專利名稱：高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于程控工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種用于對高空斜拉索進(jìn)行檢測 的程控工業(yè)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
斜拉橋作為現(xiàn)代橋梁的新形式，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，作為斜拉橋三大受力的構(gòu)件(橋塔、橋面和橋索)之一的纜索長期暴露在空 氣中，經(jīng)風(fēng)吹雨淋日光照射，纜索表面的護(hù)套將會產(chǎn)生不同程度的腐蝕老化和開裂現(xiàn)象，并 給護(hù)套內(nèi)的鋼索帶來銹蝕、斷絲等嚴(yán)重問題，這些都會給優(yōu)美壯觀的斜拉轎埋下嚴(yán)重的安
^^^ 急 ^^ ο斜拉橋纜索有圓柱形，平行六棱柱形和螺旋六棱柱形等多類型式，纜徑有多種規(guī) 格，外層一般有聚乙烯套作防護(hù)，其標(biāo)高高，距離長，傾斜度由30°至近90°。另外，盡管在 纜索的兩端施加了很大的拉力，但由于自重作用與蠕變，纜索仍有一定的撓度。對于斜拉橋 這種標(biāo)高較高和柔性較大的纜索由于斜拉橋是最近幾十年才興起的新型橋，對橋的關(guān)鍵受力構(gòu)件纜索相配套的維 護(hù)措施尚在不斷的完善和發(fā)展之中，相應(yīng)的技術(shù)手段和裝置也正在探索和研發(fā)過程中。專門針對高空斜拉索的爬升裝置已經(jīng)有報(bào)道，公告日為2002年2月9日，公告號 為CN 1077484C的中國發(fā)明專利中公開了一種“氣動蠕動式纜索機(jī)器人”，其由爬升、維護(hù) 及地面控制臺幾部分組成，其特征在于爬升本體中的上體1和下體2沿圓周均布三個(gè)安裝 塊3，其上分別安裝由夾緊氣缸11及夾緊爪8構(gòu)成的央緊機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向氣缸10及導(dǎo)向輪7組 成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，移動氣缸6的活塞桿端頭通過浮動接頭12連接于上體1，缸體由中央軸耳9 連接于下體2，支撐軸5連接于上體1，內(nèi)裝直線運(yùn)動軸承14的支撐座15經(jīng)彈性墊16與下 體2相連。由于該機(jī)器人是專門針對高空斜拉索進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用的，故十分適合于在高空斜 拉索上進(jìn)行升降操作，利用其作為載體，進(jìn)行相關(guān)的預(yù)定操作，將是十分便利的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)。 其對于高空斜拉索這種標(biāo)高較高、柔性較大的鎧裝纜索，利用專用蠕動式纜索機(jī)器人為載 體，附加相應(yīng)的功能模塊，使原本只具有升降/攀爬功能的機(jī)器人變成了具有斜拉索檢測/ 維護(hù)功能的復(fù)合功能裝置，既具有了在斜拉上自由移動/升降/攀爬的功能，又可針對斜拉 索進(jìn)行纜索的相關(guān)檢測/維護(hù)工作，工作效率和作業(yè)安全性大大提高。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)，包括由 上體、下體和移動/支撐機(jī)構(gòu)構(gòu)成的蠕動式機(jī)器人本體和位于地面的機(jī)器人控制臺，其特 征是在機(jī)器人本體上，設(shè)置斜拉索鋼絲探傷傳感器、微型光學(xué)攝像頭、機(jī)器人行程編碼模 塊、現(xiàn)場信號放大/處理模塊和數(shù)據(jù)信號傳輸/發(fā)送模塊；在地面的機(jī)器人控制臺，設(shè)置數(shù)據(jù)信號傳輸/接收模塊、斜拉索檢測數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)庫模塊；所述的數(shù)據(jù)信號傳輸/發(fā) 送模塊和數(shù)據(jù)信號傳輸/接收模塊之間采用有線或無線信號傳輸模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。進(jìn)一步地，所述的斜拉索鋼絲探傷傳感器和微型光學(xué)攝像頭，設(shè)置在機(jī)器人本體 的上體或下體上。更進(jìn)一步地，所述的斜拉索鋼絲探傷傳感器和微型光學(xué)攝像頭，沿機(jī)器人本體徑 向圓周對稱或均布設(shè)置；具體的，所述的斜拉索鋼絲探傷傳感器為弱磁無損檢測探頭、聲波探測探頭或X 光探傷探頭。所述的微型光學(xué)攝像頭為CXD或CMOS感光攝像頭。所述的機(jī)器人行程編碼模塊為行程編碼器或移動距離編碼器及其外圍電路。所述的現(xiàn)場信號放大/處理模塊至少包括視頻信號放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路。所述的斜拉索檢測數(shù)據(jù)處理模塊至少包括圖像壓縮卡和數(shù)字硬盤錄像機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.利用蠕動式纜索機(jī)器人為載體，附加檢測、數(shù)據(jù)處理和傳輸模塊，結(jié)合機(jī)器人地 面控制臺，構(gòu)成了一個(gè)完整的斜拉鋼索內(nèi)、外檢測系統(tǒng)；2.采用多種檢測手段和監(jiān)控方式，在機(jī)器人沿著斜拉索爬升的過程中，對鎧裝斜 拉索進(jìn)行自動內(nèi)、外檢測，并通過信號傳遞模塊同步實(shí)現(xiàn)地面(橋面)接受處理與作業(yè)控 制；3.整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與作業(yè)任務(wù)由地面控制系統(tǒng)指揮與控制，通過有線或無線 信號傳輸系統(tǒng)來完成，工作效率和作業(yè)安全性大大提高。

圖1是本實(shí)用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是探傷傳感器和微型光學(xué)攝像頭設(shè)置模式示意圖；圖4是另一探傷傳感器和微型光學(xué)攝像頭設(shè)置模式示意圖。圖中1為斜拉索，2為機(jī)器人本體，3為檢測探頭或攝像頭，4為地面機(jī)器人控制臺。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。圖1中，本技術(shù)方案在機(jī)器人本體2上，設(shè)置了斜拉索鋼絲探傷傳感器和/或微型 光學(xué)攝像頭3，采用多種檢測手段和監(jiān)控方式，在機(jī)器人沿著斜拉索1爬升的過程中，對鎧 裝斜拉索進(jìn)行自動內(nèi)、外檢測，并通過信號傳遞模塊同步實(shí)現(xiàn)地面(橋面)接受處理與作業(yè) 控制。斜拉索鋼絲探傷傳感器和微型光學(xué)攝像頭，可以設(shè)置在機(jī)器人本體的上體或下體 上。圖2中，在機(jī)器人本體1上，設(shè)置斜拉索鋼絲探傷傳感器、微型光學(xué)攝像頭、機(jī)器人 行程編碼模塊、現(xiàn)場信號放大/處理模塊和數(shù)據(jù)信號傳輸/發(fā)送模塊。在地面的機(jī)器人控制臺4，設(shè)置了數(shù)據(jù)信號傳輸/接收模塊、斜拉索檢測數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)庫模塊。 其數(shù)據(jù)信號傳輸/發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)信號傳輸/接收模塊之間采用有線或無線信號 傳輸模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其斜拉索鋼絲探傷傳感器為弱磁無損檢測探頭、聲波探測探頭或X光探傷探頭。其微型光學(xué)攝像頭為CXD或CMOS感光攝像頭。其機(jī)器人行程編碼模塊為行程編碼器或移動距離編碼器及其外圍電路。其現(xiàn)場信號放大/處理模塊至少包括視頻信號放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路。其斜拉索檢測數(shù)據(jù)處理模塊至少包括圖像壓縮卡和數(shù)字硬盤錄像機(jī)。本系統(tǒng)的關(guān)鍵發(fā)明點(diǎn)在于由機(jī)器人攜帶相關(guān)設(shè)備，由地面控制系統(tǒng)指揮機(jī)器人施 工作業(yè)，自動檢測系統(tǒng)在智能機(jī)器人的支持下對斜拉索進(jìn)行內(nèi)檢測和外檢測。其對斜拉橋纜索的外檢測是采用微型攝像技術(shù)，主要檢查外表面的老化、龜裂、孔 洞；其對斜拉橋纜索的內(nèi)檢測可以采用先進(jìn)的弱磁無損檢測技術(shù)、聲波探測技術(shù)、X光探傷 技術(shù)等手段，主要檢測纜索內(nèi)部斷絲、銹蝕等情況。利用漏磁測量技術(shù)對斜拉索的斷絲、銹蝕的檢測的技術(shù)原理是當(dāng)斜拉索鋼絲通 過探傷傳感器即被磁化，一旦斜拉鋼索中存在缺陷，則會在斜拉鋼索上產(chǎn)生漏磁，探傷傳感 器就可反映鋼索缺陷的信息，即當(dāng)斜拉鋼索通過探傷傳感器時(shí)，由于斜拉索鋼絲的磨損產(chǎn) 生的金屬截面積的變化，引起磁化了的鋼索內(nèi)磁通量的變化，由此探傷傳感器就可捕捉到 有關(guān)斜拉索金屬截面積變化信息。這些信息通過A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，將斜拉鋼索局部區(qū)域 中的漏磁場信息進(jìn)行處理，可檢測到斜拉鋼索的斷絲和銹蝕缺陷，另一方面又可將磁回路 中主磁通強(qiáng)度的變化情況進(jìn)行處理，可檢測因磨損和銹蝕而引起的斜拉鋼索的金屬截面積 總和的變化信息。對被檢測的斜拉鋼索進(jìn)行全程編碼的目的，是通過編碼器來確定并記錄各檢測部 位和缺限存在的具體位置。 本技術(shù)方案運(yùn)用了高請晰抗干擾攝像技術(shù)，內(nèi)置自動光圈、自動自平衡逆光補(bǔ)償， 無線音影傳輸系統(tǒng)，四路圖象壓縮卡、四路數(shù)字硬盤錄像機(jī)，通過微機(jī)處理技術(shù)來完成外表 面檢查監(jiān)控。具體實(shí)施時(shí)，通過四臺攝像頭使用分光鏡頭，同時(shí)從四個(gè)角度進(jìn)行監(jiān)控和攝下斜 拉索護(hù)套表面情況，將光分解成紅、綠、藍(lán)三種成份光，然后依據(jù)其光強(qiáng)的大小，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換 器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，然后進(jìn)行放大處理轉(zhuǎn)換成亮度信號、彩色信號、同步信號等組成的 視頻信號。通過無線音影傳輸系統(tǒng)、圖象壓縮卡、工控機(jī)將其輸出到多畫面處理器，實(shí)現(xiàn)單 畫面和多畫面切換，最后通過顯示器輸出現(xiàn)場視頻監(jiān)控圖像，詳細(xì)準(zhǔn)確顯示出斜拉鋼索表 面的圖像。在檢查過程中可隨時(shí)對斜拉鋼索護(hù)套表面有缺陷之處進(jìn)行位置記錄和重點(diǎn)反復(fù) 查驗(yàn)。由于上述探頭、攝像頭和各功能電路/模塊均為現(xiàn)有技術(shù)和市售產(chǎn)品，故其具體 的電路結(jié)構(gòu)，相互之間的連接方式和工作原理，在此不再敘述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在 掌握和領(lǐng)會了本技術(shù)方案的解決問題的思路和方法后，無需經(jīng)過創(chuàng)造性勞動，即可再現(xiàn)本 技術(shù)方案，達(dá)到預(yù)期的技術(shù)效果。圖3中，斜拉索鋼絲探傷傳感器和/或微型光學(xué)攝像頭3，沿機(jī)器人本體2的徑向 圓周對稱設(shè)置。[0045]圖4中，斜拉索鋼絲探傷傳感器和/或微型光學(xué)攝像頭3，沿機(jī)器人本體2的徑向 圓周均布設(shè)置。本檢測系統(tǒng)可以高效安全地實(shí)現(xiàn)對斜拉橋纜索、風(fēng)景區(qū)索道以及大型建筑物的拉 索進(jìn)行全面檢查護(hù)套外表面破損情況和斜拉索護(hù)套內(nèi)鋼索的安全情況，包括斜拉索護(hù)套外 表面破損狀況和護(hù)套內(nèi)鋼索的安全情況，對其表面老化、龜裂、脫粉、孔洞及內(nèi)部斷絲、裂 痕、拉力等各方面進(jìn)行正確有效的診斷，其檢測效率與檢測過程中的施工安全性是傳統(tǒng)工 藝不可比擬的。由于本實(shí)用新型利用專用蠕動式纜索機(jī)器人為載體，附加相應(yīng)的檢測/維護(hù)功能 模塊，使原本只具有升降/攀爬功能的機(jī)器人變成了具有斜拉索檢測/維護(hù)功能的復(fù)合功 能裝置，既具有了在斜拉上自由移動/升降/攀爬的功能，又可針對斜拉索進(jìn)行纜索的相關(guān) 檢測/維護(hù)工作，工作效率和作業(yè)安全性大大提高。本實(shí)用新型可廣泛用于各種索/纜的檢測、維護(hù)領(lǐng)域。
權(quán)利要求一種高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)，包括由上體、下體和移動/支撐機(jī)構(gòu)構(gòu)成的蠕動式機(jī)器人本體和位于地面的機(jī)器人控制臺，其特征是在機(jī)器人本體上，設(shè)置斜拉索鋼絲探傷傳感器、微型光學(xué)攝像頭、機(jī)器人行程編碼模塊、現(xiàn)場信號放大/處理模塊和數(shù)據(jù)信號傳輸/發(fā)送模塊；在地面的機(jī)器人控制臺，設(shè)置數(shù)據(jù)信號傳輸/接收模塊、斜拉索檢測數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)庫模塊；所述的數(shù)據(jù)信號傳輸/發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)信號傳輸/接收模塊之間采用有線或無線信號傳輸模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
2.按照權(quán)利要求1所述的高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)，其特征是所述的斜拉索 鋼絲探傷傳感器和微型光學(xué)攝像頭，設(shè)置在機(jī)器人本體的上體或下體上。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)，其特征是所述的斜 拉索鋼絲探傷傳感器和微型光學(xué)攝像頭，沿機(jī)器人本體徑向圓周對稱或均布設(shè)置。
4.按照權(quán)利要求1所述的高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)，其特征是所述的斜拉索 鋼絲探傷傳感器為弱磁無損檢測探頭、聲波探測探頭或X光探傷探頭。
5.按照權(quán)利要求1所述的高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)，其特征是所述的微型光 學(xué)攝像頭為CCD或CMOS感光攝像頭。
6.按照權(quán)利要求1所述的高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)，其特征是所述的機(jī)器人 行程編碼模塊為行程編碼器或移動距離編碼器及其外圍電路。
7.按照權(quán)利要求1所述的高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)，其特征是所述的現(xiàn)場信 號放大/處理模塊至少包括視頻信號放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
8.按照權(quán)利要求1所述的高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)，其特征是所述的斜拉索 檢測數(shù)據(jù)處理模塊至少包括圖像壓縮卡和數(shù)字硬盤錄像機(jī)。
專利摘要一種高空斜拉索的機(jī)器人自動檢測系統(tǒng)，屬工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域。包括機(jī)器人本體和機(jī)器人控制臺，其在機(jī)器人本體上，設(shè)置斜拉索鋼絲探傷傳感器、微型光學(xué)攝像頭、機(jī)器人行程編碼模塊、現(xiàn)場信號放大/處理模塊和數(shù)據(jù)信號發(fā)送模塊，在機(jī)器人控制臺，設(shè)置數(shù)據(jù)信號接收模塊、斜拉索檢測數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)庫模塊；數(shù)據(jù)信號發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)信號接收模塊之間采用有線或無線信號傳輸模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。使原本只具有升降/攀爬功能的機(jī)器人變成了具有斜拉索檢測/維護(hù)功能的復(fù)合功能裝置，工作效率和作業(yè)安全性大大提高，可廣泛用于各種索/纜的檢測、維護(hù)領(lǐng)域。
文檔編號B25J19/00GK201645495SQ20102010989
公開日2010年11月24日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者宋太偉 申請人:上海建冶科技工程股份有限公司