全文摘要
本实用新型涉及一种箱梁巡检机器人，用于在箱梁的内部工作，其至少包括走行模块、数据存储系统、臂架模块、三维矩阵雷达、摄像头、控制枢纽和动力模块，所述三维矩阵雷达为多个且通过臂架模块支撑于走行模块，所述三维矩阵雷达抵靠于箱梁的内壁上进行数据采集，所述数据存储系统、摄像头、控制枢纽和动力模块均设置于走行模块上；由此，本实用新型结构简单，操作方便，运用混凝土探测技术与机械设备相结合，充分考虑和利用高铁箱梁的特点，结合各种传感器技术和控制技术，实现巡检机器人的无人化作业，具有巡检数据结果准确，极大的减轻了检查人员的工作量，巡检效率大大提高。
主设计要求
1.一种箱梁巡检机器人，在箱梁的内部工作，其至少包括走行模块、数据存储系统、臂架模块、三维矩阵雷达、摄像头、控制枢纽和动力模块，其特征在于：所述三维矩阵雷达为多个且通过臂架模块支撑于走行模块，所述三维矩阵雷达抵靠于箱梁的内壁上进行数据采集，所述数据存储系统、摄像头、控制枢纽和动力模块均设置于走行模块上。
设计方案
1.一种箱梁巡检机器人，在箱梁的内部工作，其至少包括走行模块、数据存储系统、臂架模块、三维矩阵雷达、摄像头、控制枢纽和动力模块，其特征在于：
所述三维矩阵雷达为多个且通过臂架模块支撑于走行模块，所述三维矩阵雷达抵靠于箱梁的内壁上进行数据采集，所述数据存储系统、摄像头、控制枢纽和动力模块均设置于走行模块上。
2.如权利要求1所述的箱梁巡检机器人，其特征在于：所述走行模块由前桥、可折叠车架和后桥组成，所述前桥为转向桥，两端分别设有转向轮，所述后桥为驱动桥，两端分别设有驱动轮并连接至直流大扭矩电机以实现驱动，所述可折叠车架连接前桥和后桥。
3.如权利要求2所述的箱梁巡检机器人，其特征在于：所述前桥包含转向杆、减震弹簧、伺服电机、拨叉和连杆，所述前桥两端的转向轮通过转向杆连接至连杆的两端，所述伺服电机设置于可折叠车架上且通过拨叉连接至连杆，两转向轮通过减震弹簧设置于可折叠车架的底端以实现减震功能。
4.如权利要求2所述的箱梁巡检机器人，其特征在于：还包含走行导向系统，其位于可折叠车架的后部正中间并通过梁底的排水口进行定位。
5.如权利要求1所述的箱梁巡检机器人，其特征在于：所述臂架模块包含第一臂杆和第二臂杆，所述第二臂杆的下端通过安装座连接至走行模块，上端连接至第一臂杆的下端，所述第一臂杆的上端连接至三维矩阵雷达的底部中间位置。
6.如权利要求5所述的箱梁巡检机器人，其特征在于：所述第一臂杆和第二臂杆之间设有直流电机和扭簧，所述第二臂杆和安装座之间也设有直流电机和扭簧，所述第一臂杆和三维矩阵雷达之间也设有直流电机和扭簧。
7.如权利要求1至6中任一所述的箱梁巡检机器人，其特征在于：所述三维矩阵雷达的四角上方分别设有小脚轮从而当巡检机器人在箱梁内部行走时紧贴在箱梁内壁上的混凝土面板上滚动平移。
8.如权利要求7所述的箱梁巡检机器人，其特征在于：具有四个三维矩阵雷达以对应箱梁的四个内壁。
9.如权利要求1所述的箱梁巡检机器人，其特征在于：所述控制枢纽连接至走行模块、数据存储系统、臂架模块、三维矩阵雷达、摄像头和动力模块。
10.如权利要求1所述的箱梁巡检机器人，其特征在于：所述动力模块包含锂电池组。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及箱梁巡检的技术领域，尤其涉及一种箱梁巡检机器人。
背景技术
箱梁，简单的说就是桥梁工程中梁的一种，内部为空心状，上部两侧有翼缘，类似箱子。我国高铁建设蓬勃发展，铁路网日趋密集完善，且随着高铁建设技术的不断提高，箱梁桥梁在线路中所占比重越来越大。因此，铁路混凝土箱梁检查维修任务越来越重，特别是伴随着西部大开发战略的实施，国家大力推进西部山区铁路的建设，如成贵铁路、川藏铁路等。这些西部山区铁路桥梁不仅需跨越人际罕至的高山深谷、还需穿越高原冰山，桥梁检修维修条件十分艰苦。所以，急切需要一种全新的检查方式和检查工具，能够解决目前存在的问题
目前高铁箱梁的检查方式和存在的问题：
检查方式一：检查人员利用箱梁内部空间步行前进，通过箱梁底部人孔到达桥墩墩顶，人站在墩顶围栏上检查箱梁外观。这种检查模式有两大弊端：首先，受到空间上的限制。由于是固定于墩顶的围栏，因此检查部位不能全面覆盖，对于箱梁跨中距离视线较远处的细微病害，很容易疏漏。混凝土内部缺陷更是无法检测到位；其次，检查结果的个人主观性较强，没有客观科学的数据支撑。此外，检查人员需要不断的从梁内到墩顶底之间上下爬行，工作强度大、效率低、安全性差。特别在高原缺氧等艰苦条件下，桥梁日常检查的条件十分艰苦。
检查方式二：利用高铁桥检车提供的工作平台，检查人员全方位的检查箱梁各个部位。这种桥检车需要占用线路，因此在时间上严重受到运营列车的影响，必须利用天窗点。而往往桥检车大部分的时间用于往返行程，真正的检查时间寥寥无几。更重要的是检查车位于桥面轨道上，无法观测列车运营荷载作业下桥梁结构的状态。而那种利用桥下地面的高铁桥梁综合检修越野车的局限性则更大。
第二种检查方式只是利用了设备提供了一个可移动的平台，检查的主体依然是人。虽然减轻了工作人员的劳动强度，但是时间和空间的局限性依然存在，检查结果仍然不客观。
由此，目前巡检方式还是以人工肉眼观察为主，检查结果具有个人主观性，没有搜集到客观的科学数据，对箱梁的巡检不彻底。
为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种箱梁巡检机器人，以克服上述缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种箱梁巡检机器人，其结构简单，操作方便，运用混凝土探测技术与机械设备相结合，充分考虑和利用高铁箱梁的特点，结合各种传感器技术和控制技术，实现巡检机器人的无人化作业，具有巡检数据结果准确，极大的减轻了检查人员的工作量，巡检效率大大提高。
为实现上述目的，本实用新型公开了一种箱梁巡检机器人，在箱梁的内部工作，其至少包括走行模块、数据存储系统、臂架模块、三维矩阵雷达、摄像头、控制枢纽和动力模块，其特征在于：
所述三维矩阵雷达为多个且通过臂架模块支撑于走行模块，所述三维矩阵雷达抵靠于箱梁的内壁上进行数据采集，所述数据存储系统、摄像头、控制枢纽和动力模块均设置于走行模块上。
其中：所述走行模块由前桥、可折叠车架和后桥组成，所述前桥为转向桥，两端分别设有转向轮，所述后桥为驱动桥，两端分别设有驱动轮并连接至直流大扭矩电机以实现驱动，所述可折叠车架连接前桥和后桥。
其中：所述前桥包含转向杆、减震弹簧、伺服电机、拨叉和连杆，所述前桥两端的转向轮通过转向杆连接至连杆的两端，所述伺服电机设置于可折叠车架上且通过拨叉连接至连杆，两转向轮通过减震弹簧设置于可折叠车架的底端以实现减震功能。
其中：还包含走行导向系统，其位于可折叠车架的后部正中间并通过梁底的排水口进行定位。
其中：所述臂架模块包含第一臂杆和第二臂杆，所述第二臂杆的下端通过安装座连接至走行模块，上端连接至第一臂杆的下端，所述第一臂杆的上端连接至三维矩阵雷达的底部中间位置。
其中：所述第一臂杆和第二臂杆之间设有直流电机和扭簧，所述第二臂杆和安装座之间也设有直流电机和扭簧，所述第一臂杆和三维矩阵雷达之间也设有直流电机和扭簧。
其中：所述三维矩阵雷达的四角上方分别设有小脚轮从而当巡检机器人在箱梁内部行走时紧贴在箱梁内壁上的混凝土面板上滚动平移。
其中：具有四个三维矩阵雷达以对应箱梁的四个内壁。
其中：所述控制枢纽连接至走行模块、数据存储系统、臂架模块、三维矩阵雷达、摄像头和动力模块。
其中：所述动力模块包含锂电池组。
通过上述结构可知，本实用新型的箱梁巡检机器人具有如下效果：
1、代替了大型桥检车路上检测的方式，利用机器人在箱梁里面巡检，用机器人代替人工，不仅降低了人工成本，还大大提升了巡检的精确程度以及巡检效率。
2、将轮式走行、可调整臂架、三维矩阵雷达、控制枢纽、数据存储系统和动力结构等创新组成巡检机器人。本专利可实现无人化巡检，不仅降低了人工成本，还大大提升了巡检的精确程度以及巡检效率。
3、走行方便可靠，操作简单，适用广泛。
本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本实用新型的箱梁巡检机器人在箱梁内的工作示意图。
图2显示了本实用新型的箱梁巡检机器人的结构示意图。
图3显示了本实用新型中走行模块的结构示意图。
图4显示了本实用新型中前桥的结构示意图。
图5显示了本实用新型中臂架模块的结构示意图。
具体实施方式
参见图1至图5，显示了本实用新型的箱梁巡检机器人。
所述箱梁巡检机器人在箱梁101的内部工作，其主要包括走行模块1、数据存储系统2、臂架模块3、三维矩阵雷达4、摄像头5、控制枢纽6和动力模块7，所述三维矩阵雷达4为多个且通过臂架模块3支撑于走行模块1，所述三维矩阵雷达4抵靠于箱梁101的内壁上进行数据采集，所述数据存储系统2、摄像头5、控制枢纽6和动力模块7均设置于走行模块1上，参见图2，所述走行模块1是整个巡检机器人的移动基础，机器人所有部件都放置在走行模块1上，三维矩阵雷达4是巡检机器人的数据采集模块，相当于超声波探测仪中的“探头”；臂架模块3是巡检机器人的“手臂”，用于支撑三维矩阵雷达4贴近混凝土待检面板，并施加恒定的力矩，使雷达能时刻紧靠住待检混凝土面板；摄像头5相当于机器人的眼睛，用于观察周围环境，数据存储系统2用于记录雷达探测的箱梁混凝土数据，对于结构异常或者病害数据，能做出特殊标记，每一个三维矩阵雷达4都对应一块数据储存空间。动力模块7由锂电池组组成，除了提供巡检机器人的动力外，还作为整个设备的配重，保证在各种臂架方位状态下，机器人整体的稳定性。
参照图3，所述走行模块1是整个巡检机器人的移动基础，机器人所有部件都放置在走行模块上，所述走行模块1由前桥1-1、可折叠车架1-2、走行导向系统1-3和后桥1-4组成，所述前桥1-1为转向桥，两端分别设有转向轮，所述后桥1-4为驱动桥，两端分别设有驱动轮并连接至直流大扭矩电机以实现驱动，所述可折叠车架1-2连接前桥和后桥且中部设有折叠部，从而实现折叠功能和连接功能。
参照图4，所述前桥1-1包含转向杆1-5、减震弹簧1-6、伺服电机1-7、拨叉1-8和连杆1-9，所述前桥1-1两端的转向轮通过转向杆1-5连接至连杆1-9的两端，所述伺服电机1-7设置于可折叠车架1-2上且通过拨叉1-8连接至连杆1-9，两转向轮通过减震弹簧1-6设置于可折叠车架1-2的底端以实现减震功能，由此，前桥属于从动桥，独立悬挂，弹簧1-6负责均衡和减震。其中转向功能由伺服电机1-7驱动拨叉1-8，进而推动连杆1-9实现车轮转向。
其中，走行导向系统1-3立于可折叠车架1-2的后部正中间，其可通过梁底的排水口进行定位，进行精确走行导向，确保机器人能稳定走行在箱梁正中心。摄像头位于梁底部排水口中间，前行过程中实时采集图像数据，传递给控制枢纽。控制枢纽再根据画面中心与排水口的距离方位进行判断，决定是否驱动转向伺服电机进行精确转向微调。
参照图5，所述臂架模块3包含第一臂杆3-3和第二臂杆3-4，所述第二臂杆3-4的下端通过安装座连接至走行模块1，上端连接至第一臂杆3-3的下端，所述第一臂杆3-3的上端连接至三维矩阵雷达4的底部中间位置，其中，所述第一臂杆3-3和第二臂杆3-4之间设有直流电机3-1和扭簧3-2，所述第二臂杆3-4和安装座之间也设有直流电机和扭簧，所述第一臂杆3-3和三维矩阵雷达4之间也设有直流电机和扭簧，从而臂架模块3是巡检机器人的“手臂”，用于支撑三维矩阵雷达贴近混凝土待检面板，并施加恒定的力矩，使雷达能时刻紧靠住待检混凝土面板。臂架模块具备折叠功能，可以调整雷达的空间方位，也可以在不工作时收回三维矩阵雷达。臂架的每一个折叠关节都内含一个直流电机和扭簧。在电机不运行时，扭簧用于提供恒定力矩；臂架需要调整位置或者角度时，电机克服扭簧的力矩，驱动臂杆3-3、臂杆3-4改变位置或者角度。
参照图2，三维矩阵雷达4是巡检机器人的数据采集模块，相当于超声波探测仪中的“探头”。所述三维矩阵雷达4的四角上方分别设有小脚轮，从而当巡检机器人在箱梁内部行走时，所述三维矩阵雷达4依靠臂架的力量紧贴在箱梁内壁上的混凝土面板上滚动平移。这样有两个好处：首先雷达通过箱梁内部变截面的地方不需要另行调整空间方位，被动适应截面即可；其次，雷达和待检面板之间的间距可以控制在检测需要的范围值以内，便于数据的稳定采集。每个巡检机器人一共配备四个三维矩阵雷达，对应箱梁的四个内壁。
所述控制枢纽6连接至走行模块1、数据存储系统2、臂架模块3、三维矩阵雷达4、摄像头5和动力模块7，是巡检机器人的“大脑”，是巡检机器人实现无人化作业的核心模块。控制枢纽通过接收各部件中传感器反馈的信息，判断机器人目前所处的位置和状态，进而做出下一步动作指令。
所述数据存储系统2用于记录雷达探测的箱梁混凝土数据，对于结构异常或者病害数据，能做出特殊标记。每一个三维矩阵雷达都对应一块数据储存空间。
所述动力模块7包含锂电池组，除了提供巡检机器人的动力外，还作为整个设备的配重，保证在各种臂架方位状态下，机器人整体的稳定性。
具体而言，本申请的巡检机器人的工作机制和方法为：
先设定巡检机器人的巡检范围，在其巡检区间的首尾桥墩处及区间中若干点的桥墩处设置基站，基站设置有风力发电组和太阳能发电组，能给巡检机器人提供充电功能，并且通过箱梁人孔在梁体内部安装数据及充电接口。巡检机器人到达基站附近，通过蓝牙定位可以自动与基站接口对接(类似扫地机器人充电方式)，进而与外部控制中心取得联系，传递数据，接收指令，同时进行电力补充。
然后设定好巡检机器人的巡检速度和巡检次数，即可开启自动工作模式。机器人携带三维矩阵雷达在箱梁内走行，通过雷达扫描的方式对箱梁断面数据进行全面记录，每个箱梁进行三次走行即可完成全断面检查。检查过程中发现钢筋锈蚀或者混凝土裂纹等病害数据时，加以标记处理，便于工作人员发现问题。
工作期间由走行导向系统和控制枢纽精确控制机器人行走路线，确保机器人走行于箱梁中心。力矩传感器和震动传感器进行辅助纵向定位，控制枢纽根据定位实时调整雷达方位，以适应箱梁不同的内截面。整个巡检过程中可完全实现无人化，工作人员只需定期进行检查维护即可。
另外，还可设有视频遥控器，工作人员也可以在箱梁内通过遥控，操作巡检机器人。
因此，本申请可以拆卸为数个大部件，便于通过箱梁的人孔。为了实现轻量化的目的，除了电机轴承等少量零部件之外，机器人的主体结构全部采用碳纤维。
通过上述结构可知，本申请利用机器人在箱梁里面巡检，用机器人代替人工，不仅降低了人工成本，还大大提升了巡检的精确程度以及巡检效率
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920069591.6
申请日:2019-01-16
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:83(武汉)
授权编号:CN209703297U
授权时间:20191129
主分类号:E01D19/10
专利分类号:E01D19/10
范畴分类:36A;
申请人:武汉瑞敏检测科技有限公司
第一申请人:武汉瑞敏检测科技有限公司
申请人地址:430077 湖北省武汉市洪山区徐东大街45号（老徐东路13号）电器成套中心大楼306/307号房
发明人:吕伟;胡旭东;潘万齐;李伟龙
第一发明人:吕伟
当前权利人:武汉瑞敏检测科技有限公司
代理人:李振文
代理机构:11340
代理机构编号:北京天奇智新知识产权代理有限公司 11340
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计