CN211171609U - 一种混凝土箱梁巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及桥梁检测领域，本实用新型公开了一种混凝土箱梁巡检机器人，包括承载小车，其包括壳体、行走机构和四个减震机构，所述壳体与行走机构通过四个所述减震机构连接。还包括图像采集装置，其设置在所述壳体上。还包括至少一个探伤装置，其包括折叠臂和矩阵雷达，所述折叠臂一端与所述壳体转动连接，另一端与所述矩阵雷达转动连接，所述矩阵雷达用于紧贴混凝土箱梁内部空间的壁面实施检测。本实用新型能有效地解决现有技术需要使用折叠工具在桥面上对桥梁进行检测以及配合人工在钢箱梁内部进行视觉检测，导致效率低下及不准确的问题。

Description

一种混凝土箱梁巡检机器人

技术领域

本实用新型涉及桥梁检测领域，具体涉及一种混凝土箱梁巡检机器人。

背景技术

箱梁桥梁是高铁线路建设的重要组成。传统的混凝土箱梁在经历过一段运营服役期后极易出现掉块、露筋、裂纹等病害。所以就需要混凝土箱梁进行检测。

目前来说，传统混凝土箱梁检查和管养方式主要包括两种方式，方式一：检查人员利用箱梁内部空间步行前进，通过箱梁底部人孔到达桥墩墩顶，人站在墩顶围栏上检查箱梁外观。方式二：利用桥面上的各类桥检车或者桥下地面综合检修越野车提供的工作平台，检查人员全方位的检查箱梁各个部位。

上述的两种检查方法虽然是目前的主流检查方法，但是也存在很多限制，其中方式一存在的主要问题有：受空间限制大，易漏检视野外病害；客观性较差，无数据支撑；工人工作强度大。方式二所述的检查方法存在的制约和限制在于：铁路桥面检修车受限于天窗时间；无法观测列车动荷载下桥梁结构的状态；桥面或者桥下检修车受地形的严重制约。高铁箱梁中间部分为铁路正线，剩余的两侧翼缘上有电缆槽、步行板、电气杆、栏杆、遮板和声屏障等很多附属设备。利用桥面空间运行来检测箱梁侧面和底部，检测装置需要通过折叠装置越过屏障、栏杆和电气化杆等很多设施才能进行检测，不仅难度大，且风险较高。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种混凝土箱梁巡检机器人，能有效地解决现有技术需要使用折叠工具在桥面上对桥梁进行检测，导致效率低下的问题。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种混凝土箱梁巡检机器人，包括：承载小车，其包括壳体、行走机构和四个减震机构，所述壳体与行走机构通过四个所述减震机构连接；还包括图像采集装置，其设置在所述壳体上；还包括至少一个探伤装置，其包括折叠臂和矩阵雷达，所述折叠臂一端与所述壳体转动连接，另一端与所述矩阵雷达转动连接，所述矩阵雷达用于紧贴混凝土箱梁内部空间的壁面实施检测。

在上述技术方案的基础上，每个所述减震机构包括：减震弹簧，其一端与所述行走机构连接，另一端与所述壳体连接；外套筒，其套设在所述减震弹簧上，并且所述外套筒的一端与所述行走机构连接，所述外套筒小于所述外套筒的长度。

在上述技术方案的基础上，每个所述减震机构还包括：永磁体，其设于所述减震弹簧的内部，并且所述永磁体的一端与所述壳体连接；阻尼套筒，其设于所述减震弹簧的内部，并且所述外套筒的一端与所述行走机构连接，另一端套设在所述永磁体的另一端。

在上述技术方案的基础上，每个所述折叠臂均包括第一臂、第二臂和两个第一伺服电机，所述第一臂和第二臂通过一个所述第一伺服电机连接，所述第一臂的另一端与所述壳体通过一个所述第一伺服电机连接，所述第二臂与矩阵雷达活动连接。

在上述技术方案的基础上，所述第一臂和第二臂的连接处还设有第一扭簧，其用于使所述第一臂和第二臂不受外力时处呈第一设定角度。

在上述技术方案的基础上，所述第一扭簧处设有力矩传感器，所述行走机构上设有振动传感器。

在上述技术方案的基础上，所述第二臂与矩阵雷达的连接处设有第二扭簧，其用于使所述第二臂与矩阵雷达不受外力时呈第二设定角度。

在上述技术方案的基础上，每个所述矩阵雷达呈矩形，所述矩阵雷达的探测面的四个角分别设有脚轮。

在上述技术方案的基础上，所述行走机构包括两个转向轮以及转向机构，所述转向机构包括第二伺服电机、连接杆和两个转向杆，两个转向杆的一端分别与两个所述转向轮的转动轴垂直连接，另一端与所述连接杆垂直连接，所述连接杆上设有齿条，所述第二伺服电机与所述齿条通过齿轮传动连接。

在上述技术方案的基础上，还包括控制模块和控制器，所述承载小车、图像采集装置和探伤装置与所述控制模块信号连接并接收其控制信号，所述控制器与所述控制模块信号连接，用于向所述控制模块发出控制信号。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：在使用该混凝土箱梁巡检机器人时，将整个混凝土箱梁巡检机器人放入混凝土箱梁内部相对规律且无杂物的空间内，通过图像采集装置采集混凝土箱梁内部空间的表面损伤，通过探伤装置上的矩阵雷达检测混凝土厚度以及内部是否有混凝土裂缝、表面破损鼓包以及内部钢筋锈蚀缺陷等缺陷，从而避免了必须在桥面上对混凝土箱梁进行检查以及配合人工在钢箱梁内部进行视觉检测，以加快检测施工进度。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种混凝土箱梁巡检机器人的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中一种混凝土箱梁巡检机器人的透视结构示意图；

图3为本实用新型实施例中减震机构的透视结构示意图；

图4为本实用新型实施例中行走机构的放大结构示意图。

图中：1、承载小车；11、壳体；12、行走机构；121、转向轮；1221、第二伺服电机；1222、连接杆；1223、转向杆；13、减震机构；131、减震弹簧；132、外套筒；133、永磁体；134、阻尼套筒；2、图像采集装置；21、摄像头；22、三轴云台；3、探伤装置；31、折叠臂；311、第一臂；312、第二臂；313、第一伺服电机；32、矩阵雷达。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例中一种混凝土箱梁巡检机器人的结构示意图；图2为本实用新型实施例中一种混凝土箱梁巡检机器人的透视结构示意图。参见图1和图3所示，本实用新型实施例提供一种混凝土箱梁巡检机器人，包括：

承载小车1，其包括壳体11、行走机构12和四个减震机构13，壳体11与行走机构12通过四个减震机构13连接。图像采集装置2，其设置在壳体11上。至少一个探伤装置3，其包括折叠臂31和矩阵雷达32，折叠臂31一端与壳体11转动连接，另一端与矩阵雷达32转动连接，矩阵雷达32用于紧贴混凝土箱梁内部空间的壁面实施检测。

在使用该混凝土箱梁巡检机器人时，将整个混凝土箱梁巡检机器人放入混凝土箱梁内部相对规律且无杂物的空间内，通过图像采集装置2采集混凝土箱梁内部的表面损伤，通过探伤装置3上的矩阵雷达32检测混凝土厚度以及内部是否有混凝土裂缝、表面破损鼓包和内部钢筋锈蚀缺陷，从而避免了现有技术中必须在桥面上对混凝土箱梁进行检查以及配合人工在钢箱梁内部进行视觉检测，以加快检测施工进度。

另外，该混凝土箱梁巡检机器人还可以利用其探伤装置3在桥面上对混凝土箱梁上部进行检测，还可以在混凝土箱梁的建造场地内对齐进行两个侧面的检测，以确保及时发现混凝土箱梁是否有混凝土裂缝、表面破损鼓包和内部钢筋锈蚀缺陷。

在本实施例中，在巡检区间设置基站，在基站设置数据交换器以及充电器，巡检机器人经过基站时，可以补充电力，并与数据交换器交换数据信息。

图像采集装置2包括摄像头21和三轴云台22，摄像头21通过三轴云台22，通过三轴云台22和摄像头21配个可以使拍摄的画面更加的清楚稳定。使检查人员更加清楚的发现内部的混凝土箱梁内部表面的缺陷和裂缝。

另外，在本实施例中，壳体11的结构采用铝合金或者碳纤维等轻量化材质建设成骨架，可以减小壳体11的重量。

图3为本实用新型实施例中减震机构的透视结构示意图，如图3所示，优选地，每个减震机构13包括：减震弹簧131，其一端与行走机构12连接，另一端与壳体11连接；外套筒132，其套设在减震弹簧131上，并且外套筒132的一端与行走机构12连接，外套筒132小于外套筒132的长度。

在本实施例中，通过减震弹簧131将行走机构12与壳体11连接，可以使壳体11保持平稳，减小行走机构12在行走的时候遇到异物地面不平整时对壳体11上的检测装置的影响。在使用时，还可以在外套筒132加入一定量的阻尼材料，例如硅油，使减震弹簧131泡在阻尼材料内，在减震弹簧131伸长或者压缩时，对减震弹簧131起到一定的减震作用，从而使壳体11保持平稳。另外可以通过调整阻尼材料的量来调整阻尼力，即改变减震的软硬。

优选地，每个减震机构13还包括：永磁体133，其设于减震弹簧131的内部，并且永磁体133的一端与壳体11连接；阻尼套筒134，其设于减震弹簧131的内部，并且外套筒132的一端与行走机构12连接，另一端套设在永磁体133的另一端。

在本实施例中，永磁体133和阻尼套筒134相互配合，可以使壳体11在颠簸的环境下，减震弹簧131伸长或者缩短时，永磁体133和阻尼套筒134产生电磁感应，产生电磁阻尼，从而消耗振动能量，从而产生使弹簧保持现有状态的力，以使壳体11有着更好的稳定性。

再次参见图2，优选地，每个折叠臂31均包括第一臂311、第二臂312和两个第一伺服电机313，第一臂311和第二臂312通过一个第一伺服电机313连接，第一臂311的另一端与壳体11通过一个第一伺服电机313连接，第二臂312与矩阵雷达32活动连接。

在本实施例中，混凝土箱梁巡检机器人包括3个探伤装置3，分别设于壳体11的两侧和顶部。在折叠臂31需要调整位置或者角度时，第一伺服电机313驱动，改变第一臂和第二臂位置或者角度。

优选地，第一臂311和第二臂312的连接处还设有第一扭簧，其用于使第一臂311和第二臂312不受外力时呈第一设定角度。

在本实施例中，第一臂311和第二臂312的连接处还设有第一扭簧，使第一臂311和第二臂312不受外力时呈第一设定角度，在第一伺服电机313不运行时，扭簧用于提供恒定力矩，使矩阵雷达32得检测面紧贴待检测的壁面；当折叠臂31需要调整位置或者角度时，第一伺服电机313克服扭簧的力矩，驱动折叠臂改变位置或者角度。通常是在过窄的通道时，会将折叠臂收起，方便通过较窄的通道。

优选地，第二臂312与矩阵雷达32的连接处设有第二扭簧，其用于使第二臂312与矩阵雷达32不受外力时呈第二设定角度。

在本实施例中，这样的设计可以使所检测的平面稍有改变的情况下，有一定的调整能力，使矩阵雷达32的检测平面始终与待检测的壁面平行。

优选地，第一扭簧处设有力矩传感器，行走机构12上设有振动传感器。

在本实施例中，当该巡检机器人运行至变截面处时，第一扭簧的扭矩会发生变化，此时力矩传感器会检测到力矩的变化。因为在箱梁内的光线不好，并且内部无其他参照物，很难实现精确的定位，采用第一扭簧处设有力矩传感器的方式可以根据箱梁的已知结构进行辅助定位，另外同样的，行走机构12上设有振动传感器，可以检测到巡检机器人运行至箱梁节段之间的连接处使产生的振动，并与图像采集装置2采集到的图像相结合确定巡检机器人的位置，当发现有问题的节段时，可以准确的找到问题所在的位置。另外，检测到力矩的变化可以通过伺服电机调整折叠臂31的夹角，以适应新的箱梁截面。

优选地，每个矩阵雷达32呈矩形，矩阵雷达32的探测面的四个角分别设有脚轮。

在本实施例中，矩阵雷达32的探测面的四个角分别设有脚轮，可以使矩阵雷达32的探测面在第一扭簧的作用下始终紧贴壁面，从而又不会使矩阵雷达32的探测面被擦伤。

图4为本实用新型实施例中行走机构的放大结构示意图，如图4所示，优选地，行走机构12包括两个转向轮121以及转向机构，转向机构包括第二伺服电机1221、连接杆1222和两个转向杆1223，两个转向杆1223的一端分别与两个转向轮121的转动轴垂直连接，另一端与连接杆1222垂直连接，连接杆1222上设有齿条，第二伺服电机1221与齿条通过齿轮传动连接。

在本实施例中，该转向机构结构简单，通过第二伺服电机的运转带动齿轮转动，从而带动齿条转动，实现前轮的转向，可实现整个巡检机器人的转向，因此可以实现在不增大整个巡检机器人体积的条件下实现转向，以适应有弧度桥梁的箱梁的内部检测。

优选地，还包括控制模块和控制器，承载小车1、图像采集装置2和探伤装置3与控制模块信号连接并接收其控制信号，控制器与控制模块信号连接，用于向控制模块发出控制信号。在本实施例中，这样的设计可以使检测人员在桥面上实现对箱梁内部的检测。图像采集装置2和探伤装置3的检测数据在巡检机器人经过基站时传输至数据交换器，以克服混凝土内距离远信号传输不好的问题。

另外，在所有的实施例中，该混凝土箱梁巡检机器人都包括提供动力的动力模块；配重模块，保证在各种折叠臂方位状态下，机器人整体的稳定性。

本实用新型还提供该混凝土箱梁巡检机器人的工作步骤包括：

1、设定巡检范围，可以通过第一扭簧处设置的力矩传感器和行走机构上设置的振动传感器相配合计算巡检机器人的运行距离。

2、设定好巡检机器人的巡检速度、巡检次数和启动时间。

3、在指定时间内全面检查指定区段箱梁，全面记录数据，并对病害数据加标识。

4、在巡检区间设置基站，在基站设置数据交换器以及充电器，巡检机器人经过基站时，补充电力，并将检测数据传输给数据交换器，数据交换器在通过有线数据传输将数据传输给地面检测人员。

综上所述，在使用该混凝土箱梁巡检机器人时，将整个混凝土箱梁巡检机器人放入混凝土箱梁内部相对规律且无杂物的空间内，通过图像采集装置2采集混凝土箱梁内部的表面损伤，通过探伤装置3上的矩阵雷达32检测混凝土厚度以及内部是否有混凝土裂缝、表面破损鼓包以及内部钢筋锈蚀缺陷，从而避免了现有技术必须在桥面上对混凝土箱梁进行检查以及配合人工在钢箱梁内部进行视觉检测，以加快检测施工进度。在巡检区间设置基站，在基站设置数据交换器以及充电器，巡检机器人经过基站时，可以补充电力，并与数据交换器交换数据信息。

本实用新型不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种混凝土箱梁巡检机器人，其特征在于，包括：

承载小车(1)，其包括壳体(11)、行走机构(12)和四个减震机构(13)，所述壳体(11)与行走机构(12)通过四个所述减震机构(13)连接；

图像采集装置(2)，其设置在所述壳体(11)上；

至少一个探伤装置(3)，其包括折叠臂(31)和矩阵雷达(32)，所述折叠臂(31)一端与所述壳体(11)转动连接，另一端与所述矩阵雷达(32)转动连接，所述矩阵雷达(32)用于紧贴混凝土箱梁内部空间的壁面实施检测。

2.如权利要求1所述的一种混凝土箱梁巡检机器人，其特征在于，每个所述减震机构(13)包括：

减震弹簧(131)，其一端与所述行走机构(12)连接，另一端与所述壳体(11)连接；

外套筒(132)，其套设在所述减震弹簧(131)上，并且所述外套筒(132)的一端与所述行走机构(12)连接，所述外套筒(132)小于所述外套筒(132)的长度。

3.如权利要求2所述的一种混凝土箱梁巡检机器人，其特征在于，每个所述减震机构(13)还包括：

永磁体(133)，其设于所述减震弹簧(131)的内部，并且所述永磁体(133)的一端与所述壳体(11)连接；

阻尼套筒(134)，其设于所述减震弹簧(131)的内部，并且所述外套筒(132)的一端与所述行走机构(12)连接，另一端套设在所述永磁体(133)的另一端。

4.如权利要求1所述的一种混凝土箱梁巡检机器人，其特征在于：每个所述折叠臂(31)均包括第一臂(311)、第二臂(312)和两个第一伺服电机(313)，所述第一臂(311)和第二臂(312)通过一个所述第一伺服电机(313)连接，所述第一臂(311)的另一端与所述壳体(11)通过一个所述第一伺服电机(313)连接，所述第二臂(312)与矩阵雷达(32)活动连接。

5.如权利要求4所述的一种混凝土箱梁巡检机器人，其特征在于：所述第一臂(311)和第二臂(312)的连接处还设有第一扭簧，其用于使所述第一臂(311)和第二臂(312)不受外力时处呈第一设定角度。

6.如权利要求5所述的一种混凝土箱梁巡检机器人，其特征在于，所述第一扭簧处设有力矩传感器，所述行走机构(12)上设有振动传感器。

7.如权利要求4所述的一种混凝土箱梁巡检机器人，其特征在于：所述第二臂(312)与矩阵雷达(32)的连接处设有第二扭簧，其用于使所述第二臂(312)与矩阵雷达(32)不受外力时呈第二设定角度。

8.如权利要求1所述的一种混凝土箱梁巡检机器人，其特征在于：每个所述矩阵雷达(32)呈矩形，所述矩阵雷达(32)的探测面的四个角分别设有脚轮。

9.如权利要求1所述的一种混凝土箱梁巡检机器人，其特征在于，所述行走机构(12)包括两个转向轮(121)以及转向机构，所述转向机构包括第二伺服电机(1221)、连接杆(1222)和两个转向杆(1223)，两个转向杆(1223)的一端分别与两个所述转向轮(121)的转动轴垂直连接，另一端与所述连接杆(1222)垂直连接，所述连接杆(1222)上设有齿条，所述第二伺服电机(1221)与所述齿条通过齿轮传动连接。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种混凝土箱梁巡检机器人，其特征在于：还包括控制模块和控制器，所述承载小车(1)、图像采集装置(2)和探伤装置(3)与所述控制模块信号连接并接收其控制信号，所述控制器与所述控制模块信号连接，用于向所述控制模块发出控制信号。

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