一种布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人及其布设方法技术

本发明专利技术公开了一种布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人及其布设方法，该爬壁机器人包括布缆单元、胶水喷涂单元、行走单元、负压吸附单元和控制单元；负压吸附单元包括负压真空壳体及其内部的负压风扇，负压真空壳体内部设置行走单元，控制单元中的控制器控制负压风扇将负压真空壳体内部的空气排出而形成负压，同时控制驱动电机运行来驱动行走轮，以此实现吸附行走；布缆单元包括导缆架及其末端设置的机械臂，胶水喷涂单元包括胶瓶、胶水喷头和遥控电机；该控制器控制遥控电机运行来驱动胶水喷头喷出胶瓶中的胶水，并控制机械臂将待布设光纤固定至待布设位置。本发明专利技术能够实现在桥梁表面布设光纤，一次性完成喷胶、布缆、粘贴工作，提高工作效率。高工作效率。高工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人及其布设方法


[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人及其布设方法。

技术介绍

[0002]随着公路桥梁安全耐久性水平的进一步提高，未来相当长一段时间内，大量桥梁需要安装桥梁健康监测系统，尤其是既有高墩大跨桥梁。作为土木工程领域研究与应用的最早智能传感技术，光纤传感技术在桥梁健康监测领域中被广泛使用。光纤光栅传感器是在光纤芯内部形成空间相位光栅，光纤光栅反射或透射峰的波长与光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率有关，而光栅周期以及纤芯折射率均受应变和温度的影响。将光纤光栅作为应变或温度传感器直接紧密粘贴在结构表面，使其与结构共同工作，即可通过解调反射或透射光的中心波长来监测结构的应变和温度。
[0003]从上述光纤光栅传感器的工作原理可以看出，光纤光栅传感器能否与结构紧密贴合共同工作，是影响监测数据有效性和准确性的重要因素。但是，由于既有桥梁多处于运营状态，而粘贴光纤施工往往需要桥检车、登高车等设备，占用车道，影响桥梁的正常运营，且施工不便，影响光纤粘贴效果，此外人工粘贴光纤存在效率低、用时长的问题，因此需要研发一种针对桥梁的高效、便捷光纤布缆方式。
[0004]现有技术中，中国专利CN107834443A公开了一种高效电线布缆设备，通过操作人员推拉布缆车进行电线布缆；中国专利CN212676780U公开了一种智能布缆机器人，通过可根据导航自动行走的履带车进行布缆。上述现有技术仍存在以下不足：
[0005](1)布缆范围仅限于人员或设备可正常通行的地面，无法在需要布设光纤光栅传感器的梁底运行；
[0006](2)布缆方式均为简单的线缆放置，不包括线缆的粘贴固定，不适用于光纤光栅传感器的布设。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人及其布设方法，将爬壁机器人垂直放置于平整的桥梁表面，机器人通过负压吸附单元构建真空环境，形成机器人密封腔负压，确保机器人稳定在光纤布置平面，再通过远程控制终端控制机器人的行走方向、行走速度、胶水喷涂量、粘贴压力等，从而实现桥梁表面分布式光纤高效、便捷布置与粘贴，解决既有布缆设备对高墩大跨桥梁主梁侧面、梁底等难以布缆位置进行光纤光栅传感器布缆困难的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0009]本专利技术第一方面提供了一种布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人，包括布缆单元、胶水喷涂单元、行走单元、负压吸附单元和控制单元；
[0010]所述负压吸附单元包括负压真空壳体及其内部的负压风扇，所述行走单元包括设
置在负压真空壳体内部的行走轮和驱动电机，所述行走轮的底部与所述负压真空壳体的底部齐平；所述控制单元包括控制器，所述控制器与负压风扇、驱动电机电连接，用于控制负压风扇将负压真空壳体内部的空气排出而形成负压，同时控制驱动电机运行来驱动行走轮，以此控制爬壁机器人实现吸附行走；
[0011]所述布缆单元包括导缆架及其末端设置的机械臂，所述胶水喷涂单元包括胶瓶、胶水喷头和遥控电机；所述控制器与机械臂、遥控电机电连接，用于控制遥控电机运行来驱动胶水喷头喷出胶瓶中的胶水，并控制机械臂将待布设光纤固定至待布设位置。
[0012]进一步的技术方案，所述负压吸附单元还包括风扇安放壳体；所述风扇安放壳体上安装负压风扇，所述风扇安放壳体的外侧面均匀布设通孔；
[0013]所述负压真空壳体为底部开口的立方体结构，所述负压真空壳体的顶部与所述风扇安放壳体贯通连接，形成一体式结构。
[0014]进一步的技术方案，所述负压真空壳体底部开口四周设有柔性密封裙。
[0015]进一步的技术方案，所述负压吸附单元还包括压强监测传感器，所述压强监测传感器设置于所述负压真空壳体的内部，用于监测负压真空壳体中的压强；
[0016]所述压强检测传感器与所述控制器电连接，所述压强检测传感器将监测的压强信号传输至控制器，所述控制器根据接收的压强值与预设值进行状态判断，并根据差值形成负反馈，自动调整负压风扇的运行。
[0017]进一步的技术方案，所述行走单元包括前行走轮、前行走轮驱动电机、后行走轮、后行走轮驱动电机和用于连接行走轮的连杆；前行走轮和后行走轮通过连杆安装在负压真空壳体的内部；前行走轮和后行走轮的底部均与负压真空壳体的底部齐平；
[0018]所述前行走轮驱动电机与所述前行走轮电连接，所述后行走轮驱动电机与所述后行走轮电连接；所述前行走轮驱动电机和所述后行走轮驱动电机均与控制器电连接，所述控制器通过控制驱动电机运行来控制行走轮的转动，以此驱动爬壁机器人的行走。
[0019]进一步的技术方案，所述导缆架为中间直、两端向内弯曲的平板，所述导缆架的中间部位水平放置，并通过与之垂直的连接板固定安装在负压真空壳体的顶部，所述导缆架两端向内弯曲的弧形板均超出负压吸附单元；
[0020]所述导缆架底面中间设有一条凹槽，凹槽上均匀设有导缆滑轮，将待布缆光纤放置于所述凹槽中并利用所述导缆滑轮引导待布缆光纤；
[0021]所述导缆架的末端还设有CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器与所述控制器电连接，所述CMOS图像传感器实时传输光纤粘贴画面至所述控制器。
[0022]进一步的技术方案，还包括远程通讯单元，所述控制器与所述远程通讯单元电连接，通过所述远程通讯单元与远程控制终端进行通讯。
[0023]进一步的技术方案，所述机械臂的末端与所述负压真空壳体的底部齐平，所述机械臂与所述控制器电连接，所述机械臂根据所述控制器发出的信号调整倾斜角度，以此按压待布设光纤，使光纤与布设表面紧密贴合。
[0024]进一步的技术方案，所述胶水喷涂单元设置于所述负压吸附单元靠近机械臂的侧面，所述胶水喷头设置在所述胶瓶上，所述胶水喷头与所述遥控电机电连接，所述遥控电机根据所述控制器下发的转速调整信号调整挤压胶水喷头喷出胶水的出胶速度。
[0025]本专利技术第二方面提供了一种布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人的布设方法，
利用实施例一所公开的布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人进行布设光纤，具体包括以下步骤：
[0026]启动爬壁机器人，进行自检流程；若检测成功，则开始布设光纤，否则等待问题修复，重新自检；
[0027]将待布缆光纤放置并贯穿爬壁机器人的导缆架的凹槽，将爬壁机器人放置在结构表面，通过控制器驱动负压风扇运行，形成负压真空腔体，使爬壁机器人紧贴结构表面，同时驱动驱动电机运行，控制爬壁机器人在吸附的状态下稳速行走至待布设位置；
[0028]通过远程通讯控制爬壁机器人返回，在爬壁机器人移动过程中，通过控制器控制胶水喷头在结构表面喷涂胶水，并控制机械臂施加压力，使光纤紧密贴合布置平面；同时将CMOS图像传感器实时采集的光纤粘贴画面传输至远程控制终端；
[0029]布缆结束，自检并关机。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人，其特征是，包括布缆单元、胶水喷涂单元、行走单元、负压吸附单元和控制单元；所述负压吸附单元包括负压真空壳体及其内部的负压风扇，所述行走单元包括设置在负压真空壳体内部的行走轮和驱动电机，所述行走轮的底部与所述负压真空壳体的底部齐平；所述控制单元包括控制器，所述控制器与负压风扇、驱动电机电连接，用于控制负压风扇将负压真空壳体内部的空气排出而形成负压，同时控制驱动电机运行来驱动行走轮，以此控制爬壁机器人实现吸附行走；所述布缆单元包括导缆架及其末端设置的机械臂，所述胶水喷涂单元包括胶瓶、胶水喷头和遥控电机；所述控制器与机械臂、遥控电机电连接，用于控制遥控电机运行来驱动胶水喷头喷出胶瓶中的胶水，并控制机械臂将待布设光纤固定至待布设位置。2.如权利要求1所述的布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人，其特征是，所述负压吸附单元还包括风扇安放壳体；所述风扇安放壳体上安装负压风扇，所述风扇安放壳体的外侧面均匀布设通孔；所述负压真空壳体为底部开口的立方体结构，所述负压真空壳体的顶部与所述风扇安放壳体贯通连接，形成一体式结构。3.如权利要求2所述的布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人，其特征是，所述负压真空壳体底部开口四周设有柔性密封裙。4.如权利要求1所述的布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人，其特征是，所述负压吸附单元还包括压强监测传感器，所述压强监测传感器设置于所述负压真空壳体的内部，用于监测负压真空壳体中的压强；所述压强检测传感器与所述控制器电连接，所述压强检测传感器将监测的压强信号传输至控制器，所述控制器根据接收的压强值与预设值进行状态判断，并根据差值形成负反馈，自动调整负压风扇的运行。5.如权利要求1所述的布设桥梁光纤光栅传感器的爬壁机器人，其特征是，所述行走单元包括前行走轮、前行走轮驱动电机、后行走轮、后行走轮驱动电机和用于连接行走轮的连杆；前行走轮和后行走轮通过连杆安装在负压真空壳体的内部；前行走轮和后行走轮的底部均与负压真空壳体的底部齐平；所述前行走轮驱动电机与所述前行走轮电连接，所述后行走轮驱动电机与所述后行走轮电连接；所述前行走轮驱动电机和所述后行走轮驱动电机均与控制器电连接，所述控制器通过控制驱动电机运行来控制行走轮的转动，以此驱动爬壁机器人的行走。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：柳尚，王超，马汝杰，徐润，钟国强，王康迪，程正楷，
申请(专利权)人：山东省交通规划设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：