CN116787467A - 一种塔式起重机塔身安全巡检机器人及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔式起重机塔身安全巡检机器人，塔式起重机安全性检测技术领域，包括四个巡检模块，巡检模块包括在同一平面呈直角的直臂Ⅰ和直臂Ⅱ，直臂Ⅱ设有与直臂Ⅰ配用的可调节的限位套筒，直臂Ⅰ与直臂Ⅱ之间45度连接有轮轴，轮轴配设有磁性轮毂，磁性轮毂的两侧分别设有声发传感器和激光位移传感器，声发传感器和激光位移传感器分别指向磁性轮毂的轮迹方向，其中一个磁性轮毂配设有电机，该磁性轮毂的轮轴配设有编码器。还公开了一种塔式起重机塔身安全巡检机器人的使用方法。通过检测架本体的设置，可以实现机器人对塔式起重机塔身进行安全巡检，不再需要巡检人员高空作业亲自攀爬塔身，巡检速度快，巡检质量不受人为因素干扰。

Description

一种塔式起重机塔身安全巡检机器人及其使用方法

技术领域

本发明属于塔式起重机安全性检测技术领域，尤其涉及一种塔式起重机塔身安全巡检机器人及其使用方法。

背景技术

塔式起重机是建筑行业主要的起重设备，可以执行吊钩起升、小车变幅、动臂回转等作业，广泛应用于多层和高层施工物料的垂直和水平输送。塔式起重机主要包括塔基、塔身、动臂、小车和吊钩等构件。作为大型起吊重物的建筑设备，塔式起重机一旦因为塔身发生事故，极易导致群死群伤，造成重大人员伤亡和经济损失。因此，塔式起重机塔身的安全监测，对于保障施工物料输送的安全，避免恶性事故发生，具有重要的经济效益和社会效益。

塔式起重机的塔身通常由标准节2自下而上串接而成，标准节2之间多采用螺栓固定。主弦杆21是标准节2关键的承载构件，多用于组成标准节2的竖向棱边，主弦杆21上焊接有横向的直腹杆22，斜置的斜腹杆23，标准节2端部还会内置有水平斜腹板。塔式起重机工作任务繁重，在频繁的作业过程中，容易导致塔身发生螺栓松动和主弦杆21变形开裂等安全隐患，临近两个标准节2之间的连接螺栓松动会导致塔身受力不均、摆幅过大，而主弦杆21疲劳开裂发展到断裂，会严重威胁主体结构安全，导致塔式起重机倒塌事故的发生。因此，塔身安全检测对于保障塔式起重机安全极为关键。

目前，针对塔身的安全检测，主要采用人工巡检的方式。维修工徒手攀爬塔身，检查标准节之间的螺栓固定是否牢靠，查看主弦杆21有无疲劳裂纹等。然而，发明人认为，人工巡检塔身存在以下问题：第一，采用人工塔身检测的方式，借助肉眼观察只能识别较为明显的螺栓松动，对于主弦杆21裂纹，特别是喷涂防锈漆的情况下，内部裂纹难以发现，检测可靠性低，也对检修人员的检修经验和技术水平提出了一定的要求；第二，采用人工攀爬塔身的方式，检修人员需要在攀爬的过程中检测塔身状况，且标准节2之间的螺栓数量较多，巡检速度慢，检修质量和工期进度容易形成负相关；第三，塔身通常比较高，且主弦杆21之间跨度较大，标准节2构件较多，导致检修工在攀爬巡检的过程中持续处于高空作业状态，存在较高的作业风险性。为此，需要设计出一种塔式起重机塔身安全巡检机器人及其使用方法。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强理解本公开的背景，并且因此可以包括不构成现有技术的信息。

发明内容

发明人通过研究发现，受塔式起重机塔身使用场景的影响，对塔身标准节进行安全巡检时需要巡检人员一直处于高空作业的状态，存在安全隐患的同时，巡检速度低，巡检受巡检人员个人影响导致的巡检质量不稳定。

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种塔式起重机塔身安全巡检机器人及其使用方法，具体技术方案如下：

一种塔式起重机塔身安全巡检机器人，包括矩形的检测架本体，所述检测架本体由四个巡检模块组成，巡检模块包括在同一平面呈直角的直臂Ⅰ和直臂Ⅱ，直臂Ⅱ设有与直臂Ⅰ配用的可调节的限位套筒，直臂Ⅰ与直臂Ⅱ之间45度连接有轮轴，轮轴配设有磁性轮毂，磁性轮毂的两侧分别设有声发传感器和激光位移传感器，声发传感器和激光位移传感器分别指向磁性轮毂的轮迹方向，其中一个磁性轮毂配设有电机，该磁性轮毂的轮轴配设有编码器。

在本公开的一些实施例中，所述直臂Ⅰ和直臂Ⅱ为矩形钢条，限位套筒为矩形的套筒，限位套筒的侧壁设有螺纹通孔，螺纹通孔内配设有顶丝。

在本公开的一些实施例中，所述磁性轮毂为磁性V型槽轮。

在本公开的一些实施例中，所述直臂Ⅰ与直臂Ⅱ之间连接有斜臂，斜臂下端连接轴架固定轮轴。

在本公开的一些实施例中，所述轮轴两端配设有轴承，轮轴两端的轴承分别连接于直臂Ⅰ和直臂Ⅱ。

一种塔式起重机塔身安全巡检机器人的使用方法，具体步骤为：取上述的巡检模块，一个巡检模块的限位套筒与另一个巡检模块的直臂Ⅰ配用连接，使四个巡检模块围绕塔式起重机塔身形成闭环的检测架本体，调节各限位套筒至各磁性轮毂与主弦杆实现接触贴合；确定检测架本体的初始位置，启动电机，检测架本体沿塔式起重机塔身向上攀爬，编码器收集检测架本体的攀爬距离，测得检测架本体移动超过一个标准节的高度时，停止移动，各激光位移传感器分别测得各自与主弦杆之间的间距，各间距间误差浮动超过±5%时即可判定检测架本体行程经过的两个标准节异常；各声发传感器分别测得标准节各处的异常弹性波，通过分析异常弹性波的波形形状和时域赋值，判定该标准节是否存在裂纹隐患及出现裂纹的位置，当波形形状为振铃型信号时，表示标准节出现了裂纹隐患，此时可依据振铃信号的时域赋值、衰减时间判定裂纹的严重程度。

相比较现有技术而言，本发明具有以下有益效果：

通过检测架本体的设置，可以实现机器人对塔式起重机塔身进行安全巡检，旨在替代巡检人工攀爬塔式起重机巡检的传统模式，不再需要巡检人员高空作业亲自攀爬塔式起重机塔身，巡检速度快，巡检质量不受人为因素干扰；

通过闭环的检测架本体的设置，特别是限位套筒的设置，可以适配方管式和角钢式标准节与圆管式标准节在主弦杆形态上差异，可以通过调节限位套筒适配不同外围尺寸的标准节，适用范围广，普及性好；

采用多激光位移传感器组成位移检测阵列，检测主弦杆沿水平方向的微米级位移变化，可以有效判断两标准节之间的螺栓是否压紧到位、两标准节之间有无明显错位或形变；采用声发传感器组成弹性波检测阵列，基于主弦杆与直腹杆、斜腹杆之间为刚性连接，可以检测塔吊动臂回转过程中，构件的裂纹口发出的异常弹性波，从而判断主弦杆、直腹杆和斜腹杆是否存在裂纹隐患及出现裂纹的位置。

附图说明

图1为本发明结构中实施例2的检测架本体的俯视示意图；

图2为本发明结构中实施例2的视角二的巡检模块的立体示意图；

图3为本发明结构中实施例2的检测架本体检测作业时的立体示意图；

图4为图3的标准节的俯视断面示意图；

图中标号说明：1、检测架本体；11、巡检模块；111、直臂Ⅰ；112、直臂Ⅱ；1121、限位套筒；113、磁性轮毂；114、声发传感器；115、激光位移传感器；116、电机；117、编码器；2、标准节；21、主弦杆；22、直腹杆；23、斜腹杆。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本文中为部件所编序号本身，仅用于区分所表述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本公开中所说“连接”，如无特殊具体说明，均包括直接和间接的“连接”。在本申请的描述中，需要理解的是，方位术语“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”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要描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

如附图部分的图1至图4所示，设计出一种塔式起重机塔身安全巡检机器人，包括矩形的检测架本体1，所述检测架本体1由四个巡检模块11组成，巡检模块11包括在同一平面呈直角的直臂Ⅰ111和直臂Ⅱ112，直臂Ⅱ112设有与直臂Ⅰ111配用的可调节的限位套筒1121，直臂Ⅰ111与直臂Ⅱ112之间45度连接有轮轴，轮轴配设有磁性轮毂113，磁性轮毂113的两侧分别设有声发传感器114和激光位移传感器115，声发传感器114和激光位移传感器115分别指向磁性轮毂113的轮迹方向，其中一个磁性轮毂113配设有电机116，该磁性轮毂113的轮轴配设有编码器117，采用多个激光位移传感器115组成位移检测阵列，检测主弦杆21沿水平方向的微米级位移变化，可以有效判断两标准节2之间的螺栓是否压紧到位、两标准节2之间有无明显错位或形变；采用多个声发传感器114组成弹性波检测阵列，基于主弦杆21与直腹杆22、斜腹杆23之间为刚性连接，可以检测到塔吊动臂回转过程中，构件的裂纹口发出的异常弹性波，从而判断主弦杆21、直腹杆22和斜腹杆23是否存在裂纹隐患及出现裂纹的位置。

还公开了一种塔式起重机塔身安全巡检机器人的使用方法，具体步骤为：取上述的巡检模块11，一个巡检模块11的限位套筒1121与另一个巡检模块11的直臂Ⅰ111配用连接，使四个巡检模块11围绕塔式起重机塔身形成闭环的检测架本体1，调节各限位套筒1121至各磁性轮毂113与主弦杆21实现接触贴合，保证检测架本体1上下移动时，四个巡检模块11处于同一平面；确定检测架本体1的初始位置，启动电机116，检测架本体1沿塔式起重机塔身向上攀爬，编码器117收集检测架本体1的攀爬距离，测得检测架本体1移动超过一个标准节2的高度时，停止移动，各激光位移传感器115分别测得各自与主弦杆21之间的间距，根据各间距之间误差判断检测架本体1行程经过的两个标准节2是否存在异常，当误差浮动超过±5%时即可判定检测架本体1行程经过的两个标准节2异常；各声发传感器114分别测得标准节2各处的异常弹性波，通过分析异常弹性波的波形形状和时域赋值，判定该标准节2是否存在裂纹隐患及出现裂纹的位置，当波形形状为振铃型信号时，表示标准节2出现了裂纹隐患，此时可依据振铃信号的时域赋值、衰减时间判定裂纹的严重程度；通过检测架本体1的设置，可以实现机器人对塔式起重机塔身进行安全巡检，旨在替代巡检人工攀爬塔式起重机巡检的传统模式，不再需要巡检人员高空作业亲自攀爬塔式起重机塔身，巡检速度快，巡检质量不受人为因素干扰；通过闭环的检测架本体1的设置，特别是限位套筒1121的设置，可以适配方管式和角钢式标准节2与圆管式标准节2在主弦杆21形态上差异，可以通过调节限位套筒1121适配不同外围尺寸的标准节2，适用范围广，普及性好。

以上实施方式中，列举出3种实施例实现上述技术方案：

实施例一是公开一种塔式起重机塔身安全巡检机器人，包括矩形的检测架本体1，所述检测架本体1由四个巡检模块11组成，巡检模块11包括在同一平面呈直角的直臂Ⅰ111和直臂Ⅱ112，直臂Ⅱ112设有与直臂Ⅰ111配用的可调节的限位套筒1121，直臂Ⅰ111与直臂Ⅱ112之间45度连接有轮轴，轮轴配设有磁性轮毂113，磁性轮毂113的两侧分别设有声发传感器114和激光位移传感器115，声发传感器114和激光位移传感器115分别指向磁性轮毂113的轮迹方向，其中一个磁性轮毂113配设有电机116，可以通过电机116的正反转来控制所述磁性轮毂113的进退，该磁性轮毂113的轮轴配设有编码器117，采用多个激光位移传感器115组成位移检测阵列，检测主弦杆21沿水平方向的微米级位移变化，可以有效判断两标准节2之间的螺栓是否压紧到位、两标准节2之间有无明显错位或形变；采用多个声发传感器114组成弹性波检测阵列，基于主弦杆21与直腹杆22、斜腹杆23之间为刚性连接，可以检测到塔吊动臂回转过程中，构件的裂纹口发出的异常弹性波，从而判断主弦杆21、直腹杆22和斜腹杆23是否存在裂纹隐患及出现裂纹的位置。

其中，所述直臂Ⅰ111和直臂Ⅱ112为螺纹杆，限位套筒1121为双向的螺纹套筒，限位套筒1121的侧壁设有螺纹通孔，螺纹通孔内配设有顶丝，旋转限位套筒1121至适当的位置后，锁死顶丝实现固定；所述磁性轮毂113为磁性U型槽轮。

还公开了一种塔式起重机塔身安全巡检机器人的使用方法，具体步骤为：取上述的巡检模块11，一个巡检模块11的限位套筒1121与另一个巡检模块11的直臂Ⅰ111配用连接，使四个巡检模块11围绕塔式起重机塔身形成闭环的检测架本体1，调节各限位套筒1121至各磁性轮毂113与主弦杆21实现接触贴合；确定检测架本体1的初始位置，启动电机116，检测架本体1沿塔式起重机塔身向上攀爬，编码器117收集检测架本体1的攀爬距离，测得检测架本体1移动超过一个标准节2的高度时，停止移动，各激光位移传感器115分别测得各自与主弦杆21之间的间距，根据各间距之间误差判断检测架本体1行程经过的两个标准节2是否存在异常，所述异常包括且不限于所述主弦杆21扭曲、开裂以及不同的标准节间的紧固异常，当误差浮动超过±5%时即可判定检测架本体1行程经过的两个标准节2存在异常；各声发传感器114分别测得标准节2各处的异常弹性波，通过分析异常弹性波的波形形状和时域赋值，判定该标准节2是否存在裂纹隐患及出现裂纹的位置；当波形形状为振铃型信号时，表示标准节2出现了裂纹隐患，此时可依据振铃信号的时域赋值、衰减时间判定裂纹的严重程度；通过检测架本体1的设置，可以实现机器人对塔式起重机塔身进行安全巡检，旨在替代巡检人工攀爬塔式起重机巡检的传统模式，不再需要巡检人员高空作业亲自攀爬塔式起重机塔身，巡检速度快，巡检质量不受人为因素干扰；通过闭环的检测架本体1的设置，特别是限位套筒1121的设置，可以适配方管式和角钢式标准节2与圆管式标准节2在主弦杆21形态上差异，可以通过调节限位套筒1121适配不同外围尺寸的标准节2，适用范围广，普及性好。

如图1至图4所示，实施例二是公开一种塔式起重机塔身安全巡检机器人，本实施例与实施例一的区别是，所述直臂Ⅰ111和直臂Ⅱ112为矩形钢条，限位套筒1121为矩形的套筒，限位套筒1121的侧壁设有螺纹通孔，螺纹通孔内配设有顶丝，装配时，将直臂Ⅰ111塞入限位套筒1121中，调节至合适的位置后，锁紧顶丝实现固定连接；所述磁性轮毂113为磁性V型槽轮，磁性V型槽轮可以与主弦杆21的棱边实现两条线性接触，保证摩擦力的同时提供不同面的吸附接触，保证磁吸的连接质量；所述轮轴两端配设有轴承，轮轴两端的轴承分别连接于直臂Ⅰ111和直臂Ⅱ112。

实施例三是公开一种塔式起重机塔身安全巡检机器人，本实施例与实施例二的区别是，所述直臂Ⅰ111与直臂Ⅱ112之间连接有斜臂，斜臂下端连接轴架固定轮轴。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种塔式起重机塔身安全巡检机器人，其特征在于：包括矩形的检测架本体（1），所述检测架本体（1）由四个巡检模块（11）组成，巡检模块（11）包括在同一平面呈直角的直臂Ⅰ（111）和直臂Ⅱ（112），直臂Ⅱ（112）设有与直臂Ⅰ（111）配用的可调节的限位套筒（1121），直臂Ⅰ（111）与直臂Ⅱ（112）之间45度连接有轮轴，轮轴配设有磁性轮毂（113），磁性轮毂（113）的两侧分别设有声发传感器（114）和激光位移传感器（115），声发传感器（114）和激光位移传感器（115）分别指向磁性轮毂（113）的轮迹方向，其中一个磁性轮毂（113）配设有电机（116），该磁性轮毂（113）的轮轴配设有编码器（117）。

2.根据权利要求1所述的塔式起重机塔身安全巡检机器人，其特征在于，所述直臂Ⅰ（111）和直臂Ⅱ（112）为矩形钢条，限位套筒（1121）为矩形的套筒，限位套筒（1121）的侧壁设有螺纹通孔，螺纹通孔内配设有顶丝。

3.根据权利要求1所述的塔式起重机塔身安全巡检机器人，其特征在于，所述磁性轮毂（113）为磁性V型槽轮。

4.根据权利要求3所述的塔式起重机塔身安全巡检机器人，其特征在于，所述直臂Ⅰ（111）与直臂Ⅱ（112）之间连接有斜臂，斜臂下端连接轴架固定轮轴。

5.根据权利要求3所述的塔式起重机塔身安全巡检机器人，其特征在于，所述轮轴两端配设有轴承，轮轴两端的轴承分别连接于直臂Ⅰ（111）和直臂Ⅱ（112）。

6.一种塔式起重机塔身安全巡检机器人的使用方法，其特征在于，具体步骤为：取四个权利要求1-5中任意一项所述的巡检模块（11），一个巡检模块（11）的限位套筒（1121）与另一个巡检模块（11）的直臂Ⅰ（111）配用连接，使四个巡检模块（11）围绕塔式起重机塔身形成闭环的检测架本体（1），调节各限位套筒（1121）至各磁性轮毂（113）与主弦杆（21）实现接触贴合；确定检测架本体（1）的初始位置，启动电机（116），检测架本体（1）沿塔式起重机塔身向上攀爬，编码器（117）收集检测架本体（1）的攀爬距离，测得检测架本体（1）移动超过一个标准节（2）的高度时，停止移动，各激光位移传感器（115）分别测得各自与主弦杆（21）之间的间距，根据各间距之间误差判断检测架本体（1）行程经过的两个标准节（2）是否存在异常，当误差浮动超过±5%时即可判定检测架本体（1）行程经过的两个标准节（2）异常；各声发传感器（114）分别测得标准节（2）各处的异常弹性波，通过分析异常弹性波的波形形状和时域赋值，判定该标准节（2）是否存在裂纹隐患及出现裂纹的位置，当波形形状为振铃型信号时，表示标准节（2）出现了裂纹隐患，此时可依据振铃信号的时域赋值、衰减时间判定裂纹的严重程度。