CN112982154A - 一种斜拉索检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁健康监测技术领域，具体涉及一种斜拉索检测机器人。该检测机器人包括：外框架、爬行支腿组、伸缩机构和检测机构。外框架套设在斜拉索的外侧；两组爬行支腿组分别设于外框架的两端，每组爬行支腿组均包括至少三个爬行支腿，每个爬行支腿的一端与外框架的端部转动连接，另一端设有抵持在斜拉索上的爬行轮；每个伸缩机构两端分别与外框架和爬行支腿连接，调整爬行支腿的角度，以调节爬行轮抵持在爬行轮上的压力；检测机构设于外框架上，检测损伤位置。能够解决现有技术中在对不同直径的斜拉索进行检测时，只能通过弹簧进行调节爬行机构与斜拉索之间的摩擦力，容易导致摩擦力不够，或者摩擦力过大，使整个机器人无法正常爬行的问题。

Description

一种斜拉索检测机器人

技术领域

本发明涉及桥梁健康监测技术领域，具体涉及一种斜拉索检测机器人。

背景技术

目前，斜拉桥以其大跨度、稳定、外观优美等优势在现代桥梁建设中广泛应用。而斜拉桥中主要的承力构件——斜拉索，由于其布置于梁体外侧，并长期处于高交变循环疲劳荷载的作用下，极易出现拉索损伤而影响其承载能力甚至导致坍塌的恶性事故，造成恶劣的社会影响和巨大的经济损失。我国现已建大量的斜拉桥，仅近十年内就有超过20余座跨径400米以上的斜拉桥相继建成。一般来说大桥斜拉索设计年限为30年，然而有的桥梁建成仅3～4年就发现拉索病害，有的则发生了断索事故，因此保证斜拉索处于良好的工作状态是使得大桥安全运营的关键之一。

对在役拉索进行定期的检测和维护是必要的。目前对拉索进行检测的措施还很不完善。拉索主要的损伤主要为恶劣环境下索体表面聚乙烯(PE)保护层损伤导致的生锈腐蚀断裂与交变应力下钢丝束发生疲劳断裂。因此对斜拉索的检测需求主要为索体表面PE层的是否有破损和内部是否存在断丝和锈蚀。目前主要是通过卷扬机拖动搭载钢丝检测设备和工作人员的小车，或利用液压升降台搭载工作人员和设备，采用人工方式进行检测，施工工期长、成本高、影响交通，而且工人工作环境极端恶劣，甚至会出现人员伤亡事故。

目前相关检测技术也有一些研究成果，当均存在若干缺陷与不足。例如，申请号CN201920428024.5的中国实用新型专利公开了一种斜拉桥缆索检测机器人，压紧机构设于间隔设置的框架板上，上下对称布置，压紧机构同时从三个方向对缆索压紧，驱动电机同步驱动滚轮装置实现轮系传动机构同时从三个方向同步爬缆，框架板上设有摄像头，该方案仅能检测斜拉索表面损伤，无法检测内部是否存在断丝损伤。

申请号CN201510021910.2的中国发明专利公开了一种斜拉桥缆索检测机器人系统，通过上下设置爬升机构并通过同步传动机构连接实现同步旋转爬升，但是整体结构较为复杂，质量较重，缺少智能化。

以上的检测机器人的压紧机构采用弹簧机构，在对不同直径的斜拉索进行检测时，只能通过弹簧进行调节爬行机构与斜拉索之间的摩擦力，容易导致摩擦力不够，或者摩擦力过大，使整个机器人无法正常爬行的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜拉索检测机器人，能够解决现有技术中的机器人在对不同直径的斜拉索进行检测时，只能通过弹簧进行调节爬行机构与斜拉索之间的摩擦力，容易导致摩擦力不够，或者摩擦力过大，使整个机器人无法正常爬行的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种斜拉索检测机器人，包括：

外框架，其用于套设在斜拉索的外侧；

两组爬行支腿组，其分别设于所述外框架的两端，每组所述爬行支腿组均包括至少三个均匀间隔设置的爬行支腿，每个所述爬行支腿的一端与所述外框架的端部转动连接，另一端设有用于抵持在所述斜拉索上的爬行轮；

与所述爬行支腿个数相同的伸缩机构，每个所述伸缩机构两端分别与所述外框架和爬行支腿连接，用于调整所述爬行支腿的角度，以调节所述爬行轮抵持在所述爬行轮上的压力；

检测机构，其设于所述外框架上，用于检测所述斜拉索的损伤位置。

一些可选的实施例中，所述检测机构包括：

至少两个摄像头，其间隔设于所述外框架的端部，用于检测所述斜拉索的表面损伤；

探伤设备，其设于所述外框架的内侧，且套设在所述斜拉索的外侧，用于检测所述斜拉索的内部损伤。

一些可选的实施例中，每组所述爬行支腿组均包括四个均匀间隔设置的爬行支腿。

一些可选的实施例中，所述外框架包括八面形筒架，所述外框架的相间隔面的两端均设置一可转动的所述爬行支腿。

一些可选的实施例中，所述八面形筒架内侧的轴向方向设有三层间隔设置并相互连接的八边形架，所述八面形筒架与所述八边形架通过连杆连接。

一些可选的实施例中，所述伸缩机构的一端与位于中间的所述八边形架连接，另一端与所述爬行支腿连接。

一些可选的实施例中，所述外框架的外侧还设有电池仓，其用于转载电池为所述检测机构、伸缩机构和爬行轮提供电能。

一些可选的实施例中，所述外框架内设有编码器，用于记录机器人当前所在的位置。

一些可选的实施例中，还包括采集控制系统，其与所述检测机构、伸缩机构和爬行轮信号连接，用于接收所述检测机构检测数据、以及控制所述伸缩机构的姿态和所述爬行轮的转速。

一些可选的实施例中，所述外框架内还设有陀螺仪，其与所述采集控制系统信号连接，用于实时监测机器人的运动速度与姿态，并传输给所述采集控制系统。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在使用该斜拉索检测机器人，将外框架套设在斜拉索的外侧，使爬行支腿上的爬行轮抵持在斜拉索上，设置在外框架端部的每组爬行支腿组通过多个爬行支腿抱设在斜拉索上，通过伸缩机构调整爬行支腿的角度，来调节爬行轮抵持在爬行轮压力，从而调节调节爬行轮与斜拉索之间的摩擦力，在相适应的范围，从而使整个外框架可以抱在斜拉索上。使爬行轮运转，使整体在斜拉索上移动，从而带动设于外框架上的检测机构检测斜拉索的损伤位置。本方案在对不同直径的斜拉索进行检测时，可以伸缩机构调整爬行支腿的角度，调节爬行机构与斜拉索之间的摩擦力，使整个装置在安装在小直径的斜拉索上时，有足够摩擦力的情况下，安装在大直径的斜拉索上时，也不至于摩擦力过大，使整个机器人在一定直径范围内均可以正常爬行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本发明实施例中机器人安装在斜拉索的示意图；

图2为本发明实施例中机器人的侧视结构示意图；

图3为本发明实施例中机器人的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例中伸缩机构和爬行支腿的结构示意图；

图5为本发明实施例中机器人和计算机信号连接的示意图；

图中：1、外框架；11、八面形筒架；12、八边形架；13、连杆；2、斜拉索；3、爬行支腿；31、爬行轮；4、伸缩机构；5、检测机构；51、摄像头；52、探伤设备；6、电池仓；7、无线网桥；8、计算机。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

图1为本发明实施例中机器人安装在斜拉索的示意图，图3为本发明实施例中机器人的俯视结构示意图，如图1和图3所示，本发明提供一种斜拉索检测机器人，包括：外框架1、两组爬行支腿组、伸缩机构4和检测机构5。

其中，外框架1用于套设在斜拉索2的外侧；两组爬行支腿组分别设于外框架1的两端，每组爬行支腿组均包括至少三个均匀间隔设置的爬行支腿3，每个爬行支腿3的一端与外框架1的端部转动连接，另一端设有用于抵持在斜拉索2上的爬行轮31；伸缩机构4与爬行支腿3个数相同，每个伸缩机构4两端分别与外框架1和爬行支腿3连接，用于调整爬行支腿3的角度，以调节爬行轮31抵持在爬行轮31上的压力；检测机构5设于外框架1上，用于检测斜拉索2的损伤位置。

在使用该斜拉索检测机器人，将外框架1套设在斜拉索2的外侧，使爬行支腿3上的爬行轮31抵持在斜拉索2上，设置在外框架1端部的每组爬行支腿组通过多个爬行支腿3抱设在斜拉索2上，通过伸缩机构4调整爬行支腿3的角度，来调节爬行轮31抵持在爬行轮31压力，从而调节调节爬行轮31与斜拉索2之间的摩擦力，在相适应的范围，从而使整个外框架1可以抱在斜拉索2上。使爬行轮31运转，使整体在斜拉索2上移动，从而带动设于外框架1上的检测机构5检测斜拉索2的损伤位置。本方案在对不同直径的斜拉索进行检测时，可以伸缩机构4调整爬行支腿3的角度，调节爬行机构与斜拉索之间的摩擦力，使整个装置在安装在小直径的斜拉索2上时，有足够摩擦力的情况下，安装在大直径的斜拉索2上时，也不至于摩擦力过大，使整个机器人在一定直径范围内均可以正常爬行。

图2为本发明实施例中机器人的侧视结构示意图；如图2和图3所示，一些可选的实施例中，检测机构5包括：探伤设备52和至少两个摄像头51。

其中至少两个摄像头51间隔设于外框架1的端部，用于检测斜拉索2的表面损伤；探伤设备52设于外框架1的内侧，且套设在斜拉索2的外侧，用于检测斜拉索2的内部损伤。

在本实施例中，外框架1的端部设有两个在周向方向均匀间隔设置的摄像头51，用于拍摄机器人在爬行过程中所经过索体表面图像，以检测斜拉索2的表面损伤。当然在其他实施例中，也可以在外框架1的端部的设置更多的摄像头51，以拍摄更加全面的图像来判断斜拉索2的表面是否有损伤。

探伤设备52通过励磁线圈产生磁场将拉索进行磁化，当拉索内部有断丝、锈蚀等缺陷时，将有漏磁场向外产生，通过探测线圈测量磁场的变化来获取缆索中缺陷的状况信息，本实施例中，励磁线圈设置在外框架1的内侧，用来检测斜拉索2的内部是否有损伤，以达到对斜拉索2更加全面的检测。

图4为本发明实施例中伸缩机构和爬行支腿的结构示意图；如图4所示，一些可选的实施例中，每组爬行支腿组均包括四个均匀间隔设置的爬行支腿3。

在本实施例中，外框架1的两端均设有一组包括四个均匀间隔设置的爬行支腿3的爬行支腿组，四个爬行支腿3在外框架1的周向方向均匀间隔设置。每个爬行支腿3均为H形支架，每个爬行轮31设置在H形支架的一端，H形支架的另一端与H形支架的端部转动连接。

每个爬行轮31内置减速齿轮组和电机，可在低速情况下提供大扭矩，在外框架1前后端各均布四个。机器人在爬行过程中，动力轮与斜拉索2表面PE层直接接触，通过八个爬行轮31同步输出驱动机器人沿斜拉索2上下爬行。通过内置电机和减速齿轮的爬行轮，可以使整个爬行轮31的机构更加简单，从而使整个斜拉索检测机器人的结构更加简单。

一些可选的实施例中，外框架1包括八面形筒架11，外框架1的相间隔面的两端均设置一可转动的爬行支腿3。

在本实施例中，采用八面形筒架11的结构作为外框架1，可以使整个外框架1的内部空间更大，方便安装摄像头51和探伤设备52。当然在其他条件允许的情况下，也可以采用六面形筒架，在六面形筒架的间隔面的两端分别设置爬行支腿3，也可以达到同样的效果。

一些可选的实施例中，八面形筒架11内侧的轴向方向设有三层间隔设置并相互连接的八边形架12，八面形筒架11与八边形架12通过连杆13连接。

在本实施中，八面形筒架11内侧的轴向方向设有三层间隔设置并相互连接的八边形架12，并与八面形筒架11通过连杆13连接，可以提高整个外框架1的结构的稳定性，八边形架12和八面形筒架11的杆件均采用碳纤维管制成，并通过金属连接件连接，这样既保证的结构的强度，也保证了结构的重量轻，有利于整个机器人在斜拉索2上爬行。三层间隔设置并相互连接的八边形架12，还可以起到一定的导向作用，避免可斜拉索2在外框架1内与外框架1的轴向中心线偏离过多，影响整个机器人的爬行。

一些可选的实施例中，伸缩机构4的一端与位于中间的八边形架12连接，另一端与爬行支腿3连接。

在本实施例中，伸缩机构4为电动推杆，每个H形支架中部与电动推杆顶部通过轴承连接，底部与外框架1的位于中间层的八边形架12销接，均是可转动连接。通过控制所述电动推杆的伸长量来使得机器人抱紧不同直径的斜拉索，并使得拉索与机器人同轴心，通过控制所述电动推杆的堵转电流调整机器人对拉索的夹紧力，既可以保证整个机器人可以顺利爬行，也可以避免爬行支腿3对斜拉索2的加持力过大，导致浪费电能。

图5为本发明实施例中机器人和计算机信号连接的示意图；如图1、图2、图4和图5所示，一些可选的实施例中，外框架1的外侧还设有电池仓6，其用于转载电池为检测机构5、伸缩机构4和爬行轮31提供电能。

在本实施例中，电池仓6装有供电用的磷酸铁锂电池，大容量磷酸铁锂电池保证了机器人拥有较长的爬行续航能力，将电池仓6设置在外框架1的外侧，外框架1采用主体桁架式结构，使整个机器人整体结构紧凑，内部空间大，方便安装摄像头51和探伤设备52，另外也可使爬行轻便，同时承载能力强。

一些可选的实施例中，外框架1内设有编码器，用于记录机器人当前所在的位置。

一些可选的实施例中，还包括采集控制系统，其与检测机构5、伸缩机构4和爬行轮31信号连接，用于接收检测机构5检测数据、以及控制伸缩机构4的姿态和爬行轮31的转速。

一些可选的实施例中，外框架1内还设有陀螺仪，其与采集控制系统信号连接，用于实时监测机器人的运动速度与姿态，并传输给采集控制系统。

在本实施例中，采集控制系统即为计算机8，整个机器人的检测机构5、伸缩机构4、爬行轮31、陀螺仪和编码器通过无线网桥7与计算机8通信，使用计算机对机器人进行控制与检测数据采集。陀螺仪采用六轴陀螺仪，在检测过程中，机器人将摄像头拍摄到的图像、编码器数据、六轴陀螺仪数据和探测线圈检测数据打包发送至计算机8。操作人员通过计算机上的反馈数据与检测任务需要，发送对应的控制数据至机器人，控制其启停、速度、方向等。编码器用于记录机器人当前所在绝对位置；六轴陀螺仪反映机器人当前运动速度与姿态，当机器人发生偏位或失速时通过反馈数据爬行轮31实现纠偏，保证机器人稳定工作。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种斜拉索检测机器人，其特征在于，包括：

外框架(1)，其用于套设在斜拉索(2)的外侧；

两组爬行支腿组，其分别设于所述外框架(1)的两端，每组所述爬行支腿组均包括至少三个均匀间隔设置的爬行支腿(3)，每个所述爬行支腿(3)的一端与所述外框架(1)的端部转动连接，另一端设有用于抵持在所述斜拉索(2)上的爬行轮(31)；

与所述爬行支腿(3)个数相同的伸缩机构(4)，每个所述伸缩机构(4)两端分别与所述外框架(1)和爬行支腿(3)连接，用于调整所述爬行支腿(3)的角度，以调节所述爬行轮(31)抵持在所述爬行轮(31)上的压力；

检测机构(5)，其设于所述外框架(1)上，用于检测所述斜拉索(2)的损伤位置。

2.如权利要求1所述的斜拉索检测机器人，其特征在于：所述检测机构(5)包括：

至少两个摄像头(51)，其间隔设于所述外框架(1)的端部，用于检测所述斜拉索(2)的表面损伤；

探伤设备(52)，其设于所述外框架(1)的内侧，且套设在所述斜拉索(2)的外侧，用于检测所述斜拉索(2)的内部损伤。

3.如权利要求1所述的斜拉索检测机器人，其特征在于：每组所述爬行支腿组均包括四个均匀间隔设置的爬行支腿(3)。

4.如权利要求3所述的斜拉索检测机器人，其特征在于：所述外框架(1)包括八面形筒架(11)，所述外框架(1)的相间隔面的两端均设置一可转动的所述爬行支腿(3)。

5.如权利要求4所述的斜拉索检测机器人，其特征在于：所述八面形筒架(11)内侧的轴向方向设有三层间隔设置并相互连接的八边形架(12)，所述八面形筒架(11)与所述八边形架(12)通过连杆(13)连接。

6.如权利要求5所述的斜拉索检测机器人，其特征在于：所述伸缩机构(4)的一端与位于中间的所述八边形架(12)连接，另一端与所述爬行支腿(3)连接。

7.如权利要求1所述的斜拉索检测机器人，其特征在于：所述外框架(1)的外侧还设有电池仓(6)，其用于承载电池为所述检测机构(5)、伸缩机构(4)和爬行轮(31)提供电能。

8.如权利要求1所述的斜拉索检测机器人，其特征在于：所述外框架(1)内设有编码器，用于记录机器人当前所在的位置。

9.如权利要求1所述的斜拉索检测机器人，其特征在于：还包括采集控制系统，其与所述检测机构(5)、伸缩机构(4)和爬行轮(31)信号连接，用于接收所述检测机构(5)检测数据、以及控制所述伸缩机构(4)的姿态和所述爬行轮(31)的转速。

10.如权利要求9所述的斜拉索检测机器人，其特征在于：所述外框架(1)内还设有陀螺仪，其与所述采集控制系统信号连接，用于实时监测机器人的运动速度与姿态，并传输给所述采集控制系统。

Images