CN110158668A - 一种用于桥桩检测的环抱式机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于桥桩检测的环抱式机器人,用于为桥桩检测设备提供安装平台,包括:一组控制组件、一组以上推进组件和一组闭锁组件;所述控制组件、推进组件和闭锁组件依次铰接形成封闭多边形,环抱待检测桥桩;所述控制组件和推进组件之间通过控制器局域网连接,所述控制组件控制推进组件驱动所述环抱式机器人沿着桥桩的母线上下移动;所述闭锁组件在控制组件和推进组件之间或相邻两个推进组件之间作为锁扣,锁扣的结合或分离用于实现所述环抱式机器人在闭锁组件所在位置的连接或断开。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁下部结构水下检测领域,具体涉及一种用于桥桩检测的环抱式机器人。
背景技术
大型桥梁深水桩基的三种常见病害是混凝土表面缺陷、由于河床冲刷导致的桩基自由长度变长、桥梁桩基横截面断裂。对桥梁深水桩基定期检测是确保桥梁安全的重要手段。目前一般采用潜水员携带专业检测仪器的方式进行水下检测,该种作业方式效率低下,对潜水人员素质要求高,且作业潜深有限。尽管也有采用遥控水下机器人(ROV)进行水下桥桩检测,但是目前常规的ROV抵抗水流的能力差,在复杂扰流环境下姿态不稳,且在低能见度的条件下难以有效遥控作业,这些不足都限制了其在桥梁深水桩基上的实际工程应用。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种用于桥桩检测的环抱式机器人,能够显著增强机器人的抗扰流能力,提高桥梁下部结构水下检测作业的自动化水平。
本发明的技术方案为:一种用于桥桩检测的环抱式机器人,用于为桥桩检测设备提供安装平台,包括:一组控制组件、一组以上推进组件和一组闭锁组件;
所述控制组件、推进组件和闭锁组件依次铰接形成封闭多边形,环抱待检测桥桩;
所述控制组件和推进组件之间通过控制器局域网连接,所述控制组件控制推进组件驱动所述环抱式机器人沿着桥桩的母线上下移动;所述闭锁组件在控制组件和推进组件之间或相邻两个推进组件之间作为锁扣,锁扣的结合或分离用于实现所述环抱式机器人在闭锁组件所在位置的连接或断开。
作为一种优选方案,相邻组件之间还连接有张紧弹簧,通过张紧弹簧的预紧力使相邻两个组件有收拢趋势。
作为一种优选方案,所述环抱式机器人上安装有浮力材料,用于平衡机器人自身的重量。
作为一种优选方案,所述桥桩检测设备为水下摄像机,每个组件上分别安装一个以上水下摄像机,使其摄像端朝向桥桩,不同方向的水下摄像机对桥桩不同侧面进行拍照。
作为一种优选方案,所述控制组件包括电子设备舱、缓冲弹簧A、滚轮A、安装轴A和安装面板A,所述安装轴A的一端固定在安装面板A上,另一端与所述电子设备舱固定连接,缓冲弹簧A的一端与安装面板A固定连接,另一端与滚轮A的外周面的一侧连接,且安装轴A与缓冲弹簧A同轴设置;环抱桥桩时,所述滚轮A外周面的另一侧垂直抵触在桥桩的壁面上,所述电子设备舱用于为所述环抱式机器人提供通讯和运动控制。
作为一种优选方案,推进组件包括缓冲弹簧B、滚轮B、推进器、安装轴B和安装面板B,所述安装轴B的一端固定在安装面板B上,另一端与所述推进器固定连接,所述缓冲弹簧B的一端与安装面板B固定连接,另一端与滚轮B的外周面的一侧连接,且安装轴B与缓冲弹簧B同轴设置;环抱桥桩时,所述滚轮B外周面的另一侧垂直抵触在桥桩的壁面上。
作为一种优选方案,闭锁组件包括缓冲弹簧C、滚轮C、电磁铁和安装面板C,缓冲弹簧C一端与安装面板C固定连接,另一端与滚轮C的外周面的一侧连接;环抱桥桩时,滚轮C外周面的另一侧垂直抵触在桥桩的壁面上,安装面板C在中间剖分形成相互嵌合的两部分,一个以上电磁铁固定在安装面板C的剖分线处,电磁铁通电后在磁性作用下将安装面板C的两部分闭合形成一个整体;当电磁铁断电失去磁性时,安装面板C在外力作用下沿剖分线打开。
作为一种优选方案,所述推进组件的个数为偶数个;所述闭锁组件和控制组件相对布置,推进组件对称布置在闭锁组件和控制组件连线的两侧。
作为一种优选方案,所述电子设备舱包括主控制器和受主控制器控制的无线电台和运动控制器;所述无线电台用于实现该环抱式机器人与地面控制系统的通讯,所述运动控制器用于控制该环抱式机器人的运动。
作为一种优选方案,所述电子设备舱还包括受主控制器控制的深度计、加速度计、电子罗盘及硬盘,所述电子罗盘用于为该环抱式机器人导航,所述加速度计用于采集为该环抱式机器人的运动信息,所述深度计用于采集为该环抱式机器人的深度信息,所述硬盘用于存储所述加速度计和深度计采集的数据。
有益效果:
(1)本发明的机器人采用环抱式结构和模块化设计,不同模块环抱成一个整体共同构成封闭的多边形,有效增强了机器人的抗扰流能力,显著提高了机器人平台在复杂流场环境下的稳定性;
(2)本发明的机器人包括三类模块化组件,选择不同数量的模块化组件可以构建出相似的环抱式结构,提高了机器人对待检测桥桩的几何尺寸以及需搭载的检测设备的适应能力;
(3)本发明利用浮力来平衡机器人的自重,利用水动力来提供机器人运动所需的推力,减轻了对桥桩壁面额外施加接触作用力,进而减小了能量消耗。
(4)本发明闭锁组件和控制组件相对布置,偶数个推进组件对称布置在闭锁组件和控制组件连线的两侧,有利于推进组件均匀施加推进力,进一步增强机器人的抗扰流能力。
附图说明
图1为本发明的用于桥桩检测的环抱式机器人的俯视图。
图2为本发明的用于桥桩检测的环抱式机器人的本体框架轴测图。
图3为本发明的四边形构型的用于桥桩检测的环抱式机器人实施例示意图。
图4为本发明的八边形构型的用于桥桩检测的环抱式机器人实施例示意图。
其中,1-桥桩,2-控制组件,21-电子设备舱,22-缓冲弹簧A,23-滚轮A,3-推进组件,31-推进器,32-缓冲弹簧B,33-滚轮B,4-闭锁组件,41-电磁铁,42-缓冲弹簧C,43-滚轮C,5-转轴,6-张紧弹簧
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种用于桥桩检测的环抱式机器人,能够显著增强机器人的抗扰流能力,提高桥梁下部结构水下检测作业的自动化水平。
如图1-2所示,该环抱式机器人,用于为桥桩1检测作业提供检测设备的安装平台,包括三类组件,分别为控制组件2、推进组件3和闭锁组件4,一组控制组件2、一组以上推进组件3和一组闭锁组件4通过铰接方式依次连接形成封闭多边形,相邻两个组件之间绕着铰接位置的转轴5自由转动,每个转轴5对应的位置处安装一个张紧弹簧6,用于连接相邻的两个组件,使相邻两个组件有收拢趋势,从而使得环抱式机器人在闭锁组件4闭合时呈现收拢闭合状态。
所述的环抱式机器人上安装有浮力材料,用于平衡机器人自身的重量,以避免额外施加提拉力用于平衡机器人的自身重量,降低运动过程中的能耗。
其中,控制组件2包括电子设备舱21、缓冲弹簧A22、滚轮A23、安装轴A和安装面板A,安装轴A的一端固定在安装面板A上,另一端与电子设备舱21固定连接,缓冲弹簧A22的一端与安装面板A固定连接,另一端与滚轮A23的外周面的一侧连接,且安装轴A与缓冲弹簧A22同轴设置;环抱桥桩时,滚轮A23外周面的另一侧垂直抵触在桥桩1的壁面上,电子设备舱21用于为该环抱式机器人提供导航、通讯、运动控制以及数据采集存储功能,进一步,电子设备舱21包括主控制器和受主控制器控制的深度计、加速度计、电子罗盘、无线电台、多轴运动控制器及硬盘,电子罗盘用于为该环抱式机器人导航,无线电台用于实现该环抱式机器人与地面控制系统的通讯,加速度计用于采集为该环抱式机器人的运动信息,深度计用于采集为该环抱式机器人的深度信息,运动控制器用于控制该环抱式机器人的运动,硬盘用于存储加速度计和深度计采集的数据;
推进组件3包括缓冲弹簧B32、滚轮B33、推进器31、安装轴B和安装面板B,安装轴B的一端固定在安装面板B上,另一端与推进器31固定连接,缓冲弹簧B32的一端与安装面板B固定链接,另一端与滚轮B33的外周面的一侧连接,且安装轴B与缓冲弹簧B32同轴设置;环抱桥桩时,滚轮B33外周面的另一侧垂直抵触在桥桩1的壁面上,推进器31与电子设备舱21中的主控制器通过控制器局域网连接,运动控制器控制推进器31驱动该环抱式机器人沿着桥桩1的母线方向上下移动。
闭锁组件4包括缓冲弹簧C42、滚轮C43、电磁铁41和安装面板C,缓冲弹簧C42一端与安装面板C固定连接,另一端与滚轮C43的外周面的一侧连接,环抱桥桩时,滚轮C43外周面的另一侧垂直抵触在桥桩1的壁面上,安装面板C在中间剖分形成相互嵌合的两部分,由于缓冲弹簧C42与安装面板C的固定连接位置位于安装面板C的中间位置,在缓冲弹簧C42与安装面板C固定连接位置处,采用弧形剖分线绕过二者的固定连接点,其余位置处采用剖分直线,从而将安装面板C剖分为两部分;一个以上电磁铁41固定在安装面板C所剖分的两部分的对接面上,电磁铁41包括两瓣,剖分直线的两侧分别固定电磁铁41的一瓣,通电后在电磁铁41的磁性作用下使安装面板C的两部分闭合形成一个整体;当电磁铁41断电失去磁性时,安装面板C可以在外力作用下沿中间的剖分界面打开,便于该环抱式机器人与桥桩1分离。
电子设备舱21将自身携带的能源或者通过脐带缆输送到电子设备舱21的能源分配给该环抱式机器人的各个用电设备(包括推进器31、电磁铁41和电子设备舱21中的主控制器、深度计、加速度计、电子罗盘、无线电台、多轴运动控制器、硬盘)。
上述安装面板A、安装面板B和安装面板C形状一致、作用相同,均是为了便于模块化,用于固定相应组件中的设备,且其上安装一个以上检测设备,如水下摄像机,使其摄像端朝向桥桩1,不同面板上的水下摄像机用于从不同方向对桥桩1的不同侧面进行拍照,所有水下摄像机均通过光纤连接到地面控制系统,地面控制系统将所有水下摄像机同一时刻拍摄的图像拼接后获得对桥桩1外圆周面完整的检测图像;缓冲弹簧A22、缓冲弹簧B32和缓冲弹簧C42形状一致、作用相同,用于为该环抱式机器人和桥桩1之间提供缓冲;滚轮A23、滚轮B33和滚轮C43形状一致、作用相同,均为被动轮,用于使该环抱式机器人沿着桥桩1径向的设定范围可以移动,以适应桥桩1直径的小幅度变化。
具体地:
当推进组件3为偶数组时:
如图3所示,对于直径较小的桥桩1,将一组控制组件2、两组推进组件3和一组闭锁组件4铰接形成环抱式机器人,两组推进组件3对称布置在控制组件2左右两侧并分别与控制组件2铰接,闭锁组件4通过铰接的形式将两组推进组件3连接起来,共同构成封闭的四边形;控制组件2驱动两组推进组件3相对桥桩1产生对称的驱动力实现环抱式机器人沿着桥桩1的母线上下移动,控制组件2中的电子设备舱21为该环抱式机器人提供实时导航、通讯、运动控制以及数据采集存储功能,并进行能源存储和管理;当移动到设定位置时,水下摄像机对桥桩1不同侧面进行拍照并通过光纤传输至地面控制系统,地面控制系统将所有水下摄像机同一时刻拍摄的图像拼接后获得该时刻桥桩1外圆周面完整的检测图像。
如图4所示,对于直径较大的桥桩1,将一组控制组件2、一组闭锁组件4和六组推进组件3铰接形成环抱式机器人,六组推进组件3对称布置在控制组件2的左右两侧,闭锁组件4布置在控制组件2的相对侧,相邻组件间铰接,即控制组件2、推进组件3和闭锁组件4共同构成了封闭的八边形;控制组件2驱动六组推进组件3相对桥桩1产生对称的驱动力实现环抱式机器人沿着平行于桥桩1的轴向方向上下移动,控制组件2中的电子设备舱21为该环抱式机器人提供实时导航、通讯、运动控制以及数据采集存储功能,并进行能源存储和管理;当移动到设定位置时,水下摄像机对桥桩1不同侧面进行拍照并通过光纤传输至地面控制系统,地面控制系统将所有水下摄像机同一时刻拍摄的图像拼接后获得该时刻桥桩1外圆周面完整的检测图像。
当推进组件3为奇数组时,推进组件3非对称布置在控制组件2和闭合组件4的连线两侧。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于桥桩检测的环抱式机器人,其特征在于,用于为桥桩检测设备提供安装平台,包括:一组控制组件(2)、一组以上推进组件(3)和一组闭锁组件(4);
所述控制组件(2)、推进组件(3)和闭锁组件(4)依次铰接形成封闭多边形,环抱待检测桥桩(1);
所述控制组件(2)和推进组件(3)之间通过控制器局域网连接,所述控制组件(2)控制推进组件(3)驱动所述环抱式机器人沿着桥桩(1)的母线上下移动;所述闭锁组件(4)在控制组件(2)和推进组件(3)之间或相邻两个推进组件(3)之间作为锁扣,锁扣的结合或分离用于实现所述环抱式机器人在闭锁组件(4)所在位置的连接或断开。
2.如权利要求1所述的用于桥桩检测的环抱式机器人,其特征在于,相邻组件之间还连接有张紧弹簧(6),通过张紧弹簧(6)的预紧力使相邻两个组件有收拢趋势。
3.如权利要求1所述的用于桥桩检测的环抱式机器人,其特征在于,所述环抱式机器人上安装有浮力材料,用于平衡机器人自身的重量。
4.如权利要求1所述的用于桥桩检测的环抱式机器人,其特征在于,所述桥桩检测设备为水下摄像机,每个组件上分别安装一个以上水下摄像机,使其摄像端朝向桥桩(1),不同方向的水下摄像机对桥桩(1)不同侧面进行拍照。
5.如权利要求1、2、3或4所述的用于桥桩检测的环抱式机器人,其特征在于,所述控制组件(2)包括电子设备舱(21)、缓冲弹簧A(22)、滚轮A(23)、安装轴A和安装面板A,所述安装轴A的一端固定在安装面板A上,另一端与所述电子设备舱(21)固定连接,缓冲弹簧A(22)的一端与安装面板A固定连接,另一端与滚轮A(23)的外周面的一侧连接,且安装轴A与缓冲弹簧A(22)同轴设置;环抱桥桩时,所述滚轮A(23)外周面的另一侧垂直抵触在桥桩(1)的壁面上,所述电子设备舱(21)用于为所述环抱式机器人提供通讯和运动控制。
6.如权利要求1、2、3或4所述的用于桥桩检测的环抱式机器人,其特征在于,推进组件(3)包括缓冲弹簧B(32)、滚轮B(33)、推进器(31)、安装轴B和安装面板B,所述安装轴B的一端固定在安装面板B上,另一端与所述推进器(31)固定连接,所述缓冲弹簧B(32)的一端与安装面板B固定连接,另一端与滚轮B(33)的外周面的一侧连接,且安装轴B与缓冲弹簧B(32)同轴设置;环抱桥桩时,所述滚轮B(33)外周面的另一侧垂直抵触在桥桩(1)的壁面上。
7.如权利要求1、2、3或4所述的用于桥桩检测的环抱式机器人,其特征在于,闭锁组件(4)包括缓冲弹簧C(42)、滚轮C(43)、电磁铁(41)和安装面板C,缓冲弹簧C(42)一端与安装面板C固定连接,另一端与滚轮C(43)的外周面的一侧连接;环抱桥桩时,滚轮C(43)外周面的另一侧垂直抵触在桥桩(1)的壁面上,安装面板C在中间剖分形成相互嵌合的两部分,一个以上电磁铁(41)固定在安装面板C的剖分线处,电磁铁(41)通电后在磁性作用下将安装面板C的两部分闭合形成一个整体;当电磁铁(41)断电失去磁性时,安装面板C在外力作用下沿剖分线打开。
8.如权利要求1、2、3或4所述的用于桥桩检测的环抱式机器人,其特征在于,所述推进组件(3)的个数为偶数个;闭锁组件和控制组件相对布置,推进组件对称布置在闭锁组件和控制组件连线的两侧。
9.如权利要求5所述的用于桥桩检测的环抱式机器人,其特征在于,所述电子设备舱(21)包括主控制器和受主控制器控制的无线电台和运动控制器;所述无线电台用于实现该环抱式机器人与地面控制系统的通讯,所述运动控制器用于控制该环抱式机器人的运动。
10.如权利要求8所述的用于桥桩检测的环抱式机器人,其特征在于,所述电子设备舱(21)还包括受主控制器控制的深度计、加速度计、电子罗盘及硬盘,所述电子罗盘用于为该环抱式机器人导航,所述加速度计用于采集为该环抱式机器人的运动信息,所述深度计用于采集为该环抱式机器人的深度信息,所述硬盘用于存储所述加速度计和深度计采集的数据。
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