一种吊索检测机器人 |
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| 申请号 | CN202410253987.1 | 申请日 | 2024-03-05 | 公开(公告)号 | CN117947688A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 深圳市人工智能与机器人研究院; | 发明人 | 元小强; 丁宁; 王超; 胡小立; 何旭春; | ||||
| 摘要 | 本 申请 属于 桥梁 检测领域，公开了一种吊索检测 机器人 ，其包括 框架 ；攀爬机构，安装于所述框架，所述攀爬机构包括第一抱靴组件、第二抱靴组件以及第二驱动组件，第一抱靴组件和第二抱靴组件用于夹持或松开吊索，所述第二驱动组件驱动所述第一抱靴组件和所述第二抱靴组件沿所述攀爬机构的前进方向相对运动；视觉机构，安装于所述框架且设置有多个，多个所述视觉机构沿吊索周壁设置以对吊索进行外观检测。本申请吊索检测机器人具有能够沿着吊索的长度方向攀爬且跨越 减振器 障碍，以实现吊索检测功能的效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种吊索检测机器人，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种吊索检测机器人技术领域背景技术[0002] 吊索是悬索桥中连接主缆与加劲梁的构件，负责将加劲梁的荷载传递到主缆上，是悬索桥缆索体系中的重要受力构件。吊索一般由平行钢丝构成，外表覆盖PE保护层，由于其常年受光照、气候变化、风振、雨振等因素作用，外部防腐层极易老化开裂，雨水顺着开裂缝隙进入吊索内部，导致钢丝束生锈并造成断股，为保证桥梁安全需要定期对吊索进行检查。 [0003] 由于索塔附近的长吊索在低风速下将产生自激振动(涡振)，特别是双肢吊索位于下风向的吊索会产生尾流振动。为了减缓吊索尾流振动，通常做法是在吊索长度超过20m时，将两肢吊索用夹具(也称减振器)连接，以起到抑制振动的作用。相关技术手段中，对斜拉桥拉索额检测可用攀爬机器人沿着斜拉索的长度方向攀爬已实现对斜拉索的外观检测，但此类机器人难以沿着吊索的长度方向且跨越吊索上的减振器，不适用于吊索的检测。 [0005] 本申请实施例提供了一种吊索检测机器人，能够沿着吊索的长度方向攀爬且跨越减振器障碍，以实现吊索检测的功能。 [0006] 本申请提供的一种吊索检测机器人采用如下的技术方案： [0007] 一种吊索检测机器人，包括： [0009] 攀爬机构，安装于所述框架，所述攀爬机构包括第一抱靴组件、第二抱靴组件以及第二驱动组件，第一抱靴组件和第二抱靴组件用于夹持或松开吊索，所述第二驱动组件驱动所述第一抱靴组件和所述第二抱靴组件沿所述攀爬机构的前进方向相对运动； [0010] 视觉机构，安装于所述框架且设置有多个，多个所述视觉机构沿吊索周壁设置以对吊索进行外观检测。 [0011] 可选的，所述框架包括第一安装架和第二安装架，所述第一安装架和所述第二安装架各围设一根吊索，所述第一安装架和所述第二安装架滑移配合。 [0012] 可选的，所述第一抱靴组件包括第一夹爪和第二夹爪，所述第一夹爪滑移安装于所述第一安装架且运动在第一吊索，所述第二夹爪滑移安装于所述第二安装架且运动在第二吊索。 [0013] 可选的，所述第一抱靴组件包括第一夹爪和第二夹爪，所述第一夹爪和所述第二夹爪均安装于所述第一安装架，且所述第一夹爪和所述第二夹爪并列设置均运动在第一吊索。 [0014] 可选的，所述第二抱靴组件包括第三夹爪和第四夹爪，所述第三夹爪固定安装于所述第一安装架且运动在第一吊索，所述第四夹爪固定安装于所述第二安装架且运动在第二吊索，所述第三夹爪和所述第一夹爪并列设置，所述第四夹爪和所述第二夹爪并列设置。 [0015] 可选的，所述第二安装架包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部滑移连接以调整所述第二安装架的长度适配不同间距的吊索。 [0016] 可选的，还包括变轨距机构，所述变轨距机构安装于所述第二安装架，所述变轨距机构包括第一驱动组件和单向丝杆，所述单向丝杆同时穿设所述第一连接部和所述第二连接部，且所述第一连接部与所述单向丝杆螺纹连接，所述第二连接部与所述单向丝杆转动连接，所述第一驱动组件驱动所述单向丝杆转动以带动所述第一连接部朝向或远离所述第二连接部运动。 [0017] 可选的，所述第一驱动组件包括第一电机、第一减速机、第一链条以及第一链轮，所述第一链轮固定安装于所述单向丝杆的一端，所述第一减速机和所述第一链轮通过所述第一链条连接，所述第一电机固定安装于所述第二连接部，所述第一电机驱动所述第一减速机运行带动所述第一链条运动，从而带动所述第一链轮转动，所述第一链轮转动带动所述单向丝杆转动。 [0018] 可选的，所述第一夹爪包括驱动模块和两个爪部，两个所述爪部相对设置，所述驱动模块驱动所述两个爪部相互朝向或相互远离运动以夹紧或松开吊索。 [0019] 可选的，所述驱动模块包括第三电机、主动轮、从动轮、同步带以及双向丝杆，所述主动轮固定安装于所述第三电机的输出端，所述从动轮固定安装于所述双向丝杆的一端，所述主动轮和所述从动轮通过所述同步带连接，所述双向丝杆同时穿设两个所述爪部，所述第三电机驱动所述主动轮转动，通过所述同步带带动所述从动轮转动从而使所述双向丝杆旋转以带动所述两个爪部相互朝向或相互远离运动。 [0020] 从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点： [0021] 本发明提供一种吊索检测机器人，该机器人通过两组抱靴交叉开合移动，可跨越吊索上减震器障碍，从而实现避障，进而实现机器人整体蠕动前进，其次通过框架上携带的视觉机构在前进的过程中对吊索进行外观检测，保证桥梁安全。附图说明 [0022] 图1为本申请实施例公开的一种吊索检测机器人安装于吊索的整体结构示意图； [0023] 图2为本申请实施例公开的一种吊索检测机器人的整体结构示意图； [0024] 图3为本申请实施例公开的一种吊索检测机器人凸显变轨距机构的结构示意图； [0025] 图4为本申请实施例公开的一种吊索检测机器人凸显第一驱动组件的正视图； [0026] 图5为本申请实施例公开的一种吊索检测机器人凸显第一驱动组件的结构侧视图； [0027] 图6为本申请实施例公开的一种吊索检测机器人凸显第一夹爪去除端盖的结构示意图。 [0028] 附图标记说明： [0029] 1、框架；11、第一安装架；12、第二安装架；121、第一连接部；122、第二连接部；13、U型座；14、支撑轮；15、主梁； [0030] 2、变轨距机构；21、第一驱动组件；211、第一电机；212、第一减速机；213、第一链条；214、第一链轮；22、单向丝杆；23、丝杆支座； [0031] 3、攀爬机构；31、第一抱靴组件；311、第一夹爪；3111、驱动模块；3112、爪部；3113、第三电机；3114、主动轮；3115、从动轮；3116、同步带；3117、双向丝杆；3118、导杆；3119、导向滑块；312、第二夹爪；313、光电开关；32、第二抱靴组件；321、第三夹爪；322、第四夹爪；33、第二驱动组件；331、第二电机；332、导轨；333、抱靴安装滑块；334、第二链轮；335、第二链条；336、第二减速机； [0032] 4、视觉机构；41、支撑架；42、摄像头组件。 具体实施方式[0033] 以下结合附图对本申请作进一步详细说明。 [0034] 本申请实施例提供了一种吊索检测机器人。 [0035] 请参阅图1和图2，本申请实施例中一种吊索检测机器人适用于竖直的吊索，能够跨越吊索之间的减振器障碍，以实现吊索检测的功能。一种吊索检测机器人包括框架1、攀爬机构3以及视觉机构4，框架1围设于双吊索外，攀爬机构3安装于框架1能够带动整体机器人沿吊索的长度方向前进，视觉机构4安装于框架1且设置有多个，多个视觉机构4沿吊索周壁设置以对吊索进行外观检测，以识别吊索的病害区域，保证桥梁安全。 [0036] 框架1呈长方体设置，框架1包括第一安装架11和第二安装架12，第一安装架11位于左侧，第二安装架12位于右侧，第一安装架11和第二安装架12各围设一根吊索，即第一安装架11围设第一吊索，第二安装架12围设第二吊索，第一安装架11和第二安装架12可拆卸连接。在本实施例中，第一安装架11和第二安装架12均设置有U型座13，通过螺栓固定第一安装架11和第二安装架12上相邻的U型座13实现第一安装架11和第二安装架12的连接，便于机器人安装或拆卸于吊索。 [0037] 请参阅图2和图3，为了使框架1适应不同间距的吊索，第二安装架12包括第一连接部121和第二连接部122，第一连接部121与第二连接部122滑移配合以调整第二安装架12的长度适配不同间距的吊索。在本实施例中，第一连接部121设置有两个，两个第一连接部121平行设置，且两个第一连接部121与第一安装架11通过U型座13和螺栓进行连接，两个第一连接部121相对于第二连接部122同步运动，第一安装架11和第二安装架12滑移配合以调整第一安装架11和第二安装架12之间的间距。 [0038] 第二安装架12设置有变轨距机构2，通过变轨距机构2调节第一连接部121相对于第二连接部122的位置，以调整第一安装架11和第二安装架12之间的间距适配不同间距的吊索。变轨距机构2安装于第二安装架12，变轨距机构2包括第一驱动组件21、单向丝杆22以及丝杆支座23，第一驱动组件21和丝杆支座23均安装于第二连接部122，单向丝杆22同时穿设第一连接部121和第二连接部122，第一连接部121设置有丝杆螺母，第一连接部121与单向丝杆22螺纹连接，第二连接部122与单向丝杆22转动连接，单向丝杆22远离第一驱动组件21的一端与丝杆支座23转动连接，丝杆支座23增强了单向丝杆22的安装稳定性，第一驱动组件21驱动单向丝杆22转动以带动第一连接部121朝向或远离第二连接部122运动，以调整第二安装架12的长度。在本实施例中，单向丝杆22穿设第一连接部121靠近第二连接部122的边梁，单向丝杆22和丝杆支座23均设置有两组，用于对应调整两组第一连接部121，使两组第一连接部121同步运动，起到同时调节第一安装架11两侧的效果。单向丝杆22远离链轮的一端设置有编码器，编码器可以实时测量单向丝杆22的位置，将信息反馈给控制系统，控制系统可以通过编码器提供的速度和方向信息，实现对单向丝杆22的精确控制。 [0039] 请参阅图3，第一驱动组件21包括第一电机211、第一减速机212、第一链条213以及第一链轮214，在本实施例中，第一链轮214设置有两个，两个第一链轮214分别安装于单向丝杆22的一端，第一电机211通过联轴器和第一减速机212连接，第一减速机212通过螺钉固定在第二连接部122件上，第一减速机212和第一链轮214通过第一链条213连接，第一链条213首尾相连，第一电机211固定安装于第二连接部122，第一电机211驱动第一减速机212运行带动第一链条213运动从而带动第一链轮214转动，第一链轮214转动带动单向丝杆22转动，根据两根吊索之间的间距，从而调整单向丝杆22的转动方向以使第一连接部121相对于第二连接部122滑移运动。进一步的，第一连接部121朝向第二连接部122的端面设置有连接滑块，第二连接部122朝向第一连接部121的端面设置有滑轨，连接滑块安装于滑轨且滑移配合，单向丝杆22转动带动第一连接部121运动，连接滑块和滑轨配合减小了第一连接部 121和第二连接部122滑移时两者之间的摩擦。 [0040] 框架1还设置有支撑轮14，支撑轮14设置有四个，四个支撑轮14分别位于框架1的四个角，即，支撑轮14分别位于第一安装架11以及第二安装架12下端部，用于支撑整体机器人且便于机器人在平面上的移动。 [0041] 请参阅图2和图3，攀爬机构3包括第一抱靴组件31、第二抱靴组件32以及第二驱动组件33，第二驱动组件33驱动第一抱靴组件31和第二抱靴组件32沿攀爬机构3的前进方向相对运动。在一些实施例中，第一抱靴组件31滑移安装于框架1，第二抱靴组件32固定安装于框架1，第一抱靴组件31和第二抱靴组件32均运动在两个吊索上，在攀爬过程中，第二抱靴组件32夹持吊索，第一抱靴组件31向上攀爬至目标点后夹持吊索，继而第二抱靴组件32解除夹持吊索，第二抱靴组件32带动框架1向上攀爬；当遇到减振器障碍时，其中第一抱靴组件31夹持吊索，第二抱靴组件32解除吊索夹持，第二抱靴组件32在第二驱动组件33的作用下相对于第一抱靴组件31沿吊索的长度方向运动从而避开减震器障碍，继而第二抱靴组件32夹持吊索，第一抱靴组件31解除夹持，第一抱靴组件31在第二驱动组件33的作用下相对于第二抱靴组件32向上攀爬，如此循环往复实现避障且沿吊索攀爬。 [0042] 具体的，第一抱靴组件31包括第一夹爪311和第二夹爪312，第一夹爪311滑移安装于第一安装架11且运动在第一吊索，第二夹爪312滑移安装于第二安装架12且运动在第二吊索。第二抱靴组件32包括第三夹爪321和第四夹爪322，第三夹爪321固定安装于第一安装架11且运动在第一吊索，第四夹爪322固定安装于第二安装架12且运动在第二吊索，第三夹爪321和第一夹爪311并列设置，第四夹爪322和第二夹爪312并列设置。在本实施例中，第一夹爪311位于第三夹爪321下方，第二夹爪312位于第四夹爪322上方，在攀爬过程中，第三夹爪321和第四夹爪322呈对角设置便于增强攀爬机构3的攀爬稳定性，第三夹爪321和第四夹爪322分别夹持第一吊索和第二吊索，第二驱动组件33驱动第一夹爪311沿着第一吊索攀爬，同时第二夹爪312沿着第二吊索攀爬，第一夹爪311和第二夹爪312攀爬相同距离以越过减震器障碍，继而第一夹爪311和第二夹爪312分别夹持第一吊索和第二吊索；第二驱动组件33继续运行，第三夹爪321带动第一安装架11，第四夹爪322带动第二安装架12继续同步沿着吊索向上攀爬，从而实现整体机器人在吊索上位置的上升，使视觉机构4沿吊索长度方向运动，实现对吊索的外观检测。。在其他实施例中，第二夹爪312可位于第四夹爪322下方，第一夹爪311和第二夹爪312并排且同步攀爬，第三夹爪321和第四夹爪322并排且同步攀爬。 [0043] 请参阅图3至图5，第二驱动组件33设置有两组，分别位于框架1的左右两侧，即第一安装架11和第二安装架12上。第一安装架11和第二安装架12均设置有主梁15，主梁15位于第一安装架11或第二安装架12的中部且沿缆索的长度方向设置，用于安装第二驱动组件33。在本实施例中，以安装于第一安装架11上的第二驱动组件33带动第一夹爪311和第三夹爪321为例进行说明。第二驱动组件33包括第二电机331、导轨332以及抱靴安装滑块333，第二电机331固定安装于第一安装架11，导轨332竖直固定安装于第一安装架11，且与吊索的长度方向一致，抱靴安装滑块333滑移连接于滑轨，用于安装第一夹爪311，第二电机331驱动抱靴安装滑块333沿导轨332运动。为了减少驱动源，使第二驱动组件33同样带动第三夹爪321运动，第二驱动组件33还包括第二链轮334、第二链条335以及第二减速机336，第二链轮334设置有两个分别位于导轨332的两端部，第二链轮334和第二减速电机通过第二链条 335连接，第二链条335的两端分别固定安装于抱靴安装滑块333的上下两端面，第二电机 331通过联轴器与第二减速机336连接。第二电机331驱动第二减速机336运行带动第二链条 335运动从而带动第二链轮334转动，第二链条335运动从而带动抱靴安装滑块333沿导轨 332运动，从而使得第一夹爪311在吊索上前进；第一夹爪311夹紧吊索，第三夹爪321解除夹持后，第二电机331继续带动第二减速机336运行，带动第一安装架11和第三夹爪321沿第二链条335运动，从而实现攀爬机构3的向上爬行。 [0044] 请参阅图6，在本实施例中，第一夹爪311、第二夹爪312、第三夹爪321以及第四夹爪322的结构相同，以第一夹爪311为例进行说明。第一夹爪311包括驱动模块3111和两个爪部3112，两个夹部相对设置，驱动模块3111驱动两个夹部相互朝向或相互远离运动以夹紧或松开吊索。驱动模块3111包括第三电机3113、主动轮3114、从动轮3115、同步带3116以及双向丝杆3117，主动轮3114固定安装于第三电机3113的输出端，从动轮3115固定安装于双向丝杆3117的一端，主动轮3114和从动轮3115通过同步带3116连接，双向丝杆3117同时穿设两个爪部3112，第三电机3113驱动主动轮3114转动，通过同步带3116带动从动轮3115转动从而使双向丝杆3117旋转以带动两个爪部3112相互朝向夹紧吊索或相互远离运动以避开障碍物。优选的，为了便于爪部3112的运动稳定性，双向丝杆3117两侧设置有导杆3118，两个爪部3112靠近双向丝杆3117的一端均设置导向滑块3119，导杆3118和双向丝杆3117穿设两个导向滑块3119，导向滑块3119与双向丝杆3117螺纹连接，双向丝杆3117转动，从而使导向滑块3119带动爪部3112稳定的沿双向丝杆3117的长度方向运动。 [0045] 为了延长第一夹爪311的使用寿命，第一夹爪311还设置有顶盖，用于隔绝灰尘和杂物影响驱动模块3111的运行，顶盖盖合于双向丝杆3117上端面，顶盖内侧安装有两个光电开关313，其中一个用于检测第一夹爪311最大开启位置，另一个用于检测第一夹爪311最小闭合位置，最小闭合位置检测用于夹爪抱空检测。双向丝杠端部安装有编码器，可以实时监测爪部3112位置，用来检测被夹物体尺寸以及用来判断爪部3112是否空抱。 [0046] 在一些实施例中，第一抱靴组件31和第二抱靴组件32运动在不同的吊索上，即，第一抱靴组件31安装于第一安装架11上且运动在第一吊索上，第二抱靴组件32安装于第二安装架12上且运动在第二吊索上，第一安装架11和第二安装架12之间滑移配合。在攀爬过程中，第二抱靴组件32夹持吊索，第二安装架12固定不动，第一抱靴组件31向上攀爬带动第一安装架11向上运动至目标点后夹持吊索，继而第二抱靴组件32解除夹持吊索，第二抱靴组件32带动第二安装架12向上攀爬；当遇到减振器障碍时，其中第一抱靴组件31夹持吊索，第二抱靴组件32解除吊索夹持，第二抱靴组件32在第二驱动组件33的作用下相对于第一抱靴组件31沿吊索的长度方向运动从而避开减震器障碍，同时带动第二安装架12运动；继而第二抱靴组件32夹持吊索，第一抱靴组件31解除夹持，第一抱靴组件31在第二驱动组件33的作用下相对于第二抱靴组件32向上攀爬避开减震器障碍，同时带动第一安装架11运动，如此循环往复实现避障且整体机器人沿吊索攀爬。 [0047] 具体的，第一抱靴组件31包括第一夹爪311和第二夹爪312，第一夹爪311和第二夹爪312均安装于第一安装架11，且第一夹爪311和第二夹爪312并列设置均运动在第一吊索。第二抱靴组件32包括第三夹爪321和第四夹爪322，第三夹爪321和第四夹爪322均安装于第二安装架12，且第三夹爪321和第四夹爪322并列设置均运动在第二吊索。在第一安装架11运动过程中，第一夹爪311解除夹持第一吊索，第二夹爪312夹持第一吊索，第二驱动组件33驱动第一夹爪311沿第一吊索攀爬至目标位置，继而第一夹爪311夹持第一吊索，第二夹爪 312松开第一吊索，第二驱动组件33继续运行驱动第二夹爪312沿吊索攀爬，第二吊索带动第一安装架11同步运动，从而实现第一安装架11在第一吊索位置的上升，同理，第二安装架 12实现在第二吊索位置的上升，通过第一安装架11和第二安装架12位置的交错上升，从而达到整体框架1沿吊索的攀爬效果，框架1沿吊索长度方向运动，从而带动视觉机构4沿吊索长度方向运动，实现对吊索的外观检测。 [0048] 请参阅图1和图2，视觉机构4包括支撑架41和摄像头组件42，摄像头组件42固定安装于支撑架41一端，支撑架41另一端固定安装于框架1。在本实施例中，视觉机构4设置有四个，分别位于框架1的四个角处，对吊索进行围设以对吊索进行外观检测。视觉机构4随着框架1沿吊索的长度方向运动，以便对整根吊索进行外观检测从而识别吊索的病害区域，保证桥梁安全。 [0049] 以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示，需要说明的是，上面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。 |
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