一种检测机器人及钢管混凝土柱密实性检测方法

本发明属于土木工程领域，涉及一种建筑混凝土检测技术，具体涉及一种检测机器人及钢管混凝土柱密实性检测方法。

背景技术：

1、钢管混凝土柱是指在钢管中填充混凝土而形成的一种结构构件，且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载的作用。高层及超高层建筑结构随着施工技术和施工方法的科学发展，钢管混凝土柱的重要性越来越明显，钢管混凝土柱相对普通钢筋混凝土柱具有承载能力提高、塑性和韧性好、施工简便等优点。然而，钢管混凝土柱在浇筑混凝土时会出现密实性不良等问题，造成上述的原因可能是由于钢管管径大、管长大及其内部有加劲肋等，因此会使混凝土出现密实性不良的缺陷，会直接影响混凝土构件的承载力，缩短结构使用寿命。因此检测出这种缺陷并及时采取补强措施在实际工程中十分重要，现有技术往往通过一些人工方式对钢管混凝土柱密实性进行检测。现有传统的检测方案普遍存在着自动化程度低，人员投入量大的问题，并且人员检测过程往往伴随着较大误差，可能会造成整个检测整个过程不稳定，得到的数据分析不准确，严重影响检测精度。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供了一种检测机器人及钢管混凝土柱密实性检测方法，通过搭建能够沿着钢管混凝土柱自动攀爬的机器人，实现钢管混凝土柱密实性检测自动化，本发明具有自动化操作、快速变径、快装快卸等优势，有效解决了人工检测钢管混凝土柱速度慢，危险性高等问题。

2、本发明通过以下技术方案来实现：

3、一种用于检测钢管混凝土柱密实性的检测机器人，由多个检测单元首尾相连组成，其特征在于：所述检测单元包括臂杆、通过径向伸缩装置安装在臂杆上的运动攀爬装置和安装在运动攀爬装置上的检测装置；

4、每个检测单元的臂杆首尾可拆卸相连组成能将钢管混凝土柱环绕在内的正多边形框架；

5、所述径向伸缩装置用于调整运动攀爬装置在径向上的位置，以提供运动攀爬装置在检测钢管混凝土柱上攀爬所需正压力；

6、所述检测装置通过运动攀爬装置携带运动至检测钢管混凝土柱上指定区域对其密实性进行检测；

7、所述运动攀爬装置包括攀爬壳体和设于攀爬壳体内靠近钢管混凝土柱一侧的履带机构；

8、所述径向伸缩装置包括拉簧、径向伸缩组件以及上下方向平行设置的上支撑杆、下支撑杆，上、下支撑杆一端铰接在运动攀爬装置的攀爬壳体上，另一端铰接在臂杆上；所述径向伸缩组件安装在臂杆上，并且径向伸缩组件伸缩端位于靠近钢管混凝土柱一侧；所述拉簧上端铰接在攀爬壳体上，下端铰接在径向伸缩组件的自由伸缩端；上支撑杆、攀爬壳体、下支撑杆及臂杆依次相连组成平行四边形机构，所述径向伸缩组件通过拉簧拉动平行四边形机构变形，以改变攀爬壳体与臂杆之间的距离以实现运动攀爬装置的径向伸缩调整。

9、进一步地，所述上支撑杆、拉簧和下支撑杆分别有两个，两个上支撑杆内侧端通过第一转轴相连，所述第一转轴通过壳体连接件安装在攀爬壳体上；两个下支撑杆内端通过第二转轴相连，所述第二转轴也通过壳体连接件安装在第一转轴下方的攀爬壳体上；两个上支撑杆外侧端通过第三转轴相连，所述第三转轴通过框架连接件安装在臂杆上部；两个下支撑杆外侧端通过第四转轴相连，所述第四转轴通过框架连接件安装在臂杆下部；两个拉簧上端悬挂在第一转轴上，下端悬挂在悬空杆上，所述悬空杆通过铰接机构与径向伸缩组件的自由伸缩端相连。

10、进一步地，所述径向伸缩组件包括伸缩螺栓杆、丝杆旋钮和螺栓杆连接件，所述螺栓杆连接件固定在臂杆上，螺栓杆连接件上开设有径向的通孔，所述伸缩螺栓杆安装在所述通孔内，伸缩螺栓杆内侧端通过铰接机构与悬空杆相连，外侧端通过螺纹配合套上丝杆旋钮，通过拧动丝杆旋钮调整伸缩螺栓杆在径向上的位置实现径向伸缩。

11、进一步地，所述臂杆为伸缩臂杆，其包括支撑套管、第一伸缩杆、第二伸缩杆、齿轮和带锁紧结构的驱动装置，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆相互平行的通过滑动副安装在支撑套管内，第一伸缩杆和第二伸缩杆相对的一侧分别设有一个齿条，所述齿轮两侧分别与两个齿条啮合，所述驱动装置与齿轮动力传动相连，通过驱动装置驱动齿轮转动，从而驱动两个伸缩杆相对于支撑套管同步伸缩，所述第一伸缩杆、第二伸缩杆外端分别与相邻臂杆的第二伸缩杆、第一伸缩杆通过销轴相连。

12、进一步地，所述带锁紧结构的驱动装置为蜗轮蜗杆结构，其中，蜗轮与齿轮同轴固定相连，蜗杆与蜗轮配合装配，所述蜗杆上设有便于拧动的蜗杆旋钮。

13、进一步地，所述攀爬壳体靠近钢管混凝土柱一侧为开口侧，所述履带机构包括电机、若干履带轮、套设在若干履带轮上的履带，其中至少一个履带轮为主动轮，通过电机驱动。

14、进一步地，所述履带轮包裹若干用于将履带张紧形成行走面的第二从动轮和用于将履带张紧为环形的第一从动轮，其中一个第一从动轮为主动轮。

15、进一步地，所述检测装置包括超声波探头和套设于超声波探头端部的保护套，所述超声波探头通过超声波探头连接件安装在攀爬壳体内。

16、进一步地，所述检测单元的数量为4-8个，每个检测单元单独检测或者协同检测。

17、本发明还保护一种检测钢管混凝土柱密实性的方法，采用上述任意一项所述的检测机器人，其特征在于，包括以下步骤：

18、步骤一：检测机器人检测钢管混凝土柱的准备上线工作，先将检测机器人每个检测单元进行组装；将检测单元的臂杆分为两组进行首尾相连，并调整每个检测单元的径向伸缩装置，使得运动攀爬装置处于径向最靠外位置；组装好两组臂杆分放在钢管混凝土柱两侧再进行组装，调整径向伸缩装置驱动运动攀爬装置径向向内运动，使得运动攀爬装置与钢管混凝土柱之间具有攀爬所需要压力；最后在运动攀爬装置上安装检测装置以及与检测装置配套的数据传输装置；

19、步骤二：启动检测装置，通过检测装置对钢管混凝土柱密实性进行检测；

20、步骤三：启动运动攀爬装置，通过运动攀爬装置驱动整个检测机器人沿着钢管混凝土柱上下运动进行密实性扫描检测；

21、步骤四：通过采集检测装置的检测数据，分析钢管混凝土柱的密实性，并对数据异常区域，通过运动攀爬装置驱动检测装置运动进行反复扫描式检测；

22、步骤五：检测完毕，结束检测或换检钢管混凝土柱，断开检测机器人的任意相邻两个臂杆之间的连接，更换钢管混凝土柱后重新新组装并通过径向伸缩装置改变攀爬内径，重新进行检测。所述攀爬内径为由多个运动攀爬装置围成能够攀爬的柱体直径，是一个虚拟参数。

23、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

24、1.具有快装的优点，检测机器人每个检测单元之间通过高强螺栓连接，当使用时通过高强螺栓对连接杆进行固定，螺栓外侧再固定光轴限定环，防止高强螺栓滑动。

25、2.具有自动化操作的优点，有效解决了人工检测钢管混凝土柱速度慢、危险性极高的问题。

26、3.具有快速变径的优点，分别有大范围变径装置和小范围变径装置，通过快速变径可完成不同直径的钢管混凝土柱检测；本发明通过伸缩臂杆的伸缩进行攀爬内径大幅度调节，使得本发明广泛应用于不同直径的钢管混凝土柱检测，无需对于常用各个尺寸钢管混凝土柱进行单独定制检测机器人，本发明通过径向伸缩装置能小范围调整攀爬内径，使得检测机器人能更贴合相应的钢管混凝土柱，防止抱箍过紧造成攀爬困难及抱箍过松造成无法完成攀爬；另外本发明径向伸缩装置利用平行四边形原理，使得运动攀爬装置能够在调整过程中永远于钢管混凝土柱平行，利用拉簧拉动平行四边形杆的方式调节径向距离，使得本发明运动攀爬装置与钢管混凝土柱之间具有合适正压力，也能防止自身损坏，与直接采用采用径向弹簧相比，本发明无需考虑弹簧导向问题，运动攀爬装置无需径向滑动副，节省了大量空间，提高了调节范围，稳定性也更好。

27、4.大范围变径利用的是蜗轮蜗杆资自锁原理，该原理是驱动力只能通过蜗杆传给蜗轮，蜗轮不能传给蜗杆，当进行大范围变径后，蜗轮蜗杆的自锁功能能够实现机器人变径后稳定工作。

28、5.具有快卸的优点，当不工作时或换检测钢管混凝土柱时，只需要对检测机器人六个检测单元中的两个检测单元进行放松连接部位，即可拆卸。