關于橋梁裂縫智能檢測機器人的研究

高娟

摘 要：本文主要研究一種用于山比較近且所建橋梁常年受到偶然作用的幾率極大，可以預防災害的橋梁裂縫智能檢測機器人。從橋梁裂縫智能檢測機器人的結構、研究特色、研究價值上分別做了研究分析。

關鍵詞：智能檢測；結構；研究特色

為了能夠快速準確檢測道路橋梁建筑物的安全性，隨著道路橋梁檢測技術日漸成熟，未來逐步從原來人工用肉眼觀察道路橋梁產生的裂縫由專門的智能機器人代替。目前，我國在道路橋梁方向研發的智能檢測裂縫技術也相繼取得了一定的成果，智能化從自動的視頻圖像檢測到橋梁震動感應芯片，都體現了一定的科技含量。例如研發的智能橋檢車，其形式各種各樣， 最早的時候是可自由伸縮的機械手臂式，后來又有了桁架式、軌道式等智能檢測車。除了智能檢測車外，還有各種爬壁機器人，利用其頂尖技術來實現攀爬墻壁，其功能應用也越來越廣泛。根據它們的應用特點有磁吸附式爬壁機器人 、仿生吸附爬壁機器人、 靜電吸附式爬壁機器人、正負壓吸附式爬壁機器人等，而且大部分智能檢測機器人已經投入生產作業中。在創新創業的大時代背景下，“互聯網+”智能化檢測機器人已成為趨勢。并突顯了一定的實用價值。

我國離山比較近的地方，所建橋梁受到偶然作用的幾率極大，山體滑坡、橋梁塌陷幾乎無時無刻會給人帶來危害災難。發明一種利

用視覺技術觀察裂縫、破損及部分毀壞區段的智能機器人很有必要。本文主要研究履帶式吸盤爬臂機器人，依靠真空泵等動力裝置，將吸盤內部氣體抽出并與外界大氣壓形成一定的壓力差，實現吸附在橋梁底部移動，以四輪驅動帶動履帶，履帶上安裝上滑動吸盤，滑動吸盤通過離心真空泵在吸盤密封腔內產生負壓，最終使機器人附著于橋梁壁面。基本結構見圖1：

主要結構由行走轉向機構、吸附機構、吸盤及伸縮裝置、視覺裝置攝像頭和控制系統。行走轉向機構采用坦克履帶結構如圖2，履帶內部底部有3個滑輪，上部有1個滑輪驅動，吸附機構主要由安裝在鏈條上的吸盤及真空裝置。該機器人的特點主要采用了雙履帶和多吸盤相配合的結構實現轉向，也可以解決越障。左右兩邊旋轉接頭處通過離心真空泵供給每一個吸盤，可用較輕質材料將氣管分離，避免纏繞，供氣不足。視覺裝置攝像頭可以清晰的橋梁裂縫、破損情況反饋到無線遙感屏幕上，安置在智能機器人前側。既能吸附在橋梁底部觀測裂縫，又能在道路公路較高地方即人肉眼觀測不到的地方進行觀測。在智能機器人中軸處左右兩側可以安放鋼絲刷或打磨刷，打磨裂縫四周不小于20mm的范圍，目的主要清除混凝土表面碳化部分和污染物等雜物，打磨深度約為1～3mm，最終實現清縫功能。

一、履帶吸盤爬壁機器人結構研究特色

從結構原理的角度既融合了吸盤式真空吸附和履帶移動的優點，體現了視覺技術探測的特點，同時代替了人工初步完成了一小部分清縫的功能。克服了以往爬臂機器人的一些缺點，以往的橋梁檢測機器人主要功能是達到人們難以觀察的部位之進行拍照取樣，進行裂縫觀測，再采取施工方案，除了可以代替人工觀測外，施工方面大部分還得需要人工完成，比較單一。綜合講，履帶吸盤機器人的結構原理具有一下特色：

（1）采用履帶式，其與表面摩檫力較大，既可以靈活越障，不僅僅只是在橋梁底部，比較高的山區也具有較大的優勢，四輪履帶式在行走過程中，不會與壁面直接接觸，減少了磨損，提高了智能機器人的壽命，再附加吸盤真空式，使其附著力更大，承重大，同時擴大了智能機器人的工作范圍。

（2）吸盤進氣系統可以穩定可靠地完成進氣抽氣的工作，解決了原來旋轉中的履帶間通氣管互相纏繞打結的問題。

（3）采用履帶輪和履帶相連接的方式大大實現了平穩快速地移動，其主動輪帶動從動輪促使履帶靈活地避開彎曲處，使履帶受力最小，減少了對履帶的磨損，提高了使用壽命。

（4）采用履帶吸盤式，其在壁面的附著力、摩檫力增大的同時，把整體結構可以做小，增加使用功能，可以在實現檢測的基礎上，附加其他功能，例如橋梁清縫等功能。

二、履帶吸盤爬臂機器人結構的研究價值

（1）將履帶移動和真空吸盤結合，開發出一種全新的智能爬臂機器人，由原來的功能單一到實現小部分代替人工智能，再次基礎上使爬臂機器人有了進一步的創新。

（2）以往磁吸附式爬壁機器人運動靈活性不好，靠磁輪的吸附力吸附在導磁壁面上，吸附面積小，磁能利用率不高，負載能力較差，而履帶吸盤智能機器人克服了磁吸附式中的一些缺點，應用范圍更廣。

（3）本文所研發的履帶吸盤爬臂機器人作用不僅可以用于橋梁裂縫，在其他工程當中同樣也可以使用，例如隧道裂縫檢測、壁面清潔等，這些功能開發出后能夠產生很好的社會效益和帶來較高經濟效益。

未來的橋梁檢智能測機器人應該就是一步一步人工智能化，能夠自主無損地檢測并識別橋梁損傷，不僅僅是裂縫，大面積地毀壞、凹坑、塌陷等都能清楚地識別出來，包括超生探傷、紅外探傷技術都可以應用其中進行探測。對于一些小損傷，逐步實現能夠自動對橋梁進行修補（填縫、補縫等）。高度人工智能化，就是可以將橋梁完全智能化，既能用智能機器人對橋梁檢測的時候，實現橋梁與智能機器人之間的信息互通，并形成橋梁運營期一整套健康檢測數據鏈條，最終對整體橋梁使用階段有一個詳細完整的評估。這些都是我們值得進一步研究和探索的。