技术领域
[0001] 本
发明涉及
土木工程结构健康监测领域，具体涉及一种缆索检测机器人。
背景技术
[0002] 近年来，土木工程领域取得了令人瞩目的成就，各种大型复杂结构不断出现。重大工程结构的设计使用期长达几十年、甚至上百年，在环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应等因素的共同作用下将不可避免地导致结构技术的损伤积累和抗
力衰减，极端情况下可能引起灾难性的突发事故。随着对工程结构的安全性、耐久性及正常使用功能的日益关注，人们希望能够在结构的服役期，能充分了解结构的健康状况，以决定是否需要对结构进行维修和养护，以及何时进行维修和养护。预
应力空间结构的缆索(预应力
钢绞线)是形成大跨空间结构的关键部件，预应力钢绞线中预应力的损失会引起结构较大挠度
变形，甚至引起结构倒塌破坏。因此，如何检测缆索索力是预应力空间结构检测的关键之一。
[0003] 长期以来，对于大跨空间结构的缆索检测主要以人工检测为主。通过留设
马道、卷扬机拖动吊篮小车或搭设
支架等措施进行人工布线检测工作，主要检查缆索系统是否遭受
腐蚀、缆索是否倾斜、各
紧固件是否松动等。人工检测花费大量的人力和物力，而且检测过程基本以目测为主，对缆索的检测结果中人为主观因素比较多，因此人工检测不能满足相应的预警、安全的需要，对突发事故无法实现实时检测。由此可见，开发缆索检测机器人，可有效地节省大量的采集
节点布置时间和成本，同时也降低了人工布线的危险程度。此外缆索检测机器人能攀爬至人工不能够达到的地方，能更加全面地评估预应力空间结构缆索的受力状况。
[0004] 在大跨空间结构中，缆索、球节点、腹杆三者的组合体系是一种常见的单元模式(如图1所示)。已有的缆索检测机器人，一种是只适合沿着钢结构平面
滑行，如公开
专利CN 102735686A，不适用于缆索检测；一种是只适合沿着截面保持不变的缆索滑行，如公开专利CN1076255C，不能够越过障碍物球节点和竖向腹杆。对于大跨空间结构中的缆索检测，如何实现沿缆索行进并能够越过障碍物球节点和竖向腹杆，成为问题关键。
发明内容
[0005] 本发明为了解决已有缆索检测机器人只能沿缆索行走而不可跨越障碍物球节点和竖向腹杆、不能适应变直径缆索行走、不能适应不同直径缆索检修等问题，提出一种可跨越球节点式缆索检测机器人。
[0006] 本发明采用的技术方案为：一种缆索检测机器人，包括半封闭可调式外
框架、伸缩式
弹簧装置和驱动系统；
[0007] 所述半封闭可调式外框架内部包围圆杆状物体，半封闭可调式外框架的形状根据所述圆杆状物体形状的改变而调整，半封闭可调式外框架上安装有伸缩式弹簧装置和驱动系统，所述伸缩式弹簧装置、驱动系统与所述圆杆状物体的外壁发生
接触；
[0008] 所述伸缩式弹簧装置与圆杆状物体的接触端能够沿着圆杆状物体截面径向自由伸缩，并且所述的接触端与半封闭可调式外框架的相对
位置发生变化；
[0009] 所述驱动系统与圆杆状物体接触端能够沿着圆杆状物体表面向前爬行，并且所述的接触端与半封闭可调式外框架的相对位置固定。
[0010] 伸缩式弹簧装置和驱动系统的端部与圆杆状物体发生点接触，而半封闭可调式外框架与圆杆状物体不发生直接接触，因此，通过伸缩式弹簧装置调节接触端部的位置，进而可实现不同截面直径的圆杆状物体连续行走，甚至越过球节点。
[0011] 作为优选，所述半封闭可调式外框架包括底部固定框、可调式侧框、一字型拉杆和调
角板，所述可调式侧框通过调角板与底部固定框相连，调角板控制可调式侧框的倾斜角度，并且沿底部固定框横肋滑动，所述可调式侧框的两肋由活动铰接相连，一字型拉杆固接于可调式侧框两肋中部，一字型拉杆上设有
齿轮装置和固定装置，一字型拉杆沿轴向伸缩并固定于
指定长度，所述半封闭可调式外框架留有纵向缺口，形成半封闭式夹紧机构。
[0012] 半封闭可调式外框架通过调整底部固定框、可调式侧框、一字型拉杆和调角板的相对位置，可实现半封闭可调式外框架内部容纳不同直径的圆杆状物体，同时半封闭可调式外框架留有纵向缺口，使得缆索检测机器人能够轻松越过球节点和
腹板。一字型拉杆不仅能够调节侧框的形状，而且能够加强侧框的
稳定性。
[0013] 作为优选，所述伸缩式弹簧装置固接于所述底部固定框中肋，伸缩式弹簧装置包括T型导槽、T型导件、开槽连接板、
连杆、
固定板、连接轴、弹簧和从动轮，所述开槽连接板一端与从动轮连接，另一端通过连杆、连接轴与T型导件连接，所述弹簧的一端与底部固定框横肋相连，另一端与连接轴相连，所述固定板约束开槽连接板沿竖向自由运动，所述弹簧约束可沿T型导槽
水平向滑动的T型导件的水平向运动。
[0014] 所述T型导槽与固定板固接于底部固定框中肋，T型导件可沿T型导槽水平向滑动，弹簧一端与连轴相连，另一端与底部固定框横肋相连，以约束连轴与T型导件的水平向运动，开槽连接板与固定板通过销轴连接，开槽连接板可沿竖向运动，连杆一端与开槽连接板底部铰接，另一端与连接轴铰接，这样的机构设计使得伸缩式弹簧装置接触端部受到压缩之后转为弹簧
势能，如果截面直径变小之后仍能够随之发生变化。
[0015] 作为优选，所述驱动系统位于半封闭可调式外框架的可调式侧框顶端内侧，驱动系统为同步驱动。
[0016] 驱动系统分为两组，每组两个，每组两个驱动系统与伸缩式弹簧装置的端部形成共面的3点，在一个截面上可以稳定夹住圆杆状物体，两组系统前后分布，可以保证缆索检测机器人稳定于缆索上。
[0017] 作为优选，
缆索机器人底部配有平衡装置，以保证行走过程
中底部固定框保持水平。
[0018] 本发明具有以下有益效果：
[0019] 1.半封闭可调式外框架上部留有纵向缺口，形成半封闭式夹紧机构，缆索机器人在沿缆索行进过程中，可不受上部腹杆阻挡约束，满足跨越障碍物所需的空间要求。
[0020] 2.可调式侧框通过调角板与底部固定框相连，调角板可控制可调式侧框的倾斜角度，调角板可沿底部固定框横肋滑动，所以可调式侧框可更整体尺寸，以适应不同直径缆索的检测工作，从而拓宽了缆索检测机器人的适用对象。
[0021] 3.一字型拉杆固接与可调式侧框两肋中部，一字型拉杆可沿轴向伸缩并固定于指定长度，通过一字型拉杆，可调整缆索机器人的夹紧力，以确保缆索检测机器人能稳定附着在缆索上，避免发生倾覆。
[0022] 4.伸缩式弹簧装置中开槽连接板可沿竖向自由运动，开槽连接板与T型导件通过连杆、连接轴相连，T型导件可沿T型导槽水平向滑动，弹簧可约束T型导件的水平向运动，通过伸缩式弹簧装置，缆索检测机器人在遇到障碍物球节点和竖向腹杆时，伸缩式弹簧装置整体压缩，带动缆索检测机器人整体上移，从而跨越障碍物球节点和竖向腹杆。
[0023] 5.驱动系统为同步驱动，通过位于缆索检测机器人上部四个主动轮同步驱动，缆索检测机器人可沿缆索平稳前行而不发生扭转侧翻，当遇到障碍物球节点和竖向腹杆时，四轮同步驱动可带动缆索检测机器人保持整体前行
姿态，避免前轮出现打滑。
[0024] 6.缆索机器人底部配有平衡装置，可保证缆索检测机器人底部固定框保持水平作业姿态，避免缆索机器人发生扭转侧翻，提高了运行稳定性能。
附图说明
[0025] 图1是空间结构中常见的缆索-球节点-腹杆体系单元示意图；
[0026] 图2是本发明整体结构示意图；
[0027] 图3是本发明中半封闭可调式外框架示意图；
[0028] 图4是图3的1-1部分底部固定框平面图；
[0029] 图5是图3的1-2部分可调式侧框轴侧图；
[0030] 图6是图3的1-3部分一字型拉杆平面图；
[0031] 图7是图3的1-4部分调角板轴侧图；
[0032] 图8是本发明中伸缩式弹簧装置示意图；
[0033] 图9是本发明中驱动系统示意图；
[0034] 图10是本发明在缆索上行进时示意图；
[0035] 图11是本发明跨越球节点时示意图。
具体实施方式
[0036] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
[0037] 如图2～11所示：一种缆索检测机器人，包括半封闭可调式外框架1、伸缩式弹簧装置2、驱动系统3；所述半封闭可调式外框架1包括底部固定框1-1、可调式侧框1-2、一字型拉杆1-3和调角板1-4，所述伸缩式弹簧装置2固接于底部固定框中肋1-1-3上，并通过弹簧与底部固定框横肋1-1-1相连；所述驱动系统3固定于可调式侧框顶撑1-2-5；所述伸缩式弹簧装置2与驱动系统3在缆索上保持120°交角；在可调式侧框1-2中，上楞1-2-1与下楞1-2-3通过活动铰接1-2-4相连，使得上楞1-2-1与下楞1-2-3可绕活动铰接1-2-4自由转动，上楞
横撑1-2-6固接与两榀上楞中部，下楞横撑1-2-2固接于两榀下楞顶部，侧框顶撑1-2-5固接于上楞内侧；一字型拉杆1-3固接于可调式侧框两肋中部，一字型拉杆1-3上设有齿轮装置和固定装置，可沿轴向伸缩并固定于指定长度，以控制可调式侧框上楞1-2-1与下楞1-2-3的伸缩角度；调角板1-4开设有圆弧形导槽，可控制可调式侧框1-2的倾斜角度；调角板1-4可沿底部固定框横肋1-1-1自由滑动，并通过角件固定于指
定位置；伸缩式弹簧装置2中，T型导槽2-6与固定板2-8固接于底部固定框中肋1-1-3，T型导件2-5可沿T型导槽2-6水平向滑动，弹簧2-7一端与连轴2-4相连，另一端与底部固定框横肋1-1-1相连，以约束连轴与T型导件的水平向运动，开槽连接板2-2与固定板2-8通过销轴连接，开槽连接板2-2与从动轮2-1连接，并可沿竖向运动，连杆2-3一端与开槽连接板2-2底部铰接，另一端与连接轴2-4铰接；在驱动系统3中，
控制器3-1位于
电机3-2外侧，电机3-2与
橡胶轮3-5通过轴3-3相连，固定板
3-6、3-7通过连接角件3-4固接于可调式侧框顶撑1-2-5。
[0038] 应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本
实施例中未明确的各组成部分均可用
现有技术加以实现。
