斜拉橋拉索檢測機器人關鍵技術研究.pdf

1、拉索檢測機器人是針對斜拉橋的拉索進行自動檢測所研制的特種機器人，它綜合了智能移動載體技術、鋼絲的無損檢測技術和視覺檢測技術。斜拉橋已經在世界范圍內得到廣范應用，其主要受力構件的拉索必需定期檢測以保證大橋的安全性。因此，開展拉索檢測機器人的研究具有重要的科學意義和明顯的社會經濟效益。
　　 依托國家863計劃資助項目“橋梁懸索檢測機器人關鍵技術研究”(項目編號：2006AA04Z234)，結合深圳某檢測公司的實際工程需求，本文以3

2、00米高空的斜拉索為應用環(huán)境，對拉索檢測機器人的本體結構設計、動力學分析、拉索和機器人的動態(tài)響應及無損檢測等問題進行了系統(tǒng)研究，提出的雙邊輪式機器人能在不受風力的影響下進入人所不及的高空斜拉索環(huán)境中，通過攜帶的視頻設備和無損檢測裝置，對拉索保護層的表面狀況和內部鋼絲的斷絲情況進行無損檢測。論文的主要研究工作概如下：
　　 1.深入細致地分析了各種特種爬升機器人的運動方式和運動機理，通過綜合對比分析，結合拉索特定的環(huán)境及檢測作業(yè)需

3、求，確定了機構的運動方式，設計了輕型拉索檢測機器人的總體方案及本體爬升機構。
　　 2.針對橋梁拉索檢測專用機器人的安全回收要求，提出了一種基于反電動勢理論的安全節(jié)能回收方法。應用曲柄滑塊機構驅動氣缸設計了氣體阻尼裝置，以消耗機器人下降過程中因重力作用產生的多余動能。建立了機構數學模型，并對下降速度進行了仿真，實驗室及長江某斜拉橋現場試驗結果表明機器人能夠攜帶3.5kg重物，沿直徑為65mm～205 mm、傾角為30°～90°的

4、拉索自動平穩(wěn)勻速下滑，實現了電路系統(tǒng)出現故障時機器人的安全快速回收。
　　 3.對雙邊輪式爬升機器人的越障性能進行了分析，為了增強機器人越障能力，提出了一種改進的獨立彈簧支撐結構模型。依據機器人本體是否偏轉，分別對主、從輪越障時的運動學、動力學進行了分析；建立了機器人越障的數學模型，提出了機器人爬升能力的評價指標。仿真分析結果表明機構的越障能力有了很大的提高。
　　 4.分析了斜拉橋拉索的動態(tài)特性，推導了機器人勻速爬升時

5、，拉索的動態(tài)響應，計算了拉索振動對機器人的影響；為了分析機器人爬升時高空風載對高柔性的拉索系統(tǒng)的影響，根據相似原理建立了拉索的相似模型；設計了小型射流風洞系統(tǒng)對機器人在高空的運行狀態(tài)進行等效實驗；為有效地避開拉索與機器人的共振點，建立了機器人結構的有限元模型，并根據模態(tài)分析結果對機器人進行了結構優(yōu)化。
　　 5.基于電磁檢測原理，設計了一種可由拉索檢測機器人牽引的模塊化勵磁檢測傳感器。該傳感器由若干片單節(jié)勵磁器連接而成，圓周均布

6、環(huán)抱于拉索周圍。每節(jié)勵磁器上分別設置兩塊永磁鐵及霍爾元件來檢測斷絲信號。該勵磁器易安裝可方便調節(jié)，實現了對不同直徑的拉索圓周方向的均勻勵磁。在實驗室內，采用裝有鋼絲束的PVC管模擬斜拉索進行斷絲檢測實驗，并應用滑動平均法、分步去趨勢算法、帶通濾波器等多種方法進行數據處理。實驗結果表明，信號分析結果與拉索斷絲情況基本相符，所研制的無損檢測系統(tǒng)可以滿足橋梁斜拉索斷絲檢測的需要。
　　 6.根據斜拉索現場檢測要求，規(guī)劃了拉索表面損傷視