大坝吊索式裂纹探测机器人的制作方法

本发明属于探测设备领域，更具体地，涉及一种大坝吊索式裂纹探测机器人。

背景技术

随着科技的发展和生产生活的需要，人们兴建了各种大型的水利工程，包括各大流域或水库的大坝。大坝主要为混凝土结构，由于混凝土的大坝在应力作用、温度变化等情况下，其外表面会产生裂缝，这些裂缝是混凝土结构由于内外因素的作用而产生的物理结构变化，是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因，因此，我们需要及时鉴别裂缝是否为有害裂缝，对于有害裂缝必须及时采取相应安全措施，传统中通常采用人工探测的方式，人工探测裂纹容易发生遗漏及判断失误，而且在大坝的陡峭壁上，人工作业危险性高，效率低，并且移动困难。

因此有必要研发一种大坝吊索式裂纹探测机器人，代替人工作业，避免人工作业时发生危险，避免探测区域遗漏，并提高裂纹探测的准确度及探测效率，极大程度保证大坝的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种大坝吊索式裂纹探测机器人，代替人工作业，利用红外热成像原理进行裂纹探测，提高裂纹探测的准确度及探测效率，极大程度保证建筑的安全性及工人的人身安全。

为了实现上述目的，本发明提供一种大坝吊索式裂纹探测机器人包括：

轨道，所述轨道设置于所述大坝上；

起重机，所述起重机包括轨道挡沿、减速器、起重电机及线轮，所述轨道挡沿设置于所述起重机的底部，所述轨道挡沿与所述轨道配合，所述起重机上部设有减速器及起重电机，所述线轮的主轴通过所述减速器连接于所述起重电机；

探测车，所述探测车包括底板和侧架板，所述侧架板设置于所述底板两侧，所述底板上设有红外探测器、变温装置和控制模块，所述侧架板上设有滑轮组机构；

吊索，所述吊索为一整段钢丝，所述钢丝两端分别缠绕固定于所述起重机两侧的线轮，中段缠绕在所述滑轮组机构上。

优选地，所述轨道挡沿的内部两侧设有多个滚轮，所述滚轮连接于滚轮驱动电机。

优选地，所述起重机还包括导环，所述导环设置于所述线轮前端，与所述起重机通过卡扣固定连接。

优选地，所述滑轮机构包括尾部滑轮，横向过渡滑轮和中部张紧轮，所述尾部滑轮设置于所述探测车的尾部两侧，所述横向过渡滑轮设置于所述尾部滑轮前端，所述中部张紧轮设置于两个所述横向过渡滑轮之间。

优选地，所述尾部滑轮通过尾部滑轮支架设置于所述侧架板上，所述尾部滑轮与所述尾部滑轮支架通过销轴连接。

优选地，所述侧架板之间架设有张紧轮支架，所述张紧轮设置于所述张紧支架中部，所述横向过渡轮设置于所述张紧轮支架两端。

优选地，所述尾部滑轮的转轴处设置有尾部导环，所述尾部滑轮与所述横向过度滑轮之间设有中部导环。

优选地，所述探测车前端设置有两个全向轮，所述全向轮通过螺栓轴固定于所述侧架板上。

优选地，所述底板的顶部设有太阳能板，所述太阳能板连接于蓄电池。

优选地，所述探测车的底板上设有蜂巢状的散热孔。

本发明的有益效果在于：起重电机通过减速器带动线轮旋转来收放吊索，实现探测车在大坝上的上下移动，起重机沿轨道移动，即带动探测车沿轨道方向移动，使探测车的行驶路径全面覆盖大坝表面；探测车上的变温装置可以改变局部大坝表面上的温度，使表面上与裂缝内产生温度差，再利用红外探测器的热成像原理，即可探测出裂纹的位置及大小；吊索的中部穿过探测车的滑轮组机构，则探测车可在自身重力与滑轮组机构的作用下，始终处于吊索的中间位置并保持平衡；轨道挡沿内部两侧设置滚轮，使起重机在轨道上移动更顺畅，减小设备磨损；在线轮前端设置导环，防止吊索从线轮上滑脱；代替人工进行大坝裂纹探测作业，保证了工人的人身安全，并且提高了探测效率和探测结果的准确性。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的大坝吊索式裂纹探测机器人的结构示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的大坝吊索式裂纹探测机器人的侧面示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的探测车的结构示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的变温装置的结构示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的滑轮机构的示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的起重机的结构示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的轨道架设示意图。

附图标记说明

1、轨道；2、起重机；3、吊索；4、探测车；5、大坝；6、尾部滑轮；7、横向过渡滑轮；8、中部张紧轮；9、储存罐；10、泵；11、第一舵机；12、全向轮；13、高压喷头；14、毛刷辊；15热风喷头、；16、第二舵机；17、红外探测器；18、侧架板；19、鼓风机；20、控制模块；21、蓄电池；22、导环；23、输送管；24、导气管；25、张紧轮支架；26、尾滑轮支架；27、底座；28、卡扣；29、主轴；30、轨道挡沿；31、滚轮；32、滚轮驱动电机；33、减速器；34、起重电机；35、线轮；36、上游；37、下游；

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明的大坝吊索式裂纹探测机器人，包括：

轨道，轨道设置于大坝上；

起重机，起重机包括轨道挡沿、减速器、起重电机及线轮，轨道挡沿设置于起重机的底部，轨道挡沿与轨道配合，起重机上部设有减速器及起重电机，线轮的主轴通过减速器连接于起重电机；

探测车，探测车包括底板和侧架板，所述侧架板设置于底板两侧，底板上设有红外探测器、变温装置和控制模块，侧架板上设有滑轮组机构；

吊索，吊索为一整段钢丝，钢丝两端分别缠绕固定于起重机两侧的线轮，中段缠绕在滑轮组机构上。

具体地，起重电机通过减速器带动线轮旋转来收放吊索，实现探测车在大坝上的上下移动，起重机沿轨道移动，即带动探测车沿轨道方向移动，使探测车的行驶路径全面覆盖大坝表面；探测车上的变温装置可以改变局部大坝表面上的温度，使表面上与裂缝内产生温度差，再利用红外探测器的热成像原理，即可探测出裂纹的位置及大小；吊索的中部穿过探测车的滑轮组机构，则探测车可在自身重力与滑轮组机构的作用下，始终处于吊索的中间位置并保持平衡；代替人工进行大坝裂纹探测作业，保证了工人的人身安全，并且提高了探测效率和探测结果的准确性。

更为优选地，变温装置包括高压喷头、第一舵机、输送管、泵和储存罐，高压喷头设置于第一舵机上，输送管一端连接于高压喷头，另一端通过泵连接于储存罐，储存罐中装有冷却介质。

具体地，当环境温度偏高时，控制模块控制泵将储存罐中的冷却介质通过输送管由高压喷头喷出，喷洒到探测车前方待探测表面上，将表面快速降温，此时裂缝辐射出的热量将与被降温的表面不同，当红外探测器探测时，即可将裂缝相关数据快速检测出来。

更为优选地，变温装置包括热风喷头、导气管、第二舵机、鼓风机，热风喷头设置于第二舵机上，导气管一端连接于热风喷头，另一端连接于鼓风机。

具体地，在环境温度较低时，控制模块控制鼓风机工作，将空气输送至热风喷头，将热风喷向探测车前方待探测表面上，将表面快速升温，此时裂缝辐射出的热量将与被升温的表面不同，当红外探测器探测时，即可将裂缝相关数据快速检测出来。

作为优选方案，轨道挡沿的内部两侧设有多个滚轮，滚轮连接于滚轮驱动电机，驱动滚轮转动使起重机在轨道上移动，减小设备磨损；

作为优选方案，起重机还包括导环，导环设置于所述线轮前端，与起重机通过卡扣固定连接。

具体地，吊索由导环中穿过，改变吊索的受力方向，防止吊索从线轮上滑脱。

作为优选方案，滑轮机构包括尾部滑轮，横向过渡滑轮和中部张紧轮，尾部滑轮设置于探测车的尾部两侧，横向过渡滑轮设置于尾部滑轮前端，中部张紧轮设置于两个横向过渡滑轮之间。

作为优选方案，尾部滑轮通过尾部滑轮支架设置于侧架板上，尾部滑轮与尾部滑轮支架通过销轴连接。

作为优选方案，侧架板之间架设有张紧轮支架，张紧轮设置于张紧支架中部，横向过渡轮设置于张紧轮支架两端。

作为优选方案，尾部滑轮的转轴处设置有尾部导环，尾部滑轮与横向过度滑轮之间设有中部导环，通过设置尾部导环和中部导环，保证吊索与滑轮组机构的配合，防止滑轮组偏离吊索。

作为优选方案，探测车前端设置有两个全向轮，全向轮通过螺栓轴固定于侧架板上，避免探测车前端与大坝表面碰撞摩擦，损坏大坝和探测车。

作为优选方案，底板的顶部设有太阳能板，太阳能板连接于蓄电池，太阳能板可为探测车的工作提供部分电能，节能环保，也可作为应急电能，保证探测作业顺利进行。

作为优选方案，探测车的底板上设有蜂巢状的散热孔。

更为优选地，探测车还包括毛刷辊，毛刷辊设置于探测车前端，通过联轴器连接于驱动电机，用于清洁大坝表面的附着物，避免附着物对探测结果造成影响。

更为优选地，控制模块设置于探测车上，包括控制基站、无线传输模块、中央处理器及步进电机驱动器，红外探测器、变温装置及步进电机驱动器连接于中央处理器，中央处理器连接于无线传输模块，无线传输模块连接于控制基站。

控制基站中设有控制器及主机，主机连接于控制器，主机中安装有检测程序及损伤数据库，检测程序中包含裂纹检测的具体步骤，损伤数据库用于与测量数据进行对比，智能判断是否为危险裂纹。

主机将检测程序通过电信号传送至控制器，控制器通过无线传输模块将电信号传送至中央处理器，中央处理器根据电信号执行探测动作。

收到探测信号后，中央处理器驱动起重机上的起重电机使探测车行进，并同时启动位于探测车前端的清洁装置，清洁大坝的待探测表面，随后启动位于红外探测器与清洁装置之间的变温装置，来改变大坝待探测表面的温度，之后启动红外探测器，如果此时待测表面有裂纹，则裂纹内的温度会与待测表面的温度不同，即热辐射不同，所以红外探测器利用热成像原理即可得到裂纹的成像数据。

红外线探测器的测量数据传送至中央处理器，中央处理器通过无线传输模块将测量数据传送至主机，主机将测量数据与损伤数据库进行对比分析。

主机将红外探测器的测量数据保存并与损伤数据库进行对比，如果对比结果为危险裂纹，便会发出报警并标记出裂纹所在位置的坐标，以便于后期的裂纹修复工作。

实施例一

图1示出了根据本发明的一个实施例的大坝吊索式裂纹探测机器人的结构示意图；图2示出了根据本发明的一个实施例的大坝吊索式裂纹探测机器人的侧面示意图；图3示出了根据本发明的一个实施例的探测车的结构示意图；图5示出了根据本发明的一个实施例的滑轮机构的示意图；图6示出了根据本发明的一个实施例的起重机的结构示意图；图7示出了根据本发明的一个实施例的轨道架设示意图。如图1、图2、图3、图5、图6、图7所示：

大坝吊索式裂纹探测机器人包括：

轨道设置于大坝上；起重机的底部设有轨道挡沿，轨道挡沿的内部两侧设有多个滚轮，滚轮连接于滚轮驱动电机，起重机通过轨道挡沿与滚轮的配合安装于轨道上，起重机上部设有减速器及起重电机，线轮的主轴通过减速器连接于起重电机，探测车的底板上，探测车的侧架板上设有滑轮组机构，吊索两端穿过线轮分别缠绕固定于起重机两侧的线轮，中段缠绕于滑轮组机构，将探测车悬挂在起重机上设有蜂巢状的散热孔，顶部设有太阳能板，太阳能板连接于蓄电池，探测车的底板上设有红外探测器、变温装置和控制模块，侧架板上设有滑轮组机构，探测车前端设置有两个全向轮，全向轮通过螺栓轴固定于侧架板上。

其中，滑轮机构包括尾部滑轮，横向过渡滑轮和中部张紧轮，尾部滑轮通过尾部滑轮支架设置于探测车尾部的侧架板上，尾部滑轮与尾部滑轮支架通过销轴连接，张紧轮支架设置于尾部滑轮前端的侧架板之间，张紧轮设置于张紧支架中部，横向过渡轮设置于张紧轮支架两端，尾部滑轮的转轴处设置有尾部导环，尾部滑轮与横向过度滑轮之间设有中部导环。

起重电机通过减速器带动线轮旋转来收放吊索，使吊索在滑轮组机构上滑动，实现探测车在大坝上的上下移动，起重机沿轨道移动，即带动探测车沿轨道方向移动，使探测车的行驶路径全面覆盖大坝表面；探测车上的变温装置可以改变局部大坝表面上的温度，使表面上与裂缝内产生温度差，再利用红外探测器的热成像原理，即可探测出裂纹的位置及大小。

实施例二

图1示出了根据本发明的一个实施例的大坝吊索式裂纹探测机器人的结构示意图；图2示出了根据本发明的一个实施例的大坝吊索式裂纹探测机器人的侧面示意图；图3示出了根据本发明的一个实施例的探测车的结构示意图；图4示出了根据本发明的一个实施例的变温装置的结构示意图；图5示出了根据本发明的一个实施例的滑轮机构的示意图；图6示出了根据本发明的一个实施例的起重机的结构示意图；图7示出了根据本发明的一个实施例的轨道架设示意图。如图1至图7所示：

大坝吊索式裂纹探测机器人包括：

轨道1设置于大坝5上；起重机2的底板27尾部设有轨道挡沿30，轨道挡沿30内设有滚轮31，滚轮31连接于滚轮驱动电机32，起重机2通过轨道挡沿30及滚轮31的配合安装于轨道1上，起重机2前端设有线轮35，线轮35的主轴29通过减速器33连接于起重电机34，吊索3缠绕于线轮35上，线轮35的前端设有导环22，导环22由卡扣28固定在起重机2上，吊索3由导环22中穿过；探测车4包括底板和侧架板18，侧架板18设置于底板两侧，底板上设有蜂巢状的散热孔，红外探测器17、变温装置和控制模块20设置于底板上，滑轮组机构设置于侧架板18上，探测车4前端设有毛刷辊14，毛刷辊14通过联轴器连接于驱动电机，探测车4的侧架板18前端设有全向轮12，用于支撑探测车4，探测车4的顶部设有太阳能板，太阳能板连接于蓄电池21，变温装置与红外线探测器17分别连接于控制模块20，吊索3为一整段钢丝，钢丝两端分别缠绕固定于起重机2两侧的线轮35，中段缠绕在滑轮组机构上，通过滑轮机构与吊索3的配合使探测车4连接于起重机2。

其中，变温装置包括降温装置和升温装置，降温装置包括高压喷头13、第一舵机11、输送管23、泵10和储存罐9，高压喷头13设置于第一舵机11上，输送管23一端连接于高压喷头13，另一端通过泵10连接于储存罐9，储存罐9中装有冷却介质；升温装置包括热风喷头15、导气管24、第二舵机16、鼓风机19，热风喷头15设置于第二舵机16上，导气管24一端连接于热风喷头15，另一端连接于鼓风机19。

滑轮机构包括尾部滑轮6，横向过渡滑轮7和中部张紧轮8，尾部滑轮6通过尾部滑轮支架26设置于探测车4的尾部两侧，尾部滑轮6前端设有张紧轮支架25，张紧轮支架25架设在两侧架板18之间，中部张紧轮8设置于张紧轮支架25中部，横向过渡滑轮7设置于张紧轮支架25两端，尾部滑轮6与横向过渡滑轮7之间及尾部滑轮6的后端安装有导环22。

控制模块20设置于探测车4上，包括控制基站、无线传输模块、中央处理器及步进电机驱动器，红外探测器、变温装置及步进电机驱动器连接于中央处理器，中央处理器连接于无线传输模块，无线传输模块连接于控制基站。

控制基站中设有控制器及主机，主机连接于控制器，主机中安装有检测程序及损伤数据库，检测程序中包含裂纹检测的具体步骤，损伤数据库用于与测量数据进行对比，智能判断是否为危险裂纹。

主机将检测程序通过电信号传送至控制器，控制器通过无线传输模块将电信号传送至中央处理器，中央处理器根据电信号执行探测动作。

收到探测信号后，中央处理器驱动起重机上的起重电机使探测车行进，并同时启动位于探测车前端的清洁装置，清洁大坝的待探测表面，随后启动位于红外探测器与清洁装置之间的变温装置，来改变大坝待探测表面的温度，之后启动红外探测器，如果此时待测表面有裂纹，则裂纹内的温度会与待测表面的温度不同，即热辐射不同，所以红外探测器利用热成像原理即可得到裂纹的成像数据。

红外线探测器的测量数据传送至中央处理器，中央处理器通过无线传输模块将测量数据传送至主机，主机将测量数据与损伤数据库进行对比分析。

主机将红外探测器的测量数据保存并与损伤数据库进行对比，如果对比结果为危险裂纹，便会发出报警并标记出裂纹所在位置的坐标，以便于后期的裂纹修复工作。

图7中36为上游；37为下游。

控制程序包括：首先启动清洁装置，使毛刷辊转动，对待探测面进行清洁；再根据实时温度启动升温装置或降温装置，如果环境温度偏低，启动升温装置，利用鼓风机使热风喷头向待测表面吹热风，提高待测表面的温度，使待探测表面温度高于裂缝中的温度；如果环境温度偏高，启动降温装置，利用泵将储存罐中的冷却介质由高压喷头喷出至待测表面，降低待测表面的温度，使待探测表面温度低于裂缝中的温度；使待探测表面和裂缝中产生温度差，之后启动红外探测器利用热成像技术得到裂纹的成像数据。

在大坝建设完毕后，人工将探测机器人架设于大坝顶部，将整体装置安装好，电线以及冷却介质输水管铺设好。当达到规定检测时间后，基站控制小车的中央处理器使得线轮转动，使探测车可上下移动；使起重机的滚轮转动，使起重机在轨道上移动，带动探测车沿轨道方向移动；同时中央处理器控制毛刷辊转动，将前方混凝土表面的灰尘以及杂质清理掉；当在环境温度偏高的季节时，中央处理器控制降温系统的舵机转动，将导管转动到合适角度位置，同时泵开始将储存罐中的冷却介质通过软导管由高压喷头喷出，侧向喷洒到前面小车前方即将测量的表面上，将表面快速降温；此时将墙体裂纹看作黑体，基于黑体辐射原理，此时裂缝辐射出的热量将与被降温的墙面不同，当红探测器探测时，采用这种方式可以将裂缝相关数据快速检测出来，提高裂缝探测速度以及其宽度尺寸的准确性。在环境温度较低时，中央处理器则控制降温系统的舵机带动支撑杆转动到合适角度，同时控制舵机转动，将热风喷向前方的墙体上，同样依据黑体辐射原理，热成像处理器可以很快将裂纹相关尺寸探测出来。

裂缝的形貌通过机器人的无线传输模块，传送到基站的主机，实现可视化探伤的目的；并通过主机中的桥梁检测app，及损伤数据库,进行比对、分析、研判，进而得出桥梁的安全性、甚至报警等综合应对手段。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。