用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人的制作方法

1.本发明涉及桥梁拉索检测技术领域，更具体地说是一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人。


背景技术：

2.随着世界桥梁工程技术的快速发展，桥梁跨度也不断增大，也由此增大桥梁索力检测难度大要求高，拉索表面保护层的破损病害检测距离增大。研发爬索机器人主要任务是携带检测设备沿垂直拉索、斜拉索，在拉索光直、凹、凸坑不平拉索表面爬升，完成拉索外观和拉索索力检测工作。桥梁拉索是拉索桥中最重要的构件，直接承担着桥梁荷载，并控制着整个桥面系的内力分布和线型。通常拉索在锚固区的高度应力集中、腐蚀、疲劳及风雨作用下容易引起振动，导致拉索桥索力的改变，索力是拉索桥健康状态评估的重要指标。因此，对拉索桥的拉索进行索力检测和状态评估至关重要。
3.现有的索力检测中主要由以下不足：1. 索力传感器检测索力时，需要和拉索紧贴才能实现精确测量，贴的越紧越准确，常规桥梁索力检测是在索杆上绑定传感器，由于不同试验人员对传感器的绑定松弛不一，也会造成传感器采集数据时存在偏差。而一些检测机器人的索力传感器都是和机器人的框架固定的，但是不同桥梁的拉索直径不同，导致索力传感器与拉索距离不一，甚至距离较远，难以实现对索力的精准测量；且为了爬行，索力传感器和拉索并无法紧贴，因为贴紧了爬行阻力大，且会损坏索力传感器。
4.2. 常规桥梁索力测试点较高，检测人员通过收缩楼梯很难达到索力测试点，达不到测试高度，常规的索力试验检测数据会有误差。索力测试点较高。常规中试验人员攀爬太高，人员实验中存在较大安全隐患。
5.3.现有爬索机器人无智能避障功能，传统方案通过视频画面或是人远距离观察障碍物；当机器人遇障碍物或爬索机器人运行到拉索顶端时，人员判断易存在误判，或是判断滞后，无法及时准确的观察爬索机器人前方障碍，机器人遇障碍物还继续运行，可能会造成爬索机器人与障碍物相撞或机器人卡轮导致设备掉落隐患。
6.4.现有爬索机器人如在高空拉索检测中遇故障、设备运行报警、电路突然断电、元器件故障等；爬索机器人在此时机械动力将会突然中断，会导致爬索机器人在高空快速下坠，将会造成机器人设备的损坏，设备快速下坠也会对桥梁拉索pe护套的破坏，如有不慎还会对现场人员构成安全隐患。
7.5. 现有大部分爬索机器人机构关节多、体积大、笨重、负载能力差等，易受到条件制约。


技术实现要素：

8.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人，包括主框架、爬行机构、摄像头、端部感应传感器、索力传感器机构；所述爬行机构，包括主动轮、从动轮、驱动装置，所述驱动装置与主动轮传动连接，所述主动轮、从动轮均与主框架内设置的轮座转动连接；所述主框架前端安装有多个摄像头和端部感应传感器；所述索力传感器机构，包括滑台、索力传感器、螺杆，所述滑台安装于主框架，滑台上固定有滑块槽，所述滑块槽内放置有滑块，所述滑块槽侧面安装有步进电机，所述步进电机连接螺杆一端，螺杆穿过滑块槽侧面且穿过滑块的螺纹孔，螺纹孔与螺杆匹配；所述滑块上固定有安装支架，所述安装支架上安装有多个滑轴，滑轴一端穿过安装支架上的孔且端部设有螺帽，滑轴另一端与索力传感器固定连接，所述滑轴上套有弹簧，所述滑块槽侧面固定有两个物体感知传感器；所述主框架上安装有距离编码器，距离编码器与其中一个从动轮的转轴连接；所述摄像头、端部感应传感器、索力传感器、步进电机、距离编码器均与主控制器电连接，所述主控制器连接有第一网桥，通过第一网桥与地面接收操控平台建立连接。
10.驱动装置包括步进电机、与步进电机连接的减速机，所述减速机输出轴通过皮带与主动轮传动连接。
11.所述主框架，包括中框、左框、右框，中框的左右两边分别与左框、右框铰接；左框、右框通过紧绳器可调节式连接。
12.所述主框架侧面安装有第一网桥盒子、主电控盒子、电器附件盒子、电池箱。
13.所述主框架上面安装有把手。
14.还包括有机器人收放线机构，所述机器人收放线机构包括收放线盘、固定座，所述固定座侧面转动安装有收放线盘，所述收放线盘缠绕有拉绳，拉绳一端连接主框架，固定座上安装有第二网桥，第二网桥连接有用于供电的移动电源；所述第一网桥、第二网桥、地面接收操控平台之间无线连接。
15.所述主框架采用高强压铸合金铝材，铝材中添加有si元素、cu元素、mg元素。
16.本发明的技术效果和优点：1、设置索力传感器机构，可以精确的控制索力传感器和拉索紧密贴合，实现对桥梁拉索索力精准采集。可以实现在不同环境下对桥梁振动状况的实时监控，并进行斜拉索的振动基频识别，同时，利用振动法原理将基频转换为索力大小。设置有弹簧，索力传感器移动到位后可以减震，防止索力传感器和拉索撞击，有效保护索力传感器和电机滑台。
17.2、爬索机器人设备和控制系统间采用无线通信，实现远程控制，通过摄像头拍摄桥梁拉索外观病害，通过距离编码器采集爬索机器人距离，距离在图像中及时更新，实现病害缺陷直观展现，也便于检测结束后，检测人员通过视频影像资料，对病害外观论证及时修复处理。应用多组传感器配合，对拉索内部受力变化进行检测识别，拉索内部受力是否异常，给出有效结论判断，为桥梁拉索后期维护提供了精准方案。采用无线远距离通信技术，通过远距离网桥传输，爬索机器人内部建立信号发射端，地面接收操控平台建立信号接收端，通过自建网络桥，实现爬索机器人1公里以上的无线网络传输信号，此无线网络信号覆盖的范围，实现了对所有大型拉索桥梁的检测。
18.3、端部感应传感器遇障碍物时可以通过主控制器控制步进电机的自动降速刹车功能，可快速阻止爬索机器人意外事故运行的发生。
19.4、基于爬索机器人设备具有检测效率高、检测参数多、可靠性强、能耗低、使用和维护成本低等特点，可适应国内各种斜拉桥、缆索桥、拱桥索杆外观及索力检测。
20.5、爬索机器人有距离编码器采集机器人行走距离，通过精准距离捕捉，实现索力传感器精准的停留在检测高度处，这样就解决测试高度不达标所带来的测试数据的误差问题。
21.6、爬索机器人采用高强压铸合金铝材，铝材中添加适量的si元素可提高合金的工艺流动性能，降低热裂倾向，提高材料的气密性、耐蚀性与热导率；添加适量的cu元素可增强合金的耐蚀性、机械强度与导热性能，提高合金的工艺流动性、抗蠕变性能、耐疲劳强度与机械加工性能；当cu作为强化相固溶于铝基体或以颗粒状化合物形式存在时，合金的强度、硬度可得到明显提高；添加适量的mg元素可提高合金的耐蚀性与机械强度，粘模倾向也会随之降低，改善合金的机械加工性能。压铸合金材料成分进行不断优化调整，结合高真空压铸技术与热处理工艺参数调控，充分发挥合金材料的工艺特性，借助高压注射与低速充型不断提高压铸合金材料的综合力学性能。根据材料和爬索机器人结构集成一体化轻量设计，采用压铸工艺进行生产研制，降低其生产成本，减轻结构重量，增加结构强度。通过轻型高强压铸铝合金材料，实现结构比传统材料轻2.5-3倍重量，为爬索机器人轻型高强的研发路径提供了发展基础。
附图说明
22.图1为本发明立体结构示意图；图2为索力传感器机构结构示意图；图3为本发明另一视角结构示意图；图4为本发明另一视角结构示意图；图5为本发明另一视角结构示意图；图6为本发明仰视结构示意图；图7为索力传感器机构局部结构示意图；图8为本发明系统结构框图；图9为机器人收放线机构结构示意图。
具体实施方式
23.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1-9所示的一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人，包括主框架1、爬行机构、摄像头3、端部感应传感器4、索力传感器机构5；所述爬行机构包括一组主动轮21、3组从动轮22、驱动装置23，所述驱动装置23与主动轮21传动连接，所述主动轮21、从动轮22均与主框架内设置的轮座24转动连接；
所述主框架1前端安装有多个摄像头3和端部感应传感器4；所述索力传感器机构5，包括滑台51、索力传感器52、螺杆53，所述滑台51固定安装于主框架1上，滑台51上固定有滑块槽54，所述滑块槽内放置有滑块55，所述滑块槽54侧面安装有步进电机56，所述步进电机连接螺杆53一端，螺杆53穿过滑块槽54侧面且穿过滑块55的螺纹孔，螺纹孔与螺杆匹配；所述滑块55上固定有安装支架57，所述安装支架57上安装有多个滑轴58，滑轴58一端穿过安装支架上的孔且端部设有螺帽，滑轴另一端与索力传感器52固定连接，所述滑轴上套有弹簧59，所述滑块槽侧面固定有两个物体感知传感器6；所述主框架1上安装有距离编码器7，距离编码器7与其中一个从动轮的转轴连接；设置索力传感器机构，可以精确的控制索力传感器和拉索紧密贴合，实现对桥梁拉索索力精准采集。可以实现在不同环境下对桥梁振动状况的实时监控，并进行斜拉索的振动基频识别，同时，利用振动法原理将基频转换为索力大小。设置有弹簧，索力传感器移动到位后可以减震，防止索力传感器和拉索撞击，有效保护索力传感器和电机滑台。
25.优选的，所述摄像头、端部感应传感器、索力传感器、步进电机、距离编码器均与主控制器电连接，所述主控制器连接有第一网桥。
26.优选的，驱动装置23包括步进电机231、与步进电机231连接的减速机232，所述减速机输出轴通过皮带233与主动轮21传动连接。
27.优选的，所述主框架1，包括中框111、左框112、右框113，中框11的左右两边分别与左框112、右框113铰接；左框、右框通过紧绳器114可调节式连接；所述紧绳器为现有技术，可拆卸安装，可锁紧。
28.所述主框架1侧面安装有第一网桥盒子8、主电控盒子9、电器附件盒子10、2个电池箱11。
29.优选的，所述主框架1上面安装有把手12。
30.优选的，还包括有机器人收放线机构，所述机器人收放线机构包括收放线盘131、固定座132，所述固定座132侧面转动安装有收放线盘131，所述收放线盘缠绕有拉绳，拉绳一端连接主框架，固定座132上安装有第二网桥133，第二网桥连接有用于供电的移动电源134；所述第一网桥、第二网桥、地面接收操控平台之间无线连接。机器人收放线机构可以在动力故障时，人工将机器人回收。
31.优选的，所述主框架采用高强压铸合金铝材，铝材中添加有si元素、cu元素、mg元素。
32.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中,需要说明的是,除非另有规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人，其特征在于：包括主框架、爬行机构、摄像头、端部感应传感器、索力传感器机构；所述爬行机构，包括主动轮、从动轮、驱动装置，所述驱动装置与主动轮传动连接，所述主动轮、从动轮均与主框架内设置的轮座转动连接；所述主框架前端安装有多个摄像头和端部感应传感器；所述索力传感器机构，包括滑台、索力传感器、螺杆，所述滑台安装于主框架，滑台上固定有滑块槽，所述滑块槽内放置有滑块，所述滑块槽侧面安装有步进电机，所述步进电机连接螺杆一端，螺杆穿过滑块槽侧面且穿过滑块的螺纹孔，螺纹孔与螺杆匹配；所述滑块上固定有安装支架，所述安装支架上安装有多个滑轴，滑轴一端穿过安装支架上的孔且端部设有螺帽，滑轴另一端与索力传感器固定连接，所述滑轴上套有弹簧，所述滑块槽侧面固定有两个物体感知传感器；所述主框架上安装有距离编码器，距离编码器与其中一个从动轮的转轴连接；所述摄像头、端部感应传感器、索力传感器、步进电机、距离编码器均与主控制器电连接，所述主控制器连接有第一网桥，通过第一网桥与地面接收操控平台建立连接。2.根据权利要求1所述的一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人，其特征在于：驱动装置包括步进电机、与步进电机连接的减速机，所述减速机输出轴通过皮带与主动轮传动连接。3.根据权利要求1所述的一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人，其特征在于：所述主框架，包括中框、左框、右框，中框的左右两边分别与左框、右框铰接；左框、右框通过紧绳器可调节式连接。4.根据权利要求1所述的一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人，其特征在于：所述主框架侧面安装有第一网桥盒子、主电控盒子、电器附件盒子、电池箱。5.根据权利要求1所述的一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人，其特征在于：所述主框架上面安装有把手。6.根据权利要求1所述的一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人，其特征在于：还包括有机器人收放线机构，所述机器人收放线机构包括收放线盘、固定座，所述固定座侧面转动安装有收放线盘，所述收放线盘缠绕有拉绳，拉绳一端连接主框架，固定座上安装有第二网桥，第二网桥连接有用于供电的移动电源；所述第一网桥、第二网桥、地面接收操控平台之间无线连接。7.根据权利要求1所述的一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人，其特征在于：所述主框架采用高强压铸合金铝材，铝材中添加有si元素、cu元素、mg元素。

技术总结
本发明公开了一种用于桥梁拉索外观和索力检测的轻型高强智能检测机器人，包括主框架、爬行机构、摄像头、端部感应传感器、索力传感器机构；设置索力传感器机构，可以精确的控制索力传感器和拉索紧密贴合，实现对桥梁拉索索力精准采集。爬索机器人设备和控制系统间采用无线通信，实现远程控制，通过摄像头拍摄桥梁拉索外观病害，通过距离编码器采集爬索机器人距离，距离在图像中及时更新，实现病害缺陷直观展现，也便于检测结束后，检测人员通过视频影像资料，对病害外观论证及时修复处理。基于爬索机器人设备具有检测效率高、检测参数多、可靠性强、能耗低、使用和维护成本低等特点，可适应国内各种斜拉桥、缆索桥、拱桥索杆外观及索力检测。观及索力检测。观及索力检测。


技术研发人员：杨杰 邓亚 李秀春 刘建华 刘锌 唐宝钊 罗军 钟志霞 刘筱霞 屈普
受保护的技术使用者：四川兴瑞成机械设备有限公司 成都科劲自动化设备有限公司
技术研发日：2022.04.01
技术公布日：2022/5/25