CN106394718A - 用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人，其创新在于：所述双足机器人由大足总成、小足总成、舵机、X轴导轨模组、Y轴导轨模组和负压传输控制装置组成；本发明的有益技术效果是：提供了一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人，可有效提高索塔表观病害检测的安全性和效率，并且机器人利于实现索塔的全覆盖检测，有效提高检测后评估的准确性。

Description

用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人

技术领域

本发明涉及一种混凝土索塔表观裂缝检测技术，尤其涉及一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人。

背景技术

索塔是缆索式桥梁的关键承重构件，对桥梁的变形和内力状态有着重要影响，因此，索塔的健康状况与整个桥梁结构的安全密切相关，对服役期索塔病害进行有效检测，对于保证缆索式桥梁运营安全意义重大。

混凝土索塔在服役过程中，因复杂温湿度场、设计缺陷以及外荷载作用等多因素耦合影响而出现裂缝或保护层剥离等病害的现象普遍存在，现有技术对索塔病害进行检测时，主要通过人工观察的方式进行（主要借助搭设支架、望远镜等手段），安全性差、成本高、检测周期长，有时还要中断交通，并且由于索塔高度往往超百米，导致索塔上的一些重要部位难以进行检测，影响对其健康状态的正确分析与评价；随着桥梁跨径的不断突破，索塔的高度将更高，人工检测的周期将更长、危险性更大、挑战性更强，开发智能化桥梁索塔安全检测装置，市场前景广阔。

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双足机器人，其创新在于：所述双足机器人由大足总成、小足总成、舵机、X轴导轨模组、Y轴导轨模组和负压传输控制装置组成；

所述大足总成由大足支架和三个大足吸盘组成；所述大足支架的端面中部设置有通孔；所述大足吸盘设置在大足支架的下端面上，三个大足吸盘在大足支架的下端面上呈三角形分布，三个大足吸盘所形成的三角形记为第一三角形；

所述小足总成由小足支架和三个小足吸盘组成；所述小足吸盘设置在小足支架的下端面上，三个小足吸盘在小足支架的下端面上呈三角形分布，三个小足吸盘所形成的三角形记为第二三角形；小足支架位于大足支架下侧，小足支架上端面与大足支架上端面平行；

所述X轴导轨模组设置在大足支架的上端面上，X轴导轨模组的传动方向记为X方向，X方向与大足支架上端面平行，X轴导轨模组的滑块与Y轴导轨模组的壳体连接，X轴导轨模组能传动Y轴导轨模组沿X方向运动；

所述Y轴导轨模组位于大足支架上的通孔内，Y轴导轨模组的传动方向记为Y方向，Y方向与大足支架的端面垂直，Y轴导轨模组的滑块通过连接架与舵机的壳体连接，舵机的传动轴与小足支架上端面连接，Y轴导轨模组能传动舵机沿Y方向运动，舵机能传动小足支架在平行于小足支架上端面的平面上转动；小足支架和大足支架相对转动时，大足吸盘和小足吸盘互不干涉；

所述负压传输控制装置设置在大足支架的上端面上，大足吸盘和小足吸盘上都设置有出气口，三个大足吸盘和三个小足吸盘共计六个出气口，六个出气口分别通过六根独立的管线与负压传输控制装置连接，负压传输控制装置通过外接管线与外部的负压提供装置连接，负压传输控制装置能将负压提供装置输出的负压选择性地输出到大足吸盘和小足吸盘上。

本发明的工作原理是：在索塔表面设置好双足机器人后，当双足机器人驻停时，负压传输控制装置将负压提供装置输出的负压传输到三个大足吸盘和三个小足吸盘上，此时，大足吸盘和小足吸盘就在负压的作用下紧紧地吸附在索塔表面，从而使双足机器人稳定地攀附在索塔上；

当双足机器人需要移动时，以先移动大足总成为例，先控制负压传输控制装置停止向大足吸盘提供负压（失去负压后，大足吸盘很容易就能脱离索塔表面）、仅向小足吸盘提供负压，然后驱动Y轴导轨模组的滑块向靠近索塔表面的方向运动，此时，由于小足总成是抵紧在索塔表面上的，Y轴导轨模组的滑块不会发生位移，于是Y轴导轨模组的导轨部分只能被动地向远离索塔表面的方向运动，从而使大足总成被顶起，当大足吸盘与索塔表面完全分离后，控制Y轴导轨模组驻停，然后再控制X轴导轨模组的滑块向前进方向的反方向运动（前进方向与X方向平行），此时，由于大足总成悬空、小足总成攀附在索塔表面，X轴导轨模组的滑块不会发生位移，于是X轴导轨模组的导轨部分只能被动地向前进方向运动，从而使大足总成也随之移动，移动一定距离后，控制X轴导轨模组驻停，然后控制Y轴导轨模组的滑块向远离索塔表面的方向运动，从而使Y轴导轨模组的导轨部分向靠近索塔表面的方向运动，大足总成也随之运动，当大足总成运动至大足吸盘与索塔表面接触后，控制Y轴导轨模组驻停，此时，先向大足吸盘输出负压，待大足吸盘攀附稳当后，再停止向小足吸盘输出负压，然后驱动Y轴导轨模组的滑块向远离索塔表面的方向运动，此时，由于大足总成是抵紧在索塔表面上的，Y轴导轨模组的导轨部分不会发生位移，小足总成就在滑块的带动下被向上提起，当小足吸盘与索塔表面完全分离后，控制Y轴导轨模组驻停，然后控制X轴导轨模组的滑块向前进方向运动，小足总成也随之运动，当运动到位后，控制X轴导轨模组驻停，然后再驱动Y轴导轨模组的滑块向靠近索塔表面的方向运动，小足总成也随之运动，当小足吸盘与索塔表面接触后，通过向小足吸盘输出负压，就能使小足吸盘又重新吸附在索塔表面上，至此，小足总成和大足总成均向前进方向运动了一个步程，若要使双足机器人继续向前移动，重复前述操作即可；在理解了前述操作过程后，本领域技术人员应该明白，双足机器人运动时，既可先移动小足总成后移动大足总成，也可先移动大足总成后移动小足总成，并且还可以控制双足机器人在X方向上前进或后退，其差异仅是大足总成和小足总成的控制顺序和运动方向存在差异，故在此不再赘述；

当双足机器人需要转向时，与行走方式相似地，也是分别控制大足总成和小足总成先后完成转向动作，以大足总成先转向为例，当大足总成与索塔表面分离后，在大足总成重新攀附在索塔表面之前，先通过舵机传动大足总成转动一定角度，然后再控制大足总成重新攀附在索塔表面，然后再传动小足总成与索塔表面分离，在小足总成重新攀附在索塔表面之前，先通过舵机传动小足总成转动相同（即与大足总成转动的角度相同）的角度，然后再控制小足总成重新攀附在索塔表面，这就完成了双足机器人的转向；通过结构方案不难看出，转向操作实质上仅需调整X轴导轨模组的方向即可（也即调整X方向的朝向），也即是说，其实并不用调整小足总成的方向，前面的转向操作过程中，之所以也对小足总成的方向进行了调整，主要是考虑到控制的复杂度：为了使双足机器人单向移动时的步长最大化，最优的方案是使第一三角形和第二三角形均为等边三角形且同时使两个等边三角形的其中一个顶角朝向相反（即如图4中所示的位置关系），这样才能在大足吸盘和小足吸盘互不干涉的情况下实现步长最大化，若在转向操作中不控制小足总成转向，那么在后续运动过程中就需要考虑小足总成和大足总成的相对位置，以确定后续运动过程中在原来的步长条件下二者是否会出现干涉，进而有可能需要对步长进行调整，这就会使得控制模式进一步复杂化，而且还可能需要缩短步长、导致机器人的移动效率降低，因此，发明人建议在实施本发明时，最好对大足总成和小足总成都要进行转向调节；此外，转向动作既可以单独进行，也可以将转向动作与前述的直线运动过程相结合，在明晰了本发明方案后，本领域技术人员可根据实际需要，合理设计。

在本发明中，机器人上的吸附装置空间分布较为离散，大大提高了机器人对裂纹、沟槽的跨越能力，可有效避免机器人在跨越索塔上的裂纹、沟槽时发生脱落（大小足吸盘可采用聚醚材料制作，聚醚材料的变形补偿利于吸盘与索塔不平整表面形成密闭空间，从而有效提升机器人对于索塔不平整表面的适应能力）；此外，本发明中的吸盘、舵机、X轴导轨模组、Y轴导轨模组和负压传输控制装置均是现有技术中的常见装置或设备，从提高效果的目的出发，可将现有技术中技术效果较好的相应结构应用到本发明中，以进一步增强本发明机器人的攀附能力，由于这些装置的技术细节与本发明的技术创新点的关联性不大，故本文不再赘述，在具体实施时，技术人员可在现有技术中择优采用；

优选地，所述大足支架和小足支架的周向轮廓均为三角形，第一三角形的三个顶角与大足支架的三个顶角位置对应，第二三角形的三个顶角与小足支架的三个顶角位置对应。

优选地，所述第一三角形和第二三角形均为等边三角形。

优选地，所述X方向与第一三角形的其中一条边平行。X方向与第一三角形的其中一条边平行时，可以有效降低控制的复杂度，并且可以使技术人员直观地观察到机器人的当前走行方向。

优选地，所述大足支架和小足支架的端面上均设置有减重孔。减重孔可以有效降低机器人的自重，有利于机器人行走；从安全性的角度出发，还可在外接管线和负压管线上系挂保险缆，即使机器人出现脱落情况，保险缆可阻止机器人进一步下落，提高操作的安全性。

优选地，所述大足支架的上端面上设置有延伸架，延伸架的外端延伸至大足支架的周向外侧，延伸架的外端设置有视频采集装置。视频采集装置可以对索塔表面图像进行实时采集并传输给后方技术人员，后方技术人员根据图像就能对索塔病害进行相关分析并制定处置措施。

基于现有技术，本发明的机器人可采用远程无线遥控也可采用线控方式进行控制。

本发明的有益技术效果是：提供了一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人，可有效提高索塔表观病害检测的安全性和效率，并且机器人利于实现索塔的全覆盖检测，有效提高检测后评估的准确性。

附图说明

图1、本发明的结构示意图一；

图2、本发明的结构示意图二；

图3、大足总成顶面视图；

图4、机器人底面视图；

图5、小足总成结构示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：舵机1、X轴导轨模组2、Y轴导轨模组3、大足支架4、大足吸盘5、小足支架6、小足吸盘7、负压传输控制装置8、用于传输负压的外接管线9、用于将负压输出到各个吸盘的管线10、视频采集装置11。

具体实施方式

一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人，其创新在于：所述双足机器人由大足总成、小足总成、舵机1、X轴导轨模组2、Y轴导轨模组3和负压传输控制装置组成；

所述大足总成由大足支架4和三个大足吸盘5组成；所述大足支架4的端面中部设置有通孔；所述大足吸盘5设置在大足支架4的下端面上，三个大足吸盘5在大足支架4的下端面上呈三角形分布，三个大足吸盘5所形成的三角形记为第一三角形；

所述小足总成由小足支架6和三个小足吸盘7组成；所述小足吸盘7设置在小足支架6的下端面上，三个小足吸盘7在小足支架6的下端面上呈三角形分布，三个小足吸盘7所形成的三角形记为第二三角形；小足支架6位于大足支架4下侧，小足支架6上端面与大足支架4上端面平行；

所述X轴导轨模组2设置在大足支架4的上端面上，X轴导轨模组2的传动方向记为X方向，X方向与大足支架4上端面平行，X轴导轨模组2的滑块与Y轴导轨模组3的壳体连接，X轴导轨模组2能传动Y轴导轨模组3沿X方向运动；

所述Y轴导轨模组3位于大足支架4上的通孔内，Y轴导轨模组3的传动方向记为Y方向，Y方向与大足支架4的端面垂直，Y轴导轨模组3的滑块通过连接架与舵机1的壳体连接，舵机1的传动轴与小足支架6上端面连接，Y轴导轨模组3能传动舵机1沿Y方向运动，舵机1能传动小足支架6在平行于小足支架6上端面的平面上转动；小足支架6和大足支架4相对转动时，大足吸盘5和小足吸盘7互不干涉；

所述负压传输控制装置设置在大足支架4的上端面上，大足吸盘5和小足吸盘7上都设置有出气口，三个大足吸盘5和三个小足吸盘7共计六个出气口，六个出气口分别通过六根独立的管线与负压传输控制装置连接，负压传输控制装置通过外接管线与外部的负压提供装置连接，负压传输控制装置能将负压提供装置输出的负压选择性地输出到大足吸盘5和小足吸盘7上。

进一步地，所述大足支架4和小足支架6的周向轮廓均为三角形，第一三角形的三个顶角与大足支架4的三个顶角位置对应，第二三角形的三个顶角与小足支架6的三个顶角位置对应。

进一步地，所述第一三角形和第二三角形均为等边三角形。

进一步地，所述X方向与第一三角形的其中一条边平行。

进一步地，所述大足支架4和小足支架6的端面上均设置有减重孔。

进一步地，所述大足支架4的上端面上设置有延伸架，延伸架的外端延伸至大足支架4的周向外侧，延伸架的外端设置有视频采集装置。

Claims (6)

1.一种用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人，其特征在于：所述双足机器人由大足总成、小足总成、舵机（1）、X轴导轨模组（2）、Y轴导轨模组（3）和负压传输控制装置组成；

所述大足总成由大足支架（4）和三个大足吸盘（5）组成；所述大足支架（4）的端面中部设置有通孔；所述大足吸盘（5）设置在大足支架（4）的下端面上，三个大足吸盘（5）在大足支架（4）的下端面上呈三角形分布，三个大足吸盘（5）所形成的三角形记为第一三角形；

所述小足总成由小足支架（6）和三个小足吸盘（7）组成；所述小足吸盘（7）设置在小足支架（6）的下端面上，三个小足吸盘（7）在小足支架（6）的下端面上呈三角形分布，三个小足吸盘（7）所形成的三角形记为第二三角形；小足支架（6）位于大足支架（4）下侧，小足支架（6）上端面与大足支架（4）上端面平行；

所述X轴导轨模组（2）设置在大足支架（4）的上端面上，X轴导轨模组（2）的传动方向记为X方向，X方向与大足支架（4）上端面平行，X轴导轨模组（2）的滑块与Y轴导轨模组（3）的壳体连接，X轴导轨模组（2）能传动Y轴导轨模组（3）沿X方向运动；

所述Y轴导轨模组（3）位于大足支架（4）上的通孔内，Y轴导轨模组（3）的传动方向记为Y方向，Y方向与大足支架（4）的端面垂直，Y轴导轨模组（3）的滑块通过连接架与舵机（1）的壳体连接，舵机（1）的传动轴与小足支架（6）上端面连接，Y轴导轨模组（3）能传动舵机（1）沿Y方向运动，舵机（1）能传动小足支架（6）在平行于小足支架（6）上端面的平面上转动；小足支架（6）和大足支架（4）相对转动时，大足吸盘（5）和小足吸盘（7）互不干涉；

所述负压传输控制装置设置在大足支架（4）的上端面上，大足吸盘（5）和小足吸盘（7）上都设置有出气口，三个大足吸盘（5）和三个小足吸盘（7）共计六个出气口，六个出气口分别通过六根独立的管线与负压传输控制装置连接，负压传输控制装置通过外接管线与外部的负压提供装置连接，负压传输控制装置能将负压提供装置输出的负压选择性地输出到大足吸盘（5）和小足吸盘（7）上。

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双足机器人，其特征在于：所述大足支架（4）和小足支架（6）的周向轮廓均为三角形，第一三角形的三个顶角与大足支架（4）的三个顶角位置对应，第二三角形的三个顶角与小足支架（6）的三个顶角位置对应。

3.根据权利要求2所述的用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人，其特征在于：所述第一三角形和第二三角形均为等边三角形。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人，其特征在于：所述X方向与第一三角形的其中一条边平行。

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双足机器人，其特征在于：所述大足支架（4）和小足支架（6）的端面上均设置有减重孔。

6.根据权利要求1所述的用于混凝土索塔表观裂缝检测的双足机器人，其特征在于：所述大足支架（4）的上端面上设置有延伸架，延伸架的外端延伸至大足支架（4）的周向外侧，延伸架的外端设置有视频采集装置。