斜拉桥缆索检测机器人系统研究

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1、斜拉桥缆索检测机器人系统研究　摘要：文章介绍了斜拉桥缆索?z测机器人的结构组成。斜拉桥缆索是斜拉桥至关重要的组成部分，其寿命决定了整个桥梁的使用寿命。因此迫切需要定期对斜拉桥的拉索进行检测和维护。而机器人检测法是进行斜拉桥检测的众多方法中最便捷、高效、经济的。文章介绍的斜拉索机器人由机械结构、驱动部分、数据采集部分组成，将机械、电气、传感器融合在一起组成了一套全新的机电设备。该设备具有操作简便、结构简单、故障率低、运行效率高等优点。从而为斜拉桥缆索检测提供了一套完整可行的方法。本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论文，供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归

2、原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除已转载的信息。关键词：斜拉桥缆索；机电一体；多传感器融合　　引言　　斜拉桥由于其采用拉索来代替梁式桥的支墩，因此其成为了大跨度桥梁的主要桥型。斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组成。拉索作为斜拉桥的主要承重构件，是斜拉桥的"生命线"，造价占整座桥梁的30%左右[1]。定期针对拉索进行检测及维护工作对延长其服役寿命具有重要的意义。　　斜拉索是一种架设在高空的特殊杆状构件，内部钢丝束是拉索主要受力部分，钢丝束外层沿拉索长度方向连续缠绕右旋的细钢丝，或使用纤维增强聚氨酯带替代细钢丝缠绕，最外层使用黑色或彩色的高密度聚乙烯护套。索缆断面

3、结构呈正六边形或缺角六边形紧密排列[2]。　　注：1-高强度钢丝绳；2-缠绕细钢丝或纤维增强聚氨酯带；3-聚乙烯保护套；4-最外层聚乙烯保护套　　斜拉桥索缆长期处于露天服役状态，经历风吹雨淋日晒，其聚乙烯护套会产生不同程度的硬化和开裂现象，导致保护套内的钢丝束产生腐蚀。另外，拉索的无规则振动也会引起钢丝磨损。上述情况都会减低索缆的使用寿命，从而在斜拉桥使用过程中产生严重的隐患。国内外已发生过多起斜拉桥断缆或是因索缆严重腐蚀而导致斜拉桥整体换索的不幸事件[3]。例如委内瑞拉的Maracibo桥，英国的Wye桥，中国的广州海印桥，四川宜宾南门大桥，济南黄河大桥等。因此，为减少斜

4、拉桥拉索高昂的维护费用同时延长索缆的使用寿命，对在役拉索进行定期的检测和维护显得尤为重要。　　世界第一座斜拉桥是1955年德国DEMAG公司在瑞典修建的主跨为182.6m的斯特伦松德（Stromsund）桥[4]。斜拉桥的发展至今也仅经历了62年，属于新桥型，因此针对拉索的检测措施还很不完善。目前索缆常规检查方法包括以下三种：人工目测法、支架法、吊篮检测和维护法。人工目测法是未借助其它机械外力，单单依靠目测设备进行观测、检查。由于缆索表面一般布满灰尘，此法不能把缆索表面所有部分检查清楚，并且并非每一个位置都具备通视的条件。而支架法只适用于斜拉索较少的情况，这是因为该方法操作

5、效率低下，使用成本高且影响交通，操作人员工作环境极端恶劣，甚至会出现人员伤亡事故。至于吊篮检测和维护法，在索塔塔顶设立定滑轮吊点，使用卷扬机经定滑轮将载有人和涂料的吊篮缓慢拉升至塔顶。操作人员在高空中对全部缆索实行检查和维护工作。此方法可满足斜拉索的日常维护检查需求，并且可以维修表层的PE管，整体效果较好。然而检查设备结构复杂，费用高昂，仅适合大跨度斜拉索桥，同时该设备质量大，会造成缆索护套的二次损伤[5]。　　以上三种检测方法各有局限，都不能便捷有效地对缆索实现定期检测和保养。因此本课题组开发了一种可以沿着索缆自动爬升的检测机器人，通过机器人携带的摄像头对拉索表观病害进行

6、拍摄并将信号远程传回地面，通过人工判断拉索表皮的缺损状况及损坏位置。该技术可以提高拉索检测维护的效率和安全性，降低维护成本，具有良好的应用前景。　　2系统构成　　2.1爬升系统　　注：1-缆索；2-机身圈；3-控制模块；4-机身连杆；5-驱动轮；6-步进电机；7-从动轮；8-压紧弹簧　　缆索检测机器人机械部分结构如图3所示。机器人由两个机身环以及联接两个机身环的四根连杆组成。机器人爬升动力系统由四个驱动电机带动四个驱动轮以及两个自适应调整从动轮组成。驱动电机输出轴仅提供爬升所需的扭矩，爬升时所需的摩擦力由驱动轮提供，驱动轮所受到的径向力由驱动轮支架提供。可以通过调节六个分别

7、均布在圆周上的导轮支架距离索缆的距离实现适应各不同直径的索缆。支撑从动轮的弹簧可以实现该机器人的越障功能。该机器人的特点是结构简单，易于制造及使用。　　2.2控制系统　　爬索机器人的电气部分分成以下五个子系统：　　运动控制系统，无线通讯系统，图像传输系统，电源系统，以及地面图像接收及控制系统，其框架示意图如下：　　地面控制系统是由图像接受、运动控制软件和无线通讯模块组成，机器人通过地面控制实现上下爬行动作，将特定位置处的病害信息通过图像传输系统返回控制端电脑。通过控制端，操作人员可以实现机器人远程操控，实现诸如：前