一种缆索检测机器人

1.本发明涉及一种缆索检测机器人，具体的，涉及一种用于悬索桥主缆和斜拉桥拉索表面聚乙烯护套清理、损伤检测和缆索索力检测的机器人，属于机器人技术领域。


背景技术：

2.中国在交通工程的建设中，很多城市的跨河、跨山甚至跨海桥梁都采用斜拉桥的形式，斜拉桥的主要受力构件为缆索，由于缆索长期裸露在空气当中，受各种环境因素的影响，比如雨水浸泡、太阳暴晒、风吹晃动等，其表面的聚乙烯护套会存在不同程度的硬化和开裂现象，继而造成护套内的钢丝束发生锈斑、断丝等严重的问题；使得缆索的性能退化甚至断裂，缆索索力检测是当前国内外学术界和工程界广泛关注的热点问题 。
3.目前行业中通常的检查方式包括望远镜检测、人工吊篮检测和爬索机器人检测。其中，望远镜检测存在精度不够且手段单一的缺点，人工吊篮检测方式存在安全风险大、效率不高以及成本高的缺点；爬索机器人检测方法能够较好地解决上述问题，此外，由于斜拉索长期暴露在空气环境当中，表面布满了灰尘污垢，这将会影响相机在拍摄过程中不能准确检测记录缆索的损伤，而且在缆索索力检测时需要将加速度传感器安装在缆索的预定位置，此过程人工安装成本高，危险性大。


技术实现要素：

4.针对背景技术中存在的问题，本发明目的在于设计一种结构简单、越障能力强、运行可靠、拆装方便、续航能力强、具有远航操控能力的缆索检测机器人，可用于不同直径大小的缆索外表面清理、检查以及缆索索力检测。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种缆索检测机器人，具体的方案如下。
6.一种缆索检测机器人，其特征在于：包括驱动机架、辅助机架、传动装置、减震器、电机控制系统、缆索清理组件、相机组件；所述辅助机架和所述驱动机架连接，所述电机控制系统安装在所述驱动机架中，所述减震器和所述驱动机架连接，所述缆索清理组件和所述辅助机架连接，所述相机组件和所述辅助机架连接，所述传感器安装组件与所述辅助机架连接。
7.作为优选地，所述驱动机架包括连接杆、电机座、机架面板、电机固定杆；所述连接杆和所述机架面板通过焊接固定，所述机架连接杆和所述电机座通过焊接固定，所述电机固定杆和所述机架面板通过螺栓固定。
8.作为优选地，所述辅助机架包括辅助机架板、卡扣连接杆、辅助轮座、辅助轮；所述驱动机架和所述辅助机架连接方式为根据缆索的直径大小选择合适的所述卡扣连接杆的位置与所述机架连接杆连接，所述辅助机架板和所述卡扣连接杆焊接连接，所述辅助轮座和所述辅助机架板通过焊接连接，所述辅助轮座和所述辅助轮通过轴承配合连接，所述驱动机架的左右连接杆和所述辅助机架的左右两个卡扣连接杆采用可调式卡扣连接实现不同直径大小的缆索爬升。
9.作为优选地，所述传动装置包括电机、带轮、皮带、传动轴、v型驱动轮；所述电机固定在所述电机座当中，所述电机和所述带轮通过键连接，所述传动轴靠所述皮带传动，所述传动轴带动所述v型驱动轮实现爬行，所述v形驱动轮与缆索之间两点接触。
10.作为优选地，所述减震器包括工作缸筒、弹簧、活塞杆；所述工作缸筒和所述机架面板通过螺栓连接，所述活塞杆和所述传动轴通过轴承配合，所述弹簧与所述工作缸筒和所述活塞杆配合，所述减震器与所述机架面板和所述传动轴配合可实现缆索检测机器人在爬升中的越障能力。
11.作为优选地，所述缆索清理组件包括作业连接杆、刷子支架、清理刷；所述作业连接杆和所述辅助机架板通过螺栓连接，所述清理刷支架和所述作业连接杆通过焊接连接，所述清理刷与所述刷子支架固定。
12.作为优选地，相机组件包括相机杆、相机；所述相机杆与所述作业连接杆焊接固定，所述相机安装在所述相机杆上。
13.作为优选地，传感器安装组件包括丝杆，滑块、安装电机、推杆、传动齿轮、传感器安装板、固定板；所述固定板通过螺栓安装在所述作业连接杆上，所述丝杆贯穿在所述固定板中间通过轴承套筒旋转，所述滑块在所述丝杆上做往复运动，所述安装电机固定在所述固定板上，所述推杆与所述滑块、所述传感器安装板连接通过所述滑块水平的往复运动驱动所述传感器安装板上下往返运动，所述传动齿轮通过所述安装电机驱动所述丝杆转动，所述传感器安装板上贴有蓝牙式无线加速度计和触碰传感器，通过触碰传感器感知缆索的位置来控制所述安装电机的启停，完成加速度计在缆索上的安装。
14.作为优选地，所述电机控制系统包括电池，控制器，gps追踪器；所述gps追踪器、电池、控制器均安装在所述电机座中，所述电机与所述电池间隔布置，所述gps追踪器的作用是在整个缆索布置传感器时需要安装在最合适的检测位置。
15.本发明的有益效果为：（1）.本发明中采用驱动机架和辅助机架的两半式机架，使用卡扣式连接杆上不同的位置与连接杆配合连接，使检测机器人的拆装方便，也可以根据缆索大小调解卡扣位置，适用于不同直径的缆索；（2）本发明中左右两个机架面板与驱动轮组之间设有减震器，可以缓解运行中的振动，增强检测机器人的运行稳定性和越障能力，在缆索直径发生微小变化时也可以做出自我调整；（3）本发明中设置了缆索清理装置，作业连接杆通过螺栓与辅助机架板连接，刷子支架焊接在作业连接杆上，可以清理斜拉索表面各种灰尘、污垢等物质，从而解决相机拍摄不清晰的问题；（4）本发明中传动装置的v型驱动轮采用尼龙材质，与索体摩擦力大、不会打滑，也不会对索体表面聚乙烯护套层产生损伤，尼龙耐磨性好，使用寿命长，可满足连续检测需要，v型驱动轮与缆索左右两点接触实现防跑偏功能；（5）本发明在作业连接杆上焊接了三个相机杆，每个相机杆上安装一个工业相机，可在爬行过程中对缆索的整个表面进行拍照检测；（6）本发明在传感器安装组件的传感器安装板的弧形面上贴有触碰传感器和加速度计，当检测机器人到达合适的位置后，gps追踪器将位置信息反馈到终端，终端远程操控
安装电机驱动传感器安装板将加速度计贴到缆索上，在传感器安装板向下运动时触碰传感器接触到缆索之后，安装电机停止工作，再由终端控制电机反转时传感器安装板回到预定位置，此过程完成了传感器的精准布置；（7）本发明在电机控制系统，设有电池为可充电式蓄电池，电机为直流电机，单片机控制器，gps追踪器，具有续航能力强、运行可靠、精准定位、远程操控等功能；（8）本发明在整体布置中，将驱动机架设置在缆索的下部，检测机器人的重心在整体结构的下半部分，在爬升过程中可以增强爬升的稳定性；
附图说明
16.图1为本发明所述的一种缆索检测机器人夹持缆索的立体结构装配图。
17.图2为本发明所述的一种缆索检测机器人未夹持缆索的立体结构装配图。
18.图3为本发明所述的一种缆索检测机器人驱动机架立体结构装配图。
19.图4为本发明所述的一种缆索检测机器人辅助机架立体结构装配图。
20.图5为本发明所述的一种缆索检测机器人相机组件和缆索清理组件安装组件立体结构装配图。
21.图6为本发明所述的一种缆索检测机器人传感器安装组件立体结构图。
22.图中：驱动机架1；辅助机架2；传动装置3；减震器4；缆索清理组件5；相机组件6；传感器安装组件7；电机控制系统8；机架连接杆9；电机座10；机架面板11；电机固定杆12；辅助机架板13；卡扣连接杆14；辅助轮座15；辅助轮16；电机17；带轮18；皮带19；传动轴20；v型驱动轮21；工作缸筒22；弹簧23；活塞杆24；作业连接杆25；刷子支架26；清理刷27；相机杆28；相机29；丝杆30；滑块31；安装电机32；推杆33；传动齿轮34；传感器安装板35；固定板36；电池37；控制器38；gps追踪器39。
实施方式
23.下面结合附图对本发明作进一步说明。
24.如附图1所示，本发明所述的一种缆索检测机器人，其包括驱动机架1、辅助机架2、传动装置3、减震器4（数量为4）、缆索清理组件5、相机组件6、传感器安装组件7、电机控制系统8；所述驱动机架1和所述辅助机架2连接，所述传动装置3安装在所述驱动机架1上，所述减震器4利用螺栓与所述驱动机架1连接，所述缆索清理组件5利用螺栓与所述辅助机架2连接，所述的相机组件6与所述辅助机架2连接，所述传感器安装组件7与所述辅助机架2连接，所述电机控制系统8固定在所述驱动机架1中。
25.如附图2和3所示，所述驱动机架1包括机架连接杆9（数量为2）、电机座10、机架面板11（数量为2）、电机固定杆12；所述机架连接杆9和所述机架面板11通过焊接固定，所述机架连接杆9和所述电机座10通过焊接固定，所述电机固定杆12和所述机架面板11通过螺栓固定。
26.如附图1、2、4所示，所述辅助机架2包括辅助机架板13（数量为2）、卡扣连接杆14（数量为2）、辅助轮座15（数量为2）、辅助轮16（数量为2）；所述驱动机架1和所述辅助机架2连接方式为根据缆索直径大小选择合适的所述卡扣连接杆14的位置与所述机架连接杆9连接，所述辅助机架板13和所述卡扣连接杆14焊接连接，所述辅助轮座15和所述辅助机架板
13通过焊接连接，所述辅助轮座15和所述辅助轮16通过轴承配合连接。
27.如附图3所示，所述传动装置3包括电机17、带轮18（数量为3）、皮带19（数量为2）、传动轴20（数量为2）、v型驱动轮21（数量为2）；所述电机17固定在所述电机座10当中，所述电机17和所述带轮18通过键连接，所述传动轴20靠所述皮带19传动，所述传动轴20带动所述v型驱动轮21实现爬行。
28.如附图2所示，所述减震器4（数量为4）包括工作缸筒22、弹簧23、活塞杆24；所述工作缸筒22和所述机架面板11通过螺栓连接，所述活塞杆24和所述传动轴20通过轴承配合，所述弹簧23与所述工作缸筒22和所述活塞杆24配合。
29.如附图5所示，所述缆索清理组件5包括作业连接杆25、刷子支架26、清理刷27；所述作业连接杆25和所述辅助机架板13螺栓连接，所述刷子支架26和所述作业连接杆25通过焊接连接，所述清理刷27与所述刷子支架26固定。
30.如附图5所示，所述相机组件6包括相机杆28（数量为3）、相机29（数量为3）；所述相机杆28与所述作业连接杆25焊接固定，所述三个相机29安装在所述相机杆28上。
31.如附图6所示，所述传感器安装组件7包括丝杆30、滑块31（数量为2）、安装电机32、推杆33、传动齿轮34（数量为2）、传感器安装板35、固定板36；所述固定板36（数量为2）通过螺栓安装在所述作业连接杆25，所述丝杆30贯穿在所述固定板36中间通过轴承套筒旋转，所述滑块31在所述丝杆30上做往复运动，所述安装电机32固定在所述固定板36，所述推杆33与所述滑块31、传感器安装板35连接，通过所述滑块31水平的往复运动驱动所述传感器安装板35上下往返运动，所述传动齿轮34通过所述安装电机32驱动所述丝杆30转动，所述传感器安装板35上贴有蓝牙式无线加速度计和触碰传感器，通过触碰传感器感知缆索的位置来控制安装电机的启停，完成加速度计在缆索上的安装。
32.如附图3所示，所述电机控制系统8包括电池37、控制器38、gps追踪器39；所述电池37、控制器38、gps追踪器39均安装在所述电机座10中，所述电机17与所述电池37间隔布置。所述控制器38与所述电池37黏贴固定。
33.使用时，首先根据缆索直径大小选择卡扣连接杆15的位置将两对机架连接杆9挂接在一起，使缆索检测机器人的两个v型驱动轮21和两个辅助轮16抱紧缆索，其次再根据缆索直径大小选择合适的清理刷27，安装完成后启动电机17，爬行过程中皮带19在电机17的驱动下使得检测机器人沿缆索爬行，在爬行过程中，当缆索表面出现障碍物时，减震器4中的弹簧23伸缩调节两个v型驱动轮21的高度，实现越障功能，相机28（数量为3）拍摄记录整体缆索的表面状况，终端可以通过控制器38远程操控机器人，实现电机17急停和电机反转的功能，gps追踪器39向终端反馈位置信息。
34.使用时，gps追踪器39将缆索检测机器人的位置反馈到终端，终端控制电机17急停，安装电机32驱动丝杆30将传感器安装板35上的加速度计推至缆索表面，当加速度计贴片成功后，触碰传感器接触到缆索触发，使安装电机32急停，再由终端操控安装电机32反转复位，电机17继续驱动爬升。
35.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种缆索检测机器人，其特征在于：包括驱动机架（1）、辅助机架（2）、传动装置（3）、减震器（4）、缆索清理组件（5）、相机组件（6）、传感器安装组件（7）、电机控制系统（8）；所述驱动机架（1）和所述辅助机架（2）连接，所述传动装置（3）安装在所述驱动机架（1）上，所述减震器（4）与所述驱动机架（1）螺栓连接，所述缆索清理组件（5）与所述辅助机架（2）螺栓连接，所述相机组件（6）与所述辅助机架（2）焊接连接，所述传感器安装组件（7）与所述辅助机架（2）螺栓连接，所述的电机控制系统（8）固定在所述驱动机架（1）中。2.根据权利要求1所述的一种缆索检测机器人，其特征在于：所述驱动机架（1）包括机架连接杆（9）、电机座（10）、机架面板（11）、电机固定杆（12）；所述机架连接杆（9）和所述机架面板（11）通过焊接固定，所述机架连接杆（9）和所述电机座（10）通过焊接固定，所述电机固定杆（12）和所述机架面板（11）通过螺栓固定。3.根据权利要求2所述的一种缆索检测机器人，其特征在于：所述辅助机架（2）包括辅助机架板（13）、卡扣连接杆（14）、辅助轮座（15）、辅助轮（16）；所述驱动机架（1）和所述辅助机架（2）连接方式为根据缆索的直径大小选择合适的所述卡扣连接杆（14）的位置与所述机架连接杆（9）连接，所述辅助机架板（13）和所述卡扣连接杆（14）焊接连接，所述辅助轮座（15）和所述辅助机架板（13）通过焊接连接，所述辅助轮座（15）和所述辅助轮（16）通过轴承配合连接。4.根据权利要求2所述的一种缆索检测机器人，其特征在于：所述传动装置（3）包括电机（17）、带轮（18）、皮带（19）、传动轴（20）、v型驱动轮（21）；所述电机（17）固定在所述电机座（10）当中，所述电机（17）和所述带轮（18）通过键连接，所述传动轴（20）靠所述皮带（19）传动，所述传动轴（20）带动所述v型驱动轮（21）实现爬行。5.根据权利要求2所述的一种缆索检测机器人，其特征在于：所述减震器（4）包括工作缸筒（22）、弹簧（23）、活塞杆（24）；所述工作缸筒（22）和所述机架面板（11）通过螺栓连接，所述活塞杆（24）和所述传动轴（20）通过轴承配合，所述弹簧（23）与所述工作缸筒（22）和所述活塞杆（24）配合。6.根据权利要求3所述的一种缆索检测机器人，其特征在于：所述缆索清理组件（5）包括作业连接杆（25）、刷子支架（26）、清理刷（27）；所述作业连接杆（25）和所述辅助机架板（13）螺栓连接，所述刷子支架（26）和所述作业连接杆（25）通过焊接连接，所述清理刷（27）与刷子支架（26）固定。7.根据权利要求6所述的一种缆索检测机器人，其特征在于：所述相机组件（6）包括相机杆（28）、相机（29）；所述三个相机杆（28）与所述作业连接杆（25）焊接固定，所述三个相机（29）安装在所述相机杆（28）上。8.根据权利要求6所述的一种缆索检测机器人，其特征在于：所述传感器安装组件（7）包括丝杆（30）、滑块（31）、安装电机（32）、推杆（33）、传动齿轮（34）、传感器安装板（35）、固定板（36）；所述固定板（36）通过螺栓安装在所述作业连接杆（25）上，所述丝杆（30）贯穿在所述固定板（36）中间通过轴承套筒旋转，所述滑块（31）在所述丝杆（30）上做往复运动，所述安装电机（32）固定在所述固定板（36）上，所述推杆（33）与所述滑块（31）、传感器安装板（35）连接，通过滑块（31）水平的往复运动驱动传感器安装板（35）上下往返运动，所述传动齿轮（34）通过安装电机（32）驱动丝杆（30）转动，所述传感器安装板（35）上贴有蓝牙式无线加速度计和触碰传感器。
9.根据权利要求2所述的一种缆索检测机器人，其特征在于：所述电机控制系统（8）包括电池（37）、控制器（38）、gps追踪器（39）；所述电池（37）、控制器（38）、gps追踪器（39）均安装在所述电机座（10）中，所述电机（17）与所述电池（37）间隔布置。

技术总结
本发明公开了一种缆索检测机器人，用于悬索桥主缆、吊索以及斜拉桥拉索表面聚乙烯护套清理、损伤检测和缆索传感器布置，它包括驱动机架、辅助机架、传动装置、减震器、缆索清理组件、相机组件、传感器安装组件、电机控制系统；辅助机架和驱动机架连接，电机控制系统安装在驱动机架中，减震器和驱动机架螺栓连接，缆索清理组件和辅助机架螺栓连接，相机组件和辅助机架焊接连接，传感器安装组件和辅助机架螺栓连接；其机身内部设有锂电池、控制器和GPS追踪器，控制器控制驱动电机和安装电机正反转工作，GPS追踪器将机器人位置反馈到终端；本发明具有结构简单、拆装方便、越障能力强、运行可靠、超强续航、远程操控的功能可用于不同直径大小缆索的清理、检测，还可以搭载蓝牙式无线加速度计检测缆索索力。加速度计检测缆索索力。加速度计检测缆索索力。


技术研发人员：彭珍瑞 薛浩 殷红
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/25