一种用于桥梁检测的机械臂组件及其工作方法

技术领域

本发明涉及桥梁检测技术领域，具体公开了一种用于桥梁检测的机械臂组件及其工作方法。

背景技术

在我国现在的桥梁检测中，对于危桥的检测大多采用无人机或者人工的方式进行检测，对于在役桥梁的检测多采用检测车的方式进行检测，但是检测车只能对桥面进行检测，对于桥底以及桥的底面检测仍然是一个桥梁检测的难点；

在使用搭载车检测时，对于桥底面通过采用桁架式机械臂的方式进行检测，但是正在使用的桥梁中存在路灯、栏杆等物体，导致桁架式机械臂检测的方式非常耗时，检测效率非常低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于桥梁检测的机械臂组件及其工作方法，能够解决跨越路灯等障碍物的同时，解决机械臂收回后存在一定区域检测不到的情况，检测效率大大提高。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于桥梁检测的机械臂组件，该机械臂组件包括越障臂和检测臂，其中：越障臂通过机械臂连接端口连接至搭载平台上，所述越障臂和机械臂连接端口均为两个，所述两个机械臂连接端口设于搭载平台上，两个越障臂分别通过不同的机械臂连接端口连接至搭载平台上；所述搭载平台上设有环形滑轨，所述机械臂连接端口与环形滑轨滑动连接；所述检测臂可切换地连接至两个越障臂的其中之一上。

优选地，所述两个越障臂均包括连接臂一、连接臂二和扣合组件，所述连接臂二两端与连接臂一的一端和连接端口连接，所述扣合组件固定连接至连接臂一的另一端。

优选地，所述检测臂包括横向切换臂、垂直臂、折叠臂和多个电驱动关节，其中，横向切换臂通过电驱动关节与垂直壁连接，垂直臂通过电驱动关节与折叠臂连接。

优选地，所述横向切换臂与垂直臂之间设有连接臂三，所述连接臂三两端分别与横向切换臂和垂直臂连接。

优选地，所述电驱动关节由电机与减速器组成。

优选地，所述扣合组件由升降结构、固定结构、动力结构和连接壳组成，所述升降结构、固定结构和动力结构均设于连接壳内。

优选地，所述动力结构包括电机、减速机和联轴器，电机、减速机和联轴器依次连接，电机固定至电机座上；所述动力结构包括齿轮和升降轴，升降轴穿过齿轮与联轴器相连接，所述齿轮与横向切换臂内壁上的内齿相啮合；所述升降结构为两个气缸，气缸的下侧固定至电机座上，通过气缸的气缸杆伸长，将升降轴向上推动。

优选地，所述垂直臂和折叠臂均设有三个，所述三个折叠臂的内测均设有检测安装座，所述检测安装座与折叠臂固定连接。

本发明还提供一种使用所述的机械臂组件进行桥梁检测的工作方法，其中：

步骤一：搭载平台在桥面移动进行桥梁检测，在遇到灯杆时，以横向切换臂的左侧为圆心，横向切换臂右侧转动，使得横向切换臂的右侧运动至两个越障臂中的第一越障臂的扣合组件内；

步骤二：此时两个越障臂中的第二越障臂的扣合组件内的气缸的气杆收缩，通过电机座使得升降轴和齿轮向上移动，进而使得升降轴穿过横向切换臂的连接端，齿轮与横向切换臂的连接端内壁的内齿啮合；

步骤三：所述第一越障臂中的扣合组件的气缸的气杆伸长，使得伸缩轴和齿轮脱离，进而实现横向切换臂转动，绕过灯杆。

本方案的工作原理及有益效果在于：

本发明通过两个机械臂连接端口和扣合组件，使得机械臂的前端在正常运行的情况下，机械臂后侧能够通过更换连接端口的方法解决机械臂收回后存在一定区域检测不到的情况，并通过搭载平台上的滑动装置使得两个连接端口在机械臂切换后能够保证改变位置不会形成错位的情况，并且保证搭载平台在移动的同时，机械臂自动切换连接端口实现灯杆的跨越，使得机械臂全自动，智能化程度增加。

附图说明

图1为本发明一种面向桥梁检测机器人的多功能机械臂的示意图；

图2为本发明一种面向桥梁检测机器人的多功能机械臂中机械臂连接端口的结构示意图；

图3为本发明一种面向桥梁检测机器人的多功能机械臂中滑动装置的结构示意图；

图4为本发明一种面向桥梁检测机器人的多功能机械臂中扣合组件的结构示意图；

图5为本发明一种面向桥梁检测机器人的多功能机械臂实施例中横向切换臂连接端的透视图；

图6为本发明一种面向桥梁检测机器人的多功能机械臂实施例中横向切换臂跨灯杆时的机械臂的变化示意图。

附图中标记如下：

多段式机械臂1、连接臂一101、横向切换臂102、连接臂二103、连接臂三104、垂直臂105、折叠臂106、电驱动关节107、扣合组件108、连接壳1081、升降轴1082、齿轮1083、联轴器1084、电机1085、减速机1086、电机座1087、气缸1088；

搭载平台2；

机械臂连接端口3、底座301、滑动装置302、步进电机3021、联轴器3022、转子3023、伸缩杆3024、环形滑轨303。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例

如图1至图5所示，多功能机械臂组件安装在搭载平台上，机械臂组件包括两组越障臂和一组检测臂，其中，机械臂连接端口3设在搭载平台2上，机械臂连接端口3设有两个，机械臂连接端口3底部设有底座301，底座连接滑动装置302，底座301下连接有滑块，滑块两边设有环形滑轨303，滑动装置302还包括步进电机3021、联轴器3022、转子3023和伸缩杆3024，步进电机3021的电机轴通过联轴器3022与转子3023连接，转子3023为圆柱体，伸缩杆3024固定在转子3023侧面，伸缩杆3024的伸缩端与机械臂连接端口的底座连接，滑动装置302也设有两个，两个滑动装置的伸缩杆分别与两个机械臂连接端口的底座连接，并且两个步进电机均连接有变频器，通过变频器改变步进电机的转速，将两个机械臂连接端口分别设为端口A和端口B，将步进电机和变频器也分别设为电机A＇、电机B＇和变频A"、变频B"，其中附图3所示的步进电机3021为电机B＇，将端口A和端口B所在的初始位置设有C点和D点，在多段式机械臂由端口B切换到端口A上后，如图2-3所示，此时变频B"增加输出频率，电机B＇转速加快，使电机呈顺时针转动，通过伸缩杆使得端口B在环形滑轨上进行顺时针运动，并从D点运动至C点，与此同时，变频A"降低频率，使得电机A＇的转速降低，电机A＇转动，通过伸缩杆使得端口A从C点运动至D点，端口A和端口B实现位置互换，横向切换臂再次转移时，D点和C点的互相执行对方指令，使得端口A和端口B再次完成位置互换，使得多段式机械臂完成跨障。

通过环形轨道303和变频器控制电机转速的方式来改变两个机械臂连接端口的位置互换，使得机械臂在遇到灯杆40等障碍物时能够跨越灯杆40，完成自动跨障，并且保证机械臂连接的检测端能够检测到桥梁底部的每个地方，不会存在因为收回机械臂跨障而存在未检测区域的问题。

多段式机械臂组件中包括两部分，如图1所示，两组越障臂以及一组检测臂：每组越障臂由水平方向的连接臂一101和垂直方向的连接臂二103组成，检测臂由横向切换臂102、连接臂三104、垂直臂105、折叠臂106和电驱动关节107组成。其中如图1所示，每组越障臂均在连接臂一101与横向切换臂102之间设有扣合组件108，扣合组件108与横向切换臂102可拆卸连接，连接臂二103上侧与连接臂一101左侧连接，连接臂三104与垂直臂105连接，三个垂直臂105首尾顺次连接，垂直臂的最下端与折叠臂106最右端连接，上述的多段式机械臂之间均是通过电驱动关节107连接。其中，扣合组件108内如图4所示设有连接壳1081，连接壳三个侧面为开口,连接壳中间的升降轴1082，升降轴的下侧连接有齿轮1083、联轴器1084、电机1085和减速机1086，升降轴1082穿过齿轮1083通过联轴器1084与减速机1086连接，减速机1086与电机1085连接，电机1085下侧设有电机座1087，电机左右两侧设有气缸1088，气缸1088的气杆与电机座1087连接，气缸1088设有两个；横向切换臂连接组件如图5所示，上下开口呈梯形，在下侧的内壁设有内齿，其中内齿与升降轴上的齿轮可以互相啮合。扣合组件108与横向切换臂连接组件具体连接过程：通过两组气缸1088上下运动，推动气杆带动升降轴1082及齿轮1083向上移动，使得升降轴穿过横向切换臂102的连接端的轴心，并通过升降轴与横向切换臂102连接段卡住固定，同时齿轮与横向切换臂连接端102内齿咬合。齿轮咬合可借助横向切换臂102内轮组保持连接臂一101与连接臂三104的相对位置关系。横向切换臂102两端可以与两组扣合组件108分别断开或连接。如图6所示，多段式机械臂近端依靠依靠滑动装置302实现端口A和端口B位置的转换，远端依靠切换臂102与不同连接臂101的交替连接实现端口A和端口B的转换，最终实现机械臂自动横向跨越桥面电杆的功能。

多段式机械臂中电驱动关节是由电机与减速机组成的舵机构成，每个关节处的舵机通过电线连接至控制主板，主板设于搭载平台上，通过指令使得各个舵机可以单独运行，也可以几个舵机联动运行，使得机械臂做出各种动作，而多段式的机械臂也使得机械臂更灵活。

优选地，电驱动关节也可以采用舵机、控制板、远程信息发射器和信息接收器组成，通过远程信息发射器和信息接收器接收和发射信息，通过远程处理终端发射信息，再通过控制板处理信息，使得舵机运行，实现机械臂的运行，此类方案相较于一个主板控制多个舵机的方式在成本上较高，但是不需要连接线来连接各个舵机，使得机械臂的外观整洁。

机械臂的材料采用碳钎维，在减小机械臂整体重量的同时，保证搭载平台的平衡系统，使得驱动机械臂所消耗的能量也减小，节约能耗。

本实施例的优点在于：

本实施例通过两个机械臂连接端口和扣合组件，使得机械臂的前端在正常运行的情况下，机械臂后侧能够通过更换连接端口的方法解决机械臂收回后存在一定区域检测不到的情况，并通过搭载平台上的滑动装置使得两个连接端口在机械臂切换后能够保证改变位置不会形成错位的情况，并且保证搭载平台在移动的同时，机械臂自动切换连接端口实现灯杆40的跨越，使得机械臂全自动，智能化程度增加。

上述的一种面向桥梁检测机器人的多功能机械臂的使用方法，包括以下步骤：

S1,安装设备，将各个部件连接，启动检测设备，搭载平台开始在桥面移动，在遇到灯杆40时，以横向切换臂102的左侧为圆心，横向切换臂102右侧转动，使得横向切换臂102的右侧运动至端口A上的扣合组件内；

S2,此时端口A中气缸1088的气杆收缩，通过电机座1087使得升降轴1082和齿轮1083向上移动，进而使得升降轴1082穿过横向切换臂的连接端，齿轮1083与横向切换臂的连接端内壁的内齿啮合，然后，端口B气缸的气杆伸长，使得伸缩轴和齿轮脱离，此时电机运行，通过联轴器使得齿轮转动，由于端口B的连接端口已经脱离，所以横向切换臂102转动，绕过灯杆40；

S3,在绕过灯杆40后，在多段式机械臂由端口B切换到端口A上后，此时变频A"增加输出频率，电机A＇转速加快，伸缩杆呈顺时针转动，通过伸缩杆使得端口A在环形滑轨上进行顺时针运动，并从C点运动至D点，与此同时，变频B"提高频率，使得电机B＇的转速提高，电机B＇转动，通过伸缩杆使得端口B从C点运动至D点，即端口B和端口A实现位置互换，等待下次遇到灯杆40，端口A和端口B指令互换。

即实现机械臂常规移动下保持在D点处端口，遇到灯杆40后通过以上S1-S3步骤借助C点处端口和多次完成跨障。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。