纜索檢測機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及土木工程結構健康監測領域，具體涉及一種纜索檢測機器人。
【背景技術】
[0002]近年來，土木工程領域取得了令人矚目的成就，各種大型復雜結構不斷出現。重大工程結構的設計使用期長達幾十年、甚至上百年，在環境侵蝕、材料老化和荷載的長期效應、疲勞效應等因素的共同作用下將不可避免地導致結構技術的損傷積累和抗力衰減，極端情況下可能引起災難性的突發事故。隨著對工程結構的安全性、耐久性及正常使用功能的日益關注，人們希望能夠在結構的服役期，能充分了解結構的健康狀況，以決定是否需要對結構進行維修和養護，以及何時進行維修和養護。預應力空間結構的纜索(預應力鋼絞線)是形成大跨空間結構的關鍵部件，預應力鋼絞線中預應力的損失會引起結構較大撓度變形，甚至引起結構倒塌破壞。因此，如何檢測纜索索力是預應力空間結構檢測的關鍵之
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[0003]長期以來，對于大跨空間結構的纜索檢測主要以人工檢測為主。通過留設馬道、卷揚機拖動吊籃小車或搭設支架等措施進行人工布線檢測工作，主要檢查纜索系統是否遭受腐蝕、纜索是否傾斜、各緊固件是否松動等。人工檢測花費大量的人力和物力，而且檢測過程基本以目測為主，對纜索的檢測結果中人為主觀因素比較多，因此人工檢測不能滿足相應的預警、安全的需要，對突發事故無法實現實時檢測。由此可見，開發纜索檢測機器人，可有效地節省大量的采集節點布置時間和成本，同時也降低了人工布線的危險程度。此外纜索檢測機器人能攀爬至人工不能夠達到的地方，能更加全面地評估預應力空間結構纜索的受力狀況。
[0004]在大跨空間結構中，纜索、球節點、腹桿三者的組合體系是一種常見的單元模式(如圖1所示)。已有的纜索檢測機器人，一種是只適合沿著鋼結構平面滑行，如公開專利CN 102735686Α，不適用于纜索檢測；一種是只適合沿著截面保持不變的纜索滑行，如公開專利CN1076255C，不能夠越過障礙物球節點和豎向腹桿。對于大跨空間結構中的纜索檢測，如何實現沿纜索行進并能夠越過障礙物球節點和豎向腹桿，成為問題關鍵。
【發明內容】
[0005]本發明為了解決已有纜索檢測機器人只能沿纜索行走而不可跨越障礙物球節點和豎向腹桿、不能適應變直徑纜索行走、不能適應不同直徑纜索檢修等問題，提出一種可跨越球節點式纜索檢測機器人。
[0006]本發明采用的技術方案為:一種纜索檢測機器人，包括半封閉可調式外框架、伸縮式彈簧裝置和驅動系統；
[0007]所述半封閉可調式外框架內部包圍圓桿狀物體，半封閉可調式外框架的形狀根據所述圓桿狀物體形狀的改變而調整，半封閉可調式外框架上安裝有伸縮式彈簧裝置和驅動系統，所述伸縮式彈簧裝置、驅動系統與所述圓桿狀物體的外壁發生接觸；
[0008]所述伸縮式彈簧裝置與圓桿狀物體的接觸端能夠沿著圓桿狀物體截面徑向自由伸縮，并且所述的接觸端與半封閉可調式外框架的相對位置發生變化；
[0009]所述驅動系統與圓桿狀物體接觸端能夠沿著圓桿狀物體表面向前爬行，并且所述的接觸端與半封閉可調式外框架的相對位置固定。
[0010]伸縮式彈簧裝置和驅動系統的端部與圓桿狀物體發生點接觸，而半封閉可調式外框架與圓桿狀物體不發生直接接觸，因此，通過伸縮式彈簧裝置調節接觸端部的位置，進而可實現不同截面直徑的圓桿狀物體連續行走，甚至越過球節點。
[0011]作為優選，所述半封閉可調式外框架包括底部固定框、可調式側框、一字型拉桿和調角板，所述可調式側框通過調角板與底部固定框相連，調角板控制可調式側框的傾斜角度，并且沿底部固定框橫肋滑動，所述可調式側框的兩肋由活動鉸接相連，一字型拉桿固接于可調式側框兩肋中部，一字型拉桿上設有齒輪裝置和固定裝置，一字型拉桿沿軸向伸縮并固定于指定長度，所述半封閉可調式外框架留有縱向缺口，形成半封閉式夾緊機構。
[0012]半封閉可調式外框架通過調整底部固定框、可調式側框、一字型拉桿和調角板的相對位置，可實現半封閉可調式外框架內部容納不同直徑的圓桿狀物體，同時半封閉可調式外框架留有縱向缺口，使得纜索檢測機器人能夠輕松越過球節點和腹板。一字型拉桿不僅能夠調節側框的形狀，而且能夠加強側框的穩定性。
[0013]作為優選，所述伸縮式彈簧裝置固接于所述底部固定框中肋，伸縮式彈簧裝置包括T型導槽、T型導件、開槽連接板、連桿、固定板、連接軸、彈簧和從動輪，所述開槽連接板一端與從動輪連接，另一端通過連桿、連接軸與T型導件連接，所述彈簧的一端與底部固定框橫肋相連，另一端與連接軸相連，所述固定板約束開槽連接板沿豎向自由運動，所述彈簧約束可沿T型導槽水平向滑動的T型導件的水平向運動。
[0014]所述T型導槽與固定板固接于底部固定框中肋，T型導件可沿T型導槽水平向滑動，彈簧一端與連軸相連，另一端與底部固定框橫肋相連，以約束連軸與T型導件的水平向運動，開槽連接板與固定板通過銷軸連接，開槽連接板可沿豎向運動，連桿一端與開槽連接板底部鉸接，另一端與連接軸鉸接，這樣的機構設計使得伸縮式彈簧裝置接觸端部受到壓縮之后轉為彈簧勢能，如果截面直徑變小之后仍能夠隨之發生變化。
[0015]作為優選，所述驅動系統位于半封閉可調式外框架的可調式側框頂端內側，驅動系統為同步驅動。
[0016]驅動系統分為兩組，每組兩個，每組兩個驅動系統與伸縮式彈簧裝置的端部形成共面的3點，在一個截面上可以穩定夾住圓桿狀物體，兩組系統前后分布，可以保證纜索檢測機器人穩定于纜索上。
[0017]作為優選，纜索機器人底部配有平衡裝置，以保證行走過程中底部固定框保持水平。
[0018]本發明具有以下有益效果:
[0019]1.半封閉可調式外框架上部留有縱向缺口，形成半封閉式夾緊機構，纜索機器人在沿纜索行進過程中，可不受上部腹桿阻擋約束，滿足跨越障礙物所需的空間要求。
[0020]2.可調式側框通過調角板與底部固定框相連，調角板可控制可調式側框的傾斜角度，調角板可沿底部固定框橫肋滑動，所以可調式側框可更整體尺寸，以適應不同直徑纜索的檢測工作，從而拓寬了纜索檢測機器人的適用對象。
[0021]3.一字型拉桿固接與可調式側框兩肋中部，一字型拉桿可沿軸向伸縮并固定于指定長度，通過一字型拉桿，可調整纜索機器人的夾緊力，以確保纜索檢測機器人能穩定附著在纜索上，避免發生傾覆。
[0022]4.伸縮式彈簧裝置中開槽連接板可沿豎向自由運動，開槽連接板與T型導件通過連桿、連接軸相連，T型導件可沿T型導槽水平向滑動，彈簧可約束T型導件的水平向運動，通過伸縮式彈簧裝置，纜索檢測機器人在遇到障礙物球節點和豎向腹桿時，伸縮式彈簧裝置整體壓縮，帶動纜索檢測機器人整體上移，從而跨越障礙物球節點和豎向腹桿。
[0023]5.驅動系統為同步驅動，通過位于纜索檢測機器人上部四個主動輪同步驅動，纜索檢測機器人可沿纜索平穩前行而不發生扭轉側翻，當遇到障礙物球節