CN113720909A - 滑动升降式混凝土工程自动检测机器人及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑动升降式混凝土工程自动检测机器人及其检测方法，该机器人主要由三大部分组成：动力升降部分、主体探测部分、远程遥控部分。三部分协同工作，通过自动升降检测为主、人工远程控制为辅的方式，实现对泵管堵泵位置的探点、记录、反馈。本发明的机器人，可以实现沿泵管的自动检测，通过混凝土堵管处与空管处声波电波发射反馈信号不同的原理，精准定位堵管位置，方便后续更快地进行拆管通管作业，继续混凝土泵送施工。相较于传统方式，设备操作简单，无须专业工种；装拆方便，探测速度快，定位精准，安全高效，节省工期，特别适用于超高层泵送作业时使用，有助于工程整体提速增效。

Description

滑动升降式混凝土工程自动检测机器人及其检测方法

技术领域

本发明涉及报表数据处理技术领域，尤其涉及一种滑动升降式混凝土工程自动检测机器人及其检测方法。

背景技术

混凝土作为目前使用最广泛的结构材料之一，泵送混凝土是一种有效的混凝土拌合物运输方式，速度快、劳动力少，尤其适合于大体积混凝土和高层建筑混凝土的运输和浇筑。

泵送混凝土会由于人员操作不当、混凝土管道连接错误、混凝土离析或非合格的泵送混凝土等原因造成混凝土堵管。查明堵塞部位，用榔头敲击等方法是排除堵塞最有效的方法之一。然而，泵送管道长度根据泵车位置、结构高度和宽度等因素决定，短则几十米，长则上百米。泵送过程中断，中断时间不宜超过1h。停机时间过长，初凝的混凝土不宜继续泵送。因此，第一时间准确定位堵塞部位尤为重要。

现有确定混凝土输送管堵塞位置的方法通常将检测装置放在混凝土泵管内，检测装置一旦失效则不能替代。

发明内容

针对上述现有技术中存着的不足之处，本发明提出了一种滑动升降式混凝土工程自动检测机器人及其检测方法，能够快速判断设备是否发生堵管，避免在已经发生堵管后不得当操作加剧堵管的问题。

为此，本发明采用的技术方案是：

第一方面，一种滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，其包括：

主体探测部分，包括装载有主控系统的探测主机，所述探测主机的一侧中部设有扫描检测设备、上下两端分别设有上圈环和下圈环，所述上圈环和所述下圈环的内侧伸缩连接有夹片，所述夹片的端部设有滚轮；所述探测主机上还设有分别控制所述上圈环内夹片和所述下圈环内夹片的伸缩的上电机和下电机，所述主控系统控制联接于所述上电机、所述下电机及所述扫描检测设备；

动力升降部分，包括起重器械，使用时固定于所述主体探测部分的上方位置，所述起重器械通过吊绳连接于所述探测主机，所述起重机械在启动后牵引所述探测主机沿所述构筑物做上下升降运动，所述主控系统控制联接于所述起重机械；

远端遥控部分，与所述主控系统控制联接。

一个实施例中，所述上圈环的上表面和所述下圈环的下表面分别设有激光传感器，所述激光传感器在感应到障碍物时传达信号给所述主控系统，控制所述夹片收缩。

一个实施例中，所述上圈环和所述下圈环的内侧环向开槽，多个所述夹片沿所述槽环向伸缩安装于所述槽内。

一个实施例中，所述构筑物为附墙泵管，所述上圈环和所述下圈环在远离所述探测主机的一侧设有缺口，所述缺口的尺寸适于泵管附墙连接件的尺寸。

一个实施例中，所述远端控制设备设有BIM接口，使用时与设计有构筑物BIM模型的设备连接。

一个实施例中，所述探测主机的顶部和底部分别设有红外线防撞传感器。

一个实施例中，所述起重器械包括电动葫芦以及提供动力驱动的起重电机，起重电机的动力输出端连接于所述电动葫芦的动力输入端，所述电动葫芦通过吊绳连接于所述探测主机，所述起重电机由起重主机控制，所述起重主机联接于所述主控系统。

一个实施例中，所述探测主机的两侧及顶部分别设有吊耳，所述电动葫芦通过不同的吊绳分别连接于不同位置的所述吊耳。

一个实施例中，所述电动葫芦处设置有防坠器。

第二方面，一种滑动升降式混凝土工程自动检测机器人的检测方法，其包括步骤：

提供如权利要求1～9中任意一项所述的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人；

所述探测主机通过所述上圈环和所述下圈环附着在管状构筑物上，所述上圈环和所述下圈环通过滚轮滚动于所述管状构筑物的表面；

所述起重器械固定于所述上圈环的上方位置并通过吊绳连接于所述探测主机，启动所述起重机械牵引所述探测主机沿所述管状构筑物移动；

所述扫描检测设备在所述探测主机上升或下降的过程中实时对所述管状构筑物进行检测，并且在每次检测到异常状况时向主控系统发送停止信号；

所述主控系统在每次接收到所述停止信号后，发送停止命令至所述起重器械，停止牵引所述探测主机移动，主控系统记录每次停机位置并传输至远端遥控部分；

主控系统在完成每次停机位置的记录后，控制起重器械重新启动牵引所述探测主机继续沿管状构筑物移动，直至完成整根所述管状构筑物上所有异常状态的停机位置的记录。

由于采用上述技术方案，使得本发明取得的技术效果是：

1、动力升降部分、主体探测部分、远程遥控部分三部分协同，实现堵泵位置的自动化检测，减少工人高空作业，同时可以人工控制为辅，增加安全性、适应性；

2、数据导入BIM模型方便后期进行其他分析研究；

3、机器人主体探测部分沿泵管滑动运行，探测速度快；扫描检测设备可采用声波射线波结合，提高探测结果准确性；

4、各种传感器协同工作，避开泵管附墙连接、管间珐琅连接的同时，防坠，防触底触顶碰撞，探测到堵泵时自动制动记录和启动走完全程，实现探测过程自动化的完整性；

5、减少人工成本、措施材料浪费、减少其他附加作业，减少工期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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为本发明实施例滑动升降式混凝土工程自动检测机器人的结构示意图。

图2和图3为本发明实施例机器人中圈环的结构示意图，其中，图2为夹片伸出沿管滑行时，图3为夹片收回过泵管连接时。

图4为本发明实施例机器人中三钩电动葫芦实现三点起吊的示意图。

图中标记为：

1-滚轮；2-夹片；3-泵管；4-激光传感器；5-圈环；6-上电机；7-下电机；8-主控系统；9-扫描检测设备；10-起重电机；11-电动葫芦；12-钢丝绳；13-吊环；14-挂钩或卡扣；15-控制面板；16-远端控制设备；17-防坠器；18-起重主机；19-起重配重；20-吊耳；21-红外线防撞传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明涉及一种滑动升降式混凝土工程自动检测机器人及其检测方法，尤其是设计出一种在超高层泵送混凝土堵管时自动检测堵管位置的机器人，并配以检测方法，该机器人及其检测方法也可以适用于非超高层泵送混凝土泵管的其他混凝土工程，例如应用于钢管混凝土密实度和堵塞的检测。

该机器人主要由三大部分组成：动力升降部分、主体探测部分、远程遥控部分。三部分协同工作，通过自动升降检测为主、人工远程控制为辅的方式，实现对泵管堵泵位置的探点、记录、反馈。

一般传统的超高层混凝土泵送泵管堵管检测，由于核心筒高出外部框架平台，是由工人绑安全绳或坐吊篮，悬挂由上至下通过敲击泵管表面，听回声凭经验判断堵泵位置。这样做一是工人高空作业危险安全难以保障，二是经验性判断虽然也能查出位置，但精度不高；三是需要特殊工种经过技能培训，不具普遍适应性；四是需要耗费工时、人力成本；最主要的是效率不高，敲击完全泵管需要很长时间。

本发明设计的机器人，可以实现沿泵管的自动检测，通过混凝土堵管处与空管处声波电波发射反馈信号不同的原理，精准定位堵管位置，方便后续更快地进行拆管通管作业，继续混凝土泵送施工。相较于传统方式，设备操作简单，无须专业工种；装拆方便，探测速度快，定位精准，安全高效，节省工期，特别适用于超高层泵送作业时使用，有助于工程整体提速增效。

参阅图1，为本发明滑动升降式混凝土工程自动检测机器人的一个实施例，应用于超高层混凝土泵送泵管堵管检测，如图所示，该机器人包括：

主体探测部分，包括装载有主控系统8的探测主机，探测主机的一侧面向泵管3，并且在探测主机面向泵管3的一侧的中部设有扫描检测设备9，该扫描检测设备9可采用雷达，用于探测泵管3内堵管位置。在该扫描检测设备9的上方及下方、在探测主机的同一侧上还分别设有上、下两个圈环5，上下两个圈环5结构相同，配合图2和图3所示，圈环5的内侧环向开槽，沿槽设置有多个夹片2，在本实施例中，在每个圈环5内设有5个夹片2，夹片2优选为齿状夹片且齿向一致，上下两个圈环5内供设有10个齿状夹片，该些夹片2均可环向收缩进各自所在圈环的槽内，夹片2在远离槽的一端端头设置有滚轮1，滚轮1在使用时滚动于泵管3的表面，上下圈环5均套设在泵管3的外侧。滚轮1的作用一是用于在泵管3表面滚动，助力机器人沿泵管3上下滑行；二是水平向辅助固定机器人于泵管3。

本发明设计的上述圈环5，可辅助机器人沿泵管3滑行，内环有可伸缩的夹片2，夹片2顶部有激光传感器4，遇泵管3连接处突出等障碍时可控制夹片2缩回帮助机器继续移动。上圈环如图2、图3所示，图2为夹片伸出沿管滑行时，图3为夹片收回过泵管连接时。下圈环同理，激光传感器设置在夹片下部。

探测主机上还设有分别控制连接上圈环内夹片和下圈环内夹片的上电机6和下电机7，上电机6为上圈环内夹片的收缩提供动力，下电机67为下圈环内夹片的收缩提供动力，圈环5的内径大于泵管3的外径，于圈环5与泵管3之间形成一段长度的间隔，通过控制夹片的伸缩来控制滚轮是否与泵管表面接触。

主控系统8控制联接于上电机6、下电机7及扫描检测设备9，扫描检测设备9采用雷达探测泵管内堵管位置，输出波并接收反馈信号，通过泵管内堵管位置信号不同判别是否堵管，信号传回主控系统8在堵管处停顿并将位置信号返回至控制面板15和远端遥控设备16(雷达检测可以声波为主、电磁信号为辅助探测)。

其中，控制面板15也设置在探测主机上，并且位于探测主机远离泵管的一侧上。该控制面板连接于主控系统，可用于预设机器人工作参数、传递信号给主控系统，控制机器人工作，以及读取工作信号和探测位置数据等。

远端遥控设备16属于远端遥控部分，远程联接于主控系统，用于传递信号给主控系统，即时控制机器人动力升降部分和主体探测部分各组件工作；读取传回的控制信号和位置信息。较佳地，该远端控制设备16还设有BIM接口，使用时与设计有构筑物BIM模型的设备连接，可接入BIM模型直观显示堵管位置。

进一步地，上圈环的上表面和下圈环的下表面分别设有激光传感器4，激光传感器4在感应到障碍物时传达信号给主控系统8，控制夹片2收缩。较佳地，激光传感器4设置在上圈环内每个齿状夹片的上表面和下圈环内每个齿状夹片的下表面，感应到上方2m(根据传感器灵敏度和机器运行速度确定设置)范围内障碍物(泵管珐琅接口或其他结构性构件等)，则传达信号给主控系统8，控制该处齿状夹片和下圈环内对应位置的齿状夹片缩回圈环槽内，以避开障碍物；下降时同理。

上圈环和下圈环上均设有一缺口，一同对应于泵管附墙连接位置以便机器人通过；缺口对侧圈环连接在探测主机上，内有线路接通。

动力升降部分，包括起重器械，使用时固定于主体探测部分的上方位置，起重器械通过吊绳连接于探测主机，起重机械在启动后牵引探测主机沿泵管做上下升降运动，主控系统控制联接于起重机械。进一步地，起重器械包括电动葫芦11以及提供动力驱动的起重电机10，起重电机10的动力输出端连接于电动葫芦11的动力输入端，电动葫芦11通过吊绳连接于探测主机，起重电机10由起重主机18控制，起重主机18联接于主控系统8。

其中，起重电机10固定于构筑物顶部，为提升和下落机器人主体探测部分提供动力；可人为远端干预操控电机，在无缘端干预操控时时，接收到主体探测部分传来的停止信号时会暂时停止(探测到堵泵位置或遇到意料外障碍急停)；提升速度由主控传来的设定速度决定(遥控速度可覆盖控制面板设置的初始速度)。

电动葫芦11优选为三钩电动葫芦，作为起重部分组成与起重电机10组合，由起重电机10提供动力提升和下放机器人主体探测部分。改进的三钩电动葫芦有三卷分开的钢丝绳12。如图4所示，中间一股钢丝绳12连接三钩电动葫芦和探测主机顶部的吊环13，用于提升；两侧的两股钢丝绳12连接三钩电动葫芦和探测主机两侧吊耳20，辅助稳定；均可用挂钩或挂扣14连接。

其中，吊环13位于探测主机顶部，吊耳20位于探测主机两侧，三点起吊，增加作业平衡性。

本实施例中，探测主机的顶部和底部分别设有红外线防撞传感器21，利用红外线防撞传感器21在主体探测部分上升至顶或下降至底时接收并反馈信号给主控系统，传输信号给升降电机，并制动减速停止，同时主控系统再控制起重电机10进行下降作业。

本实施中，电动葫芦11处还设置有施工机械防坠器17，超速超过限距时快速制动自锁防止坠落；可采用齿轮锥鼓形渐进式防坠安全器或速差式自控器。

在本实施例中，起重主机18还设置有起重配重19，保持起重平衡稳定，保证安全运作。

本发明还提供了一种滑动升降式混凝土工程自动检测机器人的检测方法，首先提供上述滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，探测主机通过上、下圈环附着在泵管外，上圈环和下圈环通过滚轮滚动于所述管状构筑物的表面；起重器械固定于上圈环的上方位置并通过吊绳连接于探测主机。

在完成机器人与泵管的安装后，开始检测工作流程：

S1：在控制面板15界面输入预设参数，提升速度、激光传感器敏感度、探测设备参数等，控制机器人工作；

S2：主控系统接收到控制面板15输入的信号，传递信号给动力升降部分机组，起重电机10和电动葫芦11启动，拉升主体探测部分匀速上升(亦可在探测中停止后控制下降)；

S3：扫描检测设备9接收到主控系统8的信号开始运作，向泵管3发出预设好强度、波长、频率的波形，并接受反馈信号，处理反馈信号后传递给主控系统8；

S4：如果未探测到堵管，机器人主体探测部分继续上升至顶部；红外线防撞传感器21感应后传递信号给主控系统8再传递给起重主机18、控制起重电机10制动停止提升，主控系统8再控制起重主机18、进而控制起重电机10制动向下下降；下降至底部时同理；

S5：若探测到堵管混凝土，机器人动力升降部分的起重电机10接收到主控系统8的信号停止，主体探测部分停止上升，并将位置信息记录在主控系统8中，同时传输给远端控制设备16；远端控制设备16可连接BIM接口将位置直接反应在泵管的BIM模型中；

S6：主体探测部分在完成该泵管全长堵管探测后，匀速下降返回底部，拆卸圈环、回收主体探测部分，对探测到的堵管位置进行清除处理，清理完成后，泵管可进行泵送混凝土作业。动力升降部分设备可随结构筒体主体向上移动安装，以便后续堵泵时探测堵泵机器人继续作业。

本发明上述实施例中的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人还可以应用于钢管混凝土密实度和堵塞的检测，特别是钢管高强混凝土密实度和堵塞的检测。

①钢管混凝土密实度和堵塞的检测：

钢管混凝土施工时，压注可能发生堵塞，常规压注流程为：堵塞钢管法兰间隙——清洗管内污物、润湿管壁——安设压注头和闸阀——压注管内混凝土——从排浆孔振捣混凝土——关闭压注口闸阀稳压——拆除闸阀完成压注。

压住过程中发生堵管时，可以安装适宜规格型号的机器人于管壁，沿管壁上下移动探测钢管内混凝土密实与疏空分界处，工作方法及原理与泵管工程相同。

压注完后，可安装机器人沿管壁上下移动探测。通过设定机器人工作条件，预输入允许误差，再根据检测中声波等综合反馈情况，确定钢管中混凝土疏松不密实的点和缺失程度。根据检测结果，判定是否满足要求是否需要采取补救措施，如需要制定相应施工方案。

②钢管混凝土缺陷检测：钢管混凝土中，特别是钢管高强混凝土，可能因混凝土流动性差、凝结过快、压注不到位、管理不善等多种原因，造成混凝土疏松、空洞、施工缝不均匀、不能与钢管良好胶结等缺陷。由于电波难以穿透钢管，转用声波为主、电波或射线波为辅的测量方式。实际工程中应用超声探测钢管混凝土技术已趋成熟，考虑通过声波电波结合、多传感器智能化控制，在无接触探测和自动化探测方面完成创新，形成专有成果。

相比于现有技术，本发明滑动升降式混凝土工程自动检测机器人及其检测方法，优点在于：

1、动力升降部分、主体探测部分、远程遥控部分三部分协同，实现堵泵位置的自动化检测，减少工人高空作业，同时可以人工控制为辅，增加安全性、适应性；

2、数据导入BIM模型方便后期进行其他分析研究；

3、机器人主体探测部分沿泵管滑动运行，探测速度快；扫描检测设备可采用声波射线波结合，提高探测结果准确性；

4、各种传感器协同工作，避开泵管附墙连接、管间珐琅连接的同时，防坠，防触底触顶碰撞，探测到堵泵时自动制动记录和启动走完全程，实现探测过程自动化的完整性；

5、减少人工成本、措施材料浪费、减少其他附加作业，减少工期。

本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，其特征在于，包括：

主体探测部分，包括装载有主控系统的探测主机，所述探测主机的一侧中部设有扫描检测设备、上下两端分别设有上圈环和下圈环，所述上圈环和所述下圈环的内侧伸缩连接有夹片，所述夹片的端部设有滚轮；所述探测主机上还设有分别控制所述上圈环内夹片和所述下圈环内夹片的伸缩的上电机和下电机，所述主控系统控制联接于所述上电机、所述下电机及所述扫描检测设备；

动力升降部分，包括起重器械，使用时固定于所述主体探测部分的上方位置，所述起重器械通过吊绳连接于所述探测主机，所述起重机械在启动后牵引所述探测主机沿所述构筑物做上下升降运动，所述主控系统控制联接于所述起重机械；

远端遥控部分，与所述主控系统控制联接。

2.如权利要求1所述的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，其特征在于，所述上圈环的上表面和所述下圈环的下表面分别设有激光传感器，所述激光传感器在感应到障碍物时传达信号给所述主控系统，控制所述夹片收缩。

3.如权利要求1或2所述的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，其特征在于，所述上圈环和所述下圈环的内侧环向开槽，多个所述夹片沿所述槽环向伸缩安装于所述槽内。

4.如权利要求1所述的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，其特征在于，所述构筑物为附墙泵管，所述上圈环和所述下圈环在远离所述探测主机的一侧设有缺口，所述缺口的尺寸适于泵管附墙连接件的尺寸。

5.如权利要求1所述的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，其特征在于，所述远端控制设备设有BIM接口，使用时与设计有构筑物BIM模型的设备连接。

6.如权利要求1所述的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，其特征在于，所述探测主机的顶部和底部分别设有红外线防撞传感器。

7.如权利要求1所述的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，其特征在于，所述起重器械包括电动葫芦以及提供动力驱动的起重电机，起重电机的动力输出端连接于所述电动葫芦的动力输入端，所述电动葫芦通过吊绳连接于所述探测主机，所述起重电机由起重主机控制，所述起重主机联接于所述主控系统。

8.如权利要求7所述的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，其特征在于，所述探测主机的两侧及顶部分别设有吊耳，所述电动葫芦通过不同的吊绳分别连接于不同位置的所述吊耳。

9.如权利要求7所述的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人，其特征在于，所述电动葫芦处设置有防坠器。

10.一种滑动升降式混凝土工程自动检测机器人的检测方法，其特征在于，包括步骤：

提供如权利要求1～9中任意一项所述的滑动升降式混凝土工程自动检测机器人；

所述探测主机通过所述上圈环和所述下圈环附着在管状构筑物上，所述上圈环和所述下圈环通过滚轮滚动于所述管状构筑物的表面；

所述起重器械固定于所述上圈环的上方位置并通过吊绳连接于所述探测主机，启动所述起重机械牵引所述探测主机沿所述管状构筑物移动；

所述扫描检测设备在所述探测主机上升或下降的过程中实时对所述管状构筑物进行检测，并且在每次检测到异常状况时向主控系统发送停止信号；

所述主控系统在每次接收到所述停止信号后，发送停止命令至所述起重器械，停止牵引所述探测主机移动，主控系统记录每次停机位置并传输至远端遥控部分；

主控系统在完成每次停机位置的记录后，控制起重器械重新启动牵引所述探测主机继续沿管状构筑物移动，直至完成整根所述管状构筑物上所有异常状态的停机位置的记录。

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