一种应用于桥梁维护检测的智能机器人的制作方法

本发明涉及桥梁工程机器人领域，具体而言，涉及一种应用于桥梁维护检测的智能机器人。

背景技术：

桥梁在使用过程中有诸多维护检测项目，一些是定期检测，一些是不定期检测。现有技术中多是通过桥梁检测车加人工检测的方式进行，这种检测存在的问题是，一旦桥梁检测车出现问题后工作人员存在很大的人身安全风险。

技术实现要素：

本发明提供了一种应用于桥梁维护检测的智能机器人，旨在解决现有技术中的上述问题。

本发明是这样实现的：

一种应用于桥梁维护检测的智能机器人，包括机器人本体，所述机器人本体具有控制装置、行走装置及摄像装置，所述机器人本体包括机身，控制装置设置于所述机身，行走装置包括驱动电机以及设置于所述机身侧部的四个滚轮，所述驱动电机连接滚轮并能够带动滚轮工作，所述驱动电机连接控制装置并能够被控制装置控制；所述机身的上部设置有安装台，所述摄像装置包括摄像头，所述摄像头设置于所述安装台的上部，所述控制装置连接摄像头并能够控制摄像头工作；所述安装台与机身转动连接，使得所述安装台能够转动。

进一步优选为，所述机身的上部设置有球形的连接头，所述安装台的底部设置有半球形的连接孔，所述连接头连接于所述连接孔，使得所述安装台能够绕连接头的中心转动，且安装台的底面与机身的顶面分离。

进一步优选为，所述安装台具有平整的顶面，所述摄像头的轴线垂直于所述安装台的顶面，所述摄像头与安装台固定连接使摄像头不能在安装台上晃动；在安装台的顶部设置有三个圆筒状的激光灯，所述激光灯的轴线垂直于安装台的顶面使得激光灯能够发射出垂直于安装台顶面的光束；三个所述激光灯围绕所述摄像头设置，且三个激光灯连线组成等边三角形，所述摄像头的轴线位于该等边三角形的中心。

进一步优选为，所述安装台设置有用于带动安装台转动的调整机构，所述调整机构连接控制装置；所述调整机构包括调整电机及三根顶杆，所述调整电机设置于安装台内部，所述顶杆垂直于安装台的顶面设置，顶杆的其中一部分位于安装台内部并与调整电机连接，三根顶杆的顶部所处的平面平行于安装台的顶面；

每一根顶杆包括相连的调节杆及套筒，所述调节杆通过轴承连接于安装台内部，调节杆上通过键连接有从动轮，所述调整电机的输出轴上连接有主动轮，所述主动轮与从动轮啮合连接；所述调节杆的外部还设置有外螺纹段，所述套筒内部设置有内螺纹，所述外螺纹段伸入套筒内并与套筒螺接，在套筒的外侧沿其轴线方向设置有滑槽；所述安装台顶部设置有通孔，所述通孔的侧壁设置有凸块，所述套筒自所述通孔延伸至安装台外部，且凸块置于所述滑槽内；套筒的顶部为封口结构，套筒的顶部球铰连接有支撑头；所述调整电机工作时能够带动三个调节杆同步转动并使得三个套筒以同样的速度朝向同一个方向运动；

三根所述顶杆围绕所述摄像头呈等边三角形分布；所述机身的顶部设置有三个弹簧，三个弹簧呈等边三角形分布，在机身的顶部设置有柱台，所述弹簧一端连接在柱台上，弹簧的另一端与安装台的底部贴合，弹簧处于压缩状态并对安装台具有弹性作用力。

进一步优选为，所述调整电机的输出轴连接有驱动轴，所述驱动轴的外部套设有驱动圈，所述驱动轴为变径轴，驱动轴远离调整电机的一端直径较小，驱动圈套设在驱动轴的端部并与驱动轴的轴肩贴合，且驱动圈的一部分位于驱动轴的外部；所述安装台上具有容置盒，所述容置盒具有底板，所述摄像头设置于所述容置盒内，所述驱动圈的端部与所述底板相贴合，且摄像头及驱动圈分别位于底板的两侧；所述主动轮通过键连接于所述驱动圈的外部。

进一步优选为，所述弹簧形变量未超过3cm时，所述弹簧给予安装台的弹性力小于驱动轴与驱动圈之间的动摩擦力。

进一步优选为，所述安装台内设置有圆筒结构的安装筒，安装筒连接于安装台的顶面，在安装台的顶面上设置有圆形的透明的透光板，所述激光灯设置于所述安装筒内且激光灯朝向所述透光板。

进一步优选为，所述控制装置包括无线接收模块，无线接收模块能够接收数据，控制装置能够对数据进行处理并生成控制指令，并将控制指令传输给行走装置或者摄像装置或者调整机构。

本发明提供的应用于桥梁维护检测的智能机器人，能够独立使用也能够配合桥梁检测车使用，能够自动完成行走、停止、检测、拍摄等工作，具有高度自动化、检测精度高、检测全面的特性。可以提高桥梁检测维护效率，降低维护成本；代替人工进行检测能够降低人员安全事故风险；可广泛应用于梁桥、拱桥、吊桥等。不仅可应用于桥梁维护，也能够应用于桥梁建设，提高施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的应用于桥梁维护检测的智能机器人的主视示意图；

图2是本发明实施例提供的应用于桥梁维护检测的智能机器人的俯视示意图；

图3是本发明实施例提供的应用于桥梁维护检测的智能机器人安装台内部的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的应用于桥梁维护检测的智能机器人驱动轴与驱动圈连接的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的应用于桥梁维护检测的智能机器人在拍摄倾斜的桥面时的示意图；

图6是本发明实施例提供的应用于桥梁维护检测的智能机器人所拍摄的画面的示意图；

图7是本发明实施例提供的应用于桥梁维护检测的智能机器人中控制装置的连接示意图。

附图标记汇总：控制装置11、机身12、驱动电机13、滚轮14、安装台15、摄像头16、连接头17、连接孔18、激光灯19、调整电机20、顶杆21、调节杆22、套筒23、从动轮24、主动轮25、外螺纹段26、滑槽27、通孔28、凸块29、支撑头30、弹簧31、柱台32、驱动轴33、驱动圈34、容置盒35、底板36、安装筒37、透光板38、无线接收模块39、行走装置40、摄像装置41、调整机构42、光点43。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

实施例，请参阅图1-图7。

本实施例提供了一种应用于桥梁维护检测的智能机器人，能够独立使用也能够配合桥梁检测车使用，能够自动完成行走、停止、检测、拍摄等工作，具有高度自动化、检测精度高、检测全面的特性。可以提高桥梁检测维护效率，降低维护成本；代替人工进行检测能够降低人员安全事故风险；可广泛应用于梁桥、拱桥、吊桥等。不仅可应用于桥梁维护，也能够应用于桥梁建设，提高施工效率。

如图1所示，这种智能机器人包括机器人本体，机器人本体具有控制装置11、行走装置40及摄像装置41，机器人本体包括机身12，控制装置11设置于机身12，行走装置40包括驱动电机13以及设置于机身12侧部的四个滚轮14，驱动电机13连接滚轮14并能够带动滚轮14工作，驱动电机13连接控制装置11并能够被控制装置11控制；机身12的上部设置有安装台15，摄像装置41包括摄像头16，摄像头16设置于安装台15的上部，控制装置11连接摄像头16并能够控制摄像头16工作；安装台15与机身12转动连接，使得安装台15能够转动。

以智能机器人配合桥梁检测车共同施工为例。桥梁检测车是现有的较为成熟的产品，具有作业臂，在施工时，工人站在作业臂上进行检测、维护等施工作业。作业时车辆在桥梁上行走，作业臂伸入桥梁下方，处于悬空状态。虽然桥梁检测车是十分成熟的产品，但依然存在事故风险。

在两年前，某施工现场一辆桥梁检测车的作业臂断裂，3名工人随同作业臂一起坠落江中。类似的事故还有不少。出现这种事故，在痛心之余我们要思考，到底是桥梁检测车设计不够合理，还是操作十五，还是这种施工方式本身就不合理。

本发明所提出的就是针对这种施工方式进行的改造，依然采用桥梁检测车进行主体作业，把作业臂上的工人改为机器人，工人在桥梁上方或者车里进行远程操控，或者通过编程使机器人自动运行。通过这样的方式，将风险转嫁给机器人，即便桥梁检测车的作业臂发生断裂，工人也不会坠入河中，使工人基本能够实现零风险作业，工人能够全身心投入工作，不会为其他事情担忧，有恐高症的工人也能够进行作业施工，降低企业保险投入费用，降低企业赔付费用，大幅降低了施工成本。并且能够给社会带来积极正面的影响。

在施工时，将机器人置于作业臂上，机器人通过控制装置11控制行走装置40进行行走，并通过摄像装置41进行拍摄，将桥梁底部的画面拍摄并存储或者实时发送给预先连接的服务器。桥梁检测车在桥梁上方沿桥梁长度方向行走，机器人在桥梁下方沿桥梁宽度方向行走，通过这种方式将桥梁底部的全部部位进行清晰完整的拍摄，工人能够进行完整的后期分析，形成完整全面的检测数据，减少户外施工作业时间，提高效率。

机身12上部设置安装台15，并使安装台15能够转动，使摄像头16的摄像角度能够调整，使机器人位于同一位置时能够进行多角度的拍摄。

如图1所示，机身12的上部设置有球形的连接头17，安装台15的底部设置有半球形的连接孔18，连接头17连接于连接孔18，使得安装台15能够绕连接头17的中心转动，且安装台15的底面与机身12的顶面分离。

连接头17为球形，连接孔18为大于半球形的结构，使安装台15与连接头17连接后能够绕连接头17的中心转动，并且不会自动与连接头17脱离。安装台15底面与机身12顶面分离的结构设计使得安装台15具有较大的转动空间。

如图1及图2所示，安装台15具有平整的顶面，摄像头16的轴线垂直于安装台15的顶面，摄像头16与安装台15固定连接使摄像头16不能在安装台15上晃动；在安装台15的顶部设置有三个圆筒状的激光灯19，激光灯19的轴线垂直于安装台15的顶面使得激光灯19能够发射出垂直于安装台15顶面的光束；三个激光灯19围绕摄像头16设置，且三个激光灯19连线组成等边三角形，摄像头16的轴线位于该等边三角形的中心。

摄像头16固定在安装台15上，虽然能够拆卸，但安装后就不能晃动，使拍摄画面的角度能够精确控制。三个激光灯19均为圆筒状，且垂直于安装台15的顶面设置，激光灯19呈等边三角形分布使激光灯19发出的光束之间的距离一致，激光的特性是能够定向发光、亮度极高。机器人制造完成之后，两个激光灯19之间的距离就已确定。在拍摄画面时，打开激光灯19，使激光灯19发出激光光束并照射在桥梁的底部，摄像头16进行画面拍摄，拍摄的画面里有三个激光光点43，测量出画面内三个激光光点43的距离，并结合实际中激光灯19之间的距离，就能够计算出画面的尺寸与实际尺寸的比例，由此得出精准的真实数据。

例如，在拍摄桥梁底部的裂缝时，由上述方式计算出画面与实际的比例，可以进一步计算出裂缝各个部位的真实宽度、确切走向、以及延伸长度，画面质量好的还能够大概计算出裂缝的深度。得出以上数据后可以对裂缝进行后期作业，也能够经过准确的分析计算出裂缝产生的原因，甚至能够计算出桥梁真实的承载，以及桥梁的寿命，以制定更为完善的维护措施。

如图3所示，安装台15设置有用于带动安装台15转动的调整机构42，调整机构42连接控制装置11；调整机构42包括调整电机20及三根顶杆21，调整电机20设置于安装台15内部，顶杆21垂直于安装台15的顶面设置，顶杆21的其中一部分位于安装台15内部并与调整电机20连接，三根顶杆21的顶部所处的平面平行于安装台15的顶面；

每一根顶杆21包括相连的调节杆22及套筒23，调节杆22通过轴承连接于安装台15内部，调节杆22上通过键连接有从动轮24，调整电机20的输出轴上连接有主动轮25，主动轮25与从动轮24啮合连接；调节杆22的外部还设置有外螺纹段26，套筒23内部设置有内螺纹，外螺纹段26伸入套筒23内并与套筒23螺接，在套筒23的外侧沿其轴线方向设置有滑槽27；安装台15顶部设置有通孔28，通孔28的侧壁设置有凸块29，套筒23自通孔28延伸至安装台15外部，且凸块29置于滑槽27内；套筒23的顶部为封口结构，套筒23的顶部球铰连接有支撑头30；调整电机20工作时能够带动三个调节杆22同步转动并使得三个套筒23以同样的速度朝向同一个方向运动；

三根顶杆21围绕摄像头16呈等边三角形分布；机身12的顶部设置有三个弹簧31，三个弹簧31呈等边三角形分布，在机身12的顶部设置有柱台32，弹簧31一端连接在柱台32上，弹簧31的另一端与安装台15的底部贴合，弹簧31处于压缩状态并对安装台15具有弹性作用力。

桥面底部不一定是水平的，也可能是倾斜的，或者桥梁检测车的作业臂可能是倾斜的。通过调整机构42，能够对安装台15的角度进行调整，使安装台15的顶面与所要拍摄的部位所处平面保持平行，使激光灯19及摄像头16能够垂直于桥面发射光线及拍摄，使拍摄出来的画面更加容易测量，精度更高，通过多组不同位置的照片进行结合，可以绘制出更加精准的桥面底部图像，并且尺寸可以与实际尺寸保持一致。

其工作机理是：调整电机20带动顶杆21向上移动，使顶杆21与桥面底部接触，桥面对顶杆21产生阻力，顶杆21对安装台15产生反向作用力，通过该反向作用力推动安装台15并压缩弹簧31，使安装台15平面与桥面底部保持平行。

如图3所示，调整电机20设置在安装台15内部，其轴线垂直于安装台15的顶部设置。顶杆21垂直于安装台15的顶面设置。调节杆22及套筒23组成的顶杆21为长度可调的结构。调节杆22一处通过轴承连接在安装台15内部，使调节杆22能够低阻力的转动，同时调节杆22不能在径向方向移动。调节杆22上键连接的从动轮24使二者能够保持同步转动。

调整电机20上连接主动轮25，主动轮25及从动轮24均为齿轮结构，使主动轮25与三个调节杆22的三个从动轮24均啮合，使主动轮25转动能够带动三个从动轮24同时转动。调节杆22与套筒23通过螺纹连接，而套筒23在径向方向及周向方向均受到凸块29的制约，使套筒23只能在轴线方向运动，因此调节杆22的转动使得套筒23在轴线方向作直线运动，凸块29及滑槽27的设置使得套筒23的直线运动更为顺畅。套筒23顶部封口结构使其方便连接支撑头30，支撑头30的设置使得支撑头30能够最先与桥面接触，支撑头30球铰连接的关系使其能够尽快与桥面形成面面贴合。

弹簧31设置在机身12与安装台15之间，且弹簧31连接在机身12上。机身12顶部设置的柱台32为圆柱结构，且具有较小的高度，弹簧31套设在柱台32外部，并能够与柱台32紧密连接，弹簧31顶端与安装台15贴合，使其能够对安装台15产生弹性作用力。

三个弹簧31为等边三角形分布，优选其中心位于摄像头16的轴线位置，且摄像头16的轴线优选经过连接头17的中心，且安装台15优选为圆台结构，三个顶杆21的中心也优选位于摄像头16的轴线位置。这种设置使机器人更加美观，且安装台15受力均匀，动作顺畅，测得的数据更为精确。

如图5所示，机器人在工作时，当其所要拍摄的桥面为斜面结构时，调整机构42工作，带动顶杆21朝向桥面运动。其中一个顶杆21先接触桥面，桥面对其施加反向作用力，使得该部位的安装台15向下运动，弹簧31被压缩，之后另一个顶杆21接触桥面，并反向推动安装台15，最终使得三个顶杆21接触桥面，使得桥面与安装台15顶部保持平行。

如图5及图6所示，在这种状态下，摄像头16的轴线及激光灯19的轴线垂直于桥面，激光灯19发射的光束打在桥面上形成的三个光点43依然呈等边三角形分布。且摄像头16位于三个光点43的中心位置，使得拍摄的画面与实际画面十分接近，方便后期计算画面与实际的比例，且能够计算的更为精确。

如图3及图4所示，调整电机20的输出轴连接有驱动轴33，驱动轴33的外部套设有驱动圈34，驱动轴33为变径轴，驱动轴33远离调整电机20的一端直径较小，驱动圈34套设在驱动轴33的端部并与驱动轴33的轴肩贴合，且驱动圈34的一部分位于驱动轴33的外部；安装台15上具有容置盒35，容置盒35具有底板36，摄像头16设置于容置盒35内，驱动圈34的端部与底板36相贴合，且摄像头16及驱动圈34分别位于底板36的两侧；主动轮25通过键连接于驱动圈34的外部。

三个顶杆21均与桥面接触后，安装台15顶面与桥面保持平行，拍摄完画面后调整电机20反向运动，使顶杆21回收，机器人能够移动至下一个拍摄画面的区域。在三个顶杆21与桥面接触后，为防止调整电机20持续运行而被烧毁而设置了驱动轴33及驱动圈34。

驱动轴33为变径轴，其端部部位直径较小，驱动圈34连接在该部位且与驱动轴33的轴间贴合。驱动圈34的另一端与容置盒35的底板36贴合，使驱动圈34在轴线方向上受限不能够移动。驱动圈34与驱动轴33为过盈配合关系，通过摩擦力，驱动轴33能够带动驱动圈34转动，并带动主动轮25转动。当主动轮25转动阻力较大时，驱动圈34与驱动轴33之间的摩擦力不能够带动驱动圈34转动，此时驱动圈34保持静止，驱动轴33继续转动，使主动轮25后面的部件不再运动，调整电机20继续运动不至于被烧毁。

弹簧31形变量未超过3cm时，弹簧31给予安装台15的弹性力小于驱动轴33与驱动圈34之间的动摩擦力。弹簧31的弹性作用力为形变量乘以弹簧31常数，弹簧31压缩量越大，所产生的弹性作用力也越大。驱动圈34与驱动轴33之间保持静止时为动摩擦力，相对转动时为静摩擦力。上述参数的设置，使弹簧31形变量在很大幅度内，驱动圈34与驱动轴33之间的动摩擦力都大于弹簧31的弹性作用力，使得即便驱动圈34与驱动轴33相对转动，也能够承受弹簧31对于安装台15的弹性作用力，使安装台15能够具有较大的调整范围。

如图3所示，安装台15内设置有圆筒结构的安装筒37，安装筒37连接于安装台15的顶面，在安装台15的顶面上设置有圆形的透明的透光板38，激光灯19设置于安装筒37内且激光灯19朝向透光板38。安装筒37设置在安装台15内部，激光灯19发射的激光能够通过透光板38向外传输。通过这样的设计并配合容置盒35的设计方式，使安装台15表面平整，机器人在运输或者储存时较为方便。

如图7所示，控制装置11包括无线接收模块39，无线接收模块39能够接收数据，控制装置11能够对数据进行处理并生成控制指令，并将控制指令传输给行走装置40或者摄像装置41或者调整机构42。

机器人可以通过预先编程实现自动化工作，也可以通过远程操控实现动作。当通过远程操控实现动作时，通过带有无线发射模块的遥控设备，与控制装置11内部的无线接收模块39相匹配，遥控设备远程向控制装置11发射指令，控制装置11对指令进行分析，生成行走指令时则传输给行走装置40使机器人行走，生成摄像指令时则传输给摄像装置41使摄像头16进行拍摄，生成调整指令时则传输给调整机构42使调整机构42对安装台15进行角度调整，通过多种不同指令的配合工作，使机器人顺利流畅地工作，完成桥梁的检测维护工作。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。