本實用新型涉及機器人領域，特別涉及一種關節式爬桿檢測機器人。

背景技術：

大型金屬桿件已應用于眾多關鍵性承重場合，典型的，如長達十多米的水電站大型閘門啟閉的機液壓活塞桿、斜拉索橋的拉桿、直桿型金屬電線桿等。這些桿件在服役過程中長期至于空氣或雨水環境中，易使其產生表面銹蝕、夾層等缺陷，影響設備的使用，如液壓桿伸縮時導致液壓缸密封件受損；或產生安全隱患，因而需要進行在役檢測和維護。目前對這些桿件的檢測主要通過人工攜帶檢測設備進行攀爬和檢測的方式，工人的工作環境危險度高，效率低。若能開發相應的爬桿機器人，并攜帶所需的檢測傳感器進行巡檢，既能提高安全性，又能提高檢測效率。

目前，所見的爬桿機器人主要適用于直徑較小豎直立桿的攀爬，其驅動裝備及主要承重部件均在被檢測桿的一側。在爬豎直立桿時，因機器人所受重力與豎直桿平行，會有較好的爬升效果。但是當被檢測桿傾斜放置時，機器人不僅需要提供沿桿爬升的動力及夾緊力，還要克服爬行過程中因自身重力導致的機器人沿桿旋轉的轉矩，易使機器人脫落，或因旋轉使得被檢測桿表面劃傷，造成新的缺陷。因而，設計爬升斜桿機器人時，要合理地考慮機器人結構和功能，尤其是檢測大直徑桿件時，機器人本身的尺寸、重量均會加大，若結構、功能不合理，會導致機器人繞桿旋轉、脫落，或劃傷被檢測桿件。

技術實現要素：

為實現大直徑金屬桿的在線檢測，本實用新型提供一種關節式爬桿檢測機器人，采用軸對稱結構、并通過對稱的弧形電磁鐵對被檢測金屬桿進行吸附抱死和爬升，避免了因機器人可能在自重作用下繞被檢測桿旋轉而將桿件損傷，且安裝、拆卸簡便。

本實用新型所采用的技術方案是：

關節式爬桿檢測機器人，包括機器人本體、圖像檢測系統、遠程控制系統，遠程控制系統與機器人本體之間采用電纜進行連接。所述機器人本體包括第一爬升機構、第二爬升機構，第一爬升機構、第二爬升機構均為兩塊半圓筒連接構成的筒狀結構，兩塊半圓筒一側鉸接連接，另一側通過螺栓連接；每個爬升機構的兩個半圓筒可繞鉸接軸相對旋轉，合起來通過螺栓連接即成為一完整圓筒。

第一爬升機構、第二爬升機構圓筒內部沿圓周均勻安裝有用于防碰撞的柔性輪，柔性輪由鉸接在爬升機構內壁的支桿支撐，支桿懸臂端連接彈簧一端，彈簧另一端固定在圓筒內壁上。

第一爬升機構、第二爬升機構通過可折疊的關節式機械臂連接；每條關節式機械臂由兩根連桿組成，兩根連桿之間由旋轉關節連接，每條關節式機械臂的兩端分別與第一爬升機構、第二爬升機構的外表面沿圓周對稱鉸接。

所述旋轉關節由旋轉軸、步進電機、以及與步進電機相連的齒輪傳動機構組成。

所述第一爬升機構、第二爬升機構側壁對稱開有一對導向槽，每個導向槽內裝一根支撐導桿，每根支撐導桿靠圓筒內壁一側的端部，安裝有弧形電磁鐵，每根支撐導桿的另一端連接一個端蓋，每個端蓋通過螺栓與相應爬升機構的圓筒連接，每個端蓋上安裝有彈簧，每根彈簧的另一端與圓筒外壁連接。

所述圖像檢測系統包括多個安裝在第一爬升機構圓筒內壁上的攝像機，攝像機的個數以在同一位置可拍攝被檢測桿的整個圓周畫面為準。

所述遠程控制系統包括圖像采集控制器、步進電機的運動控制器、弧形電磁鐵的開合控制器。遠程控制系統用以控制圖像信號的采集、步進電機旋轉、以及弧形電磁鐵的通斷電。

所述電纜包括電源線、信號通訊線以及視頻線；所述電源線用于給爬桿檢測機器人提供工作電源；所述通訊線用于傳輸控制信號；所述視頻線用于傳輸圖像信號。

本實用新型一種關節式爬桿檢測機器人，優點在于：

1）：爬桿機器人采用軸對稱結構，并通過對稱的弧形電磁鐵對被檢測金屬桿進行吸附抱死和爬升，避免了因機器人可能在自重作用下繞被檢測桿旋轉而將桿件損傷，且安裝、拆卸簡便。

2）：將機器人設計成兩段爬升機構，且通過對稱的旋轉機械臂同步驅動，運行的同步性、穩定性、可靠性更好。

3）：機器人搭載了攝像檢測部件，能在機器人爬升過程中，對整個被檢測桿表面完整掃描、檢測，可視性好，檢測效率高。

附圖說明

圖1為本實用新型機器人打開狀態時的結構示意圖。

圖2為本實用新型機器人在被檢測桿上安裝后示意圖。

圖3為本實用新型中機器人的關節式機械臂結構示意圖。

具體實施方式

如圖1~圖3所示，關節式爬桿檢測機器人，包括機器人本體、圖像檢測系統、遠程控制系統，遠程控制系統與機器人本體之間采用電纜進行連接。所述機器人本體包括第一爬升機構1、第二爬升機構2。

第一爬升機構1、第二爬升機構2均為兩塊半圓筒連接構成的筒狀結構，兩塊半圓筒一側鉸接連接，另一側通過螺栓15連接；每個爬升機構的兩個半圓筒可繞鉸接軸相對旋轉，合起來通過螺栓15連接即成為一完整圓筒。取下螺栓15并將機器人套裝在被檢測桿14上，后鎖緊螺栓15即可方便地實現機器人在被檢測桿14上的安裝。

第一爬升機構1、第二爬升機構2圓筒內部沿圓周均勻安裝有三組用于防碰撞的柔性輪3，柔性輪3為橡膠輪。柔性輪3由鉸接在爬升機構內壁的支桿4支撐，支桿4懸臂端連接彈簧5一端，彈簧5另一端固定在圓筒內壁上。柔性輪3可防止機器人在爬升過程中其本體及其他部件與被檢測桿14發生可能的碰撞。

第一爬升機構1、第二爬升機構2通過兩條可折疊的關節式機械臂6連接；每條關節式機械臂6由兩根連桿組成，兩根連桿之間由旋轉關節7連接，每條關節式機械臂6的兩端分別與第一爬升機構1、第二爬升機構2的外表面沿圓周對稱鉸接。

所述旋轉關節7由旋轉軸、步進電機8、以及與步進電機8相連的齒輪傳動機構，所述齒輪傳動機構包括與步進電機8連接的第一齒輪16，以及與第一齒輪16嚙合的第二齒輪17，

步進電機8旋轉時，可通過第一齒輪16、第二齒輪17帶動關節式機械臂6折疊或伸展。

所述第一爬升機構1、第二爬升機構2側壁對稱開有一對導向槽，每個導向槽內裝一根支撐導桿9，每根支撐導桿9靠圓筒內壁一側的端部，安裝有弧形電磁鐵10，每根支撐導桿9的另一端連接一個端蓋11，每個端蓋11通過螺栓與相應爬升機構的圓筒連接，每個端蓋11上安裝有兩根彈簧12，每根彈簧12的另一端與圓筒外壁連接。每個弧形電磁鐵10通電時會向被檢測桿14吸合并抱住被檢測桿14，使機器人固定在被檢測桿14上。當弧形電磁鐵10斷電時，會在彈簧12拉力下沿支撐導桿9縮回。端蓋11主要用于對支撐導桿9進行限位及固定彈簧12。

所述圖像檢測系統包括多個安裝在第一爬升機構1圓筒內壁上的攝像機13，攝像機13的個數以在同一位置可拍攝被檢測桿14的整個圓周畫面為準。

所述遠程控制系統包括圖像采集控制器、步進電機8的運動控制器、弧形電磁鐵10的開合控制器。遠程控制系統用以控制圖像信號的采集、步進電機8旋轉、以及弧形電磁鐵10的通斷電。

所述電纜包括電源線、信號通訊線以及視頻線；所述電源線用于給爬桿檢測機器人提供工作電源；所述通訊線用于傳輸控制信號；所述視頻線用于傳輸圖像信號。

工作原理如下：

假設初始狀態下關節式機械臂6處于折疊狀態，工作開始時，要求機器人沿被檢測桿14的下端向上爬，其安裝及工作過程是：取下兩個連接螺栓15，將機器人打開后套裝到被檢測桿14上，然后安裝并擰緊兩個連接螺栓15，如圖2所示。此后執行以下步驟：

一種采用關節式爬桿檢測機器人的金屬桿檢測方法，包括以下步驟：

步驟1：第二爬升機構2的電磁鐵通電，使第二爬升機構2抱緊被檢測管14。

步驟2：松開第一爬升機構1的電磁鐵，第一爬升機構1初始狀態為夾緊，遠程控制系統發指令讓步進電機8旋轉，同時帶動第一齒輪16、第二齒輪17旋轉，使得兩關節式機械臂6伸展，第一爬升機構1被沿著被檢測桿14向上舉升，當舉升到一定距離后，執行以下步驟。

步驟3：第一爬升機構1的電磁鐵通電，使第一爬升機構1亦抱住被檢測桿14。

步驟4：多個攝像機13同時拍照，獲取當前位置處被檢測桿14的圓周圖像，并發送至遠程控制系統進行實時檢測。

步驟5：第二爬升機構2的電磁鐵斷電，并在相應的彈簧12作用下，第二爬升機構2的電磁鐵會松開被檢測桿14。

步驟6：兩條關節式機械臂6的步進電機8同時反向旋轉（相對于步驟2），兩條關節式機械臂6會同時被折疊，并將第二爬升機構2沿被檢測桿14向上提升，達到一定距離后，步進電機8停轉，此后回到步驟1。

不斷重復步驟1-步驟6，則機器人會沿著被檢測桿14不斷爬升并拍照、檢測，直到達到指定位置后停止。

機器人每步爬升距離，以在相鄰步距間攝像機能沿被檢測桿14長度方向無遺漏拍照為準，但不超過關節式機械臂6所能伸展的最大長度。

若需沿被檢測桿14向下爬，則交換步驟1-步驟6中第一爬升機構1、第二爬升機構2的電磁鐵通電順序即可。