專利名稱：基于負壓吸附的橋梁檢測機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于橋梁病害檢測領域，特別是一種基于負壓吸附的橋梁檢測機器人。
背景技術：
橋梁工程關系到國民生活的方方面面，對國家的經(jīng)濟有著顯著的促進作用。現(xiàn)已有各類大型橋梁正在使用或建設中，橋梁安全的重要性日益受到重視，對橋梁檢測有效手段的需求也日益強烈。橋梁背面會常常出現(xiàn)一些機構變化引起的裂紋或其他病害，這些病害都需要仔細檢查，最直觀的外觀檢查確實是最有效的方法。目前，這類檢修的傳統(tǒng)方法是從橋下地面搭腳手架或者通過橋檢車將工作人員送至檢測區(qū)域。但這些方法都存在明顯的 缺點，不僅費時耗力、成本高、機動性差、受光線和天氣環(huán)境影響大，對橋檢人員的人身安全也存在一定的隱患。而且橋檢車較慢的行駛速度或觀察距離的限制都會影響檢測的結果，特別是一旦長時間觀察引起檢測人員的疲勞后，更是無法保證正常的檢測工作。申請?zhí)枮?01010223164. 2的中國專利公開了一種基于四軸飛行器的橋梁檢測機器人，利用四軸飛行器作載體檢測橋梁，但是當遇到風速較大的情況，例如跨江大橋江面上的強風環(huán)境，安全性和可靠性會大受影響，因而應用性受到限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于負壓吸附的橋梁檢測移動機器人，利用該機器人吸附在橋梁背面、橋梁高墩、斜拉或懸索橋的高塔等混凝土或鋼板不同表面上，沿著檢測路徑移動，然后搭載的視覺檢測裝置通過無線視頻圖像發(fā)送模塊實時的將檢測圖像傳輸至地面供檢測人員觀測和分析，從而為橋梁的病害識別和檢測提供了一種新的手段。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為一種基于負壓吸附的橋梁檢測機器人，由吸附控制模塊、運動控制模塊、病害檢測模塊和輕質外罩殼組成，所述吸附控制模塊包括密封腔、負壓發(fā)生裝置、氣壓傳感器、單片機主控板、無線指令傳輸模塊、無線指令傳輸模塊和遙控裝置，密封腔與負壓發(fā)生裝置相通，氣壓傳感器的感壓軟管伸入密封腔，氣壓傳感器和無線指令傳輸模塊分別連接單片機主控板，單片機主控板粘在支撐底板上，地面遙控裝置通過按鍵發(fā)送泵啟動指令經(jīng)無線指令傳輸模塊傳輸至無線指令傳輸模塊；氣壓傳感器實時檢測密封腔內的壓力大小并反饋給單片機主控板，單片機主控板根據(jù)壓力值大小情況發(fā)送相應信號給負壓發(fā)生裝置調節(jié)壓力大小，控制吸附力的動平衡；
所述運動控制模塊包括四個移動輪、四個舵機驅動器、單片機主控板、無線指令傳輸模塊、無線指令傳輸模塊和遙控裝置，運動控制模塊和吸附控制模塊共用單片機主控板、無線指令傳輸模塊、無線指令傳輸模塊和遙控裝置，主體支撐底板的四個頂角處各固定安裝一個舵機驅動器，四個移動輪的軸心各自與對應的舵機驅動器的驅動軸固定連接，四個舵機驅動器均通過串口和單片機主控板相連接，單片機主控板解讀來自無線指令傳輸模塊8的指令并轉換為電信號驅動舵機驅動器，該舵機驅動器調整四個移動輪的轉速，使得機器人在檢測路徑上前進、后退、轉彎或停止；所述病害檢測模塊包括攝像單元和地面圖像處理單元，當橋梁檢測機器人移動至檢測路徑上時，攝像單元開始拍攝圖像并通過無線網(wǎng)絡傳輸至地面圖像處理單元完成橋梁病害的檢測和識別；
所述輕質外罩殼通過扎線帶穿過支撐底板前后沿上的安裝孔固定住，將負壓發(fā)生裝置、氣壓傳感器、單片機主控板、無線指令傳輸模塊、四個舵機驅動器放入外罩殼內。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點(1)本發(fā)明利用負壓原理穩(wěn)定可靠的吸附在橋梁背面等混凝土或鋼板不同表面上，抗風能力強。利用基于負壓吸附的移動機器人作為檢測載體，通過遙操作控制其在檢測路徑的移動并傳輸高精度攝像裝置拍攝的圖片至地面，供檢測人員觀察和圖像檢測系統(tǒng)處理，自動識別出圖像的裂紋，從而為橋梁檢測提供了一種新的手段。(2)本發(fā)明各個單元具有相對獨立性，而且相互間的接口也十分簡單，可以獨立設計制造，縮短了生產(chǎn)周期。(3)機器人主體外罩殼是使用快速成型技術形成的輕質整體結構，外罩殼、葉輪和舵機驅動器外殼都是米用低密度的材料制作，使得機器人自重小， 相對載重能力大。采用壓力反饋的吸附力動平衡技術使得機器人的能耗得到優(yōu)化，從而增長了續(xù)航時間，使檢測工作的時間更充裕。(4)本發(fā)明采用高清攝像裝置拍攝的現(xiàn)場圖片和視頻可以保存，以供留作歷史數(shù)據(jù)和專家分析的原始依據(jù)和資料。(5)本發(fā)明結構緊湊、運動靈活、操作簡單，適用于各種復雜的檢測環(huán)境。例如橋梁支座的檢查由于梁底面與墩臺帽間的距離小，往往無法全方位檢查，而本機器人可以檢查類似的狹小空間。利用本發(fā)明方便了橋梁檢測，提高了工作效率，縮短了檢測周期，節(jié)約了檢測成本，減少了影響橋面交通的時間，還使安全風險大為下降。因此，有著廣泛的應用場合和無限的使用前景。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖I是本發(fā)明橋梁檢測機器人的立體圖。圖2是本發(fā)明橋梁檢測機器人的平面?zhèn)纫晥D。圖3是本發(fā)明橋梁檢測機器人底部密封腔平面圖。圖4是本發(fā)明橋梁檢測機器人離心泵體截面圖。圖5是本發(fā)明橋梁檢測機器人工作在橋梁背面的狀態(tài)圖。圖6是本發(fā)明橋梁檢測機器人工作在橋梁橋墩檢查支座的狀態(tài)圖。圖7是本發(fā)明地面遙控裝置和無線模塊。圖8是本發(fā)明吸附控制功能模塊的流程框圖。圖9是本發(fā)明運動控制功能模塊的流程框圖。圖10是本發(fā)明病害檢測功能模塊的流程框圖。
具體實施例方式結合圖I和圖2，本發(fā)明基于負壓吸附的橋梁檢測機器人，由吸附控制模塊、運動控制模塊、病害檢測模塊和輕質外罩殼14組成，所述吸附控制模塊包括密封腔、負壓發(fā)生裝置、氣壓傳感器7、單片機主控板6、無線指令傳輸模塊8、無線指令傳輸模塊34和遙控裝置33，密封腔與負壓發(fā)生裝置相通，氣壓傳感器7的感壓軟管伸入密封腔，氣壓傳感器7和無線指令傳輸模塊8分別連接單片機主控板6，單片機主控板6粘在支撐底板3上，地面遙控裝置33通過按鍵發(fā)送泵啟動指令經(jīng)無線指令傳輸模塊34傳輸至無線指令傳輸模塊8 ；氣壓傳感器7實時檢測密封腔內的壓力大小并反饋給單片機主控板6，單片機主控板6根據(jù)壓力值大小情況發(fā)送相應信號給負壓發(fā)生裝置調節(jié)壓力大小，控制吸附力的動平衡。如圖8所示，吸附控制模塊的工作流程如下首先，地面遙控裝置33通過按鍵發(fā)送泵啟動指令經(jīng)無線指令傳輸模塊34傳輸至機器人主體內的無線指令傳輸模塊8 ;其次，無線指令傳輸模塊8將接收的指令通過串口傳輸給單片機主控板6，單片機主控板6解讀指令并轉換為PWM信號發(fā)送給泵驅動電機24，使離心泵體10高速旋轉排出密封腔內氣體形成負壓腔從而產(chǎn)生壓力作用在機器人上使其吸附在檢測介質；最后，氣壓傳感器7實時測量密封腔內壓力值并反饋給單片機主控板6，單片機主控板6根據(jù)壓力值大小情況發(fā)送PWM信號調整泵驅動電機24轉速，從而動態(tài)調整吸附力大小。結合圖9，所述運動控制模塊包括四個移動輪4-1、4-2、4-3、4_4、四個舵機驅動器5-1、5-2、5-3、5-4、單片機主控板6、無線指令傳輸模塊8、無線指令傳輸模塊34和遙控裝置33，運動控制模塊和吸附控制模塊共用單片機主控板6、無線指令傳輸模塊8、無線指令傳輸模塊34和遙控裝置33，主體支撐底板3的四個頂角處各固定安裝一個舵機驅動器5-1、 5-2、5-3、5-4，四個移動輪4-1、4-2、4-3、4-4的軸心各自與對應的舵機驅動器5-1、5-2、5-3,5-4的驅動軸固定連接，四個舵機驅動器5-1、5-2、5-3、5-4均通過串口和單片機主控板6相連接，單片機主控板6解讀來自無線指令傳輸模塊8的指令并轉換為電信號驅動舵機驅動器5-1、5-2、5-3、5-4，該舵機驅動器5_1、5-2、5-3、5_4調整四個移動輪4_1、4_2、
4-3,4-4的轉速，使得機器人在檢測路徑上前進、后退、轉彎或停止。所述病害檢測模塊包括攝像單元和地面圖像處理單元，當橋梁檢測機器人移動至檢測路徑上時，攝像單元開始拍攝圖像并通過無線網(wǎng)絡傳輸至地面圖像處理單元完成橋梁病害的檢測和識別。所述輕質外罩殼14通過扎線帶穿過支撐底板3前后沿上的安裝孔固定住，將負壓發(fā)生裝置、氣壓傳感器7、單片機主控板6、無線指令傳輸模塊8、四個舵機驅動器5-1、5-2、5_3、5_4放入外罩殼14內。本發(fā)明基于負壓吸附的橋梁檢測機器人的每個移動輪4-1、4-2、4-3、4_4的軸心插入一個鍵，螺釘28穿過每個移動輪4-1、4-2、4-3、4-4的軸心與對應的舵機驅動器5_1、
5-2,5-3,5-4的驅動軸固定，限制了驅動軸軸向竄動。移動輪4-1、4-2、4-3、4-4的外周粘接有橡膠摩擦帶29，可以增加摩擦系數(shù)，防止車輪打滑。單片機主控板6根據(jù)接收地面的運動操作指令來控制四個舵機驅動器5-1、5-2、5-3、5-4的輸出電壓，使輪子的轉速增大或減小，四輪驅動方式使得機器人的運動形式更為靈活。當橋梁檢測機器人前進方向上遇到無法越過的大障礙時，地面遙控裝置33可發(fā)送轉彎指令通過無線指令傳輸模塊34傳輸至機器人主體內的無線指令傳輸模塊8，舵機驅動器5-1、5-2、5-3、5-4都是通過串口和單片機主控板6相連接，單片機主控板6解讀來自無線指令傳輸模塊8的指令并轉換為電信號驅動舵機驅動器5-1、5-2、5-3、5-4。若此時收到右轉彎指令，則右側舵機驅動器5_2和5_3驅動軸轉速高于左側舵機驅動器5-1和5-4，進而讓機器人右側輪子4-2和4-3轉速高于左側輪子4-1和4-4，形成差速，使機器人向右轉彎繞過障礙，并最終停止在指定檢測區(qū)域，仔細拍攝到最佳圖像。如圖7所示，地面遙控裝置33上有若干按鍵，根據(jù)按鍵的不同組合對應于不同的指令，如吸附指令，前進指令、轉彎指令、停止吸附指令和停止運動指令等，并通過無線指令傳輸模塊34發(fā)送給機器人內的無線指令傳輸模塊8。另外，無線指令傳輸模塊8除了接收地面發(fā)送的指令外，還可以發(fā)送橋梁檢測機器人的一些實時狀態(tài)參數(shù)至地面微機，例如電源電壓、環(huán)境溫度、移動狀態(tài)、移動速度、吸附力大小等。結合圖3，本發(fā)明基于負壓吸附的橋梁檢測機器人的密封腔由四個軟質密封裙I、四個薄鋁片2和四個安裝夾18構成，各密封裙I膠粘在對應的薄鋁片2上，各薄鋁片2通過相應的安裝夾18固定在支撐底板3底部的四周形成矩形密封腔。密封裙I的作用是把密封吸附腔與外部大氣環(huán)境隔開來，密封裙I整體呈無縫結構，由耐磨尼龍布加工而成，該密封裙I內部均勻填充軟彈性材料，密封裙I的密封高度高出移動輪2-3mm。密封裙I的作用是把密封吸附腔與外部大氣環(huán)境隔開來，密封裙I整體呈無縫結構，由耐磨尼龍布加工而成。密封裙I內部均勻填充軟彈性材料如橡膠、海綿或氣體等，填充軟彈性材料的作用是使密封裙I和橋梁壁面接觸的時候不至于過軟而影響密封腔的密封，以提高對不光滑平整壁面的適應性，從而減小泄漏流量，另外在遇到較小的障礙(例如橋梁背面突起的水泥疙瘩)可以自然越過而不影響機器人的正常移動。密封的高度可由軟彈性材料的高度進行調整，如果密封裙I高出輪子過多，則會影響橋梁檢測機器人在橋面上的移動，如果過低又會 降低密封效果。在這采用的密封高度高出輪子2-3mm，當機器人吸附于橋梁背面19時，吸附力會使移動輪4-1、4-2、4-3、4-4接觸到壁面，其壓力必須滿足輪子與壁面的摩擦力而驅使橋梁檢測機器人的正常移動。結合圖4，本發(fā)明基于負壓吸附的橋梁檢測機器人的負壓發(fā)生裝置包括離心泵體10，在離心泵體10內設置葉輪22、泵驅動電機24和電機傳動頂絲25，泵驅動電機支座21通過螺釘23固定在支撐底板3中間位置，離心泵體10固連在泵驅動電機座21上，支撐底板3中間設置通孔，泵驅動電機支座21與支撐底板3的通孔之間鋪有氣體過濾網(wǎng)20，，防止泵體內吸入灰塵或固體小顆粒等。氣壓傳感器7的感壓軟管透過氣體過濾網(wǎng)20的孔伸入密封腔內，葉輪22安裝在泵驅動電機座21上，葉輪22上設置特征孔26和螺紋孔27，特征孔26和螺紋孔27的軸線相互垂直，泵驅動電機24 (泵驅動電機24 —部分露在離心泵體10的殼體外)的輸出軸插入到特征孔26內，并通過安裝在螺紋孔27內的電機傳動頂絲25固定緊，泵驅動電機24的輸出扭矩通過電機傳動頂絲25傳遞給葉輪22從而帶動葉片同軸旋轉，排出密封腔內的氣體；當機器人的密封裙I與壁面緊貼時，由于腔內氣體的排出形成真空，而外界大氣壓強與密封腔內壓強形成壓強差，產(chǎn)生壓力使機器人吸附在壁面，此時的密封腔成為負壓腔。泵驅動電機24轉速越快，作用在機器人驅動輪上的正壓力也就越大，使得機器人的負載能力增加。實現(xiàn)吸附力動平衡的過程是，氣壓傳感器7實時檢測密封腔內的壓力大小并反饋給單片機主控板6，本實施例使用的單片機主控板6是Atmel公司生產(chǎn)的AVR系列單片機ATMEGA2561。機器人主體內的單片機主控板6由聚合物鋰電池9供電，膠粘在支撐底板3左側中間位置。一方面，當遇到凹凸不平的橋面檢測環(huán)境時，可能會引起密封腔部分泄漏進入氣體使得吸附力變小，單片機主控板6每次判斷檢測到的壓力值大小，當小于40N時，單片機主控板6會發(fā)送PWM信號給泵驅動電機24，增大電機轉速從而使離心泵體10的排氣速率遠大于密封腔內漏氣速率，因此能產(chǎn)生更大的壓力，提高了吸附的穩(wěn)定性。另一方面，有時橋面檢測環(huán)境光滑平整時，密封效果較好能產(chǎn)生很大的吸附力。當單片機主控板6檢測到的壓力值大于60N時，會發(fā)送PWM信號給泵驅動電機24，適當降低電機轉速不至于使機器人吸附力過大而無法移動；因此，采用壓力反饋的吸附力動平衡技術使得機器人的能耗得到優(yōu)化，增加了續(xù)航時間。無線指令傳輸模塊8將接收的泵啟動指令通過串口傳輸給單片機主控板6，單片機主控板6解讀指令并轉換為PWM信號發(fā)送給泵驅動電機24，使離心泵體10高速旋轉排出密封腔內氣體形成負壓腔從而產(chǎn)生壓力作用在機器人上使其吸附在檢測介質。結合圖2，本發(fā)明基于負壓吸附的橋梁檢測機器人的輕質外罩殼14四周均勻設置小矩形排氣孔16，便于把密封腔內的氣體排出至外界大氣環(huán)境。外罩殼14的高度略高于安裝在支撐底板3中心位置的離心泵體10高度，外罩殼14頂部的中心位置設置突起的橢球圓柱17，該橢球圓柱17周圍設置排氣孔。目的是能夠容納泵驅動電機24而不至于因為泵驅動電機24過高頂住外罩殼14，另外在泵驅動電機24高速旋轉時，橢球圓柱17周圍的排氣孔也會利于散熱。結合圖I、圖2和圖10，本發(fā)明基于負壓吸附的橋梁檢測機器人的病害檢測模塊的 攝像單元包括高清攝像頭13和無線視頻存儲發(fā)送模塊15，鋁質支桿11通過螺絲30固定在支撐底板3前沿的中間安裝孔上，高清攝像頭13固定安裝在鋁質支桿11上沿，并與桿呈45度角，使得拍攝的圖像位于機器人的正前方，該鋁質支桿11上還裝有照明源12，使得檢測環(huán)境的光線不至于昏暗而影響圖像質量從而影響檢測結果；無線視頻存儲發(fā)送模塊15安裝固定在外罩殼14上，存儲高清攝像頭拍攝出的視頻和圖像，并通過無線傳輸至地面，供檢測人員觀察和圖像處理系統(tǒng)處理，并且存儲的現(xiàn)場視頻和圖像可留作歷史數(shù)據(jù)和專家分析的原始依據(jù)資料；
病害檢測模塊的地面圖像處理單元包括圖像處理主機、圖像采集卡和無線視頻接收模塊35，無線視頻接收模塊35和圖像采集卡的一端相連，圖像采集卡的另一端和圖像處理主機相連。在圖像處理主機上可顯示無線指令傳輸模塊34接收的反應橋梁檢測機器人實時狀態(tài)的一些參數(shù)和無線視頻接收模塊35接收到的現(xiàn)場圖像，同時圖像處理主機的后臺圖像處理程序將采集到的橋梁圖像進行保存和裂紋識別，包括以下三個主要步驟
(a)圖像預處理主要對圖像進行圖像平滑、幾何畸變校正和噪聲點的抑制等，由于攝像頭與橋梁檢測面呈一定的夾角，幾何校正消除圖像的幾何畸變。(b)圖像分割對預處理后的圖像，采用基于如Canny算子的圖像銳化增強以及動態(tài)閾值分割處理，獲取二值化圖像。(C)裂縫識別對于二值化圖像，基于連通域算法搜索連通區(qū)域，根據(jù)長度和寬度Ih息識別是否是裂縫。病害檢測模塊的工作流程如下當橋梁檢測機器人移動至檢測路徑上時，高清攝像裝置開始拍攝圖像并通過機器人外罩殼14上的無線視頻發(fā)送模塊15經(jīng)無線網(wǎng)絡傳輸至地面的無線視頻接收模塊35。無線視頻接收模塊35將接收到的圖像通過圖像采集卡發(fā)送至圖像處理主機上顯示，并且后臺的圖像處理程序主要通過圖像預處理、圖像分割和裂縫識別等步驟完成橋梁病害的檢測和識別。圖5示出了橋梁檢測機器人吸附在橋梁背面19檢測病害的工作狀態(tài)。圖6示出了橋梁檢測機器人吸附在橋梁高墩31檢查橋梁支座32的工作狀態(tài)。通過遙控裝置33發(fā)送泵啟動指令將本機器人吸附在墩臺，然后發(fā)送運動指令使機器人移動到墩臺最高處，此時鋁質支桿11上的高清攝像頭13可以拍攝到橋梁支座32進行仔細檢查。本發(fā)明中的橋梁檢測機器人三大功能模塊之間耦合性低，相對獨立，而且各部件(如單片機主控板6、氣壓傳感器7、無線指令傳輸模塊8、舵機驅動器5-1、5-2、5-3和5_4、泵驅動電機24等)間的接口簡單，可以單獨設計制造，縮短了生產(chǎn)周期。本發(fā)明的外罩殼14是使用快速成型技術形成的輕質整體結構。外罩殼14、葉輪22和四個舵機驅動器5-1、5-2、5-3、5-4的外殼采用的都是低密度的ABS工程塑料制作，使得機器人自重小，負載能力增強。本發(fā)明中的橋梁檢測機器人采用聚合物鋰電池9供電，由于鋰電池綠色環(huán)保、能 量密度高、重量輕、使用壽命長、自放電率低、具備高功率承受力，因此適合于機器人的大電流供應。在某些特定場合允許的情況下，本橋梁檢測機器人還可以采用有線供電的方式，從而有效增加檢測工作時間。
權利要求
1.一種基于負壓吸附的橋梁檢測機器人，其特征在于由吸附控制模塊、運動控制模塊、病害檢測模塊和輕質外罩殼(14)組成，所述吸附控制模塊包括密封腔、負壓發(fā)生裝置、氣壓傳感器(7)、單片機主控板(6)、無線指令傳輸模塊(8)、無線指令傳輸模塊(34)和遙控裝置(33)，密封腔與負壓發(fā)生裝置相通，氣壓傳感器(7)的感壓軟管伸入密封腔，氣壓傳感器(7)和無線指令傳輸模塊(8)分別連接單片機主控板(6)，單片機主控板(6)粘在支撐底板(3 )上，地面遙控裝置(33 )通過按鍵發(fā)送泵啟動指令經(jīng)無線指令傳輸模塊(34 )傳輸至無線指令傳輸模塊(8);氣壓傳感器(7)實時檢測密封腔內的壓力大小并反饋給單片機主控板(6)，單片機主控板(6)根據(jù)壓力值大小情況發(fā)送相應信號給負壓發(fā)生裝置調節(jié)壓力大小，控制吸附力的動平衡； 所述運動控制模塊包括四個移動輪(4-1、4-2、4-3、4-4)、四個舵機驅動器(5-1、5-2、5-3、5-4)、單片機主控板(6)、無線指令傳輸模塊(8)、無線指令傳輸模塊(34)和遙控裝置 (33)，運動控制模塊和吸附控制模塊共用單片機主控板(6)、無線指令傳輸模塊(8)、無線指令傳輸模塊(34)和遙控裝置(33)，主體支撐底板(3)的四個頂角處各固定安裝一個舵機驅動器(5-1、5-2、5-3、5-4)，四個移動輪(4-1、4-2、4-3、4_4)的軸心各自與對應的舵機驅動器(5-1、5-2、5-3、5-4)的驅動軸固定連接，四個舵機驅動器(5-1、5_2、5-3、5_4)均通過串口和單片機主控板(6)相連接,單片機主控板(6)解讀來自無線指令傳輸模塊(8)的指令并轉換為電信號驅動舵機驅動器(5-1、5-2、5-3、5-4)，該舵機驅動器(5-1、5-2、5-3、5-4)調整四個移動輪(4-1、4-2、4-3、4-4)的轉速，使得機器人在檢測路徑上前進、后退、轉彎或停止; 所述病害檢測模塊包括攝像單元和地面圖像處理單元，當橋梁檢測機器人移動至檢測路徑上時，攝像單元開始拍攝圖像并通過無線網(wǎng)絡傳輸至地面圖像處理單元完成橋梁病害的檢測和識別； 所述輕質外罩殼(14)通過扎線帶穿過支撐底板(3)前后沿上的安裝孔固定住，將負壓發(fā)生裝置、氣壓傳感器(7)、單片機主控板(6)、無線指令傳輸模塊(8)、四個舵機驅動器(5-1、5-2、5-3、5-4)放入外罩殼(14)內。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于負壓吸附的橋梁檢測機器人，其特征在于每個移動輪(4-1、4-2、4-3、4-4)的軸心插入一個鍵，螺釘(28)穿過每個移動輪(4-1、4_2、4-3、4_4)的軸心與對應的舵機驅動器(5-1、5-2、5-3、5-4)的驅動軸固定，限制了驅動軸軸向竄動。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于負壓吸附的橋梁檢測機器人，其特征在于密封腔由四個軟質密封裙(I )、四個薄鋁片(2)和四個安裝夾(18)構成，各密封裙(I)膠粘在對應的薄鋁片(2)上，各薄鋁片(2)通過相應的安裝夾(18)固定在支撐底板(3)底部的四周形成矩形密封腔。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于負壓吸附的橋梁檢測機器人，其特征在于密封裙(I)的作用是把密封吸附腔與外部大氣環(huán)境隔開來，密封裙(I)整體呈無縫結構，由耐磨尼龍布加工而成，該密封裙(I)內部均勻填充軟彈性材料，密封裙(I)的密封高度高出移動輪2-3mm。
5.根據(jù)權利要求I所述的基于負壓吸附的橋梁檢測機器人，其特征在于所述負壓發(fā)生裝置包括離心泵體(10)，在離心泵體(10)內設置葉輪(22)、泵驅動電機(24)和電機傳動頂絲(25)，泵驅動電機支座(21)通過螺釘(23)固定在支撐底板(3)中間位置，離心泵體(10)固連在泵驅動電機座(21)上，支撐底板(3 )中間設置通孔，泵驅動電機支座(21)與支撐底板(3)的通孔之間鋪有氣體過濾網(wǎng)(20)，氣壓傳感器(7)的感壓軟管透過氣體過濾網(wǎng)(20)的孔伸入密封腔內，葉輪(22)安裝在泵驅動電機座(21)上，葉輪(22)上設置特征孔(26)和螺紋孔(27)，特征孔(26)和螺紋孔(27)的軸線相互垂直，泵驅動電機(24)的輸出軸插入到特征孔(26)內，并通過安裝在螺紋孔(27)內的電機傳動頂絲(25)固定緊，泵驅動電機(24)的輸出扭矩通過電機傳動頂絲(25)傳遞給葉輪(22)從而帶動葉片同軸旋轉，排出密封腔內的氣體； 氣壓傳感器(7)實時檢測密封腔內的壓力大小并反饋給單片機主控板(6)，一方面，當遇到凹凸不平的橋面檢測環(huán)境時，可能會引起密封腔部分泄漏進入氣體使得吸附力變小，單片機主控板(6)每次判斷檢測到的壓力值大小，當小于40N時，單片機主控板(6)會發(fā)送PWM信號給泵驅動電機(24)，增大電機轉速從而使離心泵體(10)的排氣速率遠大于密封腔內漏氣速率，因此能產(chǎn)生更大的壓力；另一方面，有時橋面檢測環(huán)境光滑平整時，密封效果較好能產(chǎn)生很大的吸附力，當單片機主控板(6)檢測到的壓力值大于60N時，會發(fā)送PWM信號給泵驅動電機(24)，適當降低電機轉速不至于使機器人吸附力過大而無法移動；無線指令傳輸模塊(8)將接收的泵啟動指令通過串口傳輸給單片機主控板(6)，單片機主控板(6) 解讀指令并轉換為PWM信號發(fā)送給泵驅動電機(24)，使離心泵體(10)高速旋轉排出密封腔 內氣體形成負壓腔從而產(chǎn)生壓力作用在機器人上使其吸附在檢測介質。
6.根據(jù)權利要求I所述的基于負壓吸附的橋梁檢測機器人，其特征在于輕質外罩殼(14)四周均勻設置小矩形排氣孔(16)，外罩殼(14)的高度略高于安裝在支撐底板(3)中心位置的離心泵體(10 )高度，外罩殼(14)頂部的中心位置設置突起的橢球圓柱(17 )，該橢球圓柱(17)周圍設置排氣孔。
7.根據(jù)權利要求I所述的基于負壓吸附的橋梁檢測機器人，其特征在于病害檢測模塊的攝像單元包括高清攝像頭(13)和無線視頻存儲發(fā)送模塊(15)，鋁質支桿(11)通過螺絲(30)固定在支撐底板(3)前沿的中間安裝孔上，高清攝像頭(13)固定安裝在鋁質支桿(11)上沿，并與桿呈45度角，使得拍攝的圖像位于機器人的正前方，該鋁質支桿(11)上還裝有照明源(12)，使得檢測環(huán)境的光線不至于昏暗而影響圖像質量從而影響檢測結果；無線視頻存儲發(fā)送模塊(15)安裝固定在外罩殼(14)上，存儲高清攝像頭拍攝出的視頻和圖像，并通過無線傳輸至地面，供檢測人員觀察和圖像處理系統(tǒng)處理，并且存儲的現(xiàn)場視頻和圖像可留作歷史數(shù)據(jù)和專家分析的原始依據(jù)資料； 病害檢測模塊的地面圖像處理單元包括圖像處理主機、圖像采集卡和無線視頻接收模塊(35)，無線視頻接收模塊(35)和圖像采集卡的一端相連，圖像采集卡的另一端和圖像處理主機相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于負壓吸附的橋梁檢測機器人，由吸附控制模塊、運動控制模塊、病害檢測模塊和輕質外罩殼組成，所述吸附控制模塊包括密封腔、負壓發(fā)生裝置、氣壓傳感器、單片機主控板、無線指令傳輸模塊、無線指令傳輸模塊和遙控裝置；運動控制模塊包括四個移動輪、四個舵機驅動器、單片機主控板、無線指令傳輸模塊、無線指令傳輸模塊和遙控裝置；病害檢測模塊包括攝像單元和地面圖像處理單元；輕質外罩殼通過扎線帶穿過支撐底板前后沿上的安裝孔固定住，將負壓發(fā)生裝置、氣壓傳感器、單片機主控板、無線指令傳輸模塊、四個舵機驅動器放入外罩殼內。本發(fā)明抗風能力強，提高了工作效率，縮短了檢測周期，還使安全風險大為下降。
文檔編號G01C11/00GK102966038SQ20121048150
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權日2012年11月23日
發(fā)明者劉永, 唐振民, 戴啟凡, 徐中寧 申請人:南京理工大學