CN109048945A - 吊索式裂纹探测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吊索式裂纹探测机器人包括：吊索；探测车，探测车设置于吊索上，探测车上设有红外探测器及变温装置；控制模块，控制模块设置于探测车上，包括控制基站、无线传输模块、中央处理器及步进电机驱动器，红外探测器、变温装置及步进电机驱动器连接于中央处理器，中央处理器连接于无线传输模块，无线传输模块连接于控制基站。这种吊索式裂纹探测机器人用于代替人工探测作业，利用红外热成像原理进行裂纹探测，提高裂纹探测的准确度及探测效率，极大程度保证建筑的安全性及工人的人身安全。

Description

吊索式裂纹探测机器人

技术领域

本发明属于探测设备领域，更具体地，涉及一种吊索式裂纹探测机器 人。

背景技术

随着科技的发展和生产生活的需要，人们兴建了各种大型的工程建筑， 工程建筑以混凝土结构占主导地位，由于混凝土的大型建筑结构在应力作 用、温度变化等情况下，其外表面会产生裂缝，这些裂缝是混凝土结构由 于内外因素的作用而产生的物理结构变化，是混凝土结构物承载能力、耐 久性及防水性降低的主要原因，因此，我们需要及时鉴别裂缝是否为有害 裂缝，对于有害裂缝必须及时采取相应安全措施，传统中通常采用人工探测的方式，人工探测裂纹容易发生遗漏及判断失误，而且在一些大型建筑 结构的陡峭壁上，人工作业危险性高，效率低，并且移动困难。

因此有必要研发一种吊索式裂纹探测机器人，代替人工作业，避免人 工作业时发生危险，避免探测区域遗漏，并提高裂纹探测的准确度及探测 效率，极大程度保证建筑的安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种吊索式裂纹探测机器人，代替人工作业，利 用红外热成像原理进行裂纹探测，提高裂纹探测的准确度及探测效率，极 大程度保证建筑的安全性及工人的人身安全。

为了实现上述目的，本发明提供一种吊索式裂纹探测机器人包括：

吊索；

探测车，所述探测车设置于所述吊索上，所述探测车上设有红外探测 器及变温装置；

控制模块，所述控制模块设置于所述探测车上，包括控制基站、无线 传输模块、中央处理器及步进电机驱动器，所述红外探测器、变温装置及步 进电机驱动器连接于所述中央处理器，所述中央处理器连接于所述无线传 输模块，所述无线传输模块连接于所述控制基站。

优选地，所述控制基站中设有控制器及主机，所述主机连接于所述控 制器，所述主机中安装有桥梁检测程序及损伤数据库。

优选地，所述主机将所述桥梁检测程序通过电信号传送至所述控制器， 所述控制器通过所述无线传输模块将所述电信号传送至所述中央处理器， 所述中央处理器根据所述电信号执行探测动作。

优选地，所述红外线探测器的测量数据传送至所述中央处理器，所述 中央处理器通过所述无线传输模块将所述测量数据传送至所述主机，所述 主机将所述测量数据与所述损伤数据库进行对比分析。

优选地，所述变温装置包括高压喷头、第一舵机、输送管、泵和储存 罐，所述高压喷头设置于所述第一舵机上，所述输送管一端连接于所述高 压喷头，另一端通过所述泵连接于所述储存罐。

优选地，所述变温装置包括热风喷头、导气管、第二舵机、鼓风机， 所述热风喷头设置于所述第二舵机上，所述导气管一端连接于所述热风喷 头，另一端连接于所述鼓风机。

优选地，所述探测车包括底板及位于所述底板两侧的侧架，所述侧架 上安装有多对固定轮及主动轮，所述主动轮的主轴上设有双输出轴步进电 机，所述探测车通过所述固定轮及主动轮的配合架设于所述吊索上。

优选地，所述吊索两端连接于同步轨道车，所述吊索通过同步轨道车 设置于两条轨道之间。

优选地，所述探测车的顶部设有太阳能板，所述太阳能板连接于蓄电 池。

优选地，所述底板上设置有蜂巢状的散热孔。

本发明的有益效果在于：

1、在建筑的待探测表面设置吊索，将探测车利用吊索设置于建筑的待 探测面上，使探测车可以沿吊索移动，控制模块可以控制变温装置及红外 探测器，变温装置用于改变局部建筑表面上的温度，使表面上与裂缝内产 生温度差，再利用红外探测器的热成像原理，探测出裂纹的位置及大小， 之后由无线传输模块将测量数据传送至控制基站进行比对分析，得出测量 结果。

2、当环境温度偏高时，控制模块控制泵将储存罐中的冷却介质通过输 送管由高压喷头喷出，喷洒到探测车前方待探测表面上，将表面快速降温， 此时裂缝辐射出的热量将与被降温的表面不同，当红外探测器探测时，即 可将裂缝相关数据快速检测出来。

3、在环境温度较低时，控制模块控制鼓风机工作，将空气输送至热风 喷头，将热风喷向探测车前方待探测表面上，将表面快速升温，此时裂缝 辐射出的热量将与被降温的表面不同，当红外探测器探测时，即可将裂缝 相关数据快速检测出来。

4、通过固定轮及主动轮的共同配合将探测车架设于吊索上，使探测车 与吊索的配合更牢固，行驶更平稳。

5、在待探测建筑表面的两侧设置两条平行轨道，在两条轨道上设置同 步轨道车，将吊索两端连接于两条轨道上同步轨道车，使吊索可以随着同 步轨道车的移动而变换位置，使吊索上的探测车探测区域完全覆盖待探测 面。

6、在探测车顶部设置太阳能板，可为探测车的工作提供部分电能，节 能环保，也可做为应急电能，保证探测作业顺利进行。

7、底板上设置有蜂巢状的散热孔，利于太阳能板的散热。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的 上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性 实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的吊索式裂纹探测机器人的结构 示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的探测车的底部结构示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的探测车的顶部结构示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的变温装置的结构示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的变温装置的局部示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的热风喷头的结构示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的卡环的位置示意图。

图8示出了根据本发明的一个实施例控制关系示意图。

附图标记说明

1、轨道；2、同步轨道车；3、吊索；4、探测车；5、底板；6、侧架 板；7、主动轮；8、双输出轴步进电机；9、固定轮；10、红外探测器；11、 中央处理器；12、步进电机驱动器；13、无线传输模块；14、太阳能板； 15、蓄电池；16、散热孔；17、毛刷辊；18、联轴器；19、驱动电机；20、高压喷头；21、第一舵机；22、输送管；23、泵；24、储存罐；25、热风 喷头；26、导气管；27、第二舵机；28、鼓风机；29、热电阻；30、喷气 管；31、卡扣；32、固定架；33、喷气孔；34、支撑杆；35、夹持套筒； 36、变向导管；37、导管；38、软导管；39、主轴；40、卡环；

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明 的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这 里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加 透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明的吊索式裂纹探测机器人包括：

吊索；

探测车，探测车设置于吊索上，探测车上设有红外探测器及变温装置；

控制模块，控制模块设置于探测车上，包括控制基站、无线传输模块、 中央处理器及步进电机驱动器，红外探测器、变温装置及步进电机驱动器连 接于中央处理器，中央处理器连接于无线传输模块，无线传输模块连接于 控制基站。

具体地，在建筑的待探测表面设置吊索，将探测车利用吊索设置于建 筑的待探测面上，使探测车可以沿吊索移动，控制模块可以控制探测车、 变温装置及红外探测器，变温装置用于改变局部建筑表面上的温度，使表 面上与裂缝内产生温度差，再利用红外探测器的热成像原理，探测出裂纹 的位置及大小，之后由无线传输模块将测量数据传送至控制基站进行比对 分析，得出测量结果。

作为优选方案，控制基站中设有控制器及主机，主机连接于控制器， 主机中安装有桥梁检测程序及损伤数据库。

具体地，桥梁检测程序中包含裂纹检测的具体步骤，损伤数据库用于 与测量数据进行对比，智能判断是否为危险裂纹。

作为优选方案，主机将桥梁检测程序通过电信号传送至控制器，控制 器通过无线传输模块将电信号传送至中央处理器，中央处理器根据电信号 执行探测动作。

具体地，收到探测信号后，中央处理器驱动探测车行进，并同时启动 位于探测车前端的清洁装置，使毛刷辊转动，清洁待探测表面，随后启动 位于红外探测器与清洁装置之间的变温装置，来改变建筑物待探测表面的 温度，之后启动红外探测器，如果此时待测表面有裂纹，则裂纹内的温度 会与待测表面的温度不同，即热辐射不同，所以红外探测器利用热成像原 理即可得到裂纹的成像数据。

作为优选方案，红外线探测器的测量数据传送至中央处理器，中央处 理器通过无线传输模块将测量数据传送至主机，主机将测量数据与损伤数 据库进行对比分析。

具体地，主机将红外探测器的测量数据保存并与损伤数据库进行对比， 如果对比结果为危险裂纹，便会发出报警并标记出裂纹所在位置的坐标， 以便于后期的裂纹修复工作。

更为优选地，控制程序包括：首先控制清洁装置，使毛刷辊转动，对 待探测面进行清洁；再根据实时温度启动升温装置或降温装置，如果环境 温度偏低，启动升温装置，利用鼓风机使热风喷头向待测表面吹热风，提 高待测表面的温度；如果环境温度偏高，启动降温温装置，利用泵将储存 罐中的冷却介质由高压喷头喷出至待测表面，降低待测表面的温度，使待 探测表面和裂缝中产生温度差，之后启动红外探测器利用热成像技术得到 裂纹的成像数据。

作为优选方案，变温装置包括高压喷头、第一舵机、输送管、泵和储 存罐，高压喷头设置于第一舵机上，输送管一端连接于高压喷头，另一端 通过泵连接于储存罐。

更为优选地，第一舵机的转轴上设有夹持套筒，夹持套筒上安装有导 管，导管的前端设置有变向导管，高压喷头安装于变向导管上。

更为优选地，输送管为软导管。

更为优选地，储存罐中装有冷却介质。

更为优选地，冷却介质为水溶液或者干冰。

具体地，当环境温度偏高时，控制模块控制泵将储存罐中的冷却介质 通过输送管由高压喷头喷出，喷洒到探测车前方待探测表面上，将表面快 速降温，此时裂缝辐射出的热量将与被降温的表面不同，当红外探测器探 测时，即可将裂缝相关数据快速检测出来。

作为优选方案，变温装置包括热风喷头、导气管、第二舵机、鼓风机， 热风喷头设置于第二舵机上，导气管一端连接于热风喷头，另一端连接于 鼓风机。

具体地，在环境温度较低时，控制模块控制鼓风机工作，将空气输送 至热风喷头，将热风喷向探测车前方待探测表面上，将表面快速升温，此 时裂缝辐射出的热量将与被降温的表面不同，当红外探测器探测时，即可 将裂缝相关数据快速检测出来。

更为优选地，热风喷头包括热电阻、喷气管、卡扣和固定架，喷气管 上开设有喷气孔，热电阻与喷气管通过卡扣并列设置于固定架上，热电阻 位于喷气孔侧。

具体地，热风喷头中将热电阻设置于喷气空处，可将鼓风机输送来的 常温空气直接加热，是热风供应充足且及时。

更为优选地，第二舵机的转轴上设有夹持套筒，夹持套筒上连接有支 撑杆，固定架设置于支撑杆上。

作为优选方案，探测车包括底板及位于底板两侧的侧架，侧架上安装 有多对固定轮及主动轮，主动轮的主轴上设有双输出轴步进电机，探测车 通过固定轮及主动轮的配合架设于吊索上。

具体地，通过固定轮及主动轮的共同配合将探测车架设于吊索上，使 探测车与吊索的配合更牢固，行驶更平稳。

更为优选地，主动轮设置于探测车的中部，固定轮设置于探测车的前 后两端，固定轮通过销轴固定于探测车两边的侧架板上，卡环位于固定轮 及主动轮之间，与探测车的侧架板固定连接，固定轮及主动轮的公共切线 穿过卡环，主动轮及固定轮的轮毂两侧设有挡板。

具体地，吊索依次穿过固定轮的轮毂顶部、卡环、主动轮的轮毂顶部 部，通过固定轮及主动轮、卡环、挡板的共同配合将探测车架设于吊索上， 使探测车与吊索的配合更牢固，行驶更平稳。

作为优选方案，吊索两端连接于同步轨道车，吊索通过同步轨道车设 置于两条轨道之间。

具体地，在待探测建筑表面的两侧设置两条平行轨道，在两条轨道上 设置同步轨道车，将吊索两端连接于两条轨道上同步轨道车，使吊索可以 随着同步轨道车的移动而变换位置，使吊索上的探测车探测区域完全覆盖 待探测面。

作为优选方案，探测车的顶部设有太阳能板，太阳能板连接于蓄电池。

具体地，在探测车顶部设置太阳能板，可为探测车的工作提供部分电 能，节能环保，也可做为应急电能，保证探测作业顺利进行。

作为优选方案，底板上设置有蜂巢状的散热孔。

具体地，底板上设置有蜂巢状的散热孔，利于太阳能板的散热。

更为优选地，探测车上设有清洁装置，包括毛刷辊、驱动电机和联轴 器，毛刷辊通过旋转轴设置于探测车前端，毛刷辊与驱动电机通过联轴器 连接。

具体地，将清洁装置设置于探测车前进方向的前端，利用中央处理器 启动驱动电机带动毛刷辊转动，将待探测混凝土表面的灰尘以及杂质清理 掉，避免表面附着物对红外探测器的成像带来影响，使探测结果更精确。

实施例

图1示出了根据本发明的一个实施例的吊索式裂纹探测机器人的结构 示意图；图2示出了根据本发明的一个实施例的探测车的底部结构示意图； 图3示出了根据本发明的一个实施例的探测车的顶部结构示意图；图4示 出了根据本发明的一个实施例的变温装置的结构示意图；图5示出了根据 本发明的一个实施例的变温装置的局部示意图；图6示出了根据本发明的 一个实施例的热风喷头的结构示意图；图7为根据本发明的一个实施例的卡环的位置示意图；图8示出了根据本发明的一个实施例的控制关系示意 图。如图1至图8所示，该吊索式裂纹探测机器人包括：

吊索3，吊索3两端连接于同步轨道车2，吊索3通过同步轨道车2设 置于两条轨道1之间；

探测车4，探测车4架设于吊索3上，包括底板5及位于底板两侧的侧 架板6，底板5上设置有蜂巢状的散热孔16，侧架板6上安装有多对固定 轮9及主动轮7，主动轮7的主轴39上设有双输出轴步进电机8，探测车4 通过固定轮9及主动轮7的配合架设于吊索3上，主动轮7设置于探测车4 的中部，固定轮9设置于探测车4的前后两端，固定轮9通过销轴固定于探测车4两边的侧架板6上，卡环40位于固定轮9及主动轮7之间，与探 测车4的侧架板6固定连接，固定轮9及主动轮7的公共切线穿过卡环40， 主动轮7及固定轮9的轮毂两侧设有挡板。探测车4设有红外探测器10及 控制模块，红外探测器10连接于控制模块。

控制模块包括控制基站、无线传输模块13、中央处理器11及步进电机 驱动器12，红外探测器10、变温装置及步进电机驱动器12连接于中央处理 器11，中央处理器11连接于无线传输模块13，无线传输模块13连接于控 制基站，控制基站中设有控制器及主机，主机连接于控制器，主机中安装有 桥梁检测程序及损伤数据库，主机将桥梁检测程序通过电信号传送至控制器， 控制器通过无线传输模块将电信号传送至中央处理器11，中央处理器11根 据电信号执行探测动作，红外探测器10的测量数据传送至中央处理器11， 中央处理器11通过无线传输模块13将测量数据传送至主机，主机将测量 数据与损伤数据库进行对比分析。

变温装置，变温装置设置于探测车3上，连接于控制模块，包括升温 装置和降温装置，其中：

降温装置包括高压喷头20、第一舵机21、输送管22、泵23和储存罐 24，第一舵机21的转轴上设有夹持套筒35，夹持套筒35上安装有导管37， 导管37的前端设置有变向导管36，高压喷头20安装于变向导管36上，输 送管22通过软导管38连接于高压喷头20，另一端通过泵23连接于储存罐 24，储存罐24中装有冷却介质。。

升温装置包括热风喷头25、导气管26、第二舵机27、鼓风机28，热 风喷头25包括热电阻29、喷气管30、卡扣31和固定架32，喷气管30上 开设有喷气孔33，热电阻29与喷气管30通过卡扣31并列设置于固定架 32上，热电阻29位于喷气孔33侧，设置于第二舵机27上，第二舵机27 的转轴上设有夹持套筒35，夹持套筒35上连接有支撑杆34，固定架32设 置于支撑杆34上，导气管26一端连接于热风喷头25，另一端连接于鼓风 机28。

探测车4上还设有清洁装置，包括毛刷辊17、驱动电机19和联轴器 18，毛刷辊17通过旋转轴设置于探测车4前端，毛刷辊17与驱动电机19 通过联轴器连接18；探测车4的顶部设有太阳能板14，太阳能板14连接 于蓄电池15。

控制程序包括：首先启动清洁装置，使毛刷辊17转动，对待探测面进 行清洁；再根据实时温度启动升温装置或降温装置，如果环境温度偏低， 启动升温装置，利用鼓风机28使热风喷头25向待测表面吹热风，提高待 测表面的温度，使待探测表面温度高于裂缝中的温度；如果环境温度偏高， 启动降温装置，利用泵23将储存罐24中的冷却介质由高压喷头20喷出至 待测表面，降低待测表面的温度，使待探测表面温度低于裂缝中的温度； 使待探测表面和裂缝中产生温度差，之后启动红外探测器10利用热成像技 术得到裂纹的成像数据。

在桥梁建设完毕后，人工将探测机器人架设于桥体脆弱部位(应力集中 区)，将整体装置安装好，电线以及冷却介质输水管铺设好。当达到规定检 测桥体时间后，基站控制小车的中央处理器使得小车移动，同时中央处理 器控制毛刷辊转动，将前方混凝土表面的灰尘以及杂质清理掉；当在环境 温度偏高的季节时，中央处理器控制降温系统的舵机转动，将导管转动到 合适角度位置，同时泵开始将储存罐中的冷却介质通过软导管由高压喷头 喷出，侧向喷洒到前面小车前方即将测量的桥体表面上，将表面快速降温； 此时将墙体裂纹看作黑体，基于黑体辐射原理，此时裂缝辐射出的热量将 与被降温的墙面不同，当红探测器探测时，采用这种方式可以将裂缝相关 数据快速检测出来，提高裂缝探测速度以及其宽度尺寸的准确性。在环境 温度较低时，中央处理器则控制降温系统的舵机带动支撑杆转动到合适角 度，同时控制舵机转动，将热风喷向前方的墙体上，同样依据黑体辐射原理，热成像处理器可以很快将裂纹相关尺寸探测出来。

裂缝的形貌通过机器人的无线传输模块,传送到基站的主机,实现可视 化探伤的目的；并通过主机中的桥梁检测APP,及损伤数据库,进行比对、分 析、研判，进而得出桥梁的安全性、甚至报警等综合应对手段。

探测车安装过程：当同步轨道车机构安装完毕后，将探测小车两边主 动轮，被动轮与吊索安置固定，然后将侧架上的四个卡环打开，并将双边 吊索放入卡环内部，之后内部弹簧自动合上卡环。

取下过程：先将卡环打开，将吊索从卡环中取出，然后将整个小车取 下回收。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽 性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范 围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更 都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种吊索式裂纹探测机器人，其特征在于，所述吊索式裂纹探测机器人包括：

吊索；

探测车，所述探测车设置于所述吊索上，所述探测车上设有红外探测器及变温装置；

控制模块，所述控制模块设置于所述探测车上，包括控制基站、无线传输模块、中央处理器及步进电机驱动器，所述红外探测器、变温装置及步进电机驱动器连接于所述中央处理器，所述中央处理器连接于所述无线传输模块，所述无线传输模块连接于所述控制基站。

2.根据权利要求1所述的吊索式裂纹探测机器人，其特征在于，所述控制基站中设有控制器及主机，所述主机连接于所述控制器，所述主机中安装有桥梁检测程序及损伤数据库。

3.根据权利要求2所述的吊索式裂纹探测机器人，其特征在于，所述主机将所述桥梁检测程序通过电信号传送至所述控制器，所述控制器通过所述无线传输模块将所述电信号传送至所述中央处理器，所述中央处理器根据所述电信号执行探测动作。

4.根据权利要求2所述的吊索式裂纹探测机器人，其特征在于，所述红外线探测器的测量数据传送至所述中央处理器，所述中央处理器通过所述无线传输模块将所述测量数据传送至所述主机，所述主机将所述测量数据与所述损伤数据库进行对比分析。

5.根据权利要求1所述的吊索式裂纹探测机器人，其特征在于，所述变温装置包括高压喷头、第一舵机、输送管、泵和储存罐，所述高压喷头设置于所述第一舵机上，所述输送管一端连接于所述高压喷头，另一端通过所述泵连接于所述储存罐。

6.根据权利要求1所述的吊索式裂纹探测机器人，其特征在于，所述变温装置包括热风喷头、导气管、第二舵机、鼓风机，所述热风喷头设置于所述第二舵机上，所述导气管一端连接于所述热风喷头，另一端连接于所述鼓风机。

7.根据权利要求1所述的吊索式裂纹探测机器人，其特征在于，所述探测车包括底板及位于所述底板两侧的侧架，所述侧架上安装有多对固定轮及主动轮，所述主动轮的主轴上设有双输出轴步进电机，所述探测车通过所述固定轮及主动轮的配合架设于所述吊索上。

8.根据权利要求1所述的吊索式裂纹探测机器人，其特征在于，所述吊索两端连接于同步轨道车，所述吊索通过同步轨道车设置于两条轨道之间。

9.根据权利要求1所述的吊索式裂纹探测机器人，其特征在于，所述探测车的顶部设有太阳能板，所述太阳能板连接于蓄电池。

10.根据权利要求1所述的吊索式裂纹探测机器人，其特征在于，所述底板上设置有蜂巢状的散热孔。