一种桥梁索缆检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种桥梁索缆检测装置，包括机器人爬升机构，所述机器人爬升机构包括车架组件、悬挂组件、动力组件及电源组件；所述车架组件包括车架上部和车架下部；所述悬挂组件安装在所述车架上部上，所述悬挂组件包括悬挂轮、缓冲气弹簧及支撑螺杆组件、悬挂轮支架和悬挂组件大梁，所述悬挂组件大梁安装有一组或多组悬挂轮，每组悬挂轮由两个互成角度的悬挂轮组成，所述悬挂组件大梁与车架上部通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件连接；所述动力组件安装在所述车架下部，所述动力组件包括驱动轮。采用本实用新型，其结构简单、有良好的操纵性、效率高、能耗低、安全可靠。
【专利说明】一种桥梁索缆检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及桥梁检测设备领域，尤其涉及一种用于对高空斜拉桥的悬索进行检测的桥梁索缆检测装置。
【背景技术】
[0002]斜拉桥是大跨度桥梁的主要样式，因其具有观赏性好、承载能力强、跨越能力大、抗风稳定性高等优点在世界范围内得到了广泛的应用。目前我国对斜拉桥的索缆的检测和维护主要有以下几种:
[0003]斜拉桥的索缆的检测和维护通过人工进行，即在斜拉桥的塔顶设置滑轮，通过卷扬机拉动钢丝绳从而提升载人及设备的吊篮。这种方法效率低下，安全性差，成本高。2002年8月12日，海印桥维修斜拉索时用来向上运送荧光漆的工具钢索断裂，击中一辆正在行驶的油罐车。
[0004]针对钢索提升吊篮的人工模式的成本高、安全性差等无法克服的缺点，国内有多家大学及研究机构进行了线缆维护车的研究开发，从已发表的文献来看，相关研究成果并未进入到商品化阶段投入实际使用中，例如:
[0005]专利CN 101538830A公开了一种桥梁索缆健康检测机器人，其结构如下:它包括桥梁索缆、从动小车、弹簧、连接板、连接杆、主动小车、齿形带轮、电机和减速器、导向杆。主动小车和从动小车车轮相对并通过连接装置连接，两车车轮夹紧桥梁索缆；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。此方案中，主动小车的两个轮为驱动轮。同时，这两个驱动轮作为悬挂系统的一部分，连同从动小车、弹簧、连接板、连接杆、导向杆等组件一起组成悬挂系统，即驱动与悬挂组件联合。为实现该方案，必须通过弹簧、连接板、连接杆、导向杆将车架锁死在索缆上，以使得悬挂系统与索缆接触从而支撑车架。由于驱动与悬挂组件联合的机械结构，使得悬挂系统为了支撑车架而紧固在索缆上，当该机器人运动时，所需的动力除了必须抵消正常摩擦力及重力等影响的同时，还需要浪费消耗在悬挂系统与索缆的紧固力(即静摩擦力)上。而且，此方案中，悬挂系统为了支撑车架而紧固在索缆上。在电机未工作的情况下，小车有向下运动的趋势，悬挂系统的紧固力(静摩擦力)转化成沿索缆向上的阻力，重力与阻力在索缆方向上实现力的平衡，即小车在无电机作用力的情况下静止在索缆上。
[0006]文献《气动蠕动式缆索维护机器人的研制》(文章编号1002-0446 (2000) 05-0397-06机器人第22卷第5期2000年9月)公布了一种用于斜拉桥索缆的检测、清洗和涂装等维护作业的气动蠕动式索缆机器人，该机器人分上体和下体两部分，由气缸实现移动、加紧和导向功能。其结构如下:上体、下体、支撑机构、移动机构、小车、气阀、导向机构、夹紧机构。该机器人采用蠕动方式上升或下降。其上升过程动作节拍为:(I)下体夹紧缸夹紧；(2)上体夹紧缸松开；(3)移动气缸活塞杆伸出，上体上升；(4)上体夹紧缸夹紧；(5)下体夹紧缸松开；(6)移动气缸活塞杆缩回(缸体上升)，下体上升，如此重复，实现连续的蠕动爬升。
[0007]文献《新型索缆机器人爬升机构力学分析及试验》(文献编号:1671-7872 (2008) 02-0147-04安徽工业大学学报第25卷第2期2008年4月)提出了一种锥面自锁夹紧机构，爬升时利用机器人之中实施夹紧从而蠕动爬升。其结构如下:驱动电机、下板、主丝杆螺母副、上板、缆索、外锥套、内椎体、夹爪、导向杆、压下斜块、步进电机、预紧弹簧、复位弹簧、安全挡板。驱动电机通过主丝杆螺母副正、反转带动上、下办往复平移，夹爪一端和索缆接触利用机构重力产生初始摩擦力，另一端沿外锥套的内锥面滑动，当两端的摩擦系数选取适当时，夹爪就能随上、下板的运动产生相对索缆的夹紧、松开动作，实现夹紧蠕动爬升。
[0008]由上可知，现有的爬缆机构的运动方式主要有两种:摩擦轮滚动和夹紧蠕动形式运动。
[0009]其中，专利号CN 101538830A采用的摩擦轮滚动的方式。该方式结构简单，但是能耗较大。一般需携带较大的电机，驱动能力弱，无法携带更多的检测设备。摩擦轮形式结构相对简单，开发难度相对较小的优点。但摩擦轮的预紧力较难精确调整，多数情况下为了提高可靠性只能牺牲能耗比。
[0010]文献《气动蠕动式索缆维护机器人的研制》、《新型索缆机器人爬升机构力学分析及试验》都采用的是夹紧蠕动式爬升。对于截面尺寸突然变化、表面情况恶劣的索缆具有良好的适应性，但结构复杂，零部件多，运动速度慢，不适合长索缆的检测。
实用新型内容
[0011]本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种适用于悬索检测的桥梁索缆检测装置，所述检测装置结构简单、有良好的操纵性、效率高、能耗低、安全可靠。
[0012]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种桥梁索缆检测装置，用于检测桥梁的悬索，其包括机器人爬升机构，所述机器人爬升机构包括车架组件、悬挂组件、动力组件及电源组件；所述车架组件包括车架上部和车架下部；所述悬挂组件安装在所述车架上部上，所述悬挂组件包括悬挂轮、缓冲气弹簧及支撑螺杆组件、悬挂轮支架和悬挂组件大梁，所述悬挂组件大梁安装有一组或多组悬挂轮，每组悬挂轮由两个互成角度的悬挂轮组成，所述悬挂组件大梁与车架上部通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件连接；所述动力组件安装在所述车架下部，所述动力组件包括驱动轮；所述桥梁索缆检测装置检测桥梁的悬索时，所述悬索嵌入所述车架上部和车架下部之中，所述桥梁索缆检测装置通过所述缓冲气弹簧及支撑螺杆组件，使所述悬挂轮和所述驱动轮与所述悬索保持接触面。
[0013]作为上述方案的改进，所述每组悬挂轮呈V型排布。
[0014]作为上述方案的改进，所述驱动轮包括前驱动轮和后驱动轮，所述前驱动轮和后驱动轮沿着所述悬索的轴线方向排列设置；所述前驱动轮和后驱动轮上均设有与所述悬索相适配的曲面。
[0015]作为上述方案的改进，所述动力组件还包括驱动电机、变频器和导向轮，所述变频器驱动所述驱动电机。
[0016]作为上述方案的改进，所述导向轮包括前导向轮组和后导向轮组，所述后导向轮组设有阻尼机构。
[0017]作为上述方案的改进，所述车架上部与车架下部之间通过车架连接固定螺杆连接固定。
[0018]作为上述方案的改进，所述桥梁索缆检测装置还包括用于检测所述悬索的检测系统。
[0019]作为上述方案的改进，所述检测系统包括高清摄像单元、无损探伤单元、计米器单元和GPS单元；所述高清摄像单元用于所述悬索的外观检测；所述无损探伤单元用于所述悬索的无损探伤检测；所述计米器单元和GPS单元用于标定所述悬索损伤处的位置。
[0020]作为上述方案的改进，所述高清摄像单元包括三个摄像头，所述三个摄像头之间互成120° ;所述三个摄像头通过安装支架固定在所述车架组件上。
[0021]实施本实用新型，具有如下有益效果:
[0022]本实用新型桥梁索缆检测装置对待检悬索进行检测时，先松开车架连接固定螺杆、将车架上部、车架下部分离开，把待检悬索嵌入车架上部、车架下部之中，然后通过车架连接固定螺杆将车架上部、车架下部组装在桥梁的悬索上，再通过调节缓冲气弹簧及支撑螺杆，使悬挂轮和驱动轮与悬索保持一定的接触面。本实用新型利用悬挂轮和导向轮，可实现将机器人爬升机构悬挂在悬索上。电机启动后，驱动轮在驱动电机等组件的带动下，通过驱动轮的曲面与悬索摩擦，使小车获得运动的动力。
[0023]所述悬挂组件大梁安装有一组或多组呈V型排布的悬挂轮，悬挂轮安装在车架上部，并通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件与车架上部连接，而动力组件安装在所述车架下部，悬挂轮和驱动轮安装在待检悬索的两侧，实现悬挂-驱动分离。本实用新型通过“悬挂-驱动分离”的结构，使检测装置于工作时实现以下优点:(I)省力:本实用新型的驱动功率为其它同行的样车的四分之一以下；(2)安全:当动力不足(动力少于重力)时，机器人爬升机构自动下滑，不会在机器发生故障时悬停在高处；(3)良好的操纵性:动力组件采用变频器控制驱动电机，可以保证重力-驱动力平衡，能真正实现微动与受控悬停，上升速度巡航锁定等功能；(4)灵活的组合性能:本实用新型可以根据作业的要求，改变悬挂轮组的配置组合，即可以以直线平移或绕索螺旋上升运动。
[0024]并且，本实用新型通过“悬挂-驱动分离”的结构，使动力组件的驱动轮在不加载时，悬挂轮及导向轮仍能保持车体的稳定。
[0025]进一步，动力组件的后导向轮组中设有阻尼机构，可以实现后向制动，解决因机障时无动力引起的下冲风险，并改善后退动作的操纵性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本实用新型一种桥梁索缆检测装置一实施例的示意图；
[0027]图2是图1所示机器人爬升机构的主视图；
[0028]图3是图2所示机器人爬升机构的侧视图；
[0029]图4是本实用新型一种桥梁索缆检测装置另一实施例的示意图；
[0030]图5是图4所示检测系统的示意图。
【具体实施方式】
[0031]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本实用新型在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本实用新型的附图为基准，其并不是对本实用新型的具体限定。
[0032]参见图1、图2和图3，本实用新型提供了一种桥梁索缆检测装置1000，用于检测桥梁的悬索2000，其包括机器人爬升机构100，所述机器人爬升机构100包括车架组件、悬挂组件、动力组件及电源组件。
[0033]其中，所述车架组件包括车架上部I和车架下部2，所述车架上部I与车架下部2之间通过车架连接固定螺杆3连接固定。
[0034]所述悬挂组件安装在所述车架上部I上，所述悬挂组件包括悬挂轮4、缓冲气弹簧及支撑螺杆组件5、悬挂轮支架6和悬挂组件大梁7，所述悬挂组件大梁7安装有一组或多组悬挂轮4，每组悬挂轮由两个互成角度的悬挂轮4组成，所述悬挂组件大梁7与车架上部I通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件5连接。
[0035]所述动力组件安装在所述车架下部2，所述动力组件包括驱动轮8。
[0036]所述桥梁索缆检测装置检测桥梁的悬索2000时，所述悬索2000嵌入所述车架上部I和车架下部2之中，所述桥梁索缆检测装置通过所述缓冲气弹簧及支撑螺杆组件5，使所述悬挂轮4和所述驱动轮8与所述悬索2000保持一定的接触面。
[0037]具体的，悬挂轮4采用耐磨高强度塑胶轮，根据力学软件模拟的结果，优选分四组组装在车架上部I的悬挂组件大梁7上，每组悬挂轮4由两个塑胶轮按一定的角度组成。优选的，所述每组悬挂轮呈V型排布。
[0038]所述动力组件包括驱动轮8、驱动电机9、皮带、同步轮、变频器和导向轮10。其中，所述驱动轮8包括前驱动轮8A和后驱动轮8B，前驱动轮8A和后驱动轮8B沿着悬索2000的轴线方向排列设置；前驱动轮8A和后驱动轮SB上均设有与悬索2000相适配的曲面，以使驱动轮与悬索2000可形成一定的接触面。所述变频器驱动所述驱动电机9，通过同步皮带带动前驱动轮8A和后驱动轮SB，作摩擦行走。
[0039]所述导向轮10包括前导向轮组1A和后导向轮组10B，后导向轮组1B设有阻尼机构，可以实现后向制动，解决因机障时无动力引起的下冲风险，并改善后退动作的操纵性能。优选的，所述阻尼机构采用电子制动的方式。
[0040]本实用新型桥梁索缆检测装置对待检悬索2000进行检测时，先松开车架连接固定螺杆3，将车架上部1、车架下部2分离开，把待检悬索2000嵌入车架上部1、车架下部2之中，然后通过车架连接固定螺杆3将车架上部1、车架下部2组装在桥梁的悬索2000上，再通过调节缓冲气弹簧及支撑螺杆5，使悬挂轮4和驱动轮8与悬索2000保持一定的接触面。本实用新型利用悬挂轮4和导向轮10,可实现将机器人爬升机构悬挂在悬索2000上。电机启动后，驱动轮8在驱动电机9等组件的带动下,通过驱动轮8的曲面与悬索2000摩擦，使小车获得运动的动力。
[0041 ] 所述悬挂组件大梁7安装有一组或多组呈V型排布的悬挂轮4，悬挂轮4安装在车架上部I，并通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件5与车架上部I连接，而动力组件安装在所述车架下部2，悬挂轮4和驱动轮8安装在待检悬索2000的两侧，实现悬挂-驱动分离。
[0042]车架是机器人爬升机构的总成，通过机器人爬升机构悬挂把索缆作用于驱动轮上的垂直反作用力(即支撑力)、纵向反作用力(即牵引力和制动力)以及这些反作用力所形成的力矩与电机的动力形成合力矢量平衡，再传递到车架上，完成悬挂及运动功能。该装置还缓和了机器人爬升机构驶过不平索缆时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证在索缆上爬行平顺性。
[0043]本实用新型悬挂可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧(弹性元件)组成的振动系统，承受来自索缆的不平表面、空气动力及动力电机的激励。
[0044]本实用新型与以往方案比较，本实用新型的悬挂组件、动力组件之间没有连接杆、导向杆等传力结构，车架未紧固在索缆上。当其向上爬升时，运动的阻力主要源于重力的作用以及悬挂轮与索缆正常的摩擦力；当其向下爬行时，阻力主要源于索缆正常的摩擦力，重力成为爬行的动力的一部分。这样，就可以把消耗在悬挂系统与索缆的紧固力(即静摩擦力)的能量节省下来。
[0045]而且，本实用新型还具有独特的“静不稳定”的特性，即如电机不作用或驱动力较小时，机器人爬升机构不会静止在索缆上，而会在重力的驱动下，沿索缆向下运动。在重力的作用下，机器人爬升机构的速度越来越快，本实用新型还设有阻尼机构，在下落速度超过设定值时，阻尼机构接入，加大反向阻力，控制机器人爬升机构的下落速度。
[0046]综上，本实用新型通过“悬挂-驱动分离”的结构，使检测装置于工作时实现以下优点:(1)省力:本实用新型的驱动功率为其它同行的样车的四分之一以下；(2)安全:当动力不足(动力少于重力)时，机器人爬升机构后退，不会在机器发生故障时悬停在高处；
(3)良好的操纵性:动力组件采用变频器控制驱动电机，可以保证重力-驱动力平衡，能真正实现微动与受控悬停，上升速度巡航锁定等功能；(4)灵活的组合性能:本实用新型可以根据作业的要求，改变悬挂轮组的配置组合，即可以以直线平移或绕索螺旋上升运动。
[0047]并且，本实用新型通过“悬挂-驱动分离”的结构，使动力组件的驱动轮8在不加载时，悬挂轮4及导向轮10仍能保持车体的稳定。
[0048]需要说明的是，本实用新型的悬索2000即为索缆。
[0049]参见图4，作为本实用新型另一更佳的实施方式，所述桥梁索缆检测装置1000’包括机器人爬升机构100、检测系统200、综合处理系统300及传输系统400。其中，所述检测系统200用于检测所述悬索2000 ;所述综合处理系统300用于将所述检测系统200的检测数据进行处理，以及远程无线控制所述机器人爬升机构100的动力组件；所述传输系统400用于控制所述机器人爬升机构100、检测系统200及综合处理系统300间的通信。
[0050]参见图5，所述检测系统200包括高清摄像单元201、无损探伤单元202、计米器单元203和GPS单元204。其中，所述高清摄像单元201用于所述悬索2000的外观检测；所述无损探伤单元202用于所述悬索2000的无损探伤检测；所述计米器单元203和GPS单元204用于标定所述悬索2000损伤处的位置。
[0051]高清摄像单元201优选包括三个摄像头，所述三个摄像头之间互成120° ;所述三个摄像头通过安装支架固定在所述车架组件上。本实用新型通过调节高清摄像头，可实现高清摄像单元201对待检悬索2000的360度全覆盖。
[0052]无损探伤单元202可以采用X射线探伤探头、弱磁无损检测探头或声波探测探头中的一种或多种，但不以此为限。
[0053]计米器单元203用于记录检测平台的运动行驶距离。通过此数据，检测人员可以判断悬索2000损伤处到检测平台起始位置的长度。计米器单元203产生的数据传输到综合处理系统400，综合处理系统400经处理后，将数据分别传输到高清摄像单元201、无损探伤单元202。高清摄像单元201、无损探伤单元202分别将此数据叠加到最后的检测数据中，以方便检测人员标定损伤位置。
[0054]GPS单元204用于记录检测平台的位置坐标。通过此数据，检测人员可以判断悬索2000损伤处的三维位置坐标，特别是高度坐标。GPS单元204产生的数据传输到综合处理系统400，综合处理系统400经处理后，将数据分别传输到高清摄像单元201、无损探伤单元202。高清摄像单元201、无损探伤单元202分别将此数据叠加到最后的检测数据中。GPS单元204检测所得的数据作为对计米器单元203产生的位置信息的补充，更方便检测人员标定损伤位置。
[0055]进一步，所述综合处理系统300为基于ARM和DSP的处理系统，可实现大数据量高速运算、存储，满足检测需求。
[0056]需要说明的是,ARM(Advanced RISC Machine,高级精简指令集机器)，是一个32位精简指令集(RISC)处理器，具有低成本、高性能、低耗电等优点。
[0057]DSP (Digital Singnal Processor)是一种微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
[0058]综合处理系统300与人机界面连接，当人机界面接收操作员的控制指令，由综合处理系统300对该指令进行判断并通过无线模块转发至变频器，所述变频器继而驱动所述驱动电机运转。
[0059]因此，本实用新型通过综合处理系统300既可以将检测系统200的检测数据进行高效处理，还可以远程无线控制所述机器人爬升机构100的动力组件，实现安全、便利、可靠的无线动力控制。
[0060]所述传输系统400包括WIFI无线模块，可利用WIFI无线模块实现机器人爬升机构100、检测系统200及综合处理系统300间的无线传输，带宽不受限制，可传送高清图像等大流量数据，使用成本低，经济性良好。
[0061]优选的，所述传输系统400内设有微带天线，方向性、针对性强。更佳的，所述微带天线的增益为14dBi，水平方位角为60°，垂直俯仰角度为20°。
[0062]优选的，所述传输系统400还内置有WIFI信号频谱扫描器及LED信号指示灯，实时检测信号强度。
[0063]以上所揭露的仅为本实用新型的优选方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，或在不脱离本实用新型原理的前提下所做的若干改进和润饰，仍属本实用新型所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种桥梁索缆检测装置，用于检测桥梁的悬索，其包括机器人爬升机构，其特征在于，所述机器人爬升机构包括车架组件、悬挂组件、动力组件及电源组件； 所述车架组件包括车架上部和车架下部； 所述悬挂组件安装在所述车架上部上，所述悬挂组件包括悬挂轮、缓冲气弹簧及支撑螺杆组件、悬挂轮支架和悬挂组件大梁，所述悬挂组件大梁安装有一组或多组悬挂轮，每组悬挂轮由两个互成角度的悬挂轮组成，所述悬挂组件大梁与车架上部通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件连接； 所述动力组件安装在所述车架下部，所述动力组件包括驱动轮； 所述桥梁索缆检测装置检测桥梁的悬索时，所述悬索嵌入所述车架上部和车架下部之中，所述桥梁索缆检测装置通过所述缓冲气弹簧及支撑螺杆组件，使所述悬挂轮和所述驱动轮与所述悬索保持接触面。
2.如权利要求1所述的桥梁索缆检测装置，其特征在于，所述每组悬挂轮呈V型排布。
3.如权利要求1所述的桥梁索缆检测装置，其特征在于，所述驱动轮包括前驱动轮和后驱动轮，所述前驱动轮和后驱动轮沿着所述悬索的轴线方向排列设置； 所述前驱动轮和后驱动轮上均设有与所述悬索相适配的曲面。
4.如权利要求1、2或3所述的桥梁索缆检测装置，其特征在于，所述动力组件还包括驱动电机、变频器和导向轮，所述变频器驱动所述驱动电机。
5.如权利要求4所述的桥梁索缆检测装置，其特征在于，所述导向轮包括前导向轮组和后导向轮组，所述后导向轮组设有阻尼机构。
6.如权利要求1、2或3所述的桥梁索缆检测装置，其特征在于，所述车架上部与车架下部之间通过车架连接固定螺杆连接固定。
7.如权利要求1所述的桥梁索缆检测装置，其特征在于，所述桥梁索缆检测装置还包括用于检测所述悬索的检测系统。
8.如权利要求7所述的桥梁索缆检测装置，其特征在于，所述检测系统包括高清摄像单元、无损探伤单元、计米器单元和GPS单元； 所述高清摄像单元用于所述悬索的外观检测； 所述无损探伤单元用于所述悬索的无损探伤检测； 所述计米器单元和GPS单元用于标定所述悬索损伤处的位置。
9.如权利要求8所述的桥梁索缆检测装置，其特征在于，所述高清摄像单元包括三个摄像头，所述三个摄像头之间互成120° ;所述三个摄像头通过安装支架固定在所述车架组件上。
【文档编号】E01D19/10GK203977291SQ201420342572
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】黄文清, 刘嘉, 刘铖伟, 黄源 申请人:广州诚泰交通机电工程有限公司