建筑結構振動智能檢測機器人小車的制作方法
【專利摘要】一種建筑結構振動智能檢測機器人小車，包括一個車架、四個磁輪和一個用于實現(xiàn)待檢測建筑結構振動檢測的加速度傳感器，所述四個磁輪兩兩布置在所述車架側面前后方，所述磁輪與用于帶動磁輪轉動的行走驅動裝置連接，所述車架上設有無線通信單元；所述車架上安裝用于帶動加速度傳感器上下運動的升降裝置，所述升降裝置的動作端與上固定片連接，所述上固定片與緩沖彈簧的上端連接，所述緩沖彈簧的下端與下固定片連接，所述下固定片的底面安裝所述加速度傳感器。本發(fā)明提供一種檢測方式靈活、且成本低、攜帶方便、有效消除檢測盲區(qū)、檢測更為全面的建筑結構振動智能檢測機器人小車。
【專利說明】
建筑結構振動智能檢測機器人小車
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于機器人領域，具體涉及一種建筑結構振動智能檢測機器人小車。
【背景技術】
[0002]隨著我國經(jīng)濟建設迅猛發(fā)展，各種復雜大型鋼結構建筑不斷出現(xiàn)。其中，鋼結構被廣泛應用于大型橋梁、大型空間結構、高層建筑、大型鐵路交通樞紐、石油管道、核電站。然而由于超負荷運營、檢測維護不力等因素，甚至有些建筑存在結構設計缺陷，施工質量差等問題，導致事故時有發(fā)生，嚴重威脅著人民的生命財產(chǎn)安全。因此，加強建筑結構健康檢測，及時進行維修顯得尤為重要。
[0003]目前結構健康檢測中廣泛采用有線的數(shù)據(jù)采集法，但是其布線繁瑣，需要花費大量人力成本;基于無線傳感網(wǎng)絡的建筑結構健康檢測技術需要解決系統(tǒng)長時間工作時的供電問題以及信號傳輸?shù)目煽啃詥栴}。以上這兩種檢測方式由于傳感器位置固定，均存在檢測盲區(qū)和檢測不全面的問題。
【發(fā)明內容】
[0004]為了克服已有建筑結構健康檢測方式的安裝繁瑣，人工鋪設電纜危險、成本高、存在檢測盲區(qū)、檢測不全面的不足，本發(fā)明提供一種檢測方式靈活、且成本低、攜帶方便、有效消除檢測盲區(qū)、檢測更為全面的建筑結構振動智能檢測機器人小車。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]—種建筑結構振動智能檢測機器人小車，包括一個車架、四個磁輪和一個用于實現(xiàn)待檢測建筑結構振動檢測的加速度傳感器，所述四個磁輪兩兩布置在所述車架側面前后方，所述磁輪與用于帶動磁輪轉動的行走驅動裝置連接，所述車架上設有無線通信單元；
[0007]所述車架上安裝用于帶動加速度傳感器上下運動的升降裝置，所述升降裝置的動作端與上固定片連接，所述上固定片與緩沖彈簧的上端連接，所述緩沖彈簧的下端與下固定片連接，所述下固定片的底面安裝所述加速度傳感器。
[0008]進一步，所述升降裝置包括一個檢測電機、螺桿和導向滑塊，所述檢測電機的輸出軸呈豎直分布，所述檢測電機的輸出軸與螺桿的頂端固定連接，所述導向滑塊與螺桿螺紋配合，所述導向滑塊可上下滑動地套裝在導向套內，所述導向套固定在所述車架底部。
[0009]優(yōu)選的，所述升降裝置位于車架的中部。
[0010]更進一步，所述機器人小車還包括橫向支架，兩個橫向支架分別安裝在車架的前后兩端，所述橫向支架上安裝紅外傳感器。
[0011]更進一步，所述機器人小車還包括縱向支架，兩個縱向支架分別安裝在車架的左右兩端，所述縱向支架上安裝霍爾電壓傳感器，所述霍爾電壓傳感器位于所述磁輪的側方，所述磁輪上一圈設有至少兩塊條狀磁片，相鄰的條狀磁片的極性相反。
[0012]所述機器人小車還包括支撐柱，所述支撐柱固定在車架上，控制模塊安裝在支撐柱上，所述控制模塊包括模數(shù)轉換單元、單片機主控單元、電機驅動單元和無線通信單元，所述模數(shù)轉換單元、電機驅動單元和無線通信單元均與所述單片機主控單元連接，所述行走驅動裝置與所述電機驅動單元連接，所述紅外傳感器、霍爾電壓傳感器均與所述模數(shù)轉換單元連接。
[0013]所述模數(shù)轉換單元通過高速串行外設接口和單片機主控單元相連接，所述單片機主控單元發(fā)出脈寬調制信號，通過電機驅動單元控制電機與磁輪動作;所述無線通信單元通過通用異步接收器和發(fā)送器接口和單片機主控單元相連接，所述單片機主控單元通過無線通信單元與其它移動傳感節(jié)點或計算機服務器傳輸無線信號。
[0014]所述移動傳感器節(jié)點還包括四節(jié)電池，其中兩節(jié)電池與行走驅動裝置連接，第三節(jié)電池與檢測電機連接，第四節(jié)電池分別與控制模塊、紅外傳感器和霍爾傳感器連接。
[0015]本發(fā)明的技術構思為:利用無線傳感網(wǎng)絡技術，眾多智能檢測小車可以形成一個移動無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，每個智能檢測小車都是一個可以自主運動和采集數(shù)據(jù)的獨立機器人。而智能檢測小車之間可以通過無線通信相互交流與協(xié)作，共同完成結構健康檢測，因此可以有效節(jié)省施工時間，節(jié)約人力成本，同時降低人工布線的危險程度。每個智能檢測機器人小車成本很低，使得整個移動無線傳感檢測網(wǎng)絡總成本比傳統(tǒng)靜態(tài)檢測網(wǎng)絡成本低很多。由于大部分的鋼結構建筑材料都具有較強的鐵磁性能，而智能檢測小車可以在一切具有鐵磁性表面材料的建筑結構上面移動，并完成結構健康檢測。
[0016]智能檢測小車在通過鐵磁性表面材料的建筑結構時通過磁輪吸附在被測表面上，再通過檢測電機帶動螺桿轉動，螺桿帶動導向滑塊向下運動，通過緩沖彈簧將加速度傳感器壓緊在被測表面實現(xiàn)鋼結構振動檢測工作，具有良好的環(huán)境適應性，檢測方式靈活，且成本低、攜帶方便，能夠對建筑結構實現(xiàn)全面檢測。
[0017]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:
[0018]I)成本低:由于每個建筑結構振動智能檢測機器人小車成本很低，整個移動無線檢測傳感網(wǎng)絡的總體成本相比傳統(tǒng)的靜態(tài)檢測網(wǎng)絡成本低很多。
[0019]2)攀爬性能強:該機器人小車適合在一切具有鐵磁性表面材料的建筑結構上面攀爬，并完成結構振動檢測。
[0020]3)便攜性:該智能檢測小車體積小、重量輕，攜帶方便。
[0021]4)移動無線網(wǎng)絡:每個機器人小車都是無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)中的一個節(jié)點，節(jié)點之間可無線傳輸數(shù)據(jù)，整個移動無線網(wǎng)絡可以實現(xiàn)自動組網(wǎng)，多跳路由，動態(tài)拓撲。
[0022]5)移動性:該智能檢測小車可以自行移動到被測位置，完成測量后，自主前往下一位置進行測量，解決目前橋梁檢測中存在檢測盲區(qū)與檢測不全面等問題。
[0023]6)節(jié)點數(shù)量少:利用其移動性，每個機器人小車可以檢測多個位置，從而減少智能檢測小車的數(shù)量。
[0024]7)續(xù)航能力持久:當電量不足時，該機器人小車可以自行移動到基站充電，從而解決供電問題。
[0025]8)智能環(huán)境識別:對周圍環(huán)境進行智能識別，具有良好的環(huán)境適應性。
【附圖說明】
[0026]圖1是建筑結構振動智能檢測機器人小車的整體結構示意圖。
[0027]圖2是建筑結構振動智能檢測機器人小車的仰視圖。
[0028]圖3是建筑結構振動智能檢測機器人小車的剖視圖。
[0029]圖4是建筑結構振動智能檢測機器人小車工作在鋼結構表面運動的示意圖。
[0030]圖5是建筑結構振動智能檢測機器人小車工作在鋼結構表面檢測的示意圖。
[0031]圖6是建筑結構振動智能檢測機器人小車中磁輪結構圖。
[0032]圖7是建筑結構振動智能檢測機器人小車中車架結構圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0034]參照圖1?圖7，一種建筑結構振動智能檢測機器人小車，包括一個車架4、四個磁輪3和一個用于實現(xiàn)待檢測建筑結構振動檢測的加速度傳感器19，所述四個磁輪3兩兩布置在所述車架4側面前后方，所述磁輪3與用于帶動磁輪轉動的行走驅動裝置15連接，所述車架4上設有無線通信單元11;
[0035]所述車架4上安裝用于帶動加速度傳感器上下運動的升降裝置，所述升降裝置的動作端與上固定片22連接，所述上固定片22與緩沖彈簧21的上端連接，所述緩沖彈簧21的下端與下固定片20連接，所述下固定片20的底面安裝所述加速度傳感器19。
[0036]進一步，所述升降裝置包括一個檢測電機16、螺桿23和導向滑塊25，所述檢測電機16的輸出軸呈豎直分布，所述檢測電機16的輸出軸與螺桿23的頂端固定連接，所述導向滑塊25與螺桿23螺紋配合，所述導向滑塊25可上下滑動地套裝在導向套18內，所述導向套18固定在所述車架4底部。
[0037]優(yōu)選的，所述升降裝置位于車架4的中部。當然，也可以在其他位置。
[0038]由圖1和圖2可見，所述建筑結構振動智能檢測機器人小車，其車架4前后兩端均固定安裝有兩個橫向支架13，左右兩端各固定安裝有一個縱向支架17。紅外傳感器14用螺釘固定在橫向支架13上。霍爾電壓傳感器16固定安裝在縱向支架17上。四個紅外傳感器14與四個霍爾電壓傳感器16與控制模塊7中的模數(shù)轉換單元8相連接。加速度傳感器19固定連接在方形鐵片20上。四個動力電機15分別驅動四個磁輪3。動力電機15安裝在車架4底部，磁輪3的軸與對應的行走驅動裝置15 (采用動力電機)的驅動軸固定連接，每個動力電機驅動一個磁輪3。電池2用固定架I固定安裝在車架4上，其中一節(jié)電池2為控制模塊7與各傳感器供電，另外一節(jié)電池2為檢測電機6供電，其他兩節(jié)電池2為四個動力電機供電?？刂颇K7由四根支撐柱12固定連接在車架4上。
[0039]由圖3可見，所述建筑結構振動智能檢測機器人小車，其檢測電機6固定安裝在法蘭盤5上。法蘭盤5用螺栓固定安裝在車架4上。導向套18用螺栓固定在車架4底部。螺桿23頂端開有D型槽，檢測電機軸和D型槽相連接。螺桿23上部分光滑并開有螺紋孔，通過緊定螺釘24將螺桿23與檢測電機軸固定在一起。緩沖彈簧21上端和上固定片22(采用圓形鐵片)固定連接，緩沖彈簧21下端和下固定片20(采用方形鐵片)固定連接。導向滑塊25與螺桿23通過螺紋連接相配合，導向滑塊25能夠在導向套18內上下移動，不能轉動。上固定片22(采用圓形鐵片)固定連接在導向滑塊25下端，下固定片20(采用方形鐵片)和加速度傳感器19固定連接。
[0040]本發(fā)明所說的建筑結構振動智能檢測機器人小車工作原理如圖4和圖5所示，移動傳感節(jié)點在鋼結構上運動時利用磁力吸附在鐵磁性材料表面，到達檢測位置以后，檢測電機6帶動螺桿23轉動，使得導向滑塊25沿著導向套18向下運動，從而帶動加速度傳感器19往下移動。當加速度傳感器19接觸檢測表面后，導向滑塊25繼續(xù)向下移動一段距離，緩沖彈簧21受力壓縮，通過緩沖彈簧21將加速度傳感器19壓緊在檢測表面進行檢測。檢測結束后，檢測電機6反轉，加速度傳感器19離開檢測表面，檢測小車自動前往下一檢測位置。
[0041]建筑結構振動智能檢測機器人小車具有智能環(huán)境識別的能力。當小車偏離預定的路線即將離開或靠近結構邊緣時，其前后支架5上面的四個紅外傳感器14中的發(fā)光二極管發(fā)射紅外線，并通過結構表面將紅外線反射到紅外傳感器14的探測二極管，從而判斷小車與結構邊緣之間的距離和位置關系。當某個磁輪3即將靠近結構邊緣時，單片機主控單元9通過模數(shù)轉換單元8采集紅外傳感器14發(fā)出的信號，并對信號進行運算分析，然后發(fā)出PWM信號，通過電機驅動單元10發(fā)出控制信號，對各動力電機15速度進行控制。當小車兩側動力電機15速度不同時，機器人就可以實現(xiàn)轉彎，使得機器人回到預定的路線上來。
[0042]機器人小車可以通過霍爾電壓傳感器16檢測每個磁輪3的角速度。由圖6可見，磁輪3的輪體28表面覆蓋有18塊條狀磁片27，相鄰磁片27極性相反，每個磁輪3側方都有一個霍爾電壓傳感器16，該傳感器與控制模塊7的模數(shù)轉換單元8連接，當磁輪3旋轉一周，霍爾電壓傳感器16周圍的磁場改變18次，霍爾電壓傳感器16檢測到的霍爾電壓改變18次。因此，當機器人小車運動時，檢測一段時間內霍爾電壓傳感器16輸出電壓的變化次數(shù)即可得出這段時間內動力電機15的轉動圈數(shù)，從而得到小車運動的距離和運動速度。
[0043]機器人小車中的無線通信單元11通過通用異步接收器和發(fā)送器接口和單片機主控單元9相連接，單片機主控單元9通過無線通信單元11可與其他機器人小車以及計算機服務器傳輸無線信號。
【主權項】
1.一種建筑結構振動智能檢測機器人小車，其特征在于:所述機器人小車包括一個車架、四個磁輪和一個用于實現(xiàn)待檢測建筑結構振動檢測的加速度傳感器，所述四個磁輪兩兩布置在所述車架側面前后方，所述磁輪與用于帶動磁輪轉動的行走驅動裝置連接，所述車架上設有無線通信單元； 所述車架上安裝用于帶動加速度傳感器上下運動的升降裝置，所述升降裝置的動作端與上固定片連接，所述上固定片與緩沖彈簧的上端連接，所述緩沖彈簧的下端與下固定片連接，所述下固定片的底面安裝所述加速度傳感器。2.如權利要求1所述的建筑結構振動智能檢測機器人小車，其特征在于:所述升降裝置包括一個檢測電機、螺桿和導向滑塊，所述檢測電機的輸出軸呈豎直分布，所述檢測電機的輸出軸與螺桿的頂端固定連接，所述導向滑塊與螺桿螺紋配合，所述導向滑塊可上下滑動地套裝在導向套內，所述導向套固定在所述車架底部。3.如權利要求2所述的建筑結構振動智能檢測機器人小車，其特征在于:所述升降裝置位于車架的中部。4.如權利要求1?3之一所述的建筑結構振動智能檢測機器人小車，其特征在于:所述機器人小車還包括橫向支架，兩個橫向支架分別安裝在車架的前后兩端，所述橫向支架上安裝紅外傳感器。5.如權利要求1?3之一所述的建筑結構振動智能檢測機器人小車，其特征在于:所述機器人小車還包括縱向支架，兩個縱向支架分別安裝在車架的左右兩端，所述縱向支架上安裝霍爾電壓傳感器，所述霍爾電壓傳感器位于所述磁輪的側方，所述磁輪上一圈設有至少兩塊條狀磁片，相鄰的條狀磁片的極性相反。6.如權利要求4所述的建筑結構振動智能檢測機器人小車，其特征在于:所述機器人小車還包括縱向支架，兩個縱向支架分別安裝在車架的左右兩端，所述縱向支架上安裝霍爾電壓傳感器，所述霍爾電壓傳感器位于所述磁輪的側方，所述磁輪上一圈設有至少兩塊條狀磁片，相鄰的條狀磁片的極性相反。7.如權利要求6所述的建筑結構振動智能檢測機器人小車，其特征在于:所述機器人小車還包括支撐柱，所述支撐柱固定在車架上，控制模塊安裝在支撐柱上，所述控制模塊包括模數(shù)轉換單元、單片機主控單元、電機驅動單元和無線通信單元，所述模數(shù)轉換單元、電機驅動單元和無線通信單元均與所述單片機主控單元連接，所述行走驅動裝置與所述電機驅動單元連接，所述紅外傳感器、霍爾電壓傳感器均與所述模數(shù)轉換單元連接。8.如權利要求7所述的建筑結構振動智能檢測機器人小車，其特征在于:所述模數(shù)轉換單元通過高速串行外設接口和單片機主控單元相連接，所述單片機主控單元發(fā)出脈寬調制信號，通過電機驅動單元控制電機與磁輪動作;所述無線通信單元通過通用異步接收器和發(fā)送器接口和單片機主控單元相連接，所述單片機主控單元通過無線通信單元與其它移動傳感節(jié)點或計算機服務器傳輸無線信號。9.如權利要求6所述的建筑結構振動智能檢測機器人小車，其特征在于:所述移動傳感器節(jié)點還包括四節(jié)電池，其中兩節(jié)電池與行走驅動裝置連接，第三節(jié)電池與檢測電機連接，第四節(jié)電池分別與控制模塊、紅外傳感器和霍爾傳感器連接。
【文檔編號】G01H17/00GK105823552SQ201610298049
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】簡燕梅, 艾青林
【申請人】簡燕梅