桥梁除冰的负压机器人

技术领域

本申请涉及桥梁养护的技术领域，尤其涉及桥梁除冰的负压机器人。

背景技术

桥梁作为道路交通的重要组成部分，被冠以交通咽喉之称。桥梁被视作特殊路段，一般在两山之间、河江之上，这些地段本身风速大、湿度大，因此在寒冷的地区，桥梁往往是最早出现结冰现象的部位。在气候原因引起的雨雪、结冰作用影响下，极易在桥面和桥梁上堆积积雪。在转暖的时候，桥梁积雪融化，在桥梁桥面以及桥塔横梁的侧表面形成薄冰下表面产生冰棱。随着气温的升高，会使冰棱自然坠落，从而对桥梁下过往的行人造成人身安全以及对桥面上正常行驶的车辆造成重大安全隐患，严重时可能引发交通事故，造成重大的人身财产损失。

目前，桥梁上的积雪和冰棱大部分都是通过升温融化坠落。人工扫雪除冰和一些消防机械除冰都费时费力，不仅除冰效率低下，而且人身安全得不到保障，还会影响车辆通行和交通秩序。因此，需要一种智能除冰机器人进行除冰维护工作，不仅提高了效率，降低了人工成本还保障了工人的人身安全。

市场上出的多数除冰机器人多采用轮式或者履带式结构，在桥面运行的过程中，往往在有积雪的地面提供的摩擦力往往不足以抵抗破冰带来的阻力和风的影响，容易出现行走不稳定和打滑现象。

因此，需要一种负压可吸附性的机器人，解决桥梁桥面和桥梁下侧的冰棱，保障桥梁下的行人安全和交通运营秩序。

发明内容

有鉴于此，本申请提供桥梁除冰的负压机器人，能够行走不稳定和打滑现象。

本申请提供一种桥梁除冰的负压机器人，包括：

具有工作腔的支撑座，所述工作腔通过负压组件使所述工作腔形成负压，所述工作腔连通有吸盘组件，所述吸盘组件固设在所述支撑座用以接触桥梁的底面；

伸缩梁组件，用以在固设在支撑座上的驱动箱的驱动下产生伸缩动作；

除冰装置，固设在所述伸缩梁组件上，以在支撑座所接触的桥梁实施除冰作业。

可选地，所述支撑座左右两侧安装有驱动轮、套接于所述驱动轮的外周的履带，所述驱动轮用以被步进电机所驱动。

可选地，所述支撑座上设有太阳能板，所述太阳能板通过光伏转化器连接有太阳能蓄电池，所述太阳能蓄电池用以为所述步进电机、驱动箱供电。

可选地，所述履带上设有齿轮，所述履带和驱动轮的外轴通过固定螺栓安装有侧护板，所述侧护板上通过固定螺栓搭接有外档框体，一侧的所述外档框体通过上档框体固定连接，所述上档框体布置于外档框体上。

可选地，所述支撑座上安装有操作室，所述操作室用以对方向控制台进行操作，所述方向控制台固接所述伸缩梁组件并用以驱动伸缩梁组件相对于支撑座产生旋转。

可选地，所述支撑座上设有高清摄像头。

可选地，所述支撑座的底面位于吸盘组件的周围设有橡胶垫圈。

可选地，所述工作腔连通有止回阀，用以调节工作腔的内部气力。

可选地，所述除冰装置包括气动电机、破冰组件、排冰孔、超声波切刀组件和位于承冰台内的电磁感应线圈，所述超声波切刀组件用以对桥梁冰面执行超声波切割以形成碎冰块，所述碎冰组件用以对经过超声波切割的碎冰块进行破碎并被气动电机驱动，所述承冰台用以承载掉落的碎冰块，所述电磁感应线圈用以加热掉落的碎冰块。

可选地，所述除冰装置还包括用以通过吹热风辅助冰渣融化的风机。

以上提供的桥梁除冰的负压机器人，由负压组件使工作腔形成负压，经负压传递给吸盘组件，使得吸盘组件能够吸附在桥面上，在支撑座被移动的过程中，通过操作工作腔传递给吸盘组件的吸附力，方便其连续的吸附和隔断，实现其连续的负压移动，使负压机器人能在桥面上安全行驶，减少在冰面等复杂路况上打滑的现象。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请提出的桥梁除冰的负压机器人工作状态示意图；

图2为本申请提出的桥梁除冰的负压机器人整体结构示意图；

图3为本申请提出的负压部分主体结构示意图；

图4为本申请提出的工作腔结构示意图；

图5为本申请提出的除冰装置结构示意图；

图6为本申请提出的电机保护套结构示意图；

图7为本申请提出的超声波切刀结构示意图；

图8为本申请提出的碎冰组件结构示意图；

图9为本申请提出的行驶控制系统的流程图；

图10为本申请提出的除冰控制系统的流程图。

其中，图中元件标识如下：

1—支撑座，2—操作室，3—路况高清摄像头，4—方向控制台，5—水平伸缩梁，6—驱动箱，7—垂直伸缩梁，8—高清摄像头，9—除冰装置，10—桥梁，11—信号传输器，11—固定板，12—履带，13—驱动轮，14—止回阀，15—固定螺栓，16—齿轮，17—侧护板，18—支撑托把，19—太阳能板，20—支撑杆，21—上档框体，22—外档框体，23—吸盘组件，24—橡胶垫圈，25—步进电机，26—负压组件，27—光伏转换器，28—太阳能蓄电池，29—风机，30—电机保护组件，3001—第一固定环，3002—固定十字架，3003—固定螺栓，3004—第二固定环，3005—保护围栏，3006—保护板，31—超声波切刀组件，3101—超声波切刀组件，3102—超声波换能器，3103—超声发生器，32—加热模块，33—220v工频电源，34—破冰组件，3401—碎冰组件框，3402—碎冰刀盘，3403—转动轴，3404—承冰台，35—电磁加热组件，3501—耐高温陶瓷纤维板，3502—电磁线圈，36—排冰孔。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

参照图1-8，本申请实施例桥梁10除冰的负压机器人，包括可移动的支撑座、伸缩梁组件和除冰装置。

参考图1-图4，支撑座1内设有空腔体结构的工作腔，工作腔通过负压组件使所述工作腔形成负压，例如上述负压组件26可以经真空泵配合抽真空使得负压组件26上部的工作腔内形成负压。工作腔连通有吸盘组件23，上述吸盘组件23固设在所述支撑座用以接触桥梁10的底面。

吸附组件23的数量可为多个，例如在支撑座1上排布有四行四列共十六个吸附组件23。负压组件26下方还可设有橡胶垫圈24。上述的橡胶垫圈24，使负压机器人的工作腔在结冰或者不同工作表面移动的同时保持真空度，减少漏气量。

上述工作腔的上端装有的止回阀14，以自动调节工作腔内的漏气量，保证工作腔真空度的稳定性机器人整体在桥梁10上吸附可靠。

伸缩梁组件，用以在固设在支撑座1上的驱动箱6的驱动下产生伸缩动作，通过驱动箱6的驱动伸缩运动实现除冰装置9的除冰工作。作为一种可示范地实现方式，伸缩梁组件包括水平伸缩梁5和垂直伸缩梁7，驱动箱6具有二个动力输出轴，分别固接水平伸缩梁5和垂直伸缩梁7。

可设置操作室2以搭载在支撑座1上表面。在操作室2内设置方向控制台4，以通过操作室2的操作带动伸缩梁组件的伸缩梁组件、除冰装置9进行360°旋转，进而调整除冰装置9的除冰作业的作业姿态。

上述的方向控制台4在操作室2上，可通过支撑托把18控制水平伸缩梁5进行360°旋转，使除冰装置9能到达合理的除冰点工作。

容易想到的是方向控制台4构造的实现方式(图中未表示出)，方向控制台4可以包括轴承、承载台和电机，承载台通过轴承安装在电机的动力输出轴。

上述操作室2上还装有高清摄像头3，且高清摄像头3可以监控桥面前后左右的实时路况。上述支撑座后侧设有两个信号传输器11，将路况高清摄像头3和除冰高清摄像头的数字监控传输到操作室2。

作为支撑座可移动的构造的一种可示范地实现方式，上述支撑座1两侧安装有驱动轮13、套接于上述驱动轮13的外侧的履带12。上述的履带12上嵌有齿轮16和驱动轮13外侧通过固定螺栓1501安装有侧护板17，两侧的侧护板17上通过固定螺栓搭接有外档框体22。上述的一侧的外档框体22通过一根上档框体21固定连接。上述的两根上档框体21分别承平形布置于外档框体22上。

上述的支撑座1上侧安装有太阳能板19，太阳能板19通过支撑杆20固定连接。上述的支撑杆1固定连接在支撑座1外壳的顶部表面，设有太阳能蓄电池28，上述太阳能蓄电池28安装在工作腔上侧。上述的第一步进电机25与驱动轮13连接，来控制驱动轮运动。上述的太阳能板19通过光伏转换器27与太阳能蓄电池28电性连接。上述的光伏转换器27与太阳能板19和太阳能蓄电池28串接一路。上述电源组件包括支撑杆20。上述支撑杆20固定连接有在装置外壳的顶部表面。上述支撑杆20的顶部固定连接有太阳能板19，通过设置电源组件，电源组件内的太阳能板19和太阳能蓄电池28共同使用而可以将光能转换成电能并进行存储，太阳能蓄电池28可以对该装置内的其他组件进行供电，使得该装置便于使用，设置的支撑杆20可以对太阳能板19起到支撑的作用。

上述除冰装置9包括风机29、电机保护组件30、超声波切刀组件31、加热模块32，220v工频电源33，破冰组件34，电磁加热组件35，排冰孔36。上述的风机29在除冰装置9的一侧，且一直吹出热风，既可以辅助冰渣融化成水，又可以保护除冰装置9上不堆积冰渣以避免形成堵塞。

上述电机保护组件30包含气动电机30通过第一固定环3001、固定十字架3002、固定螺栓3003、第二固定环3004、保护围栏3005、保护板3006包裹住，防止冰块和雨水进入。

上述超声波切刀组件31，通过超声波振动器3103对超声波发生器3102产生的超声波频率在20kHz至30kHz，来控制超声波切刀组件3101，使超声波切刀组件3101快速切断冰棱。

上述220v工频电源33输出220V、50Hz，在最除冰装置的外壳外侧，并用固定住，可以为除冰舱内气动电机供能。上述的破冰组件34通过气动电机30启动，碎冰组件框3401包裹着碎冰刀盘3402，转动轴3403运作，将冰棱第一步打碎成小冰块掉入承冰台3404，进而承冰台3404上的冰块通过电磁加热组件35加热，耐高温陶瓷纤维板3501包裹着电磁感应线圈3502。最后冰渣和融化的水从排冰孔36排出。

以上具体构造的除冰装置9，主要通过在除冰装置里设置破冰组件34，首先超声波切刀组件3101将冰棱切断掉入破冰组件34中，进一步地使传动转动轴带动破冰刀盘3402转动，从而破冰组件34将冰棱打碎，破碎的冰块掉入承冰台上，配合电磁感应产生涡流的加热方式，可以将承冰台3404上的冰块加热，直至冰块逐渐融化成水从除冰舱底部的排冰孔36排出，从而不会出现冰块直接掉落的情况，减少了桥下行人和车辆通行发生危险的可能性。

如图7所示，本申请还提供一种用于桥梁10除冰的负压机器人的行驶控制方法，包括以下步骤：

步骤1、开启工作腔内的太阳能蓄电池，给整个负压机器人供电。

步骤2、进一步地操作室工作，开启数字信号模块，向路况高清摄像头发布指令，路况摄像头工作，开始对桥面路况进行监控。

步骤3、通过高清摄像头对桥梁10路面监控判断路况是否安全，如果安全，执行步骤4负压机器人安全行驶；否则执行步骤5负压机器人停止行驶。

步骤4、负压机器人通过路况识别路面安全，进入安全行驶状态，具体步骤如下：

步骤4.1、通过路况监控识别判断桥梁10路面是否结冰打滑，如果桥梁10路面没有结冰情况，则负压机器人进入步骤4.1.1的运动状态；如果结冰打滑，进一步地步骤4.2.1负压机器人进入防滑状态，进一步地步骤4.2.2操作室向工作腔传达指令，进一步地步骤4.2.3工作腔工作启动负压组件，进一步地步骤4.2.4通过工作腔加压，进一步地步骤4.2.5来保证机器人紧贴桥梁10路面继续安全行驶，返回步骤4。

步骤5、负压机器人通过路况识别监控桥梁10路面路况如果不安全，则使负压机器人进入停止行驶状态，具体步骤如下：

步骤5.1操作室向工作腔传达指令，进一步地步骤5.2启动负压组件，进一步地步骤5.3工作腔加压，进一步地步骤5.4固定桥梁10路面，进一步地步骤5.5机器人待机工作，等待路况识别桥梁10路面是否能安全行驶，如果能则返回步骤3。

如图8所示，本申请还提供一种用于桥梁10除冰的负压机器人的除冰控制方法，包括以下步骤：

步骤S100：负压机器人操作室利用除冰监控采集桥梁10下表面的结冰点L1和结冰冰棱厚度H1，操作室根据采集到的桥梁10下表面的结冰点L1和冰凌厚度H1分析外界桥梁10结冰情况。

步骤S200：操作室根据步骤S100中所采集的桥梁10下表面的结冰方位L1和锯结冰冰棱厚度H1，以及外界结冰情况判断桥梁10下表面是否满足除冰要求。

步骤S300：若判断结冰方位L1处满足除冰要求，则操作室命令水平伸缩梁和垂直伸缩梁使除冰机构到达结冰点L1附近，之后再通过除冰高清摄像头观看冰棱大小以及具体位置进行除冰，并进入步骤S400；若判断桥梁10下表面不满足除冰要求，则负压机器人继续在桥面向前行驶，通过除冰高清摄像头分析下一个桥梁10下表面结冰点，返回步骤S100。

步骤S400：操作室向除冰装置下达命令开始除冰，除冰装置通过超声波切刀组件将冰棱锯断，从而冰棱掉入除冰舱中，与此同时利用除冰监控采集桥梁10侧表面的结冰点L2，分析结冰厚度H2，操作室根据采集到的桥梁10侧表面的结冰点L2和冰凌厚度H2分析桥梁10侧表面的结冰情况。

步骤S500操作室根据步骤S400中所采集的桥梁10侧表面的结冰方位L2和结冰冰棱厚度H2，以及桥梁10侧表面结冰情况判断是否满足加热要求。

步骤S600：若判断满足加热要求，则操作室命令水平伸缩梁和垂直伸缩梁使除冰机构到达结冰点L2，下一步使加热模块紧贴桥梁10侧表面薄冰进行加热，直至桥梁10侧表面的冰慢慢地完全融化，当除冰高清摄像头判断结冰点L2无明显薄冰后，停止加热模块；若不满足加热要求，则负压机器人继续在桥面向前行驶，通过除冰高清摄像头分析下一个桥梁10侧表面结冰点，返回步骤S400。

本申请用于桥梁除冰的负压机器人，对相关技术，明显产生了以下技术贡献：

1.本申请用于桥梁除冰的负压机器人包括工作腔、驱动轮、履带和吸盘组件等，驱动轮与履带可以同步转动，保证了吸盘组件可以随上述两者移动，该机器人由工作腔提供负压后，经负压传递给吸盘组件，使得吸盘组件通过橡胶圈能够吸附在桥面上，在移动的过程中，利用操作室控制工作腔传递给吸盘组件的吸附力，方便其连续的吸附和隔断，实现其连续的负压移动，使负压机器人能在桥面上安全行驶，减少在冰面等复杂路况上打滑的现象。

2.该种用于桥梁除冰的负压机器人，数字监控模块分别设置在操作室端部和垂直伸缩梁一侧，路况高清摄像头可以在负压机器人桥面行驶时对桥梁桥面路况进行实时监控，以保证负压机器人安全行驶；除冰高清摄像头可以在除冰机构在除冰中对桥梁下表面和侧表面进行监控，智能除去桥梁下表面和侧表面的冰棱和薄冰。

3.该种用于桥梁除冰的负压机器人，除冰机构通过设置除冰舱、加热模块和超声波切刀组件，可以在使用时需要对大型的冰凌进行切除的时候，若桥梁下表面的冰凌的下方有电子设备或者行人行车的时候不便时采用强行割据式的破除行动，此时即可先配合先用除冰舱将冰凌装住，避免冰凌的碎块到处飞溅，之后再启动碎冰组件通过气动电机使碎冰刀盘转动将大的冰棱进行初次碎冰，从而使冰块慢慢地滚入承冰台中，之后再通过电磁加热组件，将冰块进一步地加热融化，随后融化的冰通过除冰舱底部的排冰孔排除。除此之外，加热模块可以贴紧桥梁侧表面对侧面的薄冰加热，使其慢慢地融化成水滴，最大程度的确保了下方行人和车辆的安全；

4.该种用于桥梁除冰的负压机器人，通过配合除冰舱内的风机的设置，风机吹出的热风可将除冰舱内碎成的冰渣慢慢的融化，防止冰渣的堆积堵住除冰舱的排冰孔，帮助冰渣顺利从排冰孔排出。

5.该种用于桥梁除冰的负压机器人，通过负压机器人的前后行驶，可以在使用时能够带动除冰机构，将超声波切刀组件以直线返运动，进而可以不断的对冰凌的根部形成割锯啃食，以慢慢将冰凌锯断。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。