CN111058377A - 一种轮式爬索机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮式爬索机器人，用于检测斜拉索大桥缆索外部破损，包括可拆半闭合式外框架、搭扣锁、伸缩式弹簧装置、驱动系统、摄像装置，所述的可拆半闭合式外框架通过张开与闭合包围圆杆状物体，位于可拆半闭合式外框架上的伸缩式弹簧装置和驱动系统与圆杆状物体接触，所述的伸缩式弹簧装置根据圆杆状物体直径自由伸缩，所述的驱动系统带动机器人沿圆杆状物体向前爬行。本发明可使爬索机器人能沿缆索爬行，通过伸缩式弹簧装置适应不同直径的缆索检测，通过加装摄像装置检测缆索外表面破损，提高了斜拉索大桥缆索检测效率。

Description

一种轮式爬索机器人

技术领域

本发明涉及爬索机器人技术领域，涉及一种检测斜拉索大桥缆索外部破损的轮式机器人。

背景技术

在人类社会发展中，逐渐出现了桥梁代替摆渡船，桥梁的种类有很多，简单的单孔桥、三孔桥到近半个世纪出现的悬索桥、斜拉索桥，根据不同的需求进行建造，其中，斜拉索大桥通常适用于大跨度建设，如跨海大桥的建设。缆索作为斜拉索大桥的核心部件，造价甚至达到桥梁造价的30％，且大多数斜拉索大桥位置处于江、海、深山等地区，面对日晒风吹这些恶劣的环境中，斜拉索的保护套易受腐蚀，若不对其进行定期检测与维护，可能会导致缆索失效，甚至桥面坍塌等事故。通过检测索体表面状态，可及时推测索体内部钢丝的损伤状况及使用寿命，所以对缆索外表面进行日常维护就显得尤为重要。

以往对缆索外表面的检测方法有望远镜观察、人工吊篮和自带高清摄像头的机器人等方式。望远镜作为常见的辅助检查工具，但不能完全胜任对斜拉索的定期检查。人工吊篮方式比较危险，检测时妨碍交通，在斜拉索大桥上一般情况下阵风等级较大，人工吊篮会有摇晃等危险情况的发生，高度达百米的缆索顶部的检查，对于人工方法也是检测的难点，人工方法效率不高，所以人工检测这类方法还是存在着明显的弊端与不安全因素，且会耗费大量的人力与物力。

开发爬索机器人，对斜拉索大桥缆索保护套进行定期检测，可以避免人工检测的局限性与危险性，缩短检测周期，提高检测效率。针对现阶段的研究，爬索机器人还有许多可以改进优化的地方，如结构复杂、机身较重，效率低下等限制，所以对爬索机器人的研究仍需进行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的在于提供一种适用于高空作业的、结构简单、检测缆索外部保护套破损情况、带有快速拆卸功能的轮式爬索机器人。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种轮式结构机器人，包括可拆半闭合式外框架，伸缩式弹簧装置、驱动系统和摄像装置；

所述可拆半闭合式外框架内部包围圆杆状物体，可拆半闭合式外框架上安装有伸缩式弹簧装置和驱动系统，所述伸缩式弹簧装置、驱动系统与所述圆杆状物体外壁接触；

所述伸缩式弹簧装置与圆杆状物体接触端能够沿圆杆状物体截面径向自由伸缩，并且所述接触端与可拆半闭合式外框架的相对位置发生改变；

所述驱动系统与圆杆状物体接触端能够沿圆杆状表面向前移动，并且所述接触端与可拆半闭合式外框架的相对位置固定，通过伸缩式弹簧装置调节接触端位置，进而实现不同截面直径的圆杆状物体连续爬行。

作为优选，所述伸缩式弹簧装置固接于所述可拆半闭合式外框架，弹簧外部受弹簧套约束，所述弹簧上端与弹簧套固定，所述弹簧内部设置导向套，所述伸缩式弹簧装置沿水平方向移动，可保证前端的主动轮与从动轮位置只沿水平方向移动。

作为优选，所述可拆结构由两个搭扣锁构成，可拆半闭合式外框架由两个半圆形轻质材料构成，两片外框架通过搭扣锁连接，形成机器人整体圆形外框架。

作为优选，所述轮式结构分为主动轮与从动轮，主动轮三个，位于可拆半闭合式外框架构成平面下部均匀排布，从动轮三个，位于可拆半闭合式外框架构成平面上部均匀排布，主动轮轮架与从动轮轮架呈120°角度布置，且主动轮与从动轮垂直方向处于同一竖直面上并对称于可拆半闭合式外框架构成平面。

作为优选，所述驱动系统位于半闭合式外框架内侧，驱动系统为同步驱动。

作为优选，所述主动轮一侧设有驱动电机，所述驱动电机通过齿轮与皮带带动主动轮转动，主动轮带动从动轮转动，使爬索机器人可沿缆索平稳前行而不发生扭转侧翻。

作为优选，所述摄像装置由四个摄像头均匀分布在可拆半闭合式外框架上，并装有影像存储装置，能够将机器人爬行经过的索体外表面图像进行存储。

使用时，驱动系统的主动轮与从动轮沿索体圆周方向对称排布，伸缩式弹簧装置呈压缩状态，此时机器人抱紧索体，电机提供动力，通过齿轮与皮带带动主动轮向上爬行，在爬行过程中，伸缩式弹簧装置始终处于压紧状态，保证机器人能够实时抱紧索体，在移动过程中平稳前行而不侧翻，摄像装置对索体表面进行摄像，并将图像保存在摄像存储装置中。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是爬索机器人的整体结构示意图；

图2是爬索机器人主视图；

图3是三边夹紧结构示意图；

图中附图标记：1、可拆半闭合式外框架；2、搭扣锁；3、伸缩式弹簧装置；4、驱动装置；5、从动轮；6、摄像装置；7、轮架；8、电机；9、主动轮；10、弹簧装置；11、车轮；12、缆索。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1～3示：一种轮式爬索机器人，包括可拆半闭合式外框架1、伸缩式弹簧装置3、驱动装置4、摄像装置8；所述可拆半闭合式外框架1包括两个半圆形外框架与搭扣锁2，两片外框架通过搭扣锁连接，形成机器人整体圆形外框架；所述搭扣锁2，用于将可拆半闭合式外框架1套在缆索外，形成抱紧结构，使用搭扣锁2可做到快速拆装功能；所述伸缩式弹簧装置3固定于可拆半闭合式外框架1上，伸缩式弹簧装置3包括弹簧、弹簧套、导向套，；所述弹簧上端与弹簧套固定，弹簧套与轮架7固定；所述弹簧下端与导向套固定，导向套与可拆半闭合式外框架1固定；所述驱动系统4包括，所述电机8、所述主动轮9、所述从动轮5，所述主动轮9有三个，通过轮架7固定于可拆半闭合式外框架1构成平面下部均匀排布，所述从动轮5有三个，通过轮架7固定于可拆半闭合式外框架1构成平面上部均匀排布，主动轮轮架与从动轮轮架呈120°角度布置，且主动轮与从动轮垂直方向处于同一竖直面上，并对称于可拆半闭合式外框架构成平面；所述电机8固定于主动轮轮架上；所述摄像装置6，包括四个摄像头、一个摄像存储装置，通过摄像头的对缆索外表面保护套进行录像，将外表面情况视频资料存储在摄像存储装置中。

所述主动轮有三个，位于可拆半闭合式外框架1构成平面下部均匀排布，所述从动轮有三个，位于可拆半闭合式外框架1构成平面上部均匀排布，主动轮轮架与从动轮轮架呈120°角度布置，且主动轮9与从动轮5垂直方向处于同一竖直面上并对称于可拆半闭合式外框架1构成平面，三个主动轮9抱紧所述圆杆形缆索12形成三边夹紧结构，三个从动轮5抱紧所述圆杆形缆索12形成三边夹紧结构，构成稳定三角形；机器人爬行过程中，缆索可能发生直径的变化，车轮11会接触缆索12，这时弹簧装置10弹力大小会根据缆索直径的改变而改变，从而实现机器人抱紧索体的结构。

本发明的有益效果是：本发明采用轮式三边夹紧结构，能牢固附着在缆索上，可以检测不同直径的缆索，增加了检测的安全性与通用性。本发明机械结构简单，机器自重较轻，为后续功能开发提供了条件，而且加装了摄像装置，可以检测保护套的破损情况，实现在不影响交通前提下，定期对缆索进行检测。

Claims (4)

1.一种轮式爬索检测机器人，其特征在于：包括可拆半闭合式外框架，伸缩式弹簧装置、驱动系统和摄像装置；

所述可拆半闭合式外框架通过搭扣锁连接，形成圆形整体结构，伸缩式弹簧装置固定连接可拆半闭合式外框架与轮架，电机固定于轮架靠主动轮一侧，摄像装置固定在可拆半闭合式外框架上。

2.根据权利要求1所述的一种轮式爬索机器人，其特征在于：所述主动轮轮架与所述从动轮轮架固定在伸缩式弹簧装置上端，且呈120°布置，且主动轮与从动轮垂直方向处于同一竖直面上，并对称于可拆半闭合式外框架构成平面。

3.根据权利要求2所述的一种轮式爬索机器人，其特征在于：所述伸缩式弹簧装置包括弹簧、弹簧套、导向套；所述弹簧外部受弹簧套约束，所述弹簧上端与弹簧套固定，导向套置于弹簧内部，保证前端的主动轮与从动轮位置只沿水平方向移动。

4.根据权利要求3所述的一种轮式爬索机器人，其特征在于：所述摄像装置由四个摄像头均匀分布在可拆半闭合式外框架上，并装有影像存储装置。

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