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摘要：随着经济在快的发展，社会在不断的进步。斜拉桥缆索是斜拉桥至关重要的组成部分,其质量决定了整座桥梁的使用寿命。因此迫切需要定期对斜拉桥的拉索进行检测和维护。而机器人检测法是斜拉桥检测众多方法中最便捷、高效、经济的一种。本文介绍了检索机器人的工作原理、检测范围和工程应用实例，通过对检索机器人在斜拉索外观检测中的使用步骤及注意事项的阐述，可为斜拉桥缆索检测提供了一套完整可行的方法。
关键词：桥梁工程；斜拉桥；检索机器人；斜拉索；外观检测
引言：：
斜拉桥由于其采用拉索来代替梁式桥的支墩，因此其成为了大跨度桥梁的主要桥型。斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组成。拉索作为斜拉桥的主要承重构件，是斜拉桥的"生命线"，造价占整座桥梁的30%左右。定期针对拉索进行检测及维护工作对延长其服役寿命具有重要的意义。斜拉索是一种架设在高空的特殊杆状构件，内部钢丝束是拉索主要受力部分，钢丝束外层沿拉索长度方向连续缠绕右旋的细钢丝，或使用纤维增强聚氨酯带替代细钢丝缠绕，最外层使用黑色或彩色的高密度聚乙烯护套。索缆断面结构呈正六边形或缺角六边形紧密排列。沈丘沙河大桥使用了机器人对索体进行外观检测，大大节省了成本，提高了检测效率。
1检索机器人简介
1）组成结构检索机器人由一台主动小车和一台从动小车组成，从动小车的上、下从动轮用弹簧连接，提供机构对拉索的夹紧力，通过上下两套连接件将两台小车连成长桶形并相对布于拉索两侧，通过连接设置在连接板上的不同距离螺孔，可方便调整连接位置以安装于不同直径的拉索。在此两套连接件上分别设置一套防偏装置，每套防偏装置由４个防偏万向轮及相应的４个连接杆杆件组成，当机器人运行过程中发生偏离拉索时，至少有一对万向轮抵住拉索，防止机构偏离索道。为增大接触面积、减少磨损、防止机构偏离拉索造成锁死现象，主、从动轮加工成“Ｖ”字形，可防止车体偏离拉索。整个机构自重５ｋｇ，电池和ＣＣＤ摄像机及附加装置共重３．５ｋｇ。机器人爬升力由主动轮与拉索表面摩擦力提供，整个机构只有一个动力轮，采用铸铝浇铸硬橡胶制成，可增加与拉索表面摩擦系数。2）工作原理检索机器人的工作原理如图２所示。为了检测拉索表面保护层的破损情况，设计的视觉检测系统，其硬件检测系统由４台摄像机、主控制器和数据存储器组成。其工作方式是当机器人在拉索上爬升时，控制器以循环的方式将４台摄像机图像分时传输给数据存储器，以实现对拉索表面保护层全方位图像的存储，同时通过视频合成器将４路视频合成为一路监控视频，并通过无线传输子系统传输到地面监控系统的ＰＣ机上。
2使用主要步骤及注意事项
2.1检测前的准备
2.1.1工程概况
(1)沈丘沙河大桥桥梁跨径组合为6x30米+（75+130+75）米+6x30=640米，主桥为斜拉桥。本桥桥型为双塔双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥，主塔呈矩形，塔高26.6m，拉索锚固点塔上竖向间距为1.2m，梁上水平间距4m。全桥共32根拉索，拉索采用环氧无粘结预应力钢绞线，锚具采用相应的夹片群锚，斜拉索按双索面扇形布置，每个桥踏设8组索，以索鞍形式在塔上通过，锚固与上部箱梁边箱梁顶板上，两侧箱梁内锚头均为张拉端。了解斜拉索PE的类型，可以掌握在检测过程中主动轮的磨损频率、检索机器人爬索的难易程度以及检测的进度等。(2)斜拉索参数查阅斜拉索的相关资料，详细掌握被检测斜拉索的拉索直径、斜拉索倾角、斜拉索锚固长度等。掌握斜拉索直径为安装机器人时瞄准哪个螺孔做好准备工作；斜拉索倾角结合斜拉索PE类型可以了解哪些斜拉索由于倾角过大不能检测、能检测的斜拉索哪些靠自重能自动下滑、哪些靠自重不能下滑等。(3)检测环境由于检测时接收视频信号的天线及笔记本电脑需要220V的交流电，故在进行正式检测之前需要了解斜拉桥桥面220V交流电的供应情况，确保检测所需的电源。由于很多斜拉桥的斜拉索靠近梁端都安装有减震装置，有的斜拉索靠近梁端还安装有索力传感器，这些障碍都会影响检索机器人对斜拉索外观的检测。故在正式检测之前了解清楚越过这些障碍至少离桥面多高，根据这个高度准备好检测辅助工具，如铝合金人字梯、路灯车等。
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2.1.2检索机器人的调试
首先检测检索机器人是否能够正常工作。为了保证检测工作的顺利进行，至少准备3台检索机器人，1台是救援机器人，另两台是检测机器人。其次检查检索机器人配件，如电机电池、摄像头电池、遥控器等是否完好。最后检查安装、拆卸、维修机器人的工具及易损构件(如主动轮等)是否齐全，充足。
2.2 检索机器人检测过程
2.2.1检索机器人的安装
（1）检索机器人安装前检查电机电池、摄像头电池的电量是否充足，主动轮是否磨损等。（2）根据拉索直径、ＰＥ类型选择合适的螺栓孔对齐安装，安装完毕检查机器人能否轻松沿拉索上下爬行，松开弹簧撑杆后机器人上下爬行时所有主动轮和从动轮与拉索接触良好。在安装机器人的过程中，注意机器人与拉索的握裹力适中。若握裹力过小，则机器人轮子打滑无法上下；若握裹力过大，则机器人爬不动、易损坏主动轮、消耗电量、无法越过障碍物等。（3）安装完毕后，连接好电机电源线，检查遥控器能否准确及时的控制机器人的上下；然后连接好摄像头与四合一卡的连线及摄像头的电源线，检查４个摄像头位置和焦距是否合适，在视频接收的电脑里的４个视频头像是否适中、清晰。
2.2.2检索机器人检测过程
（1）检索机器人安装、检查完毕后，视频接收的电脑软件开始自动采集视频。（2）在机器人爬升过程中，时刻注意采集的视频，及时发现机器人是否卡住（以免磨损主动轮、卡死机器人），及时停止机器人爬升。（3）机器人爬升到拉索塔端附近时，及时停止爬升，以免机器人撞上塔身损坏机器人。（４）在机器人下降到接近梁端时及时停止下降，并及时派人去接住机器人。
2.2.3检索机器人的拆卸
（1）在机器人下降到接近梁端时及时停止下降，并及时派人去接住机器人、停止视频采集。（2）断掉摄像头与四合一卡的连线及摄像头的电源线及电机电源等。（3）上紧弹簧撑杆，松开一侧螺栓，取下机器人。
2.3后期视频文件处理
利用KMPlayer播放器等转化为图片文件。(1)首先对采集的视频文件利用视频处理软件将视频中机器人下降、停止及重复上升部分剪掉，然后将有效的爬升部分粘合成有效的视频文件。(2)利用KMPlayer播放器将有效视频转换成照片。由于检索机器人正常爬升的速度为0.2~0.25m/s,故视频转化成图片的频率为5张/s。(3)利用自动图片播放器对截取的图片进行分析处理，找出有病害的图片，根据图片编号找出对应拉索的部位，并根据照片判断病害类型、病害程度、病害等级等，最后形成报告。
结语：
本文所提及的斜拉索检测机器人可对不同直径、任意倾斜角的斜拉桥拉索进行无损检测，具有体积小、重量轻、安全可靠等特点，有良好的应用前景。如在机器人上配备CCD摄像设备或涂料喷涂设备,机器人还可以对拉索表面状况进行摄像或喷涂维护工作。
参考文献：
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论文作者:马清杰,熊新光,卫千峰
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/24
标签：机器人论文; 拉索论文; 斜拉桥论文; 缆索论文; 视频论文; 主动论文; 摄像头论文; 《防护工程》2019年第3期论文;