《橋樑纜索的檢測系統》是中鐵大橋局集團武漢橋樑科學研究院有限公司、中鐵大橋局集團有限公司於2013年4月3日申請的發明專利，該專利申請號為2013101157227，公布號為CN103194967A，公布日為2013年7月10日，發明人是汪正興、王波、王翔、柴小鵬、葉覺民、黃清、侍剛、蔡欣、朱治寶、劉德清、葉翔、袁建新、馬遠剛。
《橋樑纜索的檢測系統》公開了一種橋樑纜索的檢測系統，包括爬行機器人和信號處理裝置，爬行機器人包括爬行裝置和損傷探測裝置，爬行裝置包括至少兩個夾緊機構和支撐機構，每個夾緊機構包括兩個沿橋樑纜索的軸向間隔布置的電機，分別固定在人字形支架的兩個側邊上且電機軸分別垂直相應的側邊伸入外殼內，電機軸上固定設有圓柱形滾輪，支撐機構轉動設定在外殼內，且與圓柱形滾輪配合形成三角夾緊力，夾持住橋樑纜索的外圓周面。該發明，可以通過調整推桿的長度調整爬行裝置對橋樑纜索的夾緊力，使爬行機器人和橋樑纜索之間的摩擦力達到最優，防止其在運行過程中過度夾緊或打滑，確保爬行機器人穩定地運行，並且結構簡單。
2021年6月24日，《橋樑纜索的檢測系統》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《橋樑纜索的檢測系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：橋樑纜索的檢測系統
- 申請人：中鐵大橋局集團武漢橋樑科學研究院有限公司、中鐵大橋局集團有限公司
- 發明人：汪正興、王波、王翔、柴小鵬、葉覺民、黃清、侍剛、蔡欣、朱治寶、劉德清、葉翔、袁建新、馬遠剛
- 申請號：2013101157227
- 申請日：2013年4月3日
- 公布號：CN103194967A
- 公布日：2013年7月10日
- 地址：湖北省武漢市建設大道103號
- 代理機構：北京捷誠信通專利事務所（普通合夥）
- 代理人：魏殿紳、龐炳良
- Int. Cl.：E01D19/10
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
截至2013年4月，纜索體系作為現代橋樑的新形式，在世界範圍內得到了廣泛的套用，中國及其他國家都已經建造了大量的斜拉橋及懸索橋。
拉索作為纜索體系橋樑的主要構件之一，造價占整座橋樑的三分之一左右，因此，其使用壽命尤為值得關注。降低拉索使用壽命的主要原因在於：斜拉橋、懸索橋建成後，拉索長期暴漏在空氣之中，其表面的聚乙烯（PE）保護層將出現不同程度的硬化老化等破壞現象，內部鋼絲束也因空氣中的水分和其他酸性物質而受到腐蝕，嚴重者甚至出現斷絲現象，危及橋樑的安全。中國國內外已發生過多起斜拉橋斷纜事件，也發生過數起通車僅幾年就因拉索發生嚴重腐蝕而導致斜拉橋全部換索的不幸事件，如委內瑞拉的Maracibo橋，英國的Wye橋，中國的廣州海印橋等。
因此，對拉索進行定期的檢測和維護是非常必要的。由於斜拉橋和懸索橋是2013年近幾十年才興起的新橋型，對拉索進行檢測的措施還很不完善。主要是通過卷揚機拖動搭載鋼絲檢測設備和工作人員的小車，或利用液壓升降台搭載工作人員和設備，採用人工方式進行檢測，施工工期長、成本高、影響交通，而且工人工作環境極端惡劣，甚至會出現人員傷亡事故。為此，較好的方式是採用機器人技術對拉索進行定期的檢測和維護。
中國實用新型專利CN2396936公開了一種電驅動纜索維護機器人爬升機構（專利號：99252056.8），該方案在框架中沿纜索圓周方向均布三台移動小車，由夾緊機構壓緊在纜索上，變頻電機通過減速器驅動小車，可以用於大型斜拉橋纜索的塗裝、清洗和檢測等維護工作。但是，上述方案機器人結構笨重，外形較大，整機採用有線供電，電纜的長度必須大於機器人所爬升的大橋纜索的高度，高空作業時機器人負擔很重，受風力影響大；另外該機器人沒有設計相關的下降裝置，但作業過程中出現意外情況時是採用連線在機器人上的鋼絲繩，從上百米的高空用人力拖拽回收機器人，十分危險。
中國發明專利CN101357637公開了一種纜索檢測機器人（專利號為200810142308.4），由沿纜索圓周方向均布的兩台小車通過聯接件連線組成，在其中主動小車上設定有爬升裝置，在另一從動小車上設定有夾緊裝置，在聯接件上設定有防偏裝置，該方案採用彈簧夾緊斜拉索，需要採用彈簧支撐桿來安裝機器人，操作不便，驅動輪和拉索表面的摩擦力不容易控制好，以磁性對接裝置來作為機構工作失控後的處理辦法不夠科學，成本高。
中國實用新型專利CN201933407U公開了一種纜索檢測機器人（專利號：201120005971.7），包括一主動小車）和一從動小車，主動小車和從動小車之間通過連線機構相互連線，在從動小車上設定有四個張緊機構，在主動小車上設定有一爬升裝置，該方案不能實現機器人偏位後的矯正，在實際操作過程中容易出現偏位卡死、打轉等情況。
中國實用新型專利公開了一種斜拉橋纜索檢測機器人（專利號：201120119383.6），所述機器人由上體和下體兩部分構成，所述上體包括上體板、穿過上體板並前後對稱的一對上體螺桿、各固定於每個上體螺桿下部的彈簧和各固定於每根彈簧下端的一對左右平行的上體橡膠輪，所述下體包括下體板、固定於下體板的三相異步電動機、電動機變速箱和與電動機變速箱相連動並與上體橡膠輪上下對應的兩對下體橡膠輪，所述上體板和下體板通過下體螺桿相固定。該纜索檢測機器人結構簡單新穎、安裝方便，適於在各種纜索上穩定運行，適於斜拉橋纜索的檢測和探傷。該方案中重量集中在拉索的垂直方向，因此結構不夠合理，很容易產生一個前後的彎矩卡死在斜拉索上，而且很容易繞拉索打轉和前後搖晃。
總而言之，2013年前的斜拉橋纜索檢測機器人普遍存在結構複雜，運行不夠穩定的缺陷，並且容易引發安全事故。
發明內容
專利目的
《橋樑纜索的檢測系統》所要解決的技術問題是解決專利背景中的橋樑纜索的檢測系統結構複雜，運行不穩定，容易引發安全事故的問題。
技術方案
《橋樑纜索的檢測系統》所採用的技術方案是提供一種橋樑纜索的檢測系統，包括爬行機器人和信號處理裝置，所述爬行機器人包括爬行裝置和設定在所述爬行裝置的外殼上的損傷探測裝置，所述損傷探測裝置用於檢測橋樑纜索缺陷，並實時將檢測結果傳送給所述信號處理裝置，所述爬行裝置還包括：至少兩個夾緊機構，沿所述橋樑纜索的軸向間隔布置，所述外殼上設有人字形支架，每個所述夾緊機構包括兩個沿所述橋樑纜索的軸向間隔布置的電機，分別固定在所述人字形支架的兩個側邊上且電機軸分別垂直相應的所述側邊並伸入所述外殼內，所述電機軸上固定設有圓柱形滾輪；支撐機構，轉動設定在所述外殼內，且與所述圓柱形滾輪配合形成三角夾緊力，夾持住橋樑纜索的外圓周面。
在上述的檢測系統中，所述支撐機構包括：兩個支撐輪，沿所述橋樑纜索的軸向間隔布置，所述支撐輪的輪軸軸線與所述橋樑纜索的軸線垂直；兩個U形支架，每個所述輪軸的兩端分別轉動設定在一個U形支架的開口處，所述U形支架的兩個側邊分別設有轉軸，所述轉軸轉動設定在所述外殼的內壁上，所述U形支架上固定設有垂直臂；可調推桿，兩端分別鉸接在兩個U形支架的垂直臂的自由端，橋樑纜索夾持在所述圓柱形滾輪和所述支撐輪之間，通過調整所述推桿的長度使所述垂直臂轉動，帶動所述支撐輪升降，配合所述圓柱形滾輪夾緊或鬆開所述橋樑纜索。
在上述的檢測系統中，所述損傷探測裝置包括：環形支架，固定設定在所述外殼的側面上，且與所述橋樑纜索同軸設定；至少四個彈簧，沿所述環形支架的內圓周表面均勻布置，且每個所述彈簧的另一端分別連線鋼絲缺陷無損檢測裝置，所述鋼絲缺陷無損檢測裝置靠近所述橋樑纜索的外表面；至少四個攝像頭，均勻布置在所述環形支架的外端面上。
在上述的檢測系統中，所述外殼上還固定設有在檢測過程中確定所述爬行機器人位置的編碼器。
在上述的檢測系統中，所述外殼上還設有反映所述爬行機器人姿態以確定所述爬行機器人是否偏位的陀螺儀。
在上述的檢測系統中，所述信號處理系統還包括檢測所述爬行機器人上升和下降速度的速度感測器，並根據所述速度感測器的檢測信號控制所述電機的轉速。
在上述的檢測系統中，所述外殼內還設有用於為所述電機供電的磷酸鐵鋰電池。
在上述的檢測系統中，所述信號處理系統通過無線方式控制所述電機的轉速。
在上述的檢測系統中，所述電機為步進電機。
在上述的檢測系統中，所述支撐輪上的個圓周面上設有與所述橋樑纜索相適配的凹槽。
改善效果
《橋樑纜索的檢測系統》通過控制推桿的長度調整爬行裝置對橋樑纜索的夾緊力，防止其在運行過程中過度夾緊或打滑，使爬行機器人和橋樑纜索之間的摩擦力達到最優，結構簡單，工作可靠。
附圖說明
圖1是《橋樑纜索的檢測系統》提供的橋樑纜索的檢測系統結構示意圖；
圖2是《橋樑纜索的檢測系統》中爬行裝置的示意圖；
圖3是圖2所示的爬行裝置沒有安裝在纜索上時的結構示意圖；
圖4是《橋樑纜索的檢測系統》中爬行裝置中的推桿結構示意圖；
圖5是《橋樑纜索的檢測系統》中損傷探測裝置的示意圖。
技術領域
《橋樑纜索的檢測系統》涉及橋樑纜索體系的檢測，具體涉及橋樑纜索的檢測系統。
權利要求
1.《橋樑纜索的檢測系統》包括爬行機器人和信號處理裝置，所述爬行機器人包括爬行裝置和設定在所述爬行裝置的外殼上的損傷探測裝置，所述損傷探測裝置用於檢測橋樑纜索缺陷，並實時將檢測結果傳送給所述信號處理裝置，其特徵在於：所述爬行裝置還包括：至少兩個夾緊機構，沿所述橋樑纜索的軸向間隔布置，所述外殼上設有人字形支架，每個所述夾緊機構包括兩個沿所述橋樑纜索的軸向間隔布置的電機，分別固定在所述人字形支架的兩個側邊上且電機軸分別垂直相應的所述側邊並伸入所述外殼內，所述電機軸上固定設有圓柱形滾輪；支撐機構，轉動設定在所述外殼內，且與所述圓柱形滾輪配合形成三角夾緊力，夾持住橋樑纜索的外圓周面；其中，所述支撐機構包括：兩個支撐輪，沿所述橋樑纜索的軸向間隔布置，所述支撐輪的輪軸軸線與所述橋樑纜索的軸線垂直；兩個U形支架，每個所述輪軸的兩端分別轉動設定在一個U形支架的開口處，所述U形支架的兩個側邊分別設有轉軸，所述轉軸轉動設定在所述外殼的內壁上，所述U形支架上固定設有垂直臂；可調推桿，兩端分別鉸接在兩個U形支架的垂直臂的自由端，橋樑纜索夾持在所述圓柱形滾輪和所述支撐輪之間，通過調整所述推桿的長度使所述垂直臂轉動，帶動所述支撐輪升降，配合所述圓柱形滾輪夾緊或鬆開所述橋樑纜索。
2.如權利要求1所述的檢測系統，其特徵在於，所述損傷探測裝置包括：環形支架，固定設定在所述外殼的側面上，且與所述橋樑纜索同軸設定；至少四個彈簧，沿所述環形支架的內圓周表面均勻布置，且每個所述彈簧的另一端分別連線鋼絲缺陷無損檢測裝置，所述鋼絲缺陷無損檢測裝置靠近所述橋樑纜索的外表面；至少四個攝像頭，均勻布置在所述環形支架的外端面上。
3.如權利要求1所述的檢測系統，其特徵在於，所述外殼上還固定設有在檢測過程中確定所述爬行機器人位置的編碼器。
4.如權利要求1所述的檢測系統，其特徵在於，所述外殼上還設有反映所述爬行機器人姿態以確定所述爬行機器人是否偏位的陀螺儀。
5.如權利要求1所述的檢測系統，其特徵在於，所述信號處理系統還包括檢測所述爬行機器人上升和下降速度的速度感測器，並根據所述速度感測器的檢測信號控制所述電機的轉速。
6.如權利要求1所述的檢測系統，其特徵在於，所述外殼內還設有用於為所述電機供電的磷酸鐵鋰電池。
7.如權利要求1所述的檢測系統，其特徵在於，所述信號處理系統通過無線方式控制所述電機的轉速。
8.如權利要求1所述的檢測系統，其特徵在於，所述電機為步進電機。
9.如權利要求1所述的檢測系統，其特徵在於，所述支撐輪上的個圓周面上設有與所述橋樑纜索相適配的凹槽。
實施方式
如圖1-圖5所示，《橋樑纜索的檢測系統》包括爬行機器人和信號處理裝置，爬行機器人包括爬行裝置和損傷探測裝置。
爬行裝置包括外殼5、支撐機構和兩個夾緊機構。外殼5上設有人字形支架，兩個夾緊機構沿橋樑纜索7的軸向間隔布置，每個夾緊機構包括兩個沿橋樑纜索7的軸向間隔布置的步進電機1，步進電機1分別固定在人字形支架的兩個側邊上，且電機軸分別垂直相應的側邊並伸入外殼5內，電機軸上固定設有圓柱形滾輪14。外殼內設有為步進電機1供電的大容量磷酸鐵鋰電池。
支撐機構包括兩個支撐輪2，沿橋樑纜索7的軸向間隔布置，支撐輪2的輪軸軸線與橋樑纜索7的軸線垂直，且每個支撐輪2的輪軸兩端分別動設定在一個U形支架15的開口處，U形支架15的兩個側邊的外側面上分別設有轉軸16，轉軸16轉動設定在外殼5的內壁上，U形支架15上固定設有垂直臂4，兩個垂直臂4的另一端分別鉸接在一個可調推桿3的兩端，兩個圓柱形滾輪14和支撐輪2形成三角夾緊力，夾持住橋樑纜索7的外圓周面。通過調整可調推桿3的長度可以使垂直臂4轉動，帶動支撐輪2升降，從而配合相應的圓柱形滾輪14夾緊或鬆開橋樑纜索7，使爬行機器人與橋樑纜索7保持合適的摩擦力，實現在相應步進電機1的驅動下，爬行機器人沿橋樑纜索7上下移動。
爬行裝置的外殼5的內表面上固定設有在檢測過程中確定爬行機器人位置的編碼器，並且設有反映爬行機器人姿態以確定爬行機器人是否偏位的陀螺儀，根據上述檢測結果，控制相應的步進電機1的轉速，以保證爬行機器人穩定工作。
爬行裝置上還固定設有檢測爬行和下降速度的速度感測器，並根據速度感測器的檢測信號控制相應步進電機1的轉速，從而防止爬行機器人在下降過程中速度過快而引發安全事故。
如圖5所示，損傷探測裝置用於檢測橋樑纜索的缺陷，包括環形支架8、八個彈簧10、八個鋼絲缺陷無損檢測裝置9和四個攝像頭11，環形支架8固定設定在爬行裝置的外殼5的側面上，且與橋樑纜索同軸設定。八個彈簧10沿環形支架8的內圓周表面均勻布置，且每個彈簧10的另一端分別連線一個鋼絲缺陷無損檢測裝置9，鋼絲缺陷無損檢測裝置9靠近橋樑纜索7的外表面，用於探測橋樑纜索7內部纜線的缺陷。四個攝像頭11均勻布置在環形支架8的外端面上，用於檢測橋樑纜索7的外表面的缺陷。
信號處理裝置通過無線方式控制步進電機的轉速，如圖1所示，信號處理裝置包括信號收發裝置12和計算機13，信號收發裝置12具有信號發射端和信號接收端。編碼器、陀螺儀、鋼絲缺陷無損檢測裝置和攝像頭11上的感測器以及速度感測器將檢測的結果通過無線發射到計算機13上，計算機13通過數據分析通過無線方式控制步進電機1。
《橋樑纜索的檢測系統》提供的橋樑纜索的檢測系統，通過無線方式遙控4個步進電機1的不同轉速，對爬行機器人進行偏位矯正；通過控制推桿3的長度調整爬行裝置對橋樑纜索7的夾緊力，防止其在運行過程中過度夾緊或打滑，使爬行機器人和橋樑纜索7之間的摩擦力達到最優；通過編碼器、陀螺儀以及速度感測器的檢測確保爬行機器人穩定地運行，並保證了各種檢測結果的準確性。
大容量磷酸鐵鋰電池和長距離無線信號控制使爬行機器人的結構緊湊，爬行輕便。
專利榮譽
2021年6月24日，《橋樑纜索的檢測系統》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
