一种桥梁缆索健康检测机器人.pdf

本发明公开了一种桥梁缆索健康检测机器人，它包括：主动小车、从动小车、连接装置、导向装置、控制装置；主动小车和从动小车车轮相对并通过连接装置连接，两车车轮夹紧桥梁缆索；主动小车通过导向装置牵引从动小车移动；控制装置设置在主动小车上。本发明的有益技术效果是：结构紧凑，体积小，重量轻，操纵简便，运动灵活，带负载能力强，可携带不同类型的检测、维护设备，可实现大长度斜拉索的无人检测及涂装，适用面广。

1、  一种桥梁缆索健康检测机器人，其特征在于：它包括：主动小车(4)、从动小车(2)、连接装置、导向装置、控制装置；主动小车(4)和从动小车(2)车轮相对并通过连接装置连接，两车车轮夹紧桥梁缆索(1)；主动小车(4)通过导向装置牵引从动小车(2)移动；控制装置设置在主动小车(4)上。

2、  根据权利要求1所述的桥梁缆索健康检测机器人，其特征在于：主动小车(4)和从动小车(2)包括：车体和前、后两个车轮；其中，车轮轮缘为内凹的弧面，轮缘的材料采用橡胶弧面、金属无齿弧面或金属有齿弧面；轮缘尺寸与桥梁缆索(1)外径相匹配。

3、  根据权利要求1所述的桥梁缆索健康检测机器人，其特征在于：连接装置包括：弹簧(3-1)、连接板(3-2)、连接杆(3-3)；主动小车(4)和从动小车(2)的中部各设置有一个连接板(3-2)，连接板(3-2)和车体转动连接；连接板(3-2)两端有孔，分别对应车体两侧的连接杆(3-3)；连接杆(3-3)一端固定在其中一个连接板(3-2)上，连接杆(3-3)另一端将弹簧(3-1)卡在连接板(3-2)和连接杆(3-3)端头之间；弹簧(3-1)为两小车提供预紧正压力。

4、  根据权利要求3所述的桥梁缆索健康检测机器人，其特征在于：弹簧(3-1)采用定刚度或变刚度双螺旋弹簧，且弹簧(3-1)的伸缩量可调。

5、  根据权利要求1所述的桥梁缆索健康检测机器人，其特征在于：导向装置结构如下：两小车车体两侧分别设置有两根导向杆(7)，导向杆(7)两端分别卡在两小车车体上，主动小车(4)通过导向杆(7)带动从动小车(2)移动。

6、  根据权利要求1所述的桥梁缆索健康检测机器人，其特征在于：控制装置包括：动力机构、检测机构、控制机构；控制机构接收操作员的远程指令对动力机构进行控制，同时，将检测机构采集到的实时信息发送给操作员。
动力机构经减速器传动齿型带轮(5)，齿型带轮(5)采用皮带同时驱动主动小车(4)的前、后车轮；
检测机构采集桥梁缆索(1)的实时信息并传送给控制机构，检测机构可以采用电涡流检测装置、磁漏检测装置、超声波检测装置、照相/摄影装置中的一种多或上述装置中的不同组合。

一种桥梁缆索健康检测机器人
技术领域
本发明涉及一种缆索检测技术，尤其涉及一种桥梁缆索健康检测机器人。
背景技术
缆索是斜拉桥的主要承力部分，其造价约占全桥造价的25％～30％，为了降低缆索的维修费用，避免单根或全体缆索被腐蚀而换索，改善大桥形象，定期的内外部检测、涂装或修复都是必须的。目前对斜拉索的检查和维护方式还较落后，在风吹雨淋日晒的桥面高空，一般仍需施工人员亲手作业。德国约于1970年开始将能够同时检查局部缺陷和测量金属横截面面积缩小的电磁设备用于检查桥梁的缆索，利用卷扬机使设备沿缆索移动，记录测试数据或储存以作分析；我国近年也考虑了斜拉索的断丝、锈斑检测，利用卷扬机拖动小车搭载钢丝检测传感器，但仅能检测长度较短的缆索。美国威斯康星大学一直在从事该方面研究，其缆索健康检测技术已相当成熟，但爬行机构还没有实现突破。
上海徐浦大桥建成后采用了人工涂装的方式，即由塔顶设立定滑轮吊点，用卷扬机经钢丝绳带动小车及载人和涂料的吊篮由人在高空对全部缆索实行了涂装，但效率低下，而且安全性差，成本高。
发明内容
本发明提出了一种桥梁缆索健康检测机器人，其结构如下：它包括：主动小车、从动小车、连接装置、导向装置、控制装置；主动小车和从动小车车轮相对并通过连接装置连接，两车车轮夹紧桥梁缆索；主动小车通过导向装置牵引从动小车移动；控制装置设置在主动小车上。
主动小车和从动小车的结构如下：主动小车和从动小车包括：车体和前、后两个车轮；其中，车轮轮缘为内凹的弧面，轮缘的材料采用橡胶弧面、金属无齿弧面或金属有齿弧面；轮缘尺寸与桥梁缆索外径相匹配。
连接装置包括：弹簧、连接板、连接杆；主动小车和从动小车的中部各设置有一个连接板，连接板和车体转动连接；连接板两端有孔，分别对应车体两侧的连接杆；连接杆一端固定在其中一个连接板上，连接杆另一端将弹簧卡在连接板和连接杆端头之间；弹簧为两小车提供预紧正压力。
弹簧采用定刚度或变刚度双螺旋弹簧，且弹簧的伸缩量可调。
导向装置结构如下：两小车车体两侧分别设置有两根导向杆，导向杆两端分别卡在两小车车体上，主动小车通过导向杆带动从动小车移动。
控制装置包括：动力机构、检测机构、控制机构；控制机构接收操作员的远程指令对动力机构进行控制，同时，将检测机构采集到的实时信息发送给操作员。
动力机构经减速器传动齿型带轮，齿型带轮采用皮带同时驱动主动小车的前、后车轮；
检测机构采集桥梁缆索的实时信息并传送给控制机构，检测机构可以采用电涡流检测装置、磁漏检测装置、超声波检测装置、照相/摄影装置中的一种多或上述装置中的不同组合；
本发明的有益技术效果是：结构紧凑，体积小，重量轻，操纵简便，运动灵活，带负载能力强，可携带不同类型的检测、维护设备，可实现大长度斜拉索的无人检测及涂装，适用面广。
附图说明
图1，两小车与桥梁缆索位置关系示意图；
图2，小车俯视图；
图3，平衡悬架原理示意图；
图4，控制机构结构示意图；
图5，控制机构程序框图；
图中：桥梁缆索1、从动小车2、弹簧3-1、连接板3-2、连接杆3-3、主动小车4、齿型带轮5、电机和减速器6、导向杆7。
具体实施方式
针对背景技术中现有技术的不足，发明人考虑利用特种机器人技术，开发一种能自动沿索爬升并能完成一定作业任务的大倾斜度缆索机器人，这不仅是交通基础建设与维护的必然要求，而且给斜拉桥缆索的检测和维护作业提供了重要的手段，并且也可应用于类似的斜拉结构上。
参见附图1、2，本发明的结构如下：它包括：主动小车4、从动小车2、连接装置、导向装置、控制装置；主动小车4和从动小车2车轮相对并通过连接装置连接，两车车轮夹紧桥梁缆索1；主动小车4通过导向装置牵引从动小车2移动；控制装置设置在主动小车4上。主动小车4和从动小车2包括：车体和前、后两个车轮；其中，车轮轮缘为内凹的弧面，轮缘的材料采用橡胶弧面、金属无齿弧面或金属有齿弧面；轮缘尺寸与桥梁缆索1外径相匹配。连接装置包括：弹簧3-1、连接板3-2、连接杆3-3；主动小车4和从动小车2的中部各设置有一个连接板3-2，连接板3-2和车体转动连接；连接板3-2两端有孔，分别对应车体两侧的连接杆3-3；连接杆3-3一端固定在其中一个连接板3-2上，连接杆3-3另一端将弹簧3-1卡在连接板3-2和连接杆3-3端头之间；弹簧3-1为两小车提供预紧正压力。弹簧3-1采用定刚度或变刚度双螺旋弹簧，且弹簧3-1的伸缩量可调。导向装置结构如下：两小车车体两侧分别设置有两根导向杆7，导向杆7两端分别卡在两小车车体上，主动小车4通过导向杆7带动从动小车2移动(导向杆7为作用是：使主动小车4和从动小车2的车体，沿桥梁缆索1行进方向无相对位移，主动小车4前进时带动导向杆7，导向杆7带动从动小车)。
其中，主动小车4和从动小车2的行走机构(即两个小车和连接装置)均采用平衡架结构(平衡架原理参见附图3)：连接板3-2与主动小车4和从动小车2的车体中部转动连接(连接板3-2的固定轴在两小车车体上，连接板3-2可绕固定轴小幅转动，也即车体和连接板3-2可相对转动)，弹簧3-1将两小车车体夹紧后，连接板3-2的固定轴形成支点，当小车行进到桥梁缆索1上凹凸不平的部位时，两小车车体均可绕各自的连接板3-2的固定轴小幅转动，使车轮紧密贴合桥梁缆索1外表面，以免车轮因无法贴紧桥梁缆索1外表面而使小车停止行进。
控制装置包括：动力机构、检测机构、控制机构；控制机构接收操作员的远程指令对动力机构进行控制，同时，将检测机构采集到的实时信息发送给操作员。
动力机构经减速器传动齿型带轮5，齿型带轮5采用皮带同时驱动主动小车4的前、后车轮；
检测机构采集桥梁缆索1的实时信息并传送给控制机构，检测装置可以是电涡流检测装置、磁漏检测装置、超声波检测装置、照相/摄影装置以及其他一些用于缆索健康状态检测的仪器，也可以是用于缆索维护保养的装置，上述的各种检测设备可以单独使用，也可以采用不同的组合同时使用。因为桥梁缆索1为圆柱型，小车在行进时，负重大的小车会自然旋转到桥梁缆索1下方，故主动小车4一般处于桥梁缆索1下方。
参见附图4，本发明的机器人的控制系统如下：控制箱(控制机构)中的计算机通过通讯模块接收到操作人员的指令后，向控制板发出机器人的运动命令(前进、停止或返回)，控制板则根据该命令通过驱动器控制电机(动力机构)运动。若小车行进中检测到障碍，或者直接由计算机作出判断，向控制板发出返回/前进命令(一般用于无人职守的自动系统)，或者将现场的实时图象(或其他信号)传送给操作人员，由操作人员决定该如何控制机器人的动作。机器人运动时，计算机根据一定时序启动检测装置对缆索进行检测，检测结果存在计算机中，同时经过压缩后通过通讯模块发送给地面设施。
参见图5，本发明采用的一套具体的控制程序框图。