CN112030742A - 一种桥梁缆索检测机器人 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种桥梁缆索检测机器人，可以更加安全、可靠以及效率高的对桥梁缆索进行检测。包括：机体以及主支撑轮、侧支撑轮结构、主支撑电机、主支撑轮越障抬腿电机以及检测模块；主支撑轮与机体活动连接，且与桥梁缆索接触；主支撑电机与所述主支撑轮连接，用于驱动主支撑轮在桥梁缆索上移动；侧支撑轮结构设置于机体上，且与桥梁缆索的扶手绳接触，用于支撑和导向，以防止桥梁缆索检测机器人偏离所述桥梁缆索；主支撑轮越障抬腿电机与主支撑轮连接，用于驱动主支撑轮越过桥梁缆索上的障碍物；检测模块设置于机体的下方，用于对桥梁缆索进行检测。

Description

一种桥梁缆索检测机器人

技术领域

本申请涉及机器人领域，特别涉及一种桥梁缆索检测机器人。

背景技术

悬索桥主缆承受整个桥梁的重量，为悬索桥支撑最为核心构件。由于主缆长期受力，以及受到风、雨、日晒等自然环境的影响，缆索易产生表面腐蚀、索夹滑移、内部钢丝断裂等问题。因此，为保证桥梁结构的安全和正常使用，因而需定期地对缆索进行检查，在“公路桥涵养护规范”中所要求的定期检查是以目测观察结合仪器观测来辅助进行，必须接近各部件仔细检查其缺损情况。目前，常用的检查工具是望远镜、人工吊篮和自带高清摄像头的机器人。望远镜是比较有效的辅助检查工具，但是仍不能完全胜任缆索的定期检查任务要求；采用人工吊篮进行检查的检查方式存在工作量大、干扰交通等问题，而且检测人员处于高空作业，存在重大安全隐患。

随着机器人技术的发展，人们开始研究应用机器人进行辅助检查。由于悬索桥结构多样、大跨度、主缆大直径、多索夹障碍、高空疾风等导致的检测难度大、效率低、安全性差等突出工程难题。现有研究很少有针对悬索桥主缆的检测机器，其它桥梁缆索检测机器人进行辅助检查的检查方式存在机器人携带不便、安装繁琐等问题，也不能满足悬索桥主缆快速检测的工程应用需求。

悬索桥结构多样、主缆大跨度大直径、多索夹障碍、高空疾风等导致的人工检测难度大、效率低、安全性差等突出技术难题。

发明内容

本申请实施例提供了一种桥梁缆索检测机器人，具体包括：

机体以及主支撑轮、侧支撑轮结构、主支撑电机、主支撑轮越障抬腿电机以及检测模块；

所述主支撑轮与所述机体活动连接，且与桥梁缆索接触；

所述主支撑电机与所述主支撑轮连接，用于驱动所述主支撑轮在桥梁缆索上移动；

所述侧支撑轮结构设置于所述机体上，且与所述桥梁缆索的扶手绳接触，用于支撑和导向，以防止所述桥梁缆索检测机器人偏离所述桥梁缆索；

所述主支撑轮越障抬腿电机与所述主支撑轮连接，用于驱动所述主支撑轮越过所述桥梁缆索上的障碍物；

所述检测模块设置于所述机体的下方，用于对所述桥梁缆索进行检测。

可选地，所述侧支撑轮结构卡在所述桥梁缆索的目标扶手绳上，所述目标扶手绳为所述桥梁缆索的扶手绳中与所述桥梁缆索最近的扶手绳。

可选地，所述桥梁缆索检测机器人包括至少2组所述侧支撑轮结构。

可选地，每组所述侧支撑轮结构包括第一侧支撑轮以及第二侧支撑轮，所述第一侧支撑轮与所述第二侧支撑轮通过直线轴承连接。

可选地，每组所述侧支撑轮结构还包括侧支撑轮弹簧，所述侧支撑轮弹簧用于当所述第一侧支撑轮和/或所述第二侧支撑轮与所述桥梁缆索的支撑杆上的固定板及U型螺栓相接触时，使得所述第一侧支撑轮和/或所述第二侧支撑轮向靠近所述机体的中心的方向移动，以越过所述桥梁缆索的支撑杆上的固定板及U型螺栓。

可选地，所述第一侧支撑以及所述第二侧支撑轮为特制的V型轮，且所述特制的V型轮与所述目标扶手绳以及所述桥梁缆索的支撑杆上的固定板及 U型螺栓相匹配。

可选地，所述主支撑电机通过电机同步带传动的方式驱动所述主支撑轮在所述桥梁缆索上运动。

可选地，所述主支撑轮包括第一主支撑轮以及第二主支撑轮，所述主支撑轮越障抬腿电机包括第一主支撑轮越障抬腿电机以及第二主支撑轮越障抬腿电机，其中，所述第一主支撑轮通过第一四连杆结构连接与所述第一主支撑轮越障抬腿电机连接，所述第二主支撑轮通过第二四连杆结构与所述第二主支撑轮越障抬腿电机连接。

可选地，当所述桥梁缆索检测机器人在所述桥梁缆索上越障时，所述主支撑轮越障抬腿电机通过第一四连杆结构控制所述第一主支撑轮运动至高于所述桥梁缆索上的障碍物的位置，所述主支撑电机驱动所述第二主支撑轮运动，使得所述第一主支撑轮越过所述桥梁缆索上的障碍物；

当所述第一支撑轮越过所述桥梁缆索上的障碍物时，所述主支撑轮越障抬腿电机通过所述第二四连杆结构控制所述第二主支撑轮至高于所述桥梁缆索上的障碍物的位置，所述主支撑电机驱动所述第一主支撑轮运动，使得所述第二主支撑轮越过所述桥梁缆索上的障碍物。

可选地，所述主支撑电机的数量与所述主支撑轮的数量相对应，所述主支撑轮越障抬腿电机的数量与所述主支撑轮的数量相对应。

综上所述，可以看出，本申请提供的桥梁缆索检测机器人，在桥梁缆索上越障时，主支撑轮越障抬腿电机控制主支撑轮抬起越过桥梁缆索上的障碍物，侧支撑轮(被动)代替主支撑轮受力，在桥梁缆索检测机器人运行或者越障的过程中，侧支撑轮卡在最低的扶手绳上，防止机器人左右偏离。与应用人工桥梁检测相比，更加安全、可靠以及效率高。与利用扶手绳为轨道运动方案相比，本申请提供的桥梁缆索检测机器人可以携带更重的检测和维修装置。

附图说明

图1为本申请实施例提供的桥梁缆索检测机器人的工作环境示意图；

图2为本申请实施例提供的桥梁缆索检测机器人的轴测图；

图3为本申请实施例提供的桥梁缆索检测机器人的侧视图；

图4为本申请实施例提供的桥梁主缆检测机器人的俯视图；

图5为本申请实施例提供的桥梁缆索机器人在桥梁缆索上的越障示意图；

图6为本申请实施例提供的侧支撑轮的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种桥梁缆索检测机器人，可以快速对桥梁缆索进行检测。

下面结合图1至图6进行说明。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的桥梁缆索检测机器人的工作环境示意图，包括：

桥梁缆索100、桥梁缆索检测机器人200、索夹101、支撑杆102、上扶手绳103以及下扶手绳104；

其中，当桥梁缆索检测机器人200在桥梁缆索100上移动时，桥梁缆索检测机器人200的侧支撑轮与下扶手绳104接触，以支撑桥梁缆索检测机器人200，防止桥梁缆索检测机器人200偏离该桥梁缆索100，当桥梁缆索检测机器人200通过支撑杆102之间的横杆1021时，桥梁缆索检测机器人200抬起主支撑轮以越过横杆1021。下面结合图2进行详细说明：

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的桥梁缆索检测机器人200的轴测图，包括：

机体201、主支撑轮202、侧支撑轮结构203、主支撑电机204、主支撑轮越障抬腿电机205以及检测模块206；

主支撑轮202与机体201活动连接，且与桥梁缆索100接触；

主支撑电机204与主支撑轮202连接，用于驱动主支撑轮202在桥梁缆索100上移动；

侧支撑轮结构203设置于机体201上，且与桥梁缆索100的扶手绳接触，用于支撑和导向，以防止桥梁缆索检测机器人200偏离桥梁缆索100；

主支撑轮越障抬腿电机205与主支撑轮202连接，用于驱动主支撑轮202 越过桥梁缆索100上的障碍物；

检测模块206设置于机体201的下方，用于对桥梁缆索100进行检测。

进一步的，侧支撑轮结构203卡在桥梁缆索100的目标扶手绳104，该目标扶手绳104为桥梁缆索100的扶手绳中与桥梁缆索最近的扶手绳(此处以目标扶手绳为下扶手绳为例进行说明，当然也还可以是其他的扶手绳，具体不做限定，当选择其他的扶手绳时，只需要对桥梁缆索检测机器人200的侧支撑轮203的位置进行调整即可)。

其中，该桥梁缆索检测机器人200包括至少2组侧支撑轮结构203，请参阅图4，图4为本申请实施例提供的桥梁主缆检测机器人200的俯视图，侧支撑轮结构包括第一侧支撑轮2031以及第二侧支撑轮2032，第一侧支撑轮2031 与第二侧支撑轮2032通过直线轴承2035连接，侧支撑轮结构203还包括侧支撑轮2033以及侧支撑轮2034，侧支撑轮2033与侧支撑轮2034通过直线轴承连接。

下面结合图3以及图4对桥梁缆索检测机器人200中的主支撑轮202进行说明，请参阅图3，图3为本申请实施例提供的桥梁缆索检测机器人200的侧视图，主支撑电机204通过电机同步带传动2043的方式驱动所述主支撑轮 202在桥梁缆索100上运动。其中，主支撑电机204包括第一主支撑电机2041 以及第二主支撑电机2042，主支撑轮202包括第一主支撑轮2021以及第二主支撑轮2022，主支撑电机204包括第一主支撑电机2041以及第二主支撑电机 2042，第一主支撑电机2041通过电机同步带传动的方式驱动第一主支撑轮 2021在桥梁缆索100上运动，第二主支撑电机2042通过电机同步带传动的方式驱动第二主支撑轮2022在桥梁缆索100上移动。

请参阅图3，该主支撑轮越障抬腿电机205包括第一主支撑轮越障抬腿电机2051以及第二主支撑轮越障抬腿电机2052，其中，第一主支撑轮2021通过第一四连杆结构2071与第一主支撑轮越障抬腿电机2051连接，第二主支撑轮2022通过第二四连杆结构2072与第二主支撑轮越障抬腿电机2052连接。主支撑轮202与主支撑轮越障抬腿电机205采用四连杆结构连接，包括两个状态，支撑状态和越障状态：在支撑状态时，利用四连杆结构中的连杆死点 2075位置支撑受力，如图3中的2073两个连杆连成直线，利用两个连杆之间的死点2075支撑受力，减少电机扭矩；在越障状态时，越障抬腿电机205带动连杆2073转动，抬起主支撑轮202。上述以单独一个四连杆结构为例进行说明的，也就是说，在桥梁缆索检测机器人200运行在桥梁缆索100上时，第一四连杆结构2071和第二四连杆结构2072处于支撑状态，在桥梁缆索检测机器人200进行越障时，第一四连杆结构2071和第二四连杆结构2071一个四连杆结构处于支撑状态，一个四连杆结构处于越障状态。

需要说明的是，主支撑电机的数量与主支撑轮的数量相对应，主支撑轮越障抬腿电机的数量与主支撑轮的数量相对应。也就是说，该主支撑轮与主支撑电机以及主支撑轮越障抬腿电机的是具有关联关系的，该关联关系可以为有几个主支撑轮即有几个主支撑电机以及主支撑轮越障抬腿电机，当然也还可以有其他的关联关系，例如一个主支撑轮对应两个主支撑电机以及两个主支撑轮越障抬腿电机，具体不做限定。

下面结合图1至图5对桥梁缆索检测机器人200在桥梁缆索100上越障进行说明。

请参阅图5，图5为本申请实施例提供的桥梁缆索机器人200在桥梁缆索100上的越障示意图。

如图5所示，当桥梁缆索检测机器人200在桥梁缆索100上越障时，也即桥梁缆索检测机器人200运行至桥梁缆索的支撑杆102时，由于支撑杆102 中间存在横杆1021，此时，桥梁缆索检测机器人200需要通过该横杆1021，由第一主支撑轮越障抬腿电机2051通过第一四连杆结构2071控制第一主支撑轮2021运动至高于桥梁缆索100上的障碍物的位置，如图5所示，通过第一主支撑轮越障抬腿电机2051控制第一主支撑轮2021抬高越过该横杆1021，此时第一四连杆结构2071处于越障状态，第二四连杆结构2072处于支撑状态，保持第一主主支撑轮2021的高度不变，由第二主支撑电机2042驱动第二主支撑轮2022运动，使得第一主支撑轮2021越过桥梁缆索100上的障碍物；

当第一支撑轮2021越过桥梁缆索100上的障碍物时，第二主支撑轮越障抬腿电机2052通过第二四连杆结构控制第二主支撑轮至高于桥梁缆索上的障碍物的位置，第一主支撑电机2041驱动第一主支撑轮2021运动，使得第二主支撑轮2022越过桥梁缆索100上的障碍物，如图3中的301，当桥梁缆索检测机器人200越障时，第二主支撑轮越障抬腿电机2052带动第二四连杆结构2072上的连杆2073转动，向如图中301所示的方向移动，越过障碍物。也就是说，当第一主支撑轮2021越过该横杆1021之后，可以通过第一主支撑轮越障抬腿电机2051控制第一主支撑轮2021向桥梁缆索100的方向运动，直至所述第一主支撑轮2021与桥梁缆索100接触，当第二主支撑轮2022遭遇支撑杆102之间的横杆1021时，第二主支撑轮越障抬腿电机2052通过第二四连杆结构2072控制第二主支撑轮2022至高于横杆1021的高度，此时，第一四连杆结构2071处于支撑状态，第二四连杆结构2072处于越障状态，保持第二主主支撑轮2021的高度不变，由第一主支撑电机2041驱动第一主支撑轮2021运动，使得第二主支撑轮2022越过桥梁缆索100上的障碍物。

结合参阅图4、图5以及图6，每组侧支撑轮还包括侧支撑轮弹簧2036，侧支撑轮弹簧2036用于当第一侧支撑轮2031和/或第二侧支撑轮2032与目标扶手绳104上的固定板及U型螺栓1022相接触时，使得第一侧支撑轮和/或第二侧支撑轮向靠近机体201的中心的方向移动，以越过目标扶手绳104上的固定板及U型螺栓1022。

如图5所示，在桥梁缆索检测机器人200在桥梁缆索100正常行驶时，第一四连杆结构2071以及第二四连杆结构处于支撑状态，如501所示，侧支撑轮支撑桥梁缆索检测机器人200，防止桥梁缆索检测机器人200偏离桥梁缆索100；

当第一主支撑轮越障抬腿电机2051控制第一主支撑轮2021抬高越过该横杆1021，此时第一四连杆结构2071处于越障状态，第二四连杆结构2072 处于支撑状态，如图中501所示，侧支撑轮受到下扶手绳104向上的力，此时保持第一主主支撑轮2021的高度不变，有侧支撑轮以及第二主支撑轮支撑桥梁缆索检测机器人200，由第二主支撑电机2042驱动第二主支撑轮2022运动，使得第一主支撑轮2021越过桥梁缆索100上的障碍物。

当第二主支撑轮2022遭遇支撑杆102之间的横杆1021时，第二主支撑轮越障抬腿电机2052通过第二四连杆结构2072控制第二主支撑轮2022至高于横杆1021的高度，此时，第一四连杆结构2071处于支撑状态，第二四连杆结构2072处于越障状态，保持第二主主支撑轮2021的高度不变，由第一主支撑轮2021以及侧支撑轮支撑桥梁缆索检测机器人200，且由第一主支撑电机2041驱动第一主支撑轮2021运动，使得第二主支撑轮2022越过桥梁缆索100上的障碍物。由此，桥梁缆索检测机器人在运行时，可以利用四连杆机构死点位置支撑，减少电机扭矩，在越障时可以跨越扶手绳支撑杆等障碍，保证机器人安全稳定运动。

如图5中的502所示，当侧支撑轮碰到支撑杆102上的固定板及U型螺栓1022时，固定板及U型螺栓挤压侧支撑轮，侧支撑轮压缩侧支撑轮弹簧 2036向靠近机体201的中心移动(如图4中的401所示，向箭头指示的方向移动)，以越过支撑杆102上的固定板及U型螺栓。

参阅图6，图6为本申请实施例提供的侧支撑轮的结构示意图，其中侧支撑轮为特制的V型轮，该特制的V型轮与目标扶手绳以及桥梁缆索的支撑杆上的固定板及U型螺栓相匹配，如图6所示，区域601与下扶手绳104相匹配，区域602与桥梁缆索100的支撑杆102上的固定板及U型螺栓1022相匹配，通过特殊设计的V型轮，可实现越障和运行过程中，扶手绳对桥梁缆索检测机器人的支撑，同时使得桥梁缆索检测机器人200适应不同宽度的扶手绳，还可以能减少越障时来自固定板及U型螺栓1022的冲击。

综上所述，可以看出，本申请提供的桥梁缆索检测机器人，在桥梁缆索上越障时，主支撑轮越障抬腿电机控制主支撑轮抬起越过桥梁缆索上的障碍物，侧支撑轮(被动)代替主支撑轮受力，在桥梁缆索检测机器人运行或者越障的过程中，侧支撑轮卡在最低的扶手绳上，防止机器人左右偏离。与应用人工桥梁检测相比，更加安全、可靠以及效率高。与利用扶手绳为轨道运动方案相比，本申请提供的桥梁缆索检测机器人可以携带更重的检测和维修装置。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种桥梁缆索检测机器人，其特征在于，包括：

机体以及主支撑轮、侧支撑轮结构、主支撑电机、主支撑轮越障抬腿电机以及检测模块；

所述主支撑轮与所述机体活动连接，且与桥梁缆索接触；

所述主支撑电机与所述主支撑轮连接，用于驱动所述主支撑轮在桥梁缆索上移动；

所述侧支撑轮结构设置于所述机体上，且与所述桥梁缆索的扶手绳接触，用于支撑和导向，以防止所述桥梁缆索检测机器人偏离所述桥梁缆索；

所述主支撑轮越障抬腿电机与所述主支撑轮连接，用于驱动所述主支撑轮越过所述桥梁缆索上的障碍物；

所述检测模块设置于所述机体的下方，用于对所述桥梁缆索进行检测。

2.根据权利要求1所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于，所述侧支撑轮结构卡在所述桥梁缆索的目标扶手绳上，所述目标扶手绳为所述桥梁缆索的扶手绳中与所述桥梁缆索最近的扶手绳。

3.根据权利要求2所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于，所述桥梁缆索检测机器人包括至少2组所述侧支撑轮结构。

4.根据权利要求3所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于，每组所述侧支撑轮结构包括第一侧支撑轮以及第二侧支撑轮，所述第一侧支撑轮与所述第二侧支撑轮通过直线轴承连接。

5.根据权利要求4所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于，每组所述侧支撑轮结构还包括侧支撑轮弹簧，所述侧支撑轮弹簧用于当所述第一侧支撑轮和/或所述第二侧支撑轮与所述桥梁缆索的支撑杆上的固定板及U型螺栓相接触时，使得所述第一侧支撑轮和/或所述第二侧支撑轮向靠近所述机体的中心的方向移动，以越过所述桥梁缆索的支撑杆上的固定板及U型螺栓。

6.根据权利要求5所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于，所述第一侧支撑以及所述第二侧支撑轮为特制的V型轮，且所述特制的V型轮与所述目标扶手绳以及所述桥梁缆索的支撑杆上的固定板及U型螺栓相匹配。

7.根据权利要求1所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于，所述主支撑电机通过电机同步带传动的方式驱动所述主支撑轮在所述桥梁缆索上运动。

8.根据权利要求7所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于，所述主支撑轮包括第一主支撑轮以及第二主支撑轮，所述主支撑轮越障抬腿电机包括第一主支撑轮越障抬腿电机以及第二主支撑轮越障抬腿电机，其中，所述第一主支撑轮通过第一四连杆结构连接与所述第一主支撑轮越障抬腿电机连接，所述第二主支撑轮通过第二四连杆结构与所述第二主支撑轮越障抬腿电机连接。

9.根据权利要求8所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于，当所述桥梁缆索检测机器人在所述桥梁缆索上越障时，所述主支撑轮越障抬腿电机通过第一四连杆结构控制所述第一主支撑轮运动至高于所述桥梁缆索上的障碍物的位置，所述主支撑电机驱动所述第二主支撑轮运动，使得所述第一主支撑轮越过所述桥梁缆索上的障碍物；

当所述第一支撑轮越过所述桥梁缆索上的障碍物时，所述主支撑轮越障抬腿电机通过所述第二四连杆结构控制所述第二主支撑轮至高于所述桥梁缆索上的障碍物的位置，所述主支撑电机驱动所述第一主支撑轮运动，使得所述第二主支撑轮越过所述桥梁缆索上的障碍物。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于，所述主支撑电机的数量与所述主支撑轮的数量相对应，所述主支撑轮越障抬腿电机的数量与所述主支撑轮的数量相对应。

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