[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

本發明公開了一種橋隧結構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，主要包括控制終端、爬墻機器人和服務器。所述爬墻機器人用旋翼系統產生反向推力，同時采用全向輪技術，可以緊貼在粗糙的橋隧結構表面靈活移動，在探測時無需封閉橋梁和隧道，不影響交通。只需在橋隧結構上布置若干UWB基站和充電與數據接收裝置，通過UWB定位、激光SLAM和IMU導航技術，即可在橋梁和隧道中劃分不同工作區域，支持多臺爬墻機器人同時工作，可實現路徑自動規劃和自動避障，可做到無人值守定期自動巡檢。

技術領域

本發明涉及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。

背景技術

目前我國正在服役的橋梁有30多萬座，據統計存在安全隱患和耐久性問題的橋梁約占總數的50％，個別地區甚至超過70％，其中危橋占20％～30％，橋梁病害的主要形式有裂縫、鋼筋銹蝕、混凝土剝蝕、結構破壞等。

目前我國已經成為世界上隧道建設規模和建設速度第一大國，但是由于隧道修建時間不同，設計標準和施工工藝水平不同，在加上工程地質條件的差異，大多數隧道都存在著諸如襯砌開裂、含有空洞和滲漏水等不同程度的病害。

上述橋隧結構病害嚴重影響行車安全，亟需有效的探測手段對橋隧結構病害進行探測，為橋隧結構病害治理提供依據。

在橋隧結構無損探測方法中，地質雷達法是一種快速、無損、高分辨率的探測方法，在工程領域得到了廣泛的應用與研究。地質雷達通過發射天線發射高頻電磁波，通過接收天線接收到的反射電磁波的波形、振幅和相位等信息來推斷不同介質的空間位置和形態分布。

目前已經有一些采用地質雷達的橋隧結構檢測方法，但主要存在以下幾個問題：

(1)目前主要采用人工方式對橋隧結構進行檢測，效率低下，而且對檢測結果的判斷十分依賴經驗，因此準確率無法保證；

(2)基于升降臺車的橋隧結構檢測車，體積十分龐大，檢測時需要封閉橋梁或隧道，嚴重影響正常交通，適用性很差；

(3)現有基于爬墻機器人多采用真空裝置和負壓裝置等原理，難以在粗糙的橋隧結構表面工作；

(4)基于GPS和IMU的導航裝置的爬墻機器人，GPS在深長隧道和海底隧道中很難收到信號，IMU長時間工作累計誤差較大，很難做到精確導航；采用導軌或導航線的爬墻機器人，需要在橋隧結構上安裝導軌或到航線，推廣難度和成本很高。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了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，本發明檢測時無需封閉橋梁和隧道，不影響交通，可以對橋隧結構病害分布進行三維建模，極大地提高了襯砌病害檢測和診斷的方便性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一目的是提供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，包括至少一個爬墻機器人本體和控制終端，爬墻機器人上可搭載多種橋隧結構檢測設備，如高清攝像機、紅外成像系統、地質雷達和X光散射成像系統等，其中高清攝像機和紅外成像系統可以獲取橋隧結構表面的病害信息，地質雷達和X光散射成像系統可以獲取橋隧結構內部一定范圍內的病害情況，在本實施例中以高清攝像機和地質雷達模塊為例進行介紹，二者結合使用從而可以獲取橋隧結構表面和內部一定范圍內的病害情況。

所述爬墻機器人本體上設置有旋翼系統、行走輪、激光雷達、機器人控制器、高清攝像機和地質雷達模塊，其中：

旋翼系統和機器人底盤采用碳纖維材料，以減輕重量。

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麥克納姆輪緊貼于橋隧結構表面；