关于桥梁检测机器人的一些研究进展

今天非常兴奋,和本科室友水瓶在微信上聊了很久,对桥梁设计、施工、科研的方法与发展方向进行了比较深入的探讨,对水瓶如今的专业水准,以及他所在的科研团队,发自内心地钦佩和羡慕。能从他那里得到许多思想上的新东西,也是我的幸运^_^

聊天中,提到了一个“桥梁检测机器人”的话题,虽然一闪而过,但始终觉得这个很有意思,于是找了找资料,把这个新研究领域的内容小做总结。

什么是桥梁检测机器人?

一种可以用于桥梁检测工程,实现自主寻找桥梁问题的机器人设备。

为什么需要桥梁检测机器人?

在经济增长期,或者刺激经济增长期(例如过去砸到基础建设的四万亿。。。),兴建了大量的桥梁建筑。而桥梁建筑由于其负载大(我国的实际情况下,超载问题又很突出),桥梁运营期间的检测加固就尤为重要,未来可能会如设计一样成为桥梁行业中的“主要工种”之一。然而这项工作需要从业人员付出大量的辛勤劳动,往往还需要搭设支架(某些情况下很难搭设检测用的支架),采用桥梁机器人则可以减少劳动力,节约桥梁检测的成本,提高桥梁检测的质量(尽量排除人为因素干扰)。

都有什么样的机器人?

2009年  华南理工大学 余朝阳的硕士论文(导师:贺志勇; 陈荣卓)

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名称:斜拉桥拉索检测机器人

功能:基于漏磁无损检测技术,对斜拉桥缆索的损伤进行识别与拍照

 

2010年  东南大学863科研课题“斜拉桥悬索检测机器人”通过验收

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在863计划的支持下,课题组以300米高空的斜拉悬索为应用环境,研制了双边轮式悬索检测机器人,能克服高空风载的影响,进入人所不及的悬索高空环境,通过携带的视频设备和无损检测装置,对悬索保护层的表面状况和悬索内部钢丝状况进行无损检测。机器人在电路系统故障时,还可实现自动回收,运行安全可靠。目前,机器人已经在湖北军山长江大桥,湖北郧县汉江大桥、安徽铜陵长江大桥以及世界最大的跨海大桥——杭州湾跨海大桥南航道斜拉桥等斜拉桥成功进行了现场测试。现场应用表明课题组设计的悬索检测机器人可以应用于大型斜拉桥的悬索检测。

名称:双边轮式悬索爬升机器人

功能:在索结构上爬行,对拉索进行检测

特点:机器人能携带3.5kg重物沿直径为65~205mm的悬索平稳运行

解决的问题:为使机构在电路系统故障时能安全回收,提出了一种基于反电动势理论的安全节能回收方法,应用曲柄滑块驱动气缸设计了气体阻尼机构,以消耗机构下降时因重力作用产生的多余动能,并建立了机构数学模型来仿真下降速度

 

2012年12月  南京理工大学计算机学院与宁沪高速公路公司合作研制高架桥壁面缺陷检测机器人

桥梁检测机器人

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名称:桥梁检测爬壁机器人

功能:通过无线控制设备,以每分钟8米的速度在桥梁竖向结构面上爬行,并可以灵活进行180°大转弯。机器人进行拍照或录像,精准的影像资料即时传达给地面控制终端。技术人员则通过地面监控设备,对桥梁,桥梁的拉索、甚至是不容易抵达的桥墩有无裂缝、破损、老化、划痕、腐蚀等现象都一目了然。

尺寸:长宽都在20厘米左右,体重不到1.5公斤

结构组成:具有密封吸附装置、移动机构、通讯控制和病害检测四个子系统

关键技术:

  • 密封吸附技术。通过地面遥控装置发送的指令,机器人内的离心泵体高速旋转,排出密封腔的气体,外界的大气压强大于密封腔内压强后就让它能紧紧压在桥梁壁面上;
  • 移动系统。让机器人可以灵活的走走停停的四个轮子;
  • 通讯控制。让机器人能“听懂”技术人员指令并及时做出相应的反应。
  • 机器人的“触角”,就是病害检测系统,让它能时刻注视搜寻着桥梁上任何有潜在危险的地方,并通过无线网络将检测图像传输至地面,给工作人员提供了第一手的资料。

爬墙,绝对是亮点! 

 

2013年12月  每秒7.8英寸 日本研发用于桥梁检测的BIREM爬墙机器人

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名称:BIREM爬墙机器人

功能:这款机器人通过远程遥控,通过四个齿轮进行移动,每个齿轮上安装了8个强力磁铁,在爬进过程中能够像螃蟹一样进行弯曲,从垂直表面平稳的过渡到水平平面。在BIREM上装备了激光测距仪,摄像头和其他的桥梁检测工具,能够及时的发现桥梁的裂缝或者腐蚀情况。

 

2014年11月02日报道  日本研发检修基础设施机器人 如鸟一般检测桥梁

蛇颈龙桥梁检测机器人

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名称:蛇颈龙桥梁检测机器人

功能:从桥上的卡车中伸出长约20米的机械手臂,以便仔细查看桥梁内侧的状况。在最前端的“面部”装载有摄像机,拍摄到的场景会清晰地呈现在驾驶席前的屏幕上。这就是札幌市开发的“桥龙”。

2014年10月14日,国土交通省在茨城县筑波市进行验证实验,公开了5种为检修桥梁内侧而研发的机器人。除了“桥龙”之外,还有如同蜥蜴一般贴附在墙上,能边快速奔跑边瞬间找出墙壁损伤等各式各样的机器人;使用气球和直升机、如鸟一般翱翔空中等其它检修桥梁内侧的机器人等等。

(详细信息,请点击上面的小标题)

 

小结:

  1. 更多的机器人是管道机器人,由于管道机器人出现得比较早,本文这里就没有将其算作专用的桥梁检测机器人行列中;
  2. 现有的桥梁检测机器人主要功能是达到人们难以观测的部位,进行拍照取样,即进行桥梁检测中的“裂缝观测”;
  3. 机器人大多采用遥控,自主判断的能力还比较差;

我认为,桥梁检测机器人未来的发展,是否可以实现以下内容:

  1. 机器人高度人工智能化,自主进行无损检测并识别桥梁损伤(不仅仅是裂缝,还包括超声探伤等);
  2. 对于一些小损伤的,自动对桥梁构件进行修补;
  3. 是否可以将桥梁也智能化?即用智能机器人对桥梁检测的时候,实现桥梁与机器人之间的信息互通,结合桥梁运营期健康监测数据,对桥梁承载力进行详细评估。

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说不定我这一生涓滴意念,侥幸汇成河,而且是一条大长河

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