(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111366258.X (22)申请日 2021.11.18 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610000 四川省成 都市二环路北一段 111号 (72)发明人 田永丁　郭立平　余志祥　金云涛　 张丽君　许浒　赵雷　 (74)专利代理 机构 成都东恒知盛知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 51304 代理人 罗江 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01)B25J 11/00(2006.01) G01L 5/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 适用于工程结构健康状态监测的多模式多 用途机器人系统 (57)摘要 本发明涉及自动化机器人检测与结构健康 监测技术领域， 具体地说， 涉及一种适用于工程 结构健康状态 监测的多模式多用途机器人系统， 其包括空中飞行机器人平台、 机械臂及软体机械 手， 所述软体机械手包括两个气动纤维增强柔性 驱动器， 每个柔性驱动器由上部气腔、 纤维层、 底 部应变限制层和仿生黏附层构成。 本发明可实现 工程结构外观病害检测与大跨桥梁 结构的吊杆/ 拉索内力快速测量， 同时具有低成本、 多模式多 用途的优势， 有应用于众多工程结构健康监测诊 断的潜力。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 113886935 A 2022.01.04 CN 113886935 A 1.适用于工程结构健康状态监测的多模式多用途机器人系统， 其特征在于： 包括空中 飞行机器人平台 （110） 、 机械臂 （120） 及软体机械手 （130） ， 所述软体机械手 （130） 包括两个 气动纤维增强的柔性 驱动器 （131） ， 每个柔性驱动器 （131） 由上部气腔 （132） 、 纤维层 （133） 、 底部应变限制层 （134） 和仿生 黏附层 （13 5） 构成。 2.根据权利要求1所述的适用于工程结构健康状态监测的多模式多用途机器人系统， 其特征在于： 所述柔性驱动器（131）的输入气压与弯曲角度间的理论模型为： 其中： 为输入气压； 为驱动器弯曲角度； 为与柔性驱动器横截面尺寸相关的参 数， 表示为 ， 为柔性驱动器的截面半径， 为柔性驱动器的底部应变限制 层的厚度； , ， 和 为与驱动器所采用材料和几何参数相关的常数， 分别表示为 ， ， 和 ， ， 和 分别为上部气腔、 下部应变限制层和仿生黏附层的初始剪切模量， ， 为 与驱动器底部应变限制层截面尺寸及长度相关的参数， 表示为 ， ， 其中 为上部气腔壁厚， 为驱动器总长度； 和 与驱动器仿生黏附层 截面尺寸及长度相关的参数， 表示为 ， ， 其中 为仿生黏附 层的厚度； ， ， 和 为与驱动器上部气腔截面尺寸及长度相关的参数， 表示 ， ， ， 为与上部气腔半径及气腔壁厚相关的参数， 表示为 为常数， 取值为 。 3.根据权利要求2所述的适用于工程结构健康状态监测的多模式多用途机器人系统， 其特征在于： 所述软体机 械手 （130） 与抓取物体间的摩擦力表示 为： 其中： 为每  cm2的仿生微观圆柱体数目； 为驱动器底层面积与微观圆柱体所占面 积的比值； 为单个圆柱体的真实接触面积； 和 为两接触表面间的剪切强度系数和库 伦摩擦力系数； 与驱动器所采用材料和几何参数相关的常数， 为常数， 取值为 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113886935 A 2适用于工 程结构健康状态 监测的多模式 多用途机 器人系统 技术领域 [0001]本发明涉及自动化机器人检测与结构健康监测技术领域， 具体地说， 涉及一种适 用于工程结构健康状态监测的多模式多用途机器人系统。 背景技术 [0002]桥梁结构在运营期间由于环境侵蚀、 车辆超载、 船舶撞击等原因导致结构性能逐 渐劣化或者突然失效， 严重缩短了桥梁 结构的使用寿命。 为及时发现桥梁隐蔽部位病害， 常 规方法是通过桥梁检测车载人的方式， 对桥梁底部、 高墩、 高塔等部位进行检测， 但该作业 检测方式始终存在效率低、 漏检、 占用车道、 人身安全难保证、 数据不能信息化及严重依赖 工程师经验等问题。 为了遏制桥梁安全运行严峻形势， 确保人民群众生命财产安全， 十多年 来， 要求全面推动自动化快速检测 技术应用， 桥梁智能快速化检测成为桥梁检测行业重大 需求。 近年来， 随着机器人技术和人工智能技术的发展成熟， 基于机器人平台的桥梁结构病 害自动化检测技 术得到了快速发展， 并取 得了较好的工程应用效果。 [0003]针对传统人工检测方法费时费力的问题， 国内外学者先后开发了针对桥面板病害 自动化检测的移动机器人平台。 针对高墩、 高塔检测往往通过借助桥检车以人工观察的方 式进行， 检测成本高、 费时费力且效率低， 为克服此问题， 国内外学者开发了各类型攀爬机 器人检测平台， 实现桥梁病害的自动化检测。 对于大跨悬索桥和斜拉桥， 斜拉索/吊杆是大 跨桥梁的重要传力构件， 其受力状态与病害检测对于桥梁的安全运营至关重要。 传统方法 是利用桥检车将桥梁检测人员送到高空并开展相关的检测任务， 该方法需要关闭交通、 影 响车辆运行， 同时检测费用昂贵、 检测时间长且效率低。 为了克服此问题， 国内外学者开发 了各类型爬索机器人系统， 实现桥梁拉索、 吊杆的病害自动化检测， 提高检测效率。 然而， 现 有机器人系统仅能实现单种健康监测任务的执行， 不能满足大型工程结构检测任务繁多、 检测窗口期短的需求。 发明内容 [0004]本发明的内容是提供一种适用于工程结构健康状态监测的多模式多用途机器人 系统， 其能够满足大 型工程结构检测任务繁多、 检测窗口期短的需求。 [0005]根据本发明的一种适用于工程结构健康状态监测的多模式多用途机器人系统， 其 包括空中飞行机器人平台、 机械臂及软体机械手， 所述软体机械手包括两个气动纤维增强 的柔性驱动器， 每 个柔性驱动器由上部气腔、 纤维层、 底部应 变限制层和仿生 黏附层构成。 [0006]作为优选 ， 所述软体机械手的输入气压与弯曲 角度间的理论模型为 ： 其中： 为输入气压； 为驱动器弯曲角度； 为与 柔性驱动器横截面尺寸相关的参数， 表示为 ， 为柔性驱动器的截 面半径， 为柔性驱动器的底部应变限制层的厚度； ， ， 和 为与驱动器所采用材料和几何说　明　书 1/6 页 3 CN 113886935 A 3