巡检机器人

技术领域

本发明涉及桥梁底面检测，特别是巡检机器人。

背景技术

目前桥梁检测方法主要通过现场检测工程师借助移动支架、桥梁检测车等支架设备接近结构物，依靠目视观察的方法，并辅以必要检测设备(直尺、相机、裂缝测宽仪等)检查结构物表面缺陷、病害，随着机器人技术的发展，机器人作为移动检测设备，同时具有壁面吸附能力和壁面移动能力，能够应用在距离地面一定高度的建筑表面，已初步应用于桥梁检测领域。

现有的桥梁机器人通常通过移动轮实现机器人的行走，而对于桥底面而言，机器人则需要完全倒挂在桥梁底面上，而且在倒挂的过程中，还需要能够行走，因此现有的桥梁机器人都无法实现桥梁底面的全覆盖巡检。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可对桥梁底面进行巡检的巡检机器人。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：巡检机器人，包括横梁和若干并排间隔设置的纵梁，纵梁上安装有多个驱动纵梁纵向移动的纵梁纵向移动驱动系统，纵梁上还安装有驱动横梁相对纵梁纵向移动的横梁纵向移动驱动系统，相邻纵梁之间安装有通过调整纵梁之间间距实现巡检机器人横向爬行的横向爬行系统。

可选的，纵梁纵向移动驱动系统包括若干间隔设置的齿轮组a，纵梁的上部开设有上滑动腔，上滑动腔的顶部纵向开设有上通槽，位于上通槽两侧的上滑动腔内侧壁上安装有上齿条，若干齿轮组a的齿轮均与对应的上齿条啮合，且每一组齿轮组a通过一伺服电机a驱动，伺服电机a位于上滑动腔内，伺服电机a与连接部a的底部连接，连接部a的顶部安装有吸附部。

可选的，横梁纵向移动驱动系统包括齿轮组b，纵梁的下部开设有下滑动腔，下滑动腔内的底部纵向开设有下通槽，位于下通槽两侧的下滑动腔内侧壁上安装有下齿条，齿轮组b的齿轮与对应的下齿条啮合，且齿轮组b的齿轮通过伺服电机b驱动，伺服电机b位于下滑动腔内，伺服电机b连接有连接部b，连接部b的底部安装有安装架，安装架内安装有横梁。

可选的，横向爬行系统包括可变形的菱形链板，两相邻纵梁之间铰接有若干菱形链板，菱形链板上设置有使其伸缩变形的驱动单元。

可选的，纵梁上设置有连接耳，连接耳上开设有铰接孔，菱形链板的两端与铰接孔通过销轴铰接。

可选的，菱形链板包括多个菱形单元，多个菱形单元首尾铰接，驱动单元的两端分别铰接在一菱形单元的边角上，且驱动单元的轴心线与菱形单元的对角线重合。

可选的，菱形单元包括第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件，第一连接件的一端与第二连接件的一端通过销轴铰接，第一连接件的另一端与第三连接件的一端通过销轴铰接，第二连接件的另一端与第四连接件的另一端通过销轴铰接，第三连接件和第四连接件铰接，且第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件围成菱形结构，且驱动单元的两端与菱形单元对应的两对角线上的销轴铰接。

可选的，驱动单元为油缸，油缸的油缸座上设置有铰接座，油缸的伸缩杆上开设有铰接孔，铰接座铰接在菱形单元的一销轴上，伸缩杆铰接在菱形单元的另一销轴上，且油缸的轴心线与对应菱形单元的对角线重合。

可选的，菱形链板为多个，且多个菱形链板间隔设置，其中一菱形链板上铰接有第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆的另一端铰接在另一菱形链板上，且第一连杆、第二连杆和其对应的两菱形链板构成可以活动的平行四边形。

本发明具有以下优点：

1、本发明的巡检机器人，通过纵梁纵向移动驱动系统实现了纵梁的纵向移动，通过横梁纵向移动驱动系统，实现了横梁相对纵梁的纵向移动，因此该巡检机器人通过纵梁的纵向移动和横梁的纵向移动，实现了相对桥梁底面的纵向相对移动，从而实现了对桥梁底面的巡检，而且在巡检机器人还设置有横向爬行系统，在巡检过程中，可以根据实际情况，调整纵梁之间的间距，从而使得纵梁在巡检过程中，能够实现横向爬移，避开障碍物，增加巡检机器人的通用性和可靠性，而且在爬行过程中，始终具有多个吸附部吸附在桥梁底面，从而保证了巡检机器人不掉落，保证了巡检机器人爬行的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一；

图2为本发明的结构示意图二；

图3为纵梁的结构示意图；

图4为横梁的安装示意图；

图5为齿轮组a和齿轮组b在纵梁内的安装示意图；

图6为巡检机器人初始状态的结构示意图；

图7为纵梁不动，横梁移动到纵梁中部的结构示意图；

图8为吸附部b吸附后，纵梁以2V速度移动t/2之后的横梁的位置示意图；

图9为吸附部a吸附后，齿轮组B以2V速度移动t/2之后的横梁的位置示意图；

图10为吸附部b再次吸附后，纵梁以2V速度移动t/2之后的横梁的位置示意图；

图11为吸附部a再次吸附后，齿轮组B以2V速度移动t/2之后的横梁的位置示意图；

图12为调距机构的安装示意图；

图13为图12中A-A的剖视示意图；

图14为图12中B-B的剖视示意图；

图15为驱动单元的结构示意图；

图16为连接耳的安装示意图；

图中，100-纵梁，200-纵梁纵向移动驱动系统，300-横梁纵向移动驱动系统，400-吸附部，500-横梁，600-菱形单元，700-驱动单元，101-上滑动腔，102-上通槽，103-上齿条，104-下齿条，105-下滑动腔，106-下通槽，107-纵梁a，108-纵梁b，109-纵梁c，110-连接耳，201-齿轮组a，202-连接部a，203-齿轮组A，204-齿轮组B，301-齿轮组b，302-安装架，303-连接部b，401-吸附部a，402-吸附部b，601-第一连接件，602-第二连接件，603-第三连接件，604-第四连接件，605-销轴，606-第一连杆，607-第二连杆，701-油缸座，702-伸缩杆，703-铰接座。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～图5所示，巡检机器人，包括横梁500和若干并排间隔设置的纵梁100，优选的，纵梁100和横梁500均采用铝合金材质制成，能够整体减轻巡检机器人的重量，从而降低巡检机器人横向爬行和纵向移动的难度，如图3所示，在纵梁100的上部开设有上滑动腔101，在纵梁100的下部开设有下滑动腔105，上滑动腔101和下滑动腔105均为矩形腔体，而且上滑动腔101的顶部纵向开设有上通槽102，下滑动腔105内的底部纵向开设有下通槽106。

在本实施例中，纵梁100上安装有多个驱动纵梁100纵向移动的纵梁纵向移动驱动系统200，纵梁100上还安装有驱动横梁500相对纵梁100纵向移动的横梁纵向移动驱动系统300，相邻纵梁100之间安装有调整纵梁100之间间距的调距机构。

在本实施例中，如图4所示，纵梁纵向移动驱动系统200包括若干间隔设置的齿轮组a201，齿轮组a201至少包括一对齿轮，位于上通槽102两侧的上滑动腔101内侧壁上安装有上齿条103，若干齿轮组a201的齿轮均与对应的上齿条103啮合，且每一组齿轮组a201通过一伺服电机a驱动，伺服电机a优选的选用双轴伺服电机，双轴伺服电机的动力输出轴分别连接有一齿轮，而齿轮又与上齿条103啮合，因此伺服电机a工作时，则会带动齿轮转动，从而使得纵梁100与齿轮组a201发生相对移动。

在本实施例中，如图4所示，伺服电机a位于上滑动腔101内，伺服电机a与连接部a202的底部连接，连接部a202的顶部安装有吸附部400，在实践过程中，可以设置一个机架，然后将伺服电机a安装在机架内，然后伺服电机a的动力输出轴则与齿轮组a201的齿轮连接，而连接部a202则可以与机架连接，使得伺服电机a和连接部a202同步移动。

在本实施例中，如图5所示，齿轮组a201为四组，且两间隔的齿轮组a201同步运动，优选的，吸附部400为吸盘，当吸盘吸住桥梁底面时，此时伺服电机a工作，由于吸盘不动，此时伺服电机a也不会发生纵向位移，随着伺服电机a带动齿轮组a201上的齿轮转动，从而使得纵梁100则会纵向移动。

在本实施例中，如图4所示，横梁纵向移动驱动系统300包括齿轮组b301，齿轮组b301的齿轮与对应的下齿条104啮合，且齿轮组b301的齿轮通过伺服电机b驱动，伺服电机b位于下滑动腔105内，伺服电机b连接有连接部b303，连接部b303的底部安装有安装架302，安装架302内安装有横梁500，同样的，位于下通槽106两侧的下滑动腔105内侧壁上安装有下齿条104，齿轮组b301的齿轮均与对应的下齿条104啮合，且每一组齿轮组b301通过一伺服电机b驱动，伺服电机b优选的选用双轴伺服电机，双轴伺服电机的动力输出轴分别连接有一齿轮，而齿轮又与下齿条104啮合，因此伺服电机b工作时，则会带动齿轮转动，从而使得纵梁100与齿轮组b301发生相对移动，在本实施例中，由于横梁500处于悬空状态，横梁500通过安装架302与伺服电机b和齿轮组b301做同步运动，因此当伺服电机b工作后，齿轮组b301的齿轮转动，从而使得齿轮组b301沿纵梁100纵向移动，此时横梁500则沿纵梁100纵向移动，横梁500上则安装有若干检测设备，如：高清相机、传感器、信号发射器和信号接收器，也就是说，当伺服电机工作，横梁500则开始纵向移动，随着横梁500的纵向移动，高清相机则能够将其拍摄的内容传输到存储器，通过计算机图像识别技术，绘制出裂缝的形状，测量出裂缝长度、宽度。

在本实施例中，纵梁100为多个，且纵梁100间隔设置，横梁500横穿多个安装架302，优选的，纵梁100为三个且并排间隔设置，通过每两个纵梁100吸附，另一个纵梁100横向变距，可实现巡检机器人的横向爬行移动。

在本实施例中，如图12所示，横向爬行系统包括可变形的菱形链板600，两相邻纵梁100之间铰接有若干所述菱形链板600，如图16所示，纵梁100上设置有连接耳110，连接耳110上开设有铰接孔，菱形链板600的两端与铰接孔通过销轴铰接，菱形链板600上设置有使其伸缩变形的驱动单元700，菱形链板600包括多个菱形单元，多个菱形单元首尾铰接，如图15所示，驱动单元700的两端分别铰接在一菱形单元的边角上，且驱动单元700的轴心线与菱形单元的对角线重合，因此当驱动单元700工作时，就可使得菱形链板600变形，从而与菱形链板600两端连接的纵梁100之间的横向间距也就得到了改变。

在本实施例中，如图12～图15所示，菱形单元包括第一连接件601、第二连接件602、第三连接件603和第四连接件604，第一连接件601的一端与第二连接件602的一端通过销轴605铰接，第一连接件601的另一端与第三连接件603的一端通过销轴605铰接，第二连接件602的另一端与第四连接件604的另一端通过销轴605铰接，第三连接件603和第四连接件604铰接，且第一连接件601、第二连接件602、第三连接件603和第四连接件604围成菱形结构，且驱动单元700的两端与菱形单元对应的两对角线上的销轴605铰接，进一步的，驱动单元700为油缸，油缸的油缸座701上设置有铰接座703，油缸的伸缩杆702上开设有铰接孔，铰接座703铰接在菱形单元的一销轴605上，伸缩杆702铰接在菱形单元的另一销轴605上，且油缸的轴心线与对应菱形单元的对角线重合，优选的，油缸的轴心线与纵梁100平行，因此当油缸工作时，能够使得菱形单元具有较大的形变，从而增加纵梁100的爬行距离。

在本实施例中，如图12～图15所示，菱形链板600为多个，且多个菱形链板600间隔设置，其中一菱形链板600上铰接有第一连杆606和第二连杆607，第一连杆606和第二连杆607的另一端铰接在另一菱形链板600上，且第一连杆606、第二连杆607和其对应的两菱形链板600构成可以活动的平行四边形，因此，当油缸工作时，能够保证多个菱形链板600同步伸缩，从而增加了纵梁100爬行的稳定性。

如图2所示，以纵梁100为三根为例，来说明巡检机器人的横向爬行过程，先将纵梁100分为纵梁a107、纵梁b108和纵梁c109，每一个纵梁100上具有四个吸附部400，而两个纵梁100之间具有四个菱形链板600，而每个菱形链板600又由两个菱形单元构成，每两个菱形链板600为一组，优选的，两组菱形链板600关于两纵梁100中线的连线对称设置，进一步的，第三连接件603和第四连接件604的长度大于第一连接件601和第二连接件602，且第三连接件603的两端均铰接有第一连接件601，第四连接件604的两端均铰接有第二连接件602，而第一连杆606的两端分别与同组的菱形链板600的两第三连接件603的两端铰接，第二连杆607的两端分别与同组的菱形链板600的两第三连接件603的两端铰接，或则，第一连杆606的两端分别与同组的菱形链板600的两第四连接件604的两端铰接，第二连杆607的两端分别与同组的菱形链板600的两第四连接件604的两端铰接，因此第一连杆606、第二连杆607则与对应的两第三连接件603构成可以活动的平行四边形或第一连杆606、第二连杆607则与对应的两第四连接件604构成可以活动的平行四边形，当巡检机器人需要横向爬行时，其中一纵梁100移动，而另外两个纵梁100则不移动，以纵梁a107为例，当需要将纵梁a107进行横向伸出调节时，此时，纵梁b108和纵梁c109上的吸附部400则吸住桥梁的底面，而纵梁a107上的吸附部400则松开，然后两个油缸同时工作，伸缩杆702收缩，从而使得菱形支架的对角线a缩短，对角线b变长，由于纵梁b108的位置不变，因此纵梁a107则相对纵梁b108横向伸出，同理，当纵梁a107进行横向收缩调节时，此时，纵梁b108和纵梁c109上的吸附部400则吸住桥梁的底面，而纵梁a107上的吸附部400则松开，然后两个油缸同时工作，伸缩杆702伸出，从而使得菱形支架的对角线a变长，对角线b缩短，由于纵梁b108的位置不变，因此纵梁a107则相对纵梁b108横向收缩，从而实现了纵梁a107的横向位置调整，同理，纵梁a107和纵梁c109上的吸附部400则吸附，纵梁b108上的吸附部400则松开，对应的油缸工作，实现纵梁b108在横向位置的调整，纵梁a107和纵梁b108上的吸附部400则吸附，纵梁c109上的吸附部400则松开，对应的油缸工作，实现纵梁c109在横向位置的调整，因此通过改变纵梁a107、纵梁b108和纵梁c109的横向位置，从而实现巡检机器人的横向爬行。

巡检机器人的纵梁100之间的间距调整好后，巡检机器人则需要进行纵向移动，从而完成对整个桥梁底面的检测，当吸附部400吸附在桥量底面后，则使得纵梁100能够相对桥梁底面移动，因此使得巡检机器人具有爬行功能，也以三个纵梁100为例，说明巡检机器人的爬行过程，纵梁100在纵向移动时，均为同步移动，由于纵梁100是悬挂在桥梁底面的，其纵梁100下方没有任何支撑物，全靠吸盘吸附，为保证纵梁100移动可靠性，在本实施例中，如图2所示，纵梁100上设置有四个吸附部400，每一个吸附部400对应一个齿轮组a201，因此齿轮组a201也具有四个，然后再对四个吸附部400分成两组，即吸附部a401和吸附部b402，分组标准为相邻两个吸附部400不能为一组，而与吸附部a401对应的齿轮组则为齿轮组A203，与吸附部b402对应的齿轮组则为齿轮组B204，当巡检机器人放置在桥梁底面后，此时处于初始状态，如图6所示，当巡检机器人处于初始位置后，此时纵梁100的纵向两端各有一个吸附部a401和吸附部b402，而纵梁100的中部也具有一个吸附部a401和吸附部b402，其中，两个吸附部a401之间的间距与两个吸附部b402之间的间距相同，横梁500则位于纵梁100端部的吸附部a401下方，而且此时，吸附部a401和吸附部b402均吸住桥梁底面，刚开始巡检时，如图7所示，吸附部a401则需要吸附在桥梁底面，然后齿轮组b301工作，使得横梁500以速度V运动至桥梁的中部，运行时间为t，然后吸附部b402吸附在桥梁底面，吸附部a401松开，此时与吸附部b402对应的齿轮组B204工作，由于吸附部b402处于吸附状态，此时吸附部b402下方的齿轮组B204工作，从而使得纵梁100向前移动，而此时，吸附部a401处于松开状态，因此吸附部a401、横梁500与纵梁100做同步移动，在移动过程中，纵梁100则以2V的速度向前移动，运行时间为t/2，为保证横梁500检测的稳定性，横梁500的移动速度的稳定，此时，齿轮组b301反向工作，使得横梁500以速度V往后移动，运行时间为t/2，从而使得横梁500相对于桥梁底面以速度V往前移动，如图8和图9所示，然后吸附部a401吸附在桥梁底面，齿轮组A203停止工作，纵梁100不动，吸附部b402松开，齿轮组B204工作，吸附部b402以2V的速度向前移动，齿轮组b301工作，横梁500以V的速度向前移动，运行时间为t/2，当运行完成后，齿轮组b301则处于纵梁100的中部，然后吸附部a401松开，吸附部b吸附，齿轮组B204工作，使得纵梁100以2V的速度往前移动，运行时间为t/2，而此时横梁500以速度V往后移动，运动时间为t/2，当运行完成后，如图10和图11所示，吸附部a再次吸附在桥梁底面，齿轮组A203停止工作，纵梁100不动，吸附部b402松开，齿轮组B204工作，吸附部b402以2V的速度向前移动，齿轮组b301工作，横梁500以V的速度向前移动，运行时间为t/2，齿轮组b301则处于纵梁100的中部，然后吸附部a401再松开，吸附部b402吸附，齿轮组B204工作，使得纵梁100以2V的速度往前移动，运行时间为t/2，而此时横梁500以速度V往后移动，运动时间为t/2，然后重复上述动作，从而使得巡检机器人持续的相对桥梁底面移动，完成桥梁底面的巡检，由于每次移动时，均具有两个吸附部400吸住桥梁底面，从而保证了巡检机器人纵向移动的可靠性，当桥梁底面巡检完成后，然后巡检机器人回到初始状态，操作人员取下巡检机器人即可。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。