本實用新型涉及一種拉索檢測裝置，特別是一種帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人。

背景技術(shù)：

拉索是拱橋、斜拉橋、懸索橋等索類橋梁的核心構(gòu)件之一，作為受力構(gòu)件，其受力狀況對橋梁整體結(jié)構(gòu)的安全起到極其重要的作用；拉索的工作狀態(tài)是橋梁是否處于安全狀態(tài)的重要標志之一。由于拉索長期暴露在空氣中，經(jīng)風吹雨淋、紫外線照射、人為損傷等因素影響，會出現(xiàn)表面的PE保護層硬化和破壞現(xiàn)象，繼而引起內(nèi)部鋼絲束或鋼絞線受到腐蝕，嚴重者甚至出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象；另一方面，由于風振、雨振等原因，拉索內(nèi)部的鋼絲束產(chǎn)生摩擦，引起鋼絲磨損，嚴重者也會發(fā)生斷絲現(xiàn)象；定期的對拉索體系內(nèi)外進行檢測是很必要的。

目前通用的拉索檢測方法為人工檢測方法；即利用卷揚機拖動檢修車或登高車的方式對拉索進行人工檢測，該方法的不足之處是：會對拉索保護層造成破壞，且檢測人員處于高空作業(yè)，容易造成安全事故；隨著機器人技術(shù)的進步，開發(fā)用于橋梁拉索檢測的機器人，成為了必然；近些年的上海交通大學、東南大學等高校均對爬索機器人在涂裝、斷絲銹蝕檢測方面進行了研發(fā)，本申請人也已經(jīng)提出過3件關(guān)于的爬索機器人的專利（CN200910302899.1、CN200920302141.3、CN200920302128.8），但其均采金屬材質(zhì)進行設計，自重很大，續(xù)航能力差。

在拉索索力測量方面，由于條件限制，以往通常的方法是將拾振器固定在拉索的端部位置，但拉索的端部位置高頻成分占主導，測試信號低階頻率不突出而高階諧振峰值很大，不利于低階頻率的識別；而拾振器最為理想的安裝位置應該是拉索的L/4處，因為這是拾振器避開了支撐點和低階振型的反彎點，各階頻率對應的幅值都比較明顯；因此，已有的將拾振器固定在拉索的端部位置進行拉索索力檢測方法的準確性差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人，該爬索機器人采用碳纖維輕型材質(zhì)制作、重量輕，續(xù)航能力好，能用于橋梁拉索PE外觀、內(nèi)部斷絲銹蝕檢測、拉索索力的檢測，以解決已有技術(shù)存在的問題。

解決上述問題的技術(shù)方案是：一種帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人，包括爬行機構(gòu)、控制單元、動力系統(tǒng)、視頻采集單元、無線數(shù)據(jù)傳輸單元和檢測機構(gòu)，其特征在于：所述爬行機構(gòu)包括兩半式輕型碳纖維框架、一對主動輪和一對從動輪，所述兩半式輕型碳纖維框架由四對聯(lián)接臂和兩塊碳纖維安裝板組成，一對主動輪和一對從動輪采用雙邊夾緊4輪雙電機驅(qū)動形式，利用兩半式輕型碳纖維框架結(jié)構(gòu)，通過四對聯(lián)接臂進行聯(lián)接；

所述控制單元包括上位機；

所述檢測機構(gòu)包括無線加速度傳感器、測距單元；該無線加速度傳感器安裝在輕型碳纖維框架上，能夠在爬索機器人爬行過程中在拉索的任意位置停下來測量拉索索力，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)缴衔粰C。

所述的帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人的進一步技術(shù)方案是：所述爬行機構(gòu)的兩半式輕型碳纖維框架結(jié)構(gòu)，通過四對聯(lián)接臂進行聯(lián)接；同時用拉伸彈簧和擺臂支撐組成柔性壓緊機構(gòu)，始終保持每對滾輪夾緊索體形成爬行所需摩擦力，主、從動輪設計為“U”形；爬索機器人上、下兩端面四周共有四對支撐萬向滾輪。

所述的帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人的更進一步技術(shù)方案是：所述輕型碳纖維框架前端安裝有防碰撞探測單元，爬索機器人在索體上爬升、下降過程中通過紅外信號自動探測前后物體距離，在設置預警范圍內(nèi)，由控制單元自動控制停止，使爬索機器人不與拉索兩端物體碰撞。

所述輕型碳纖維框架上安裝有漏磁法銹蝕檢測單元；能夠在爬索機器人爬行過程中檢測拉索銹蝕信號，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸至上位機。

由于采取上述結(jié)構(gòu)，本實用新型之帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人具有以下有益效果：

一、結(jié)構(gòu)合理，方便在在拉索上裝卸、爬行，能防止輪體偏離索體造成鎖死現(xiàn)象：

實用新型之帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人包括一對主動輪和一對從動輪，采用雙邊夾緊4輪雙電機驅(qū)動形式，利用兩半式輕型碳纖維框架結(jié)構(gòu)，通過四對聯(lián)接臂進行聯(lián)接，不僅方便在拉索上裝卸，而且還可根據(jù)拉索不同直徑進行調(diào)整；用拉伸彈簧和擺臂支撐組成柔性壓緊機構(gòu)，始終保持每對滾輪夾緊索體形成爬行所需摩擦力，主、從動輪設計為“U”形，可增大接觸面，自行對中糾偏。爬索機器人上、下兩端面四周共有四對支撐萬向滾輪，能防止輪體偏離索體造成鎖死現(xiàn)象。

二、增加了索力檢測功能，提高索力檢測的準確性：

實用新型之帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人將拉索檢測儀器安裝或搭載于爬索機器人上，即在輕型碳纖維框架安裝有拉索索力檢測機構(gòu)-無線加速度傳感器7、測距單元5，能夠在爬索機器人爬行過程中在拉索的任意位置停下來測量拉索索力，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)缴衔粰C；在輕型碳纖維框架上安裝有漏磁法銹蝕檢測單元；能夠在爬索機器人爬行過程中檢測拉索銹蝕信號，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元9傳輸至上位機；通過操作控制單元配合各子系統(tǒng)實現(xiàn)橋梁拉索PE外觀、內(nèi)部斷絲銹蝕檢測以及拉索索力測量，提高了索力檢測的準確性，上位機軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了PE損傷識別，并能自動計算損傷面積；在檢測現(xiàn)場構(gòu)建一個無線網(wǎng)絡，可通過不同終端（PC、手機、pad等）實現(xiàn)拉索快速的檢測分析。

三、使用安全可靠：

實用新型之帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人在輕型碳纖維框架前端安裝有防碰撞探測單元，爬索機器人在索體上爬升、下降過程中通過紅外信號自動探測前后物體距離，在機器人的前端和尾部均安裝有紅外測距裝置，防止機器人在運行中撞擊拉索兩端預埋導管而損壞。

四、重量輕、能夠極大提高其續(xù)航能力，提高工程實用性。

實用新型之帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人之兩半式輕型碳纖維框架結(jié)構(gòu)大大降低了機器人自重，能夠極大提高其續(xù)航能力；利用高能鋰電池作為供電電源，提升了機器人的續(xù)航能力，大大提高了工程實用性。

五、該輕型碳纖維爬索機器人用于拉索檢測的方法簡單方便：

將該輕型碳纖維爬索機器人用于測量拉索索力時，根據(jù)被測拉索直徑的大小來相應的調(diào)整聯(lián)接臂及拉伸彈簧的距離，以提供適合爬行所需的摩擦力，爬索機器人可按照操作人員的指令以及設定的速度在拉索上運行，當?shù)竭_拉索末端時能自動的返回；并且還能在拉索上通過地面控制自由的移動并到達檢測人員所要觀測的位置，以便進行局部更加細致的觀察和索力測量；利用視頻采集單元采集拉索外部PE保護層表面全方位的高清視頻圖像，用漏磁法拉索銹蝕檢測單同步進行拉索內(nèi)部斷絲銹蝕檢測，并采用高分辨率編碼器準確的定位拉索缺陷位置，并通過無線方式傳輸至橋面上位機。通過上位機軟件系統(tǒng)，自動識別出PE損傷面積，斷絲銹蝕狀態(tài)及病害位置。

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型之帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人的技術(shù)特征作進一步說明。

附圖說明

圖1-1～圖1-2是帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人整體結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖2-1～圖2-2是帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人的爬行機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人的的爬行機構(gòu)之輕型框架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4-1～圖4-2是帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人整體結(jié)構(gòu)示意圖之二。

圖中：

11-兩半式輕型碳纖維框架，111-聯(lián)接臂，112-碳纖維安裝板，12-主動輪，13-從動輪，14-拉伸彈簧，15-電機，16-動力電池，17-擺臂，18-萬向滾輪；

2-控制單元，3-動力系統(tǒng)，4-防碰撞探測單元，5-測距單元，6-視頻采集單元，61-攝像頭，7-無線加速度傳感器，8-漏磁法銹蝕檢測單元，9-無線數(shù)據(jù)傳輸單元，10-上位機；A-索體。

具體實施方式

一種帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人

如圖1-1～圖1-2所示，所述帶檢測系統(tǒng)的輕型碳纖維爬索機器人包括爬行機構(gòu)、控制單元2、動力系統(tǒng)、視頻采集單元6、無線數(shù)據(jù)傳輸單元9和檢測機構(gòu)；

如圖2-1～圖2-2所示，所述爬行機構(gòu)包括兩半式輕型碳纖維框架11、一對主動輪12和一對從動輪13，所述兩半式輕型碳纖維框架11由四對聯(lián)接臂111和兩塊碳纖維安裝板112組成，碳纖維安裝板上開有安裝窗口（參見圖3）；一對主動輪和一對從動輪采用雙邊夾緊4輪雙電機驅(qū)動形式，利用兩半式輕型碳纖維框架11結(jié)構(gòu)，通過四對聯(lián)接臂111進行聯(lián)接；不僅方便在拉索上裝卸，而且還可根據(jù)拉索不同直徑進行調(diào)整；同時用拉伸彈簧14和擺臂17支撐組成柔性壓緊機構(gòu)，始終保持每對滾輪夾緊索體A形成爬行所需摩擦力，主、從動輪設計為“U”形，可增大接觸面，自行對中糾偏；爬索機器人上、下兩端面四周共有四對支撐萬向滾輪，能防止輪體偏離索體造成鎖死現(xiàn)象；

所述控制單元包括上位機10；

所述檢測機構(gòu)包括無線加速度傳感器7、測距單元5；該無線加速度傳感器7安裝在輕型碳纖維框架11上，爬索機器人能夠在爬行過程中根據(jù)檢測需要、在拉索的任意位置停下來測量拉索索力，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元9傳輸?shù)缴衔粰C10。

所述輕型碳纖維框架11前端安裝有防碰撞探測單元4，爬索機器人在索體上爬升、下降過程中通過紅外信號自動探測前后物體距離，在設置預警范圍內(nèi)，由控制單元2自動控制停止，使爬索機器人不與拉索兩端物體碰撞。

所述輕型碳纖維框架11上安裝有漏磁法銹蝕檢測單元8；能夠在爬索機器人爬行過程中檢測拉索銹蝕信號，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元9傳輸至上位機10。

將該輕型碳纖維爬索機器人用于測量拉索索力時，根據(jù)被測拉索直徑的大小來相應的調(diào)整聯(lián)接臂及拉伸彈簧的距離，以提供適合爬行所需的摩擦力，爬索機器人可按照操作人員的指令以及設定的速度在拉索上運行，當?shù)竭_拉索末端時能自動的返回；并且還能在拉索上通過地面控制自由的移動并到達檢測人員所要觀測的位置，以便進行局部更加細致的觀察和索力測量；利用視頻采集單元采集拉索外部PE保護層表面全方位的高清視頻圖像，用漏磁法拉索銹蝕檢測單同步進行拉索內(nèi)部斷絲銹蝕檢測，并采用高分辨率編碼器準確的定位拉索缺陷位置，并通過無線方式傳輸至橋面上位機，通過上位機軟件系統(tǒng)，自動識別出PE損傷面積，斷絲銹蝕狀態(tài)及病害位置。