关于桥梁裂缝智能检测机器人的研究

关于桥梁裂缝智能检测机器人的研究

作者：高娟

来源：《科技风》2018年第06期

摘要：本文主要研究一种用于山比较近且所建桥梁常年受到偶然作用的几率极大，可以预防灾害的桥梁裂缝智能检测机器人。从桥梁裂缝智能检测机器人的结构、研究特色、研究价值上分别做了研究分析。

关键词：智能检测；结构；研究特色

为了能够快速准确检测道路桥梁建筑物的安全性，随着道路桥梁检测技术日渐成熟，未来逐步从原来人工用肉眼观察道路桥梁产生的裂缝由专门的智能机器人代替。目前，我国在道路桥梁方向研发的智能检测裂缝技术也相继取得了一定的成果，智能化从自动的视频图像检测到桥梁震动感应芯片，都体现了一定的科技含量。例如研发的智能桥检车，其形式各种各样，最早的时候是可自由伸缩的机械手臂式，后来又有了桁架式、轨道式等智能检测车。除了智能检测车外，还有各种爬壁机器人，利用其顶尖技术来实现攀爬墙壁，其功能应用也越来越广泛。根据它们的应用特点有磁吸附式爬壁机器人、仿生吸附爬壁机器人、静电吸附式爬壁机器人、正负压吸附式爬壁机器人等，而且大部分智能检测机器人已经投入生产作业中。在创新创业的大时代背景下，“互联网+”智能化检测机器人已成为趋势。并突显了一定的实用价值。

我国离山比较近的地方，所建桥梁受到偶然作用的几率极大，山体滑坡、桥梁塌陷几乎无时无刻会给人带来危害灾难。发明一种利

用视觉技术观察裂缝、破损及部分毁坏区段的智能机器人很有必要。本文主要研究履带式吸盘爬臂机器人，依靠真空泵等动力装置，将吸盘内部气体抽出并与外界大气压形成一定的压力差，实现吸附在桥梁底部移动，以四轮驱动带动履带，履带上安装上滑动吸盘，滑动吸盘通过离心真空泵在吸盘密封腔内产生负压，最终使机器人附着于桥梁壁面。基本结构见图1：

主要结构由行走转向机构、吸附机构、吸盘及伸缩装置、视觉装置摄像头和控制系统。行走转向机构采用坦克履带结构如图2，履带内部底部有3个滑轮，上部有1个滑轮驱动，吸附机构主要由安装在链条上的吸盘及真空装置。该机器人的特点主要采用了双履带和多吸盘相配合的结构实现转向，也可以解决越障。左右两边旋转接头处通过离心真空泵供给每一个吸盘，可用较轻质材料将气管分离，避免缠绕，供气不足。视觉装置摄像头可以清晰的桥梁裂缝、破损情况反馈到无线遥感屏幕上，安置在智能机器人前侧。既能吸附在桥梁底部观测裂缝，又能在道路公路较高地方即人肉眼观测不到的地方进行观测。在智能机器人中轴处左右两侧可以安放钢丝刷或打磨刷，打磨裂缝四周不小于20mm的范围，目的主要清除混凝土表面碳化部分和污染物等杂物，打磨深度约为1～3mm，最终实现清缝功能。

一、履带吸盘爬壁机器人结构研究特色

从结构原理的角度既融合了吸盘式真空吸附和履带移动的优点，体现了视觉技术探测的特点，同时代替了人工初步完成了一小部分清缝的功能。克服了以往爬臂机器人的一些缺点，以往的桥梁检测机器人主要功能是达到人们难以观察的部位之进行拍照取样，进行裂缝观测，再采取施工方案，除了可以代替人工观测外，施工方面大部分还得需要人工完成，比较单一。综合讲，履带吸盘机器人的结构原理具有一下特色：

（1）采用履带式，其与表面摩檫力较大，既可以灵活越障，不仅仅只是在桥梁底部，比较高的山区也具有较大的优势，四轮履带式在行走过程中，不会与壁面直接接触，减少了磨损，提高了智能机器人的寿命，再附加吸盘真空式，使其附着力更大，承重大，同时扩大了智能机器人的工作范围。

（2）吸盘进气系统可以稳定可靠地完成进气抽气的工作，解决了原来旋转中的履带间通气管互相缠绕打结的问题。

（3）采用履带轮和履带相连接的方式大大实现了平稳快速地移动，其主动轮带动从动轮促使履带灵活地避开弯曲处，使履带受力最小，减少了对履带的磨损，提高了使用寿命。

（4）采用履带吸盘式，其在壁面的附着力、摩檫力增大的同时，把整体结构可以做小，增加使用功能，可以在实现检测的基础上，附加其他功能，例如桥梁清缝等功能。

二、履带吸盘爬臂机器人结构的研究价值

（1）将履带移动和真空吸盘结合，开发出一种全新的智能爬臂机器人，由原来的功能单一到实现小部分代替人工智能，再次基础上使爬臂机器人有了进一步的创新。

（2）以往磁吸附式爬壁机器人运动灵活性不好，靠磁轮的吸附力吸附在导磁壁面上，吸附面积小，磁能利用率不高，负载能力较差，而履带吸盘智能机器人克服了磁吸附式中的一些缺点，应用范围更广。

（3）本文所研发的履带吸盘爬臂机器人作用不仅可以用于桥梁裂缝，在其他工程当中同样也可以使用，例如隧道裂缝检测、壁面清洁等，这些功能开发出后能够产生很好的社会效益和带来较高经济效益。

未来的桥梁检智能测机器人应该就是一步一步人工智能化，能够自主无损地检测并识别桥梁损伤，不仅仅是裂缝，大面积地毁坏、凹坑、塌陷等都能清楚地识别出来，包括超生探伤、红外探伤技术都可以应用其中进行探测。对于一些小损伤，逐步实现能够自动对桥梁进行修补（填缝、补缝等）。高度人工智能化，就是可以将桥梁完全智能化，既能用智能机器人对桥梁检测的时候，实现桥梁与智能机器人之间的信息互通，并形成桥梁运营期一整套健康检测数据链条，最终对整体桥梁使用阶段有一个详细完整的评估。这些都是我们值得进一步研究和探索的。