CN114032763B - 一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置，属于桥梁检测领域。本发明包括爬升单元、抱紧单元和检测单元，爬升单元包括用于接触斜拉索表面的驱动轮，和用于控制驱动轮运行的动力元件；抱紧单元包括控制箱，以及位于控制箱两侧用于从两侧夹持斜拉索的右抱紧臂和左抱紧臂，右抱紧臂和左抱紧臂铰接在控制箱两侧并分别连接有动力件，动力件驱动右抱紧臂和左抱紧臂相互靠近以抱紧斜拉索或相互远离以脱离斜拉索。针对目前传统机械抱紧式检测机器人需手动装夹、难以适应不同直径斜拉索，且检测效率较低的现状，本发明的装置无需人工手动上紧，就能夹紧不同直径的桥梁斜拉索进而进行检测，且整体结构简单，生产成本较低。

Description

一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置

技术领域

本发明涉及桥梁检测技术领域，更具体地说，涉及一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置。

背景技术

斜拉索是斜拉桥的重要受力构件，可使梁内弯矩减小，降低桥梁高度，减少桥梁重量。但是由于斜拉索长期暴露于风雨中，尤其是在海上的桥梁斜拉索，更易产生腐蚀破坏，因此迫切需要定期对斜拉桥的拉索进行检测和维护，而机器人检测法是斜拉桥检测众多方法中最便捷、高效、经济的一种，当前斜拉桥检测机器人大多为机械抱紧式，需要人工手动上紧在斜拉索上，对不同直径的斜拉索进行检测时甚至还需要更换相关配件，影响检测效率，提高了检测成本。

经检索，申请号为2015200313171的申请案公开了一种斜拉桥缆索检测机器人系统，包括机架，机架上设置有多个动力爬升机构，该多个动力爬升机构周向均匀分布，动力爬升机构包括动力机构和两个爬升机构，该两个爬升机构上下设置且通过同步传动机构连接，每个爬升机构均包括能贴在缆索上滚动的滚轮，其中一个爬升机构的滚轮通过动力机构带动其旋转，同步传动机构能带动上下设置的两个爬升机构的所有滚轮同步旋转，机架包括多个子支撑架，每个动力爬升机构安装在一子支撑架上，相邻的子支撑架通过连接装置连接，连接装置能调节相邻两个子支撑架之间的距离。该案能工作于不同直径的缆索上。

申请号为2019112195658的申请案公开了一种斜拉桥缆索索体检测装置，包括爬升机构和缆索检测机构，还包括索塔检测机构；爬升机构包括壳体，壳体内形成穿过缆索的空腔；空腔内端部安装有主动轮和从动轮；壳体端部安装缆索检测机构和索塔检测机构；缆索检测机构包括至少三个镜头与壳体长度方向垂直的缆索摄像机；索塔检测机构包括至少一个镜头朝向与壳体长度方向成角度a的索塔摄像机，0≤a＜90°。该案可以适应粗细不同的缆索。

综上所述，为适应不同规格斜拉索的检测，目前已有大量技术公开，但行业内仍需要更为丰富多样的新设计，以进一步简化结构设计，提升实践应用效果。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于针对目前传统机械抱紧式检测机器人需人工手动装夹、难以适应不同直径斜拉索，且检测效率较低的现状，拟提供一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置，无需人工手动上紧该装置，就能夹紧不同直径的桥梁斜拉索进而进行检测，且整体结构简单，检测效率高，生产成本较低。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置，包括爬升单元、抱紧单元和检测单元，爬升单元包括用于接触斜拉索表面的驱动轮，和用于控制驱动轮运行的动力元件；抱紧单元包括控制箱，以及位于控制箱两侧用于从两侧夹持斜拉索的右抱紧臂和左抱紧臂，右抱紧臂和左抱紧臂铰接在控制箱两侧并分别连接有动力件，动力件驱动右抱紧臂和左抱紧臂相互靠近以抱紧斜拉索或相互远离以脱离斜拉索。

更进一步地，驱动轮内部有设有压力传感器。

更进一步地，爬升单元包括两组驱动轮，两组驱动轮分别通过固定座安装在控制箱上，驱动轮的动力元件为电机，电机的输出轴与驱动轮中心的同步带连接轴之间分别设有皮带进行传动。

更进一步地，电机的输出轴上设有双皮带槽，分别设有皮带与对应的两组驱动轮的同步带连接轴连接传动。

更进一步地，控制箱两侧分别设有固定杆，右抱紧臂和左抱紧臂分别与固定杆顶端铰接，且左抱紧臂底端铰接有第一电动推杆，右抱紧臂底端铰接有第二电动推杆，第一电动推杆和第二电动推杆分别通过安装座安装在控制箱上；右抱紧臂和左抱紧臂顶端分别对应设有用于接触斜拉索的右弧形轮和左弧形轮。

更进一步地，左弧形轮和右弧形轮的轮体为中部内凹的弧形钢圈，钢圈外部覆盖橡胶。

更进一步地，左抱紧臂包括用于铰接固定杆和第一电动推杆的连接段，该连接段顶部设有呈U形开口的叉头段，该叉头段的U形两端分别各设有左弧形轮；右抱紧臂端部则仅设有单组右弧形轮，右弧形轮分布于两组左弧形轮之间。

更进一步地，检测单元包括第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头，其中第一摄像头安装于控制箱靠近斜拉索的工作面的前端，第二摄像头安装于左抱紧臂的上端，第三摄像头安装于右抱紧臂的上端。

更进一步地，检测单元还包括编码器，其中驱动轮的同步带连接轴上安装有编码器齿轮，编码器的轴上安装有从动齿轮，编码器齿轮和从动齿轮相互啮合。

更进一步地，检测单元还包括激光测距器，激光测距器安装于固定座侧面。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的检测装置，利用电动推杆伸长伸缩杆带动右抱紧臂和左抱紧臂的相对转动，从而实现相互靠近以抱紧斜拉索，或相互远离以脱离斜拉索，并配合右弧形轮和左弧形轮的弧形结构设计，能够有效贴合斜拉索表面，从而无需人工手动上紧该装置，就能夹紧不同直径的桥梁斜拉索进而进行检测，实现自动抱紧不同直径斜拉索的功能。

(2)本发明的检测装置，左弧形轮和右弧形轮的轮体为中部内凹的弧形钢圈，钢圈外部覆盖橡胶，内凹的结构设计在该装置抱紧斜拉索时可以起到导向作用，使轮体始终沿着斜拉索方向移动，不产生偏移，外侧覆盖的橡胶在夹紧不同直径斜拉索时，中层的弹性橡胶外形的曲率便随着斜拉索曲率的改变而改变，从而更好的贴合斜拉索，防止桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置偏离工作平面。

(3)本发明的检测装置，驱动轮内部有设有压力传感器，用来检测夹紧力的大小，防止夹紧力过小，驱动轮产生打滑，也防止夹紧力过大，导致驱动力变大，浪费电能。

(4)本发明的检测装置，检测单元包括多组摄像头，以及设置在驱动轮上的编码器和激光测距器，其中圆周均匀分布的多组摄像头用于采集斜拉索的图像数据，编码器用于调节电机转速控制爬升过程并记录运行距离用于斜拉索缺陷位置的定位，激光测距器可以检测是否到达斜拉索末端位置并控制返程，整体实现定位检测功能。

附图说明

图1为本发明的检测装置的总体结构示意图；

图2为本发明中爬升单元的结构示意图；

图3为本发明中抱紧单元的结构示意图；

图4为本发明的检测装置处于未抱紧状态的结构示意图；

图5为本发明的检测装置处于抱紧状态的结构示意图；

图6为本发明中前端驱动轮的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、驱动轮；2、同步带连接轴；3、固定座；4、第一摄像头；5、控制箱；6、电机；7、皮带；8、安装座；9、第一电动推杆；10、固定杆；11、右抱紧臂；12、左抱紧臂；13、左弧形轮；14、斜拉索；15、右弧形轮；16、第二摄像头；17、第三摄像头；18、第二电动推杆；19、编码器齿轮；20、从动齿轮；21、编码器；22、激光测距器。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1-图6所示，本实施例的一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置，包括爬升单元、抱紧单元和检测单元，爬升单元包括用于接触斜拉索14表面的驱动轮1，和用于控制驱动轮1运行的动力元件；抱紧单元包括控制箱5，以及位于控制箱5两侧用于从两侧夹持斜拉索14的右抱紧臂11和左抱紧臂12，右抱紧臂11和左抱紧臂12铰接在控制箱5两侧并分别连接有动力件，动力件驱动右抱紧臂11和左抱紧臂12相互靠近以抱紧斜拉索14或相互远离以脱离斜拉索14。

本实施例中爬升单元具体包括两组驱动轮1，两组驱动轮1分别通过固定座3安装在控制箱5上，其中固定座3采用三角形框架结构，且两组固定座3对称分布在控制箱5两端，固定座3上端用以安装同步带连接轴2及驱动轮1，固定座3下端则可开设螺栓孔并通过螺栓固定安装在控制箱5上。驱动轮1的动力元件为电机6，电机6的输出轴与驱动轮1中心的同步带连接轴2之间分别设有皮带7进行传动。具体地，电机6安装于控制箱5内部，且控制箱5上开设有用皮带7穿出的槽口，且如图2所示，电机6的输出轴上设有双皮带槽，分别设有皮带7与对应的两组驱动轮1的同步带连接轴2连接传动，即皮带7一端套在电机6输出轴的皮带槽内，一端穿出控制箱5套在同步带连接轴2的皮带槽内，实现同一组电机6控制两组驱动轮1的运行。

本实施例中驱动轮1轮体截面为工字型，且驱动轮1内部有设有压力传感器，用来检测夹紧力的大小，防止夹紧力过小，驱动轮1产生打滑，也防止夹紧力过大，导致驱动力变大，浪费电能。

如图3所示为本实施例中抱紧单元的具体结构，包括控制箱5，且控制箱5两侧分别设有固定杆10，右抱紧臂11和左抱紧臂12分别与固定杆10顶端铰接，且左抱紧臂12底端铰接有第一电动推杆9，右抱紧臂11底端铰接有第二电动推杆18，第一电动推杆9和第二电动推杆18分别通过安装座8铰接安装在控制箱5上；右抱紧臂11和左抱紧臂12顶端分别对应设有用于接触斜拉索14的右弧形轮15和左弧形轮13。

本实施例中左弧形轮13和右弧形轮15的轮体为中部内凹的弧形钢圈，钢圈外部覆盖橡胶。内凹的结构设计在该装置抱紧斜拉索14时可以起到导向作用，使左弧形轮13和右弧形轮15的轮体始终沿着斜拉索14方向移动，不产生偏移，外侧覆盖的橡胶在夹紧不同直径斜拉索14时，中层的弹性橡胶外形的曲率便随着斜拉索14曲率的改变而改变，从而更好的贴合斜拉索14，防止桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置偏离工作平面。

本实施例中，左抱紧臂12包括用于铰接固定杆10和第一电动推杆9的连接段，该连接段顶部设有呈U形开口的叉头段，该叉头段的U形两端分别各设有左弧形轮13；右抱紧臂11端部则仅设有单组右弧形轮15，右弧形轮15分布于两组左弧形轮13之间，实现三点支撑增强稳定性，且可以交叉至对面夹持。具体如图3所示，右抱紧臂11为单个支腿形状，上端设有可以转动的连接轴用以铰接安装右弧形轮15，右抱紧臂11的中部和下端则各设有通孔，通过中部的通孔与固定杆10铰接，通过下段的通孔与第二电动推杆18的伸缩杆相铰接。对应地，左抱紧臂12包括下部的连接段和上部的U型叉头结构，U型叉头的两端各设有一个可以转动的连接轴，用以铰接安装两个左弧形轮13，左抱紧臂12的连接段中部和下端分别设有一个通孔，通过中部的通孔与固定杆10铰接，通过下端的通孔与第一电动推杆9的伸缩杆铰接。

本实施例的检测单元包括第一摄像头4、第二摄像头16和第三摄像头17，其中第一摄像头4安装于控制箱5靠近斜拉索14的工作面的前端，第二摄像头16安装于左抱紧臂12的上端，第三摄像头17安装于右抱紧臂11的上端。第一摄像头4、第二摄像头16和第三摄像头17均可转动一定角度，且三个摄像头呈均匀分布，可360°收集斜拉索14的画面数据。

本实施例中检测单元还包括编码器21和激光测距器22，其中驱动轮1的同步带连接轴2上安装有编码器齿轮19，编码器21的轴上安装有从动齿轮20，编码器齿轮19和从动齿轮20相互啮合。激光测距器22安装于驱动轮1的固定座3侧面。编码器21可记录驱动轮1的转速和该装置的移动距离，采集的驱动轮1的转速反馈调节电机6的转速，采集的移动距离数据用于后期斜拉索14的缺陷定位，激光测距器22可检测该装置距离斜拉索14末端的距离，当该装置即将到达斜拉索14末端时，控制箱5控制该装置返程。

本实施例利用电动推杆伸长伸缩杆带动右抱紧臂11和左抱紧臂12抱紧斜拉索14，并配合右弧形轮15和左弧形轮13的弧形结构设计，可以实现自动抱紧不同直径斜拉索14的功能，电机6驱动两组驱动轮1实现沿斜拉索14爬升和下降的功能，圆周均匀分布的多组摄像头采集斜拉索14的图像数据，并配合编码器21和激光测距器22实现定位检测功能。

本实施例在实际应用时，如图4和图5所示，控制箱5在斜拉索14与地面形成的垂直平面内并位于斜拉索14下部，由于该装置的重心集中在控制箱5处，拥有一定的防止该装置偏离工作平面的能力，当驱动轮1接触斜拉索14后，控制箱5控制第一电动推杆9和第二电动推杆18伸长伸缩杆，带动左抱紧臂12和右抱紧臂11绕着固定杆10转动，使左弧形轮13和右弧形轮15压紧斜拉索14，实现自动抱紧功能；当装夹不同直径的斜拉索14时，左弧形轮13和右弧形轮15的落点会发生变化，但由于左弧形轮13和右弧形轮15的弧形结构具有导向作用，弹性橡胶自动变化贴合斜拉索14变化，因此左弧形轮13和右弧形轮15仍可垂直于斜拉索14中轴线，实现对不同直径斜拉索14的适应功能；电机6旋转带动两根皮带7转动，进而同时带动前后分布的两组驱动轮1旋转，编码器21采集的轮速反馈调节电机6的转速，从而实现该装置的爬升功能，并记录运行距离用于斜拉索缺陷位置的定位，激光测距器22检测到该装置即将到达斜拉索14末端时，控制箱5控制电机6反转，装置下降，到斜拉索14底部时，控制箱5控制第一电动推杆9和第二电动推杆18回收伸缩杆，实现该装置的自动脱离功能。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置，其特征在于：包括爬升单元、抱紧单元和检测单元，爬升单元包括用于接触斜拉索（14）表面的驱动轮（1），和用于控制驱动轮（1）运行的动力元件；抱紧单元包括控制箱（5），以及位于控制箱（5）两侧用于从两侧夹持斜拉索（14）的右抱紧臂（11）和左抱紧臂（12），右抱紧臂（11）和左抱紧臂（12）铰接在控制箱（5）两侧并分别连接有动力件，动力件驱动右抱紧臂（11）和左抱紧臂（12）相互靠近以抱紧斜拉索（14）或相互远离以脱离斜拉索（14）；控制箱（5）在斜拉索（14）与地面形成的垂直平面内并位于斜拉索（14）下部；

爬升单元包括两组驱动轮（1），两组驱动轮（1）分别通过固定座（3）安装在控制箱（5）上，驱动轮（1）的动力元件为电机（6），电机（6）的输出轴与驱动轮（1）中心的同步带连接轴（2）之间分别设有皮带（7）进行传动；电机（6）的输出轴上设有双皮带槽，分别设有皮带（7）与对应的两组驱动轮（1）的同步带连接轴（2）连接传动；

控制箱（5）两侧分别设有固定杆（10），右抱紧臂（11）和左抱紧臂（12）分别与固定杆（10）顶端铰接，且左抱紧臂（12）底端铰接有第一电动推杆（9），右抱紧臂（11）底端铰接有第二电动推杆（18），第一电动推杆（9）和第二电动推杆（18）分别通过安装座（8）安装在控制箱（5）上；右抱紧臂（11）和左抱紧臂（12）顶端分别对应设有用于接触斜拉索（14）的右弧形轮（15）和左弧形轮（13）；左弧形轮（13）和右弧形轮（15）的轮体为中部内凹的弧形钢圈，钢圈外部覆盖橡胶；

左抱紧臂（12）包括用于铰接固定杆（10）和第一电动推杆（9）的连接段，该连接段顶部设有呈U形开口的叉头段，该叉头段的U形两端分别各设有左弧形轮（13）；右抱紧臂（11）端部则仅设有单组右弧形轮（15），右弧形轮（15）分布于两组左弧形轮（13）之间。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置，其特征在于：驱动轮（1）内部有设有压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置，其特征在于：检测单元包括第一摄像头（4）、第二摄像头（16）和第三摄像头（17），其中第一摄像头（4）安装于控制箱（5）靠近斜拉索（14）的工作面的前端，第二摄像头（16）安装于左抱紧臂（12）的上端，第三摄像头（17）安装于右抱紧臂（11）的上端。

4.根据权利要求3所述的一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置，其特征在于：检测单元还包括编码器（21），其中驱动轮（1）的同步带连接轴（2）上安装有编码器齿轮（19），编码器（21）的轴上安装有从动齿轮（20），编码器齿轮（19）和从动齿轮（20）相互啮合。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁斜拉索自动抱紧爬升检测装置，其特征在于：检测单元还包括激光测距器（22），激光测距器（22）安装于固定座（3）侧面。