CN111157382A - 一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，包括提升机构，具备竖向往复直线自由度；三维移动机构，固定在提升机构的顶部，三维移动机构包括相互垂直连接的x向直线模组、y向直线模组、z向直线模组；检测机构，包括与z向直线模组平行固定且竖直朝上的数显回弹仪，数显回弹仪具备沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度；提升机构中还包括支撑机构，支撑机构包括与x向直线模组平行固定的横梁，横梁的两端各具备一个竖直向上延伸的电动伸缩撑杆，两个电动伸缩撑杆的顶部高度实时齐平。采用此发明能在建筑物底部回弹测试时提供稳定的支撑，保证检测数据的准确，提高检测的效率。

Description

一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人

技术领域

本发明涉及建筑检测仪器领域，具体涉及一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人。

背景技术

建筑物主体结构检测工作中，回弹法检测工作量较大并有一定的危险性，尤其在钢筋混凝土梁、板构件的检测时需高空作业有很大的安全隐患，因此回弹检测自动化技术研究亟待开展。

现有技术中有《一种爬壁机器人混凝土强度检测装置》，申请号为201621411867.7。该技术将混凝土回弹仪安装在爬壁机器人上用于桥梁结构混凝土、高大混凝土等混凝土强度检测。该技术通过磁力实现装置与混凝土构件的连接，该连接可靠性不高，不能有效、稳定的提供回弹仪往复运动时需要的反力。不能按规范《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-2011》要求一个测区连续回弹16个测点。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，能在建筑物底部回弹测试时提供稳定的支撑，保证检测数据的准确，提高检测的效率。

为解决上述问题，本发明提供一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，包括：提升机构，具备竖向往复直线自由度；三维移动机构，固定在提升机构的顶部，三维移动机构包括相互垂直连接的x向直线模组、y向直线模组、z向直线模组；检测机构，包括与z向直线模组平行固定且竖直朝上的数显回弹仪，数显回弹仪具备沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度；提升机构中还包括支撑机构，支撑机构包括与x向直线模组平行固定的横梁，横梁的两端各具备一个竖直向上延伸的电动伸缩撑杆，两个电动伸缩撑杆的顶部高度实时齐平。

采用上述技术方案的有益效果是：本技术方案是基于回弹法检测混凝土抗压强度技术规程及三轴直线机械臂运动学机理设计电动机械机构。回弹仪安装在机构上可实现往复运动。实现机器人在回弹工作中进行稳定、高效、安全的检测作业。

钢筋混凝土梁、板构件检测位置都在高处，通常在3m左右。常规型号混凝土回弹仪内拉簧刚度在0.8kN/m左右，使用回弹仪对混凝土构件表面进行检测时会产生0.1kN左右的冲击荷载。如何将回弹仪垂直放置在钢筋混凝土梁、板构件下方并提供稳定、可靠的回弹反力是本技术方案要解决的基本问题。本技术方案通过提升机构构成提升、支撑体系，三维移动机构将数显回弹仪提升至检测适宜高度，动力源可以是小功率电机。再调节电子伸缩撑杆顶住板底或梁底并施加4kN的轴向荷载，为回弹仪提供稳定、可靠的支撑。两个电动伸缩撑杆在接触建筑后施加伸出的力，保证x向直线模组及横梁的水平与稳定，杜绝数显回弹仪在接触建筑物是受到的反向力对横梁的偏转影响。

回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-2011中要求每个混凝土检测构件需回弹10个测区，每个测区回弹16个点。如何通过机器人连续进行n个测区的回弹作业从而安全、高效的完成检测工作也是本发明要解决的关键问题。将三个线轨滑台型电子机械臂成正交状组装在一起，使得数显回弹仪具备三个自由度且动作迅速，实现1至5个测区的连续回弹运动，检测的效率高。

作为本发明的进一步改进，y向直线模组上固定有竖直朝上方向的摄像头。

采用上述技术方案的有益效果是：本技术方案的摄像头在每完成一个测区的回弹作业，摄像头对已检点自动拍照。

作为本发明的更进一步改进，电动伸缩撑杆的顶部具备膨大头，膨大头的顶部为水平面。

采用上述技术方案的有益效果是：膨大头增加了电动伸缩撑杆与建筑物底部的接触面积，水平面保证建筑物对电动伸缩撑杆的反向力也是基本与电动伸缩撑杆的长度平行的，防止电动伸缩撑杆在工作中的歪斜，防止电动伸缩撑杆的顶部陷入建筑物中，保证检测的准确性。

作为本发明的又进一步改进，x向直线模组、y向直线模组、z向直线模组各自的行程长度渐小。

采用上述技术方案的有益效果是：三个直线模组的行程长度是根据需要选择的，对行程要求不高的方向则选择较小行程的直线模组，以节省成本。x向直线模组行程最长，保证两个电动伸缩撑杆的间距较大，保证力臂的长度，从而保证横梁的水平。x向直线模组、y向直线模组的结合为数显回弹仪的水平面上的移动提供可能，而z向直线模组为数显回弹仪的竖向运动提供可能，数显回弹仪在竖向的运动距离需求不大，仅需保证数显回弹仪与建筑物接触。

作为本发明的又进一步改进，提升机构包括与横梁通过固定座连接的嵌套柱，嵌套柱的自身中心线穿过横梁的形心。

采用上述技术方案的有益效果是：嵌套柱的嵌套形式为其自身的伸缩运动提供了技术手段，其上顶时对两个电动伸缩撑杆的压力也是基本对等的。

作为本发明的又进一步改进，嵌套柱的顶部具备若干个水平朝向的信号灯，相邻信号灯之间的朝向方向相互垂直。

采用上述技术方案的有益效果是：信号灯起到醒目的提示、警示作用，便于地面不同位置的人员观察到上方在进行检测。

作为本发明的又进一步改进，嵌套柱的底部固定有框架，嵌套柱内部具备驱动嵌套柱竖向伸缩的底撑杆。

采用上述技术方案的有益效果是：框架为机器人提供了宽大的底部主体，为各设备的容纳和配重提供了安装位置。底撑杆驱动嵌套柱的伸缩。

作为本发明的又进一步改进，框架内部的底部具备为提升机构、三维移动机构提供电力的动力源，动力源上方设有自带PLC盒的控制箱，控制箱控制提升机构、三维移动机构的运动，控制箱内具备记录摄像头数据的存储器。

采用上述技术方案的有益效果是：较重的动力源处于下方，整体重心低，机器人比较稳定。可以借助PLC技术的自动化控制算法来编辑机器人的工作程序。通过该程序实现回弹仪多测区的四乘四点阵式往复运动，数显回弹仪的端头的动作速度快。摄像头对已检点自动拍照后可以通过存储器储存。

作为本发明的又进一步改进，框架的底部下方固定有水平延伸的底座，底座具备万向轮与调节脚座，调节脚座通过竖向的螺纹杆与底座活动装配，螺纹杆的顶部具备垂直连接的径向杆。

采用上述技术方案的有益效果是：将万向轮安装于底座四角便于机器人系统的搬运、移动。调节脚座可以对机器人整体进行调平，以适应不平整的施工场地。

作为本发明的又进一步改进，嵌套柱为三级活动连接的柱体，每级柱体的高度等于框架的高度，框架外围包裹有罩壳；沿竖向视角，底座为十字形。

采用上述技术方案的有益效果是：在不使用时嵌套柱收叠，尽量减少机器人自身高度尺寸。通过十字形铝合金底座、电动三级铝合金提升装置及电动伸缩撑杆组成提升、支撑体系，为回弹机构提供稳定、可靠的支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施方式的立体图；

图2是本发明一种实施方式的局部视图；

图3是本发明一种实施方式的立体图。

1-数显回弹仪；2-三维移动机构；21-x向直线模组；22-y向直线模组；23-z向直线模组；3-摄像头；4-提升机构；41-横梁；42-电动伸缩撑杆；43-嵌套柱；44-固定座；45-膨大头；46-底撑杆；5-框架；6-底座；61-万向轮；62-调节脚座；7-动力源；8-控制箱；81-PLC盒；82-信号灯；9-罩壳。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：

为了达到本发明的目的，一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，包括：提升机构，具备竖向往复直线自由度；三维移动机构2，固定在提升机构的顶部，三维移动机构2包括相互垂直连接的x向直线模组21、y向直线模组22、z向直线模组23；检测机构，包括与z向直线模组23平行固定且竖直朝上的数显回弹仪1，数显回弹仪1具备沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度；提升机构中还包括支撑机构，支撑机构包括与x向直线模组21平行固定的横梁41，横梁41的两端各具备一个竖直向上延伸的电动伸缩撑杆42，两个电动伸缩撑杆42的顶部高度实时齐平。

采用上述技术方案的有益效果是：本技术方案是基于回弹法检测混凝土抗压强度技术规程及三轴直线机械臂运动学机理设计电动机械机构。回弹仪安装在机构上可实现往复运动。实现机器人在回弹工作中进行稳定、高效、安全的检测作业。

钢筋混凝土梁、板构件检测位置都在高处，通常在3m左右。常规型号混凝土回弹仪内拉簧刚度在0.8kN/m左右，使用回弹仪对混凝土构件表面进行检测时会产生0.1kN左右的冲击荷载。如何将回弹仪垂直放置在钢筋混凝土梁、板构件下方并提供稳定、可靠的回弹反力是本技术方案要解决的基本问题。本技术方案通过提升机构构成提升、支撑体系，三维移动机构将数显回弹仪提升至检测适宜高度，动力源可以是小功率电机。再调节电子伸缩撑杆顶住板底或梁底并施加4kN的轴向荷载，为回弹仪提供稳定、可靠的支撑。两个电动伸缩撑杆在接触建筑后施加伸出的力，保证x向直线模组及横梁的水平与稳定，杜绝数显回弹仪在接触建筑物是受到的反向力对横梁的偏转影响。

回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-2011中要求每个混凝土检测构件需回弹10个测区，每个测区回弹16个点。如何通过机器人连续进行n个测区的回弹作业从而安全、高效的完成检测工作也是本发明要解决的关键问题。将三个线轨滑台型电子机械臂成正交状组装在一起，使得数显回弹仪具备三个自由度且动作迅速，实现1至5个测区的连续回弹运动，检测的效率高。

在本发明的另一些实施方式中，y向直线模组22上固定有竖直朝上方向的摄像头3。

采用上述技术方案的有益效果是：本技术手段的摄像头在每完成一个测区的回弹作业，摄像头对已检点自动拍照。

在本发明的另一些实施方式中，电动伸缩撑杆42的顶部具备膨大头45，膨大头45的顶部为水平面。

采用上述技术方案的有益效果是：膨大头增加了电动伸缩撑杆与建筑物底部的接触面积，水平面保证建筑物对电动伸缩撑杆的反向力也是基本与电动伸缩撑杆的长度平行的，防止电动伸缩撑杆在工作中的歪斜，防止电动伸缩撑杆的顶部陷入建筑物中，保证检测的准确性。

在本发明的另一些实施方式中，x向直线模组21、y向直线模组22、z向直线模组23各自的行程长度渐小。

采用上述技术方案的有益效果是：三个直线模组的行程长度是根据需要选择的，对行程要求不高的方向则选择较小行程的直线模组，以节省成本。x向直线模组行程最长，保证两个电动伸缩撑杆的间距较大，保证力臂的长度，从而保证横梁的水平。x向直线模组、y向直线模组的结合为数显回弹仪的水平面上的移动提供可能，而z向直线模组为数显回弹仪的竖向运动提供可能，数显回弹仪在竖向的运动距离需求不大，仅需保证数显回弹仪与建筑物接触。

在本发明的另一些实施方式中，提升机构包括与横梁41通过固定座44连接的嵌套柱43，嵌套柱43的自身中心线穿过横梁41的形心。

采用上述技术方案的有益效果是：嵌套柱的嵌套形式为其自身的伸缩运动提供了技术手段，其上顶时对两个电动伸缩撑杆的压力也是基本对等的。

在本发明的另一些实施方式中，嵌套柱43的顶部具备若干个水平朝向的信号灯82，相邻信号灯82之间的朝向方向相互垂直。

采用上述技术方案的有益效果是：信号灯起到醒目的提示、警示作用，便于地面不同位置的人员观察到上方在进行检测。

在本发明的另一些实施方式中，嵌套柱43的底部固定有框架5，嵌套柱43内部具备驱动嵌套柱43竖向伸缩的底撑杆46。

采用上述技术方案的有益效果是：框架为机器人提供了宽大的底部主体，为各设备的容纳和配重提供了安装位置。底撑杆驱动嵌套柱的伸缩。

在本发明的另一些实施方式中，框架5内部的底部具备为提升机构、三维移动机构2提供电力的动力源7，动力源7上方设有自带PLC盒81的控制箱8，控制箱8控制提升机构、三维移动机构2的运动，控制箱8内具备记录摄像头3数据的存储器。

采用上述技术方案的有益效果是：较重的动力源处于下方，整体重心低，机器人比较稳定。可以借助PLC技术的自动化控制算法来编辑机器人的工作程序。通过该程序实现回弹仪多测区的四乘四点阵式往复运动，数显回弹仪的端头的动作速度快。摄像头对已检点自动拍照后可以通过存储器储存。

在本发明的另一些实施方式中，框架5的底部下方固定有水平延伸的底座6，底座6具备万向轮61与调节脚座62，调节脚座62通过竖向的螺纹杆与底座6活动装配，螺纹杆的顶部具备垂直连接的径向杆。

采用上述技术方案的有益效果是：将万向轮安装于底座四角便于机器人系统的搬运、移动。调节脚座可以对机器人整体进行调平，以适应不平整的施工场地。

在本发明的另一些实施方式中，嵌套柱43为三级活动连接的柱体，每级柱体的高度等于框架5的高度，框架5外围包裹有罩壳9；沿竖向视角，底座6为十字形。

采用上述技术方案的有益效果是：在不使用时嵌套柱收叠，尽量减少机器人自身高度尺寸。通过十字形铝合金底座、电动三级铝合金提升装置及电动伸缩撑杆组成提升、支撑体系，为回弹机构提供稳定、可靠的支撑。

实际应用时，机器人通过万向轮61移动至钢筋混凝土梁、板构件底部适宜位置后锁死；通过调整调节脚座62可使底座6保持水平，提升机构4保持垂直，给机器人系统提供可靠支撑。通过控制箱8控制动力源7使提升机构4将数显回弹仪1、x向直线模组21、y向直线模组22、z向直线模组23、摄像头3、横梁41、电动伸缩撑杆42顶升至适宜高度，即如图3所示。通过控制箱8控制电动伸缩撑杆42顶至构件底部，使整个机器人系统稳定、牢固，为数显回弹仪1提供足够的反力。在PLC盒81中进行控制程序编辑，对x向直线模组21、y向直线模组22、z向直线模组23进行程序控制，使数显回弹仪1按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-2011》的要求进行一至五个测区每测区十六个点的四乘四点阵式往复运动。每回弹一个测区，摄像头3对已回弹痕迹拍照存储于控制箱8内的存储器内；机器人处于正常工作状态时信号灯82为绿光，机器人处于故障状态时信号灯82为红光。图1是本技术方案在平时非工作状态时的样子。图1相比图3，隐藏了框架5外围的罩壳9。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，其特征在于，包括：

提升机构，具备竖向往复直线自由度；

三维移动机构，固定在提升机构的顶部，所述三维移动机构包括相互垂直连接的x向直线模组、y向直线模组、z向直线模组；

检测机构，包括与z向直线模组平行固定且竖直朝上的数显回弹仪，所述数显回弹仪具备沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度；

所述提升机构中还包括支撑机构，所述支撑机构包括与x向直线模组平行固定的横梁，所述横梁的两端各具备一个竖直向上延伸的电动伸缩撑杆，两个电动伸缩撑杆的顶部高度实时齐平。

2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，其特征在于：所述y向直线模组上固定有竖直朝上方向的摄像头。

3.根据权利要求1所述的一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，其特征在于：所述电动伸缩撑杆的顶部具备膨大头，所述膨大头的顶部为水平面。

4.根据权利要求1所述的一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，其特征在于：所述x向直线模组、y向直线模组、z向直线模组各自的行程长度渐小。

5.根据权利要求2所述的一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，其特征在于：所述提升机构包括与横梁通过固定座连接的嵌套柱，所述嵌套柱的自身中心线穿过横梁的形心。

6.根据权利要求5所述的一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，其特征在于：所述嵌套柱的顶部具备若干个水平朝向的信号灯，相邻信号灯之间的朝向方向相互垂直。

7.根据权利要求5所述的一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，其特征在于：所述嵌套柱的底部固定有框架，所述嵌套柱内部具备驱动嵌套柱竖向伸缩的底撑杆。

8.根据权利要求7所述的一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，其特征在于：所述框架内部的底部具备为提升机构、三维移动机构提供电力的动力源，所述动力源上方设有自带PLC盒的控制箱，所述控制箱控制提升机构、三维移动机构的运动，所述控制箱内具备记录摄像头数据的存储器。

9.根据权利要求7所述的一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，其特征在于：所述框架的底部下方固定有水平延伸的底座，所述底座具备万向轮与调节脚座，所述调节脚座通过竖向的螺纹杆与底座活动装配，所述螺纹杆的顶部具备垂直连接的径向杆。

10.根据权利要求9所述的一种用于混凝土竖向回弹检测的机器人，其特征在于：所述嵌套柱为三级活动连接的柱体，每级柱体的高度等于框架的高度，所述框架外围包裹有罩壳；沿竖向视角，所述底座为十字形。

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