[發明專利]用于橋隧結構病害無損檢測診斷的自動爬墻式雷達光電機器人系統

有效

• 申請號: 201810565136.5
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108731736B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 劉斌;李堯;張鳳凱;聶利超;劉征宇;許新驥
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01S13/86;B62D57/024
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種用于橋隧結構病害無損檢測診斷的自動爬墻式雷達光電機器人系統，其特征是：包括至少一個爬墻機器人本體，所述爬墻機器人本體上設置有旋翼系統、行走輪、激光雷達和機器人控制器，其中：所述爬墻機器人本體的兩側對稱設置有一旋翼系統，旋翼系統與機器人底盤之間的角度可自動調節，旋翼系統產生反向推力，以抵消重力并使爬墻機器人通過若干行走輪緊貼于橋隧結構表面；

所述爬墻機器人本體的端部設置有行走輪，所述機器人控制器控制爬墻機器人本體的運動，改變爬墻機器人本體所在的位置；

所述激光雷達對橋隧結構進行三維觀測，實時創建地圖并修正爬墻機器人的位置；

所述爬墻機器人上搭載有圖像檢測設備和雷達檢測設備，以獲取橋隧結構表面和內部一定范圍內的病害情況；

所述控制終端，接收各爬墻機器人本體的采集數據，對采集的圖像進行圖像拼接，對雷達探測數據進行全波形反演和三維逆時偏移成像，通過深度學習算法對圖像拼接結果和雷達探測結果進行橋隧結構病害自動識別，結合位置信息實現對橋隧結構病害的三維建模。

2.如權利要求1所述的一種用于橋隧結構病害無損檢測診斷的自動爬墻式雷達光電機器人系統，其特征是：所述橋隧結構上設置有至少三個UWB基站，UWB基站向外發射調制信號，爬墻機器人接收到來自不同UWB基站的信號后，通過三角定位方式計算出相對于橋隧結構的三維坐標。

3.如權利要求2所述的一種用于橋隧結構病害無損檢測診斷的自動爬墻式雷達光電機器人系統，其特征是：所述UWB基站包括兩組，分別對稱設置于橋隧結構左右兩側，每組包括至少兩個UWB基站，通過UWB定位方式，控制爬墻機器人在UWB基站組成的矩形區域內活動。

4.如權利要求3所述的一種用于橋隧結構病害無損檢測診斷的自動爬墻式雷達光電機器人系統，其特征是：所述UWB基站上還安裝有充電與數據接收裝置，爬墻機器人將橋隧結構探測數據通過無線方式傳輸至充電與數據接收裝置，充電與數據接收裝置再將接收到的探測數據通過有線方式傳輸至服務器中進行數據處理。

5.如權利要求1所述的一種用于橋隧結構病害無損檢測診斷的自動爬墻式雷達光電機器人系統，其特征是：所述機器人控制器實時監測爬墻機器人的電池電量信息，當電池電量小于安全閾值后，機器人控制器存儲當前爬墻機器人的位置信息，控制爬墻機器人以最短路徑移動到距離最近的充電與數據接收裝置進行充電，充電完成后，所述機器人控制器控制爬墻機器人返回存儲的位置處。

6.如權利要求1所述的一種用于橋隧結構病害無損檢測診斷的自動爬墻式雷達光電機器人系統，其特征是：所述行走輪為麥克納姆輪，所述麥克納姆輪由一個獨立電極驅動緊貼于橋隧結構表面。

7.一種基于如權利要求1-6中任一項所述的自動爬墻式雷達光電機器人系統的工作方法，其特征是：包括以下步驟：

接收巡檢的控制命令，按照控制命令進行路徑規劃和避障；通過模糊控制方法，實現不同探測環境下測量參數的自適應調節，采集獲取橋隧結構表面的病害情況的圖像，通過雷達獲取橋隧結構內部的病害情況，對圖像進行圖像拼接，對雷達探測結果進行全波形反演和三維逆時偏移成像，隨后通過深度學習算法對圖像拼接結果和雷達探測結果進行橋隧結構病害自動識別，結合位置信息實現對橋隧結構病害的三維建模，以三維形式展現橋隧結構病害的位置和類型。

8.如權利要求7所述的工作方法，其特征是：所述全波形反演獲取被測介質的介電常數和電導率分布，從而為逆時偏移成像提供更為精準的波速分布；

所述三維逆時偏移成像對病害反射信號進行偏移歸位，從而獲得病害的精確位置和尺寸信息；

或，所述深度學習算法通過模型訓練，自動識別并標注不同病害類型。

9.如權利要求7所述的工作方法，其特征是：在巡檢過程中，定時讀取爬墻機器人的狀態信息，對電池電量、位置和軌跡進行記錄。

10.如權利要求7所述的工作方法，其特征是：爬墻機器人采用激光SLAM導航方式，實時創建地圖并修正機器人位置，將橋隧結構地圖信息和機器人位置信息送入機器人控制器中的專用BP神經網絡，實現爬墻機器人探測路徑智能規劃與障礙智能規避；

或，所述爬墻機器人采用I MU導航，自動調整姿態，保證爬墻機器人沿直線移動，控制移動距離和轉動角度。