地贴合在混凝土结构表面，显著提升了吸附模块3对于粗糙、恶劣混凝土表面的适应性。
进一步地，所述真空接口上端面设置有导向筒4，支架上设置有与导向筒4匹配的套筒，导向筒4外套接有预紧弹簧，导向筒4和预紧弹簧都套接在套筒内，预紧弹簧下端与真空接口上端面接触，预紧弹簧上端与套筒内底面接触，预紧弹簧能将真空接口抵紧在吸附单元内侧面上。
进一步地，所述支架上设置有机械臂，机械臂外端设置有传感装置。
进一步地，所述传感装置为视频采集设备。
进一步地，所述负压口和排气口之间的管路上设置有空气滤清器。
具体使用时，为了进一步提高安全性，还可在压缩空气管线和电源线上系挂保险缆，在爬行机器人失足落下时，保险缆可以防止爬行机器人进一步跌落。
对于爬行机器人的动作控制，可采用现有技术中十分成熟的遥控控制手段实现。

Claims (5)

1.一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人，其特征在于：所述爬行机器人由支架、走行部、多个真空发生器、分流器、多个吸附模块（3）和多个真空接口组成；所述走行部由四个双排链轮（1）、四根链条（2）和驱动电机组成，其中两个双排链轮（1）同轴设置于支架的前端形成主动轮，驱动电机与主动轮传动连接，另外两个双排链轮（1）同轴设置于支架的后端形成从动轮；其中两根链条（2）设置于支架左侧的两个双排链轮（1）上，另外两根链条（2）设置于支架右侧的两个双排链轮（1）上，位于支架同侧的两根链条（2）记为一个传动链条组，多个吸附模块（3）设置于传动链条组上两根链条（2）之间的位置处，吸附模块（3）两端分别与两侧的链条（2）连接，吸附模块（3）中部设置有吸附孔，爬行机器人运动时，与行走面贴合的吸附模块（3）记为吸附单元；支架两侧各设置有多个真空接口，位于支架同侧的多个真空接口记为一个真空接口组，单个真空接口组内的多个真空接口沿传动链条组轴向单列分布，真空接口上排气口的外端与吸附单元的内侧面接触；所述排气口的内端与真空发生器的负压口通过管路连通，多个真空接口与多个真空发生器一一对应；真空发生器上的压缩空气进气端与分流器上的输气口连通，多个真空发生器均连接至分流器，外部输入的压缩空气由分流器分流后通过多个输气口输出至各个真空发生器；驱动电机、真空发生器和分流器均设置于支架上，分流器的进气端通过管线与外部的压缩空气源连接，驱动电机通过电缆与外部电源连接。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人，其特征在于：所述真空接口上端面设置有导向筒（4），支架上设置有与导向筒（4）匹配的套筒，导向筒（4）外套接有预紧弹簧，导向筒（4）和预紧弹簧都套接在套筒内，预紧弹簧下端与真空接口上端面接触，预紧弹簧上端与套筒内底面接触，预紧弹簧能将真空接口抵紧在吸附单元内侧面上。
3.根据权利要求1所述的用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人，其特征在于：所述支架上设置有机械臂，机械臂外端设置有传感装置。
4.根据权利要求3所述的用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人，其特征在于：所述传感装置为视频采集设备。
5.根据权利要求1所述的用于混凝土索塔表观裂缝检测的爬行机器人，其特征在于：所述负压口和排气口之间的管路上设置有空气滤清器。
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