一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬装置及方法
阅读说明：本技术 一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬装置及方法 (Accurate positioning and climbing device and method for bridge cable detection device ) 是由 孟庆领 王海良 刘中宪 杨振舰 郭红梅 周燕 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬装置及方法,包括步骤：接收检测终端的攀爬控制指令；根据攀爬控制指令和实时采集攀爬定位数据计算各个攀爬单元的攀爬参数；将各个攀爬单元的攀爬参数发送至相应的攀爬单元,实现个攀爬单元的协同攀爬。本发明适用于斜拉桥桥梁缆索,在爬升过程中具有较好的可靠性和稳定性,能够实现检测精准定位,为检测提供稳定可靠的检测基础。(The invention discloses a precise positioning and climbing device and a method of a bridge cable detection device, wherein the method comprises the following steps: receiving a climbing control instruction of a detection terminal; calculating climbing parameters of each climbing unit according to the climbing control instruction and the real-time collected climbing positioning data; and sending the climbing parameters of each climbing unit to the corresponding climbing units to realize the cooperative climbing of each climbing unit. The invention is suitable for cable-stayed bridge cables, has better reliability and stability in the climbing process, can realize accurate detection positioning and provides a stable and reliable detection basis for detection.)
技术领域
本发明属于桥梁检测技术领域，特别是涉及一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬装置及方法。
背景技术
斜拉桥作为一种新型桥梁，凭借跨越能力大、性价比高、抗震性能好等优点在世界上得到了越来越广泛的应用。我们自二十世纪六十年代建立第一座斜拉桥，至今在全国各地己经有了上百座斜拉桥的应用，并且在长度和数目上都属于世界前列。如此大规模斜拉桥的应用必然会出现拉索的损坏情况，从而威胁到桥梁的安全和人身财产安全。因此桥梁建设及养护工作者日益正视桥梁缆索的安全运营，并通过多种手段进行改进和提高。可通过攀爬装置携带检测设备对斜拉桥的缆索进行检测。
但是，目前的爬升行走装置，并不适用于斜拉桥的缆索使用，在爬升过程中的可靠性和稳定性较差，无法实现精准定位，无法为检测提供稳定可靠的检测基础。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬装置及方法，适用于斜拉桥桥梁缆索，在爬升过程中具有较好的可靠性和稳定性，能够实现检测精准定位，为检测提供稳定可靠的检测基础。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬方法，包括步骤：
S10,接收检测终端的攀爬控制指令；
S20,根据攀爬控制指令和实时采集攀爬定位数据计算各个攀爬单元的攀爬参数；
S30,将各个攀爬单元的攀爬参数发送至相应的攀爬单元，实现个攀爬单元的协同攀爬。
进一步的是，检测终端通过无线网络将攀爬控制指令发送至攀爬装置，由攀爬装置的攀爬控制器根据攀爬控制指令计算各个攀爬单元的攀爬参数。
进一步的是，在所述S20中,根据攀爬控制指令计算各个攀爬单元的攀爬参数，包括步骤：
S21,根据攀爬控制指令计算各个攀爬单元的初始攀爬参数；将各个攀爬单元的初始攀爬参数发送至相应的攀爬单元，实现各个攀爬单元的协同攀爬；
S22，实时采集攀爬定位数据，根据当前攀爬定位数据控制攀爬单元的攀爬状态。
进一步的是，在攀爬单元的滚轮驱动转轴处设置有轴角传感器，轴角传感器连接至攀爬控制器；由轴角传感器获取当前周期的攀爬定位数据，根据当前攀爬定位数据调节攀爬单元的攀爬状态；
获取当前周期所有攀爬单元的攀爬定位数据，进行比对判断，对发生偏位现象的攀爬单元进行调节调整。
进一步的是，所述对比判断过程包括步骤：
S221,获取当前所有攀爬单元的攀爬定位数据X＝[X1,X2,……，Xn]；
S222,根据攀爬控制指令中设定攀爬速度、攀爬时间周期、周期数和前一周期位置，计算当前攀爬周期的理论行进距离X标；
S223,根据理论行进距离与攀爬定位数据X中各个值进行比较，获得目标差值D＝[X1-X标,X2-X标,……，Xn-X标]；
S224,在目标差值数列中选择最小值下的攀爬单元作为目标单元；
S225,目标单元的攀爬定位数据与其他各个待调节攀爬单元的攀爬定位数据进行比较，差值大于误差预设范围，则判定该待调节攀爬单元需要调节，获取所有需要调节的攀爬单元；
S226,获取所有需要调节的攀爬单元中，判断该攀爬单元的攀爬定位数据若高于目标单元的攀爬定位数据则对该单元电机进行减速，若低于则对该单元电机进行加速。
进一步的是，由轴角传感器获取当前周期的攀爬定位数据为：根据轴角传感器采集的脉冲数计算滚轮的相应行进距离作为攀爬定位数据；
根据滚轮直径的大小算出周长，再除以轴角传感器的脉冲参数标定值，即可得到1个脉冲代表基础行进距离；根据采集的脉冲数乘以基础行进距离得到该周期下滚轮的相应行进距离。
另一方面，本发明还提出了一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬装置，包括支撑主体、多个攀爬单元和攀爬控制器，在所述支撑主体两端环绕设置有多个攀爬单元，多个攀爬子单元相互对应并将待检测桥梁缆索环抱在其中，沿桥梁缆索移动；由检测终端无线发送控制指令至攀爬控制器控制各个攀爬单元运行，根据攀爬控制指令和实时采集攀爬定位数据计算各个攀爬单元的攀爬参数,将各个攀爬单元的攀爬参数发送至相应的攀爬单元，实现个攀爬单元的协同攀爬。
进一步的是，所述攀爬单元包括移动推进组件、电机、减速器、滚轮、底座和轴角传感器；在所述底座上安装有移动推进组件，在所述移动推进组件上安装有电机，所述电机的转轴通过减速器带动滚轮转动；在所述支撑主体端头处横向安装所述底座，使攀爬机构置于支撑主体端头处，且滚轮对向桥梁缆索；所述轴角传感器安装在滚轮驱动转轴处，所述滚轮驱动转轴连接电机转轴；
通过移动推进组件调节电机的位置，夹紧桥梁缆索；通过电机驱动滚轮滚动实现整个装置沿桥梁缆索移动，同时通过减速器控制攀爬工况；各个攀爬子单元的电机和减速器与攀爬控制器电连接，攀爬控制器与中心控制器通讯连接，中心控制器接收到检测终端指令后通过攀爬控制器向各个攀爬子单元的电机和减速器发送控制指令，使各个攀爬子单元协调运行。
进一步的是，所述移动推进组件包括轨道、滑块、摇杆和连接板，所述轨道设置在底座上，所述滑块在轨道上滑动连接，所述滑块的一端通过推进螺杆连接至摇杆，在所述滑块上通过连接板安装有电机；
在所述滚轮表面上设置有橡胶层，提高攀爬力度，放置位置发生窜动，提高定位精准度。
进一步的是，在所述支撑主体每个端头处等间距环绕设置3个攀爬单元，所述3个攀爬单元呈三角形相对，并将桥梁缆索环抱在其中，使装置能够均匀协同工作，提高爬行稳定性。
采用本技术方案的有益效果：
本发明爬升单元的设计主要分为电机驱动、滑轮调节和轴角编码器，电机可以进行攀爬缆索不滑动，还要使用拉索直径的误差。电机，均匀分布在拉索周围，步进电机连接减速器，减速器连接橡胶轮，进行力矩的传递；同时通过轴角编码器的数据进行计算断步进电机的行进，从而保证桥梁绳索探测精准定位。
本发明能适应缆索特点、实现快速安装和快速检测、结构简单重量轻便、能脱离电源线缆采用电池供电、可在工程上大规模推广应用的缆索检测机器人。
本发明提出的攀爬装置能够与周围环境的互动，调整状态以适应环境，即环境交互系统，如相关缆索的粗细变化、跨越表面障碍物、摩擦系数影响等相关功能的系统调节；能够实时且协同调节攀爬位置，提高攀爬位置的准确度，避免发生偏离。
附图说明
图1为本发明的一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中攀爬单元的结构示意图。
其中，1是支撑主体，2是攀爬单元，3是待检测桥梁缆索，4是探测装置；11是电机，12是减速器，13是滚轮，14是底座，15是轨道，16是滑块，17是摇杆，18是连接板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，本发明提出了一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬方法，包括步骤：
S10,接收检测终端的攀爬控制指令；
S20,根据攀爬控制指令和实时采集攀爬定位数据计算各个攀爬单元的攀爬参数；
S30,将各个攀爬单元的攀爬参数发送至相应的攀爬单元，实现个攀爬单元的协同攀爬。
作为上述实施例的优化方案，检测终端通过无线网络将攀爬控制指令发送至攀爬装置，由攀爬装置的攀爬控制器根据攀爬控制指令计算各个攀爬单元的攀爬参数。
作为上述实施例的优化方案，在所述S20中,根据攀爬控制指令计算各个攀爬单元的攀爬参数，包括步骤：
S21,根据攀爬控制指令计算各个攀爬单元的初始攀爬参数；将各个攀爬单元的初始攀爬参数发送至相应的攀爬单元，实现各个攀爬单元的协同攀爬；
S22，实时采集攀爬定位数据，根据当前攀爬定位数据控制攀爬单元的攀爬状态。
作为上述实施例的优化方案，在攀爬单元的滚轮驱动转轴处设置有轴角传感器，轴角传感器连接至攀爬控制器；由轴角传感器获取当前周期的攀爬定位数据，根据当前攀爬定位数据调节攀爬单元的攀爬状态；
获取当前周期所有攀爬单元的攀爬定位数据，进行比对判断，对发生偏位现象的攀爬单元进行调节调整。
所述对比判断过程包括步骤：
S221,获取当前所有攀爬单元的攀爬定位数据X＝[X1,X2,……，Xn]；
S222,根据攀爬控制指令中设定攀爬速度、攀爬时间周期、周期数和前一周期位置，计算当前攀爬周期的理论行进距离X标；例如：若攀爬速度为2cm/s,攀爬时间周期为10s，当前周期为第3周期，前一周期位置在21cm处，那么当前攀爬周期的理论攀爬距离为2×10×3-21cm；
S223,根据理论行进距离与攀爬定位数据X中各个值进行比较，获得目标差值D＝[X1-X标,X2-X标,……，Xn-X标]；
S224,在目标差值数列中选择最小值下的攀爬单元作为目标单元；
S225,目标单元的攀爬定位数据与其他各个待调节攀爬单元的攀爬定位数据进行比较，差值大于误差预设范围，则判定该待调节攀爬单元需要调节，获取所有需要调节的攀爬单元；
S226,获取所有需要调节的攀爬单元中，判断该攀爬单元的攀爬定位数据若高于目标单元的攀爬定位数据则对该单元电机进行减速，若低于则对该单元电机进行加速。
其中，由轴角传感器获取当前周期的攀爬定位数据为：根据轴角传感器采集的脉冲数计算滚轮的相应行进距离作为攀爬定位数据；
根据滚轮直径的大小算出周长，再除以轴角传感器的脉冲参数标定值，即可得到1个脉冲代表基础行进距离；根据采集的脉冲数乘以基础行进距离得到该周期下滚轮的相应行进距离。若轴角传感器中1000个脉冲就是一圈，那么脉冲参数标定值为1000。
为配合本发明方法的实现，基于相同的发明构思，如图2所示，本发明还提供了一种桥梁缆索探测装置的精准定位攀爬装置，包括支撑主体1、多个攀爬单元2和攀爬控制器，在所述支撑主体1两端环绕设置有多个攀爬单元2，多个攀爬子单元相互对应并将待检测桥梁缆索3环抱在其中，沿桥梁缆索移动；由检测终端无线发送控制指令至攀爬控制器控制各个攀爬单元2运行，根据攀爬控制指令和实时采集攀爬定位数据计算各个攀爬单元2的攀爬参数,将各个攀爬单元2的攀爬参数发送至相应的攀爬单元2，实现个攀爬单元2的协同攀爬。在支撑主体1上安装有桥梁缆索探测装置4。
作为上述实施例的优化方案，如图3所示，所述攀爬单元2包括移动推进组件、电机11、减速器12、滚轮13、底座14和轴角传感器；在所述底座14上安装有移动推进组件，在所述移动推进组件上安装有电机11，所述电机11的转轴通过减速器12带动滚轮13转动；在所述支撑主体1端头处横向安装所述底座14，使攀爬机构置于支撑主体1端头处，且滚轮13对向桥梁缆索；所述轴角传感器安装在滚轮13驱动转轴处，所述滚轮13驱动转轴连接电机11转轴；
通过移动推进组件调节电机11的位置，夹紧桥梁缆索；通过电机11驱动滚轮13滚动实现整个装置沿桥梁缆索移动，同时通过减速器12控制攀爬工况；各个攀爬子单元的电机11和减速器12与攀爬控制器电连接，攀爬控制器与中心控制器通讯连接，中心控制器接收到检测终端指令后通过攀爬控制器向各个攀爬子单元的电机11和减速器12发送控制指令，使各个攀爬子单元协调运行。
其中，所述移动推进组件包括轨道15、滑块16、摇杆17和连接板18，所述轨道15设置在底座14上，所述滑块16在轨道15上滑动连接，所述滑块16的一端通过推进螺杆连接至摇杆17，在所述滑块16上通过连接板18安装有电机11；
在所述滚轮13表面上设置有橡胶层，提高攀爬力度，放置位置发生窜动，提高定位精准度。
优选的，在所述支撑主体1每个端头处等间距环绕设置3个攀爬单元2，所述3个攀爬单元2呈三角形相对，并将桥梁缆索环抱在其中，使装置能够均匀协同工作，提高爬行稳定性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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