一种斜拉索桥钢索自动检测装置的电控系统的制作方法

本实用新型涉及一种电控系统，特别指一种斜拉索桥钢索自动检测装置的电控系统。

背景技术：

斜拉桥作为一种新型桥型，因其造型美观，造价相对比较低，而且抗震性好，正越来越多地出现在大江大河上。斜拉桥的主要受力构件拉索，由于长期暴露在大气之中，受到风吹、日晒、雨淋和环境污染的侵蚀，其表面会出现不同程度的腐蚀、开裂和内部钢丝出现断裂现象。拉索表面的腐蚀和内部钢丝的断裂现象严重威胁到斜拉桥的质量安全，甚至会造成重大的交通事故。因此，对拉索进行定期的检测和维护是非常必要的。

对于拉索质量的检测，目前大都采用人工检测，这种检测方法采用的是卷扬小车搭载人工从拉索底部到拉索顶端对拉索进行检测，而这种卷扬小车重量达到上百公斤，对拉索本身就是一种损害，同时这种人工肉眼检测方法的检测效率和准确性、检测周期长、成本高、危险性大而且影响交通。

近些年国内外很多科研单位都开展了缆索机器人的技术及理论研究工作，并且取得了一些实用成果。纵观这些国内外管道外机器人的行走工作原理，不外乎以下几种：基于自锁或静摩擦原理的气动蠕动式机构；基于滚动摩擦原理的螺旋爬升机构；基于克服动摩擦直线行走的机构；基于移动副和转动副的关节式爬行机构；基于并联机构的并联式爬行机构。其中轮式和气动蠕动式最为常见。这两种形式的机器人各有优劣之处，轮式机器人运动连续，比较容易控制，但越障能力受到限制。气动蠕动式运动不连续，也不易保证运动的平稳性，且需要空气压缩机，使用不太方便。

例如，申请公布日为：2015.05.13，申请公布号为CN104612045A的中国发明专利公开了一种斜拉桥缆索检测机器人系统，包括机架，机架上设置有多个动力爬升机构，该多个动力爬升机构周向分布，动力爬升机构包括动力机构和两个爬升机构，该两个爬升机构上下设置且通过同步传动机构连接，每个爬升机构均包括能贴在缆索上滚动的滚轮，其中一个爬升机构的滚轮通过动力机构带动其旋转，同步传动机构能带动上下设置的两个爬升机构的所有滚轮同步旋转。该方案存在以下缺陷：采用三个动力爬升机构，结构比较复杂；采用电磁制动电机，当缆索机器人突然断电时，电磁制动电机停止工作后便不能再转动，而该机器人系统没有设计相关的下降机构，在断电情况下回收十分危险。

如申请公布日为：2011.11.02，授权公告号为CN202023146U的中国实用新型专利公开了一种斜拉桥缆索检测机器人，所述机器人由上体和下体两部分构成，所述上体包括上体板、穿过上体板并前后对称的一对上体螺杆、各固定于每个上体螺杆下部的弹簧和各固定于每根弹簧下端的一对左右平行的上体橡胶轮，所述下体包括下体板、固定于下体板的三相异步电动机、电动机变速箱和与电动机变速箱相连动并与上体橡胶轮上下对应的两对下体橡胶轮，所述上体板和下体板通过下体螺杆相固定。该方案的缺陷是：采用上、下体分别装有四只橡胶轮，在压紧装置一弹簧的作用下，使机器人与缆索保持合适的压力，这种结构不合理，因为橡胶轮和拉索表面的摩擦力不容易控制好，很容易绕拉索打转或前后摇晃；且该方案采用有线供电，电缆的长度必须大于机器人所爬升的大桥缆索的高度，高空作业时十分不方便。

如申请公布日：2014.04.02，申请公布号为CN103696365A的中国发明专利公开了一种斜拉桥缆索机器人，包括：主动模块、从动模块、检测模块、断电保护模块，所述主动模块以主动车架为安装平台，所述从动模块以从动车架为安装平台，所述检测模块以相机支撑架为安装平台，所述断电保护模块以安装架为安装载体；所述主动车架和从动车架通过连接叉架、连接条连接；所述检测模块通过相机支撑架分别与所述主动车架以及所述从动车架连接；所述断电保护模块通过安装架与所述主动车架连接。该方案存在如下缺陷：采用无线遥控控制，未设置顶端保护装置，机器人在顶端很容易由于遥控的滞后而超程被卡住；且没有设计相关的下降机构，在断电情况下回收起来十分危险。

由于现有的缆索机器人存在有爬升效率不高、整机质量大、结构复杂、安装调整不方便、适应能力差、采用有线控制、没有自动下降机构、顶端未设置保护装置等缺点。因此，研制一种可自动沿桥梁拉索爬升并能对拉索进行准确检测的自动化装置是很有必要的，而研发出该装置后，为该装置装配一套专门的电控系统也是必不可少的一项工作。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种斜拉索桥钢索自动检测装置的电控系统，通过该电控系统来对自动检测装置进行无线控制(包括控制前进、后退、停止、调节速度等)，且可以方便技术人员随时调取录像查看。

本实用新型是这样实现的：一种斜拉索桥钢索自动检测装置的电控系统，包括一遥控器、一跟随控制装置、一监控接收装置、一驱动电机、一触碰返程开关以及一摄像检测机构；所述驱动电机、触碰返程开关以及摄像检测机构均与所述跟随控制装置电连接；所述遥控器以及监控接收装置均与所述跟随控制装置无线连接；

所述跟随控制装置包括一第二电池组、一调速模块、一正转控制单元、一反转控制单元、一电压变换模块、一视频采集模块、一视频传输模块、一行走控制模块以及一遥控控制模块；所述第二电池组与所述电压变换模块相连接；所述视频采集模块、视频传输模块、行走控制模块以及遥控控制模块均并联在一起，并与所述电压变换模块相连接；所述调速模块与所述电压变换模块相连接；所述正转控制单元以及反转控制单元均与所述调速模块相连接；所述驱动电机分别连接所述正转控制单元和反转控制单元。

进一步地，所述监控接收装置包括一第一电池组、一视频接收模块以及一监控记录模块；所述视频接收模块与监控记录模块相连接，并通过所述第一电池组进行供电。

进一步地，所述摄像检测机构包含复数个摄像组件。

本实用新型的优点在于：1、使用该电控系统后，可以通过遥控器对自动检测装置进行无线控制(包括控制前进、后退、停止、调节速度等)，使用起来十分灵活、方便，且可以节省因部署线缆带来的高成本问题，以及减少行走时因线缆缠绕到钢索上带来的麻烦问题；2、设置有触碰返程开关，可以有效防止自动检测装置与钢索顶端发生碰撞，这可以减少对自动检测装置造成伤害；3、能够将摄像检测机构拍摄的录像实时传回到监控接收装置中进行记录和显示，可以方便技术人员随时调取录像查看。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型斜拉索桥钢索自动检测装置的电控系统的原理框图。

图2为本实用新型中跟随控制装置的原理框图。

图3为本实用新型中监控接收装置的原理框图。

图4为实施本实用新型需要使用的自动检测装置的后视图。

图5为图4的左视图。

图6为实施本实用新型需要使用的自动检测装置的俯视图。

图7为自动检测装置中的主动机构的后视图。

图8为自动检测装置中主动机构的俯视图。

图9为图7的右视图。

图10为自动检测装置中摄像检测机构的正视图。

图11为自动检测装置中从动机构的正视图。

图12为自动检测装置中从动机构的侧视图。

图13为自动检测装置中从动机构的俯视图。

图14为自动检测装置中离心制动器的结构示意图。

附图标记说明：

100-自动检测装置，1-机架，11-下框架，111-轴承座，12-中框架，13-导向立柱，2-摄像检测机构，21-左摄像组件，22-右摄像组件，23-下摄像组件，2a-摄像头，2b-摄像支架，3-主动机构，31-驱动电机，32-驱动链轮，33-前主动链轮，331-链轮片，34-后主动链轮，35-主动链条，36-从动链条，37-前主动轴，38-后主动轴，39-锥度主动胶轮，391-第一轴套，4-从动机构，41-上框架，411-第一安装孔，412-第二安装孔，42-锁紧件，421-调整螺杆，422-压缩弹簧，423-锁紧螺母，424-垫片，43-从动轴，44-锥度从动胶轮，441-第二轴套，5-离心制动机构，51-离心制动器，511-单向轴承，512-制动轮毂，513-制动器芯轴，5131-制动块放置槽，514-弹簧，515-扇形制动块，6-触碰返程开关，7-电控及传输系统，71-跟随控制装置，711-第二电池组，712-调速模块，713-正转控制单元，714-反转控制单元，715-电压变换模块，716-视频采集模块，717-视频传输模块，718-行走控制模块，719-遥控控制模块，72-遥控器，73-监控接收装置，731-第一电池组，732-视频接收模块，733-监控记录模块，8-钢索夹持区域，9-钢索。

具体实施方式

请参阅图1至图3所示，一种斜拉索桥钢索自动检测装置100的电控系统200，该电控系统200包括一跟随控制装置71、一遥控器72、一监控接收装置73、一驱动电机31、一触碰返程开关6以及一摄像检测机构2；所述驱动电机31、触碰返程开关6以及摄像检测机构2均与所述跟随控制装置71电连接；所述遥控器72以及监控接收装置73均与所述跟随控制装置71无线连接；其中，遥控器72用于向跟随控制装置71发出遥控信号，监控接收装置73用于接收和记录从跟随控制装置71传输过来的录像。

所述跟随控制装置71包括一第二电池组711、一调速模块712、一正转控制单元713、一反转控制单元714、一电压变换模块715、一视频采集模块716、一视频传输模块717、一行走控制模块718以及一遥控控制模块719；所述第二电池组711与所述电压变换模块715相连接，该电压变换模块715用于电压的变换；所述视频采集模块716、视频传输模块717、行走控制模块718以及遥控控制模块719均并联在一起，并与所述电压变换模块715相连接，其中，视频采集模块716用于配合摄像检测机构2采集钢索9表面的录像；视频传输模块717用于对采集好的录像进行同步传输；行走控制模块718用于对驱动电机31进行行走控制，以实现自动检测装置100的前进、后退或者停止等动作；遥控控制模块719用于接收遥控器72发出的控制信号，并根据控制信号执行对应的控制动作；所述调速模块712与所述电压变换模块715相连接，调速模块712用于控制自动检测装置100的不同行进速度；所述正转控制单元713以及反转控制单元714均与所述调速模块712相连接；所述驱动电机31分别连接所述正转控制单元713和反转控制单元714，正转控制单元713用于控制驱动电机31的正向转动，反转控制单元714用于控制驱动电机31的反向转动。

所述监控接收装置73包括一第一电池组731、一视频接收模块732以及一监控记录模块733；所述视频接收模块732与监控记录模块733相连接，视频接收模块732用于接收从跟随控制装置71传输过来录像，监控记录模块733用于记录和显示录像，并通过所述第一电池组731进行供电。

请参照图4至图14所示，其中，所述自动检测装置100还包括一机架1、一主动机构3、一从动机构4以及一离心制动机构5；所述主动机构3设置在所述机架1的中下部；所述从动机构4套设在所述机架1的上部，并使所述主动机构3与从动机构4之间形成一钢索夹持区域8，在工作时，钢索9就夹持在该钢索夹持区域8中，且通过所述主动机构3带动整个自动检测装置100沿斜拉索桥的钢索9向上爬升或向下滑行；

所述摄像检测机构2设置在所述机架1的中部和下部，且通过该摄像检测机构2对斜拉索桥的钢索9进行拍摄；所述离心制动机构5与所述主动机构3相连接，且通过该离心制动机构5来控制整个自动检测装置100向下滑行的速度。

所述触碰返程开关6设置在所述机架1的前端。在自动检测装置100向上爬升的过程中，当触碰返程开关6触碰到钢索9的顶端时，就会发送触碰信号给电控系统200的跟随控制装置71，跟随控制装置71接收到触碰信号后就控制自动检测装置100停止向上爬升或者向下滑行，以防止自动检测装置100与钢索9顶端发生碰撞。

请重点参照图10所示，所述机架1包括一下框架11、一中框架12以及四根导向立柱13；四根所述导向立柱13的底部分别与所述下框架11的四个角固定连接，所述中框架12固定设置在位于钢索夹持区域8两侧的所述导向立柱13的中部。在具体实施时，该机架1采用不锈钢型材通过焊接形成，整机重量轻；四根导向立柱13的尾端均可以采用锥度缩小结构，以方便主动机构3和从动机构4的配合安装。

请重点参照7至图9所示，所述主动机构3包括一驱动链轮32、一前主动链轮33、一后主动链轮34、一主动链条35、一从动链条36、一前主动轴37、一后主动轴38以及四个锥度主动胶轮39，所述前主动链轮33上设置有两个链轮片331；所述驱动电机31与驱动链轮32均设置在所述下框架11的下方，且通过所述驱动电机31带动所述驱动链轮32旋转；所述前主动轴37和后主动轴38均转动设置在所述下框架11的上方，所述前主动轴37和后主动轴38的中部均对称设置有两所述锥度主动胶轮39，且两所述锥度主动胶轮39之间套设有一第一轴套391，在具体实施时，两锥度主动胶轮39的小端面相向设置，这样可以使钢索9的表面很好的贴合在两锥度主动胶轮39之间，设置第一轴套391的目的是：一方面可以防止两锥度主动胶轮39的轴向窜动，另一方面可以方便锥度主动胶轮39的安装和拆卸，即在安装和拆卸时，只需要将前主动轴37或者后主动轴38的其中一端松开即可实现安装和拆卸。所述前主动链轮33和后主动链轮34均设置在所述驱动链轮32的上方，且所述前主动轴37的一端部与所述前主动链轮33固定连接，该前主动轴37的另一端部与所述离心制动机构5相连接；所述后主动轴38的一端部与所述后主动链轮34固定连接，该后主动轴38的另一端部与所述离心制动机构5相连接；所述驱动链轮32与所述主动链条35相啮合，所述主动链条35与所述前主动链轮33中的任一链轮片331相啮合，且通过所述驱动链轮32带动所述前主动链轮33旋转，并进而带动前主动轴37上的锥度主动胶轮39旋转；所述前主动链轮33的另一链轮片331与所述从动链条36相啮合，所述后主动链轮34与所述从动链条36相啮合，且通过所述前主动链轮33带动所述后主动链轮34同步旋转，并进而带动后主动轴38上的锥度主动胶轮39旋转。

所述下框架11的前、后端各设置有两个带第一轴承(未图示)的轴承座111，所述前主动轴37与前端的两所述轴承座111转动连接，所述后主动轴38与后端的两所述轴承座111转动连接。

请重点参照图11至图13所示，所述从动机构4包括一上框架41、一锁紧件42、两个从动轴43以及四个带第二轴承(未图示)的锥度从动胶轮44；所述上框架41的四个角各设有一第一安装孔411；所述从动机构4通过所述第一安装孔411套设于所述导向立柱13的上部，并通过所述锁紧件42与所述中框架12连接；两所述从动轴43均固定设置在所述上框架41的下方，每所述从动轴43的中部均对称设置有两所述锥度从动胶轮44，且两所述锥度从动胶轮44之间套设有一第二轴套441，在具体实施时，两锥度从动胶轮44的小端面相向设置，这样可以使钢索9的表面很好的贴合在两锥度从动胶轮44之间，设置第二轴套441的目的是：一方面可以防止两锥度从动胶轮44的轴向窜动，另一方面可以方便锥度从动胶轮44的安装和拆卸，即在安装和拆卸时，只需要将从动轴43的其中一端松开即可实现安装和拆卸；所述锥度主动胶轮39与锥度从动胶轮44之间的区域即为所述钢索夹持区域8。

所述锁紧件42包括两根调整螺杆421、两个压缩弹簧422以及若干锁紧螺母423和垫片424；所述上框架41的两侧各设有一第二安装孔412；每所述调整螺杆421的底部均通过所述锁紧螺母423和垫片424锁付于所述中框架12上，顶部均依次穿过所述第二安装孔412和压缩弹簧422，并通过所述锁紧螺母423和垫片424锁紧。其中，压缩弹簧422可以用于钢索夹持区域8的调节，在自动检测装置100沿着钢索9行走的过程中，如果钢索9直径变大，就可以将压缩弹簧422往上顶，使钢索夹持区域8变大；如果钢索9直径变小了，压缩弹簧422在弹力的作用下就会恢复，使钢索夹持区域8变小。

请重点参照图14所示，所述离心制动机构5包括两离心制动器51，每所述离心制动器51均包括一单向轴承511、一制动轮毂512、一制动器芯轴513、两个弹簧514以及两个扇形制动块515；所述前主动轴37和后主动轴38的另一端部均分别通过所述单向轴承511与所述制动器芯轴513相连接；所述制动器芯轴513的上、下表面各设有一制动块放置槽5131，每所述扇形制动块515均置于一所述制动块放置槽5131中，两所述扇形制动块515之间通过所述弹簧514连接拉紧；所述制动轮毂512套设在所述扇形制动块515的外部，且使所述制动轮毂512的端部与所述下框架11上的轴承座111固定连接；在所述前主动轴37和后主动轴38带动所述制动器芯轴513旋转的过程中，所述扇形制动块515在离心率的作用下将与所述制动轮毂512的内壁产生摩擦制动，在实施时，可以在扇形制动块515的弧面上设置摩擦片(未图示)，以达到较好的制动效果。在工作时，如果该自动检测装置100正在向上爬升，则前主动轴37和后主动轴38都会沿着单向轴承511的转动方向进行旋转，而离心制动器51不工作；如果该自动检测装置100正在向下滑行时，则前主动轴37和后主动轴38都会带动离心制动器51的制动器芯轴513一起旋转，制动器芯轴513又会带动两个扇形制动块515进行旋转，当速度达到一定的数值时，两个扇形制动块515在离心力的作用下就会向外扩张，并与制动轮毂512的内壁产生摩擦制动，使滑行速度下降；同时，当滑行速度下降到一定值时，两扇形制动块515在弹簧514弹力的作用下又会向内缩收并恢复到原来的状态，因此可以实现将向下滑行的速度控制在较佳的范围之内。

请重点参照图10所示，所述摄像检测机构2包含复数个摄像组件(未图示)，在本实施例中，所述摄像检测机构2包括一左摄像组件21、一右摄像组件22以及一下摄像组件23；所述左摄像组件21和右摄像组件22分别设置在所述机架1后端的左右侧，所述下摄像组件23设置在所述机架1后端的下部，且所述左摄像组件21、右摄像组件22以及下摄像组件23中的摄像头2a均朝向所述钢索夹持区域8设置。在具体实施时，左摄像组件21、右摄像组件22以及下摄像组件23均通过一摄像支架2b固定在机架1上，为了使拍摄的效果更好，还可以在摄像头2a旁设置摄像辅助照明灯(未图示)，以方便拍摄时进行补光。

本实用新型斜拉索桥钢索自动检测装置100的电控系统200的工作原理如下：

首先，需要将从动机构4先从自动检测装置100上拆下来，并将要进行检测的斜拉索桥的钢索9置于钢索夹持区域8中；然后将从动机构4上的第一安装孔411套入导向立柱13的上部，将从动机构4上的第二安装孔412套入调整螺杆421的上部；接着，在调整螺杆421的上端套上压缩弹簧422和垫片424，并用锁紧螺母423锁紧，使锥度主动胶轮39和锥度从动胶轮44将钢索9紧紧夹持住；

将钢索9夹持好后，就通过遥控器72发送前进信号给跟随控制装置71的遥控控制模块719，遥控控制模块719就控制行走控制模块718驱动驱动电机31正转，即驱动正转控制单元713工作，以推动自动检测装置100向上爬升，此时，前主动轴37和后主动轴38都会沿着单向轴承511的转动方向进行旋转，而离心制动器51不工作；同时控制视频采集模块716配合摄像头2a来实时采集钢索9表面的录像；采集好的录像则通过视频传输模块717传输给监控接收装置73，监控接收装置73的视频接收模块732在接收到录像后，就将录像发送给监控记录模块733进行记录和显示，以方便技术人员对钢索9的表面进行检查；

自动检测装置100在向上爬升的过程中，当爬升到触碰返程开关6触碰到钢索9顶部时，就发送触碰信号给跟随控制装置71的行走控制模块718，行走控制模块718就会控制驱动电机31停止工作，使自动检测装置100停止行走；之后通过遥控器72发送后退信号给跟随控制装置71的遥控控制模块719，遥控控制模块719就控制行走控制模块718驱动驱动电机31反转，即驱动反转控制单元714工作，以带动自动检测装置100向下滑行，此时，前主动轴37和后主动轴38都会带动离心制动器51的制动器芯轴513一起旋转，制动器芯轴513又会带动两个扇形制动块515进行旋转；当下滑的速度达到一定的数值时，两个扇形制动块515在离心力的作用下就会向外扩张，并与制动轮毂512的内壁产生摩擦制动，从而使滑行速度下降；同时，当滑行速度下降到一定值时，两扇形制动块515在弹簧514弹力的作用下又会向内缩收并恢复到原来的状态。当然，在自动检测装置100行走的过程中，当速度过快(过慢)时，还可以通过遥控器72发送减速信号(加速信号)给跟随控制装置71的遥控控制模块719，遥控控制模块719就控制调速模块712调整驱动电机31转动的速度，从而实现加速或减速功能。

综上所述，本实用新型具有如下优点：1、使用该电控系统后，可以通过遥控器对自动检测装置进行无线控制(包括控制前进、后退、停止、调节速度等)，使用起来十分灵活、方便，且可以节省因部署线缆带来的高成本问题，以及减少行走时因线缆缠绕到钢索上带来的麻烦问题；2、设置有触碰返程开关，可以有效防止自动检测装置与钢索顶端发生碰撞，这可以减少对自动检测装置造成伤害；3、能够将摄像检测机构拍摄的录像实时传回到监控接收装置中进行记录和显示，可以方便技术人员随时调取录像查看。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。