CN213867357U - 一种桥梁缆索检测机器人 - Google Patents

Abstract

一种桥梁缆索检测机器人，包括与控制系统相连接的动力系统以及视觉检测系统，动力系统包括设置在动力系统支撑模块四周的电机，电机上安装有螺旋桨；视觉检测系统包括设置在视觉系统支撑模块四周的相机承载架，相机承载架上安装有相机；动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块之间连接行走系统支撑模块，行走系统支撑模块包括若干个连接在动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块之间的轮胎装载架，轮胎装载架上设置由轴承安装的轮胎，轮胎与桥梁缆索转动配合，在螺旋桨的驱动下实现沿着桥梁缆索移动；控制系统通过控制电机带动螺旋桨动作，控制系统通过控制相机完成相应的检测拍照工作。本实用新型操作灵活，工作高效可靠，能够精准的定位缺陷。

Description

一种桥梁缆索检测机器人

技术领域

本实用新型属于桥梁缆索领域，具体涉及一种桥梁缆索检测机器人。

背景技术

桥梁是世界交通的重要组成部分，桥梁有许多种，根据其受力的特点可以将其分为拱式桥、悬索桥以及斜拉桥等。近年来，随着经济的日益发展，桥梁的数量迅速增长。此外，交通工具的数量也越来越多，种类也愈加繁杂，桥梁安全检测的任务日益繁重。又因为缆索是桥梁中的重要组成部分，约占总造价的20％～30％，是桥梁的生命线，因此，桥梁缆索的检测显得尤其重要。如何快速、经济、准确、有效地对桥梁缆索进行检测，对早期发现缆索病害、减少维修成本、延长缆索寿命、减少安全事故具有重要意义。

现有的桥梁缆索检测设备主要以电动驱动或者电气驱动的轮胎式机器人为主，这些机器人主要存在机械结构部分体积较大、质量较大、成本较高、驱动装置过多而难以实现同步控制以及在工作过程中由于轮胎与缆索表面之间的摩擦力不好掌控而出现卡死或掉落等问题。随着无人机技术的发展，其应用领域越来越多，将无人机应用于桥梁缆索的检测已成为桥梁缆索检测的新方向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中桥梁缆索检测设备操作不便以及可靠性不足的问题，提供一种桥梁缆索检测机器人，其操作灵活，工作高效可靠，精准的定位缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型有如下的技术方案：

一种桥梁缆索检测机器人，包括与控制系统相连接的动力系统以及视觉检测系统，动力系统包括动力系统支撑模块以及设置在动力系统支撑模块四周的电机，电机上安装有螺旋桨；视觉检测系统包括视觉系统支撑模块以及设置在视觉系统支撑模块四周的相机承载架，相机承载架上安装有相机；所述的动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块之间连接行走系统支撑模块，动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块均采用由若干板块拼接起来的环形结构，行走系统支撑模块包括若干个连接在动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块之间的轮胎装载架，所述轮胎装载架位于动力系统支撑模块以及视觉系统支撑模块的环形结构内侧设置由轴承安装的轮胎，轮胎与桥梁缆索转动配合，在螺旋桨的驱动下实现沿着桥梁缆索移动；所述的控制系统通过控制电机带动螺旋桨动作，控制系统通过控制相机完成相应的检测拍照工作。

作为本实用新型的一种优选实施例，所述动力系统支撑模块的一侧连接安全系统支撑模块，安全系统支撑模块上铰接设置摩擦片摇臂，摩擦片摇臂的端部安装摩擦片，摩擦片摇臂通过牵引绳与牵引电机相连，所述的牵引电机固定在安全系统支撑模块上，牵引电机通过传动齿轮带动皮带轮旋转，牵引绳的一端固定在摩擦片摇臂上，牵引绳的另一端连接在皮带轮上，通过牵引绳收紧能够使摩擦片与桥梁缆索夹紧而制动。

作为本实用新型的一种优选实施例，所述的控制系统能够控制牵引电机实现制动，轮胎连接旋转编码器，旋转编码器将运动距离、速度以及加速度信息发送给控制系统，通过力传感器将牵引电机的牵引力大小发送给控制系统。

作为本实用新型的一种优选实施例，所述的控制系统远程连接地面站系统，地面站系统包括PC机，能够接收回传的图像以及机器人运动控制。

作为本实用新型的一种优选实施例，所述的轮胎装载架采用工字型支架，在动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块上设置有索径调节凹槽，轮胎装载架通过弹簧支撑安装在索径调节凹槽中，轮胎与桥梁缆索弹性转动配合。

作为本实用新型的一种优选实施例，所述的动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块的若干板块通过螺母与螺栓可拆卸式拼接起来。

相较于现有技术，本实用新型具有如下的有益效果：通过与桥梁缆索转动配合的轮胎，在螺旋桨的驱动下实现沿着桥梁缆索移动，控制系统不仅能够通过控制电机带动螺旋桨动作，而且能够通过控制相机完成相应的检测拍照工作。本实用新型采用多旋翼的螺旋桨为机器人提供动力，一改传统的电机驱动或者电气驱动，质量体积更小，爬行效果更好，更不容易出现卡死或掉落的情况。将视频的处理换成了对图像的处理，减少了数据冗余，并且可以依据拍照顺序更精准的定位缺陷的位置。在机器人行进的过程中实时收集拍摄到的图像，效率高。

进一步的，本实用新型的轮胎连接旋转编码器，旋转编码器将运动距离、速度以及加速度信息发送给控制系统，通过力传感器将牵引电机的牵引力大小发送给控制系统，控制系统能够自动调节牵引力大小进而调节制动力，避免桥梁缆索受损。本实用新型自动化程度高，除了可以依靠地面站对机器人进行手动控制，也可以根据传感器传回来的数据自动进行调节。

附图说明

图1是本实用新型机器人的整体结构示意图；

图2是本实用新型视觉系统支撑模块的结构示意图；

图3是本实用新型行走系统支撑模块的结构示意图；

图4是本实用新型动力系统支撑模块的结构示意图；

图5是本实用新型安全系统支撑模块的结构示意图；

附图中：1-第一顶板，2-轮胎装载架，3-弹簧，4-底板，5-轮胎，6-轴承，7-电机，8-螺旋桨，9-相机，10-相机承载架，11-第二顶板，12-安全系统连接结构，13-摩擦片，14-摩擦片摇臂，15-皮带轮，16-传动齿轮，17-牵引电机，18-牵引绳，19-固定螺栓，20-摩擦片摇臂处螺栓，21-摩擦片摇臂处螺母，22-固定螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

本实用新型提供的一种桥梁缆索检测机器人，主要包括机架、动力系统、视觉检测系统、安全系统、控制系统以及地面站系统。

所述的动力系统、视觉检测系统均与控制系统相连接。

所述的视觉检测系统采用了几个超高速的工业相机进行工作。工业相机通过相应的无线发送接收系统与地面站相连接，将所拍摄到的图像传回地面站。其中无线发送接收系统为机器人与PC端远程控制系统建立的一个无线通讯平台，通讯系统有一个单向无线图传通道，可将机器人拍摄的图像发送至PC端，有一路双向的数据通道可将PC端远程控制信号发送给机器人，同时将机器人的状态数据如工作行程、系统工作电流和电源电量等数据发回至PC端。

所述的动力系统采用多旋翼牵引的动力系统为机器人提供动力。主要包括了螺旋桨8、电池、电机以及无人机的飞控系统等模块。电池为系统提供能源，通过螺旋桨8的旋转提供拉力，并且通过调整螺旋桨的转速，满足工作时对拉力的不同需求。

所述的安全系统主要包括力传感器、摩擦片13、相应的机械结构、拉紧摩擦片的牵引绳18、牵引电机17以及旋转齿轮等。通过电机旋转控制齿轮转动、从而带动拉紧牵引绳18，使得摩擦片13贴紧缆索表面，增大机器人与缆索表面的摩擦力，并通过力传感器进行反馈，从而在不至于压力过大损伤缆索表面的情况下达到控制机器人下落速度以及紧急制动的目的。

所述的控制系统包括运动控制模块、机器人主控器模块以及安全系统控制模块。运动控制模块主要使机器人能够自动的按照操作人员的指令通过控制四个螺旋桨的转速从而控制机器人在缆索上的运动，并且通过与轮胎连接的相应的旋转编码器，记录了机器人的运动距离、速度以及加速度等信息，并将这些信息反馈给控制器，从而实时掌握机器人的运动状态。机器人的主控器模块主要起到控制和调度的作用，通过选择相应的单片机，对各个系统进行控制，从而使得机器人的各个系统协调运行。安全系统控制模块主要是用来控制安全系统中电机的工作，并通过力传感器的反馈来控制电机的旋转力度。

地面站系统包括PC机，用于接收机器人传回来的图像，以及控制机器人的运动。

本实用新型提供的一种桥梁缆索检测机器人所有的系统均装在机架上。所述的机架主要包括视觉系统支撑模块、行走系统支撑模块、动力系统支撑模块以及安全系统支撑模块。视觉系统支撑模块，主要用来装载相机以及相应的控制辅助装置，从而支撑相机完成相应的拍照工作。行走系统支撑模块主要用来支撑机器人的行走，并通过相应的弹簧装置，使得轮胎总是紧贴缆索表面，从而使得机器人能够适应不同直径的缆索。动力系统支撑模块，主要是用来装载电机、螺旋桨以及相应辅助控制装置，支撑动力系统的运行。安全系统支撑模块，主要是用于安装安全装置中的齿轮、电机等装置，支撑机器人安全装置的运行。

以下介绍本实用新型各个零件之间的装配。

视觉系统支撑模块主要由两块顶板组成，两块顶板形状大致相同，只是在两顶板上方开设的相机配合孔之间的间隔夹角略有不同。两块顶板通过四个固定螺栓19对应与四个固定螺母22连接在一起。相机9通过相机承载架10与顶板上的相机配合孔相连接，从而固定到顶板上，并且通过将相机装入不同的相机配合孔，可以改变相机与相机之间的夹角，从而使得机器人适用于圆形以及六边形两种形状缆索的检测。除此之外，每块顶板的下方还开有索径调节凹槽，通过将弹簧3和轮胎装载架2装入其中，可以使得机器人适应不同直径的缆索。

行走系统支撑模块主要由轮胎装载架2、轮胎5以及轮胎处的轴承6组成。装配时将轮胎装载架装入第一顶板1、第二顶板11和底板4的索径调节凹槽中，便可开始工作。

动力系统支撑模块主要是由两块相同的底板4通过固定螺栓19与固定螺母22连接而成。底板上方开有索径调节凹槽用于与行走系统之间进行连接。底板下方还设计有两处安全系统连接结构12，用于装配皮带轮15与摩擦片摇臂14，从而连接下方的安全系统。四个电机7装在底板周围，螺旋桨8装在电机上，通过电机带动螺旋桨的转动为机器人提供动力。

安全系统支撑模块主要由摩擦片13、摩擦片摇臂14、皮带轮15、牵引绳18、传动齿轮16、牵引电机17组成。摩擦片摇臂14与皮带轮15通过轴承与底板上的安全系统连接结构12连接，皮带轮15与摩擦片摇臂14之间通过牵引绳18连接，牵引电机17与皮带轮15之间通过两个传动齿轮16连接，通过控制电机的转动，驱动传动齿轮16，从而控制皮带轮15的转动，牵引绳18拉紧，带动摩擦片摇臂14转动，使摩擦片13紧贴缆索表面，达到制动效果。

以上所述的仅仅是本实用新型的较佳实施例，并不用以对本实用新型进行任何限定，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本实用新型精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书涵盖的保护范围。

Claims (6)

1.一种桥梁缆索检测机器人，其特征在于：包括与控制系统相连接的动力系统以及视觉检测系统，动力系统包括动力系统支撑模块以及设置在动力系统支撑模块四周的电机(7)，电机(7)上安装有螺旋桨(8)；视觉检测系统包括视觉系统支撑模块以及设置在视觉系统支撑模块四周的相机承载架(10)，相机承载架(10)上安装有相机(9)；所述的动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块之间连接行走系统支撑模块，动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块均采用由若干板块拼接起来的环形结构，行走系统支撑模块包括若干个连接在动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块之间的轮胎装载架(2)，所述轮胎装载架(2)位于动力系统支撑模块以及视觉系统支撑模块的环形结构内侧设置由轴承(6)安装的轮胎(5)，轮胎(5)与桥梁缆索转动配合，在螺旋桨(8)的驱动下实现沿着桥梁缆索移动；所述的控制系统通过控制电机(7)带动螺旋桨(8)动作，控制系统通过控制相机(9)完成相应的检测拍照工作。

2.根据权利要求1所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于：动力系统支撑模块的一侧连接安全系统支撑模块，安全系统支撑模块上铰接设置摩擦片摇臂(14)，摩擦片摇臂(14)的端部安装摩擦片(13)，摩擦片摇臂(14)通过牵引绳(18)与牵引电机(17)相连，所述的牵引电机(17)固定在安全系统支撑模块上，牵引电机(17)通过传动齿轮(16)带动皮带轮(15)旋转，牵引绳(18)的一端固定在摩擦片摇臂(14)上，牵引绳(18)的另一端连接在皮带轮(15)上，通过牵引绳(18)收紧能够使摩擦片(13)与桥梁缆索夹紧而制动。

3.根据权利要求2所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于：所述的控制系统能够控制牵引电机(17)实现制动，轮胎(5)连接旋转编码器，旋转编码器将运动距离、速度以及加速度信息发送给控制系统，通过力传感器将牵引电机(17)的牵引力大小发送给控制系统。

4.根据权利要求1或3所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于：所述的控制系统远程连接地面站系统，地面站系统包括PC机，能够接收回传的图像以及机器人运动控制。

5.根据权利要求1所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于：所述的轮胎装载架(2)采用工字型支架，在动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块上设置有索径调节凹槽，轮胎装载架(2)通过弹簧(3)支撑安装在索径调节凹槽中，轮胎(5)与桥梁缆索弹性转动配合。

6.根据权利要求1所述的桥梁缆索检测机器人，其特征在于：所述的动力系统支撑模块与视觉系统支撑模块的若干板块通过螺母与螺栓可拆卸式拼接起来。

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