[发明专利]用于桥隧结构病害无损检测诊断的自动爬墙式雷达光电机器人系统

说明书

本发明公开了一种桥隧结构一种用于桥隧结构病害无损检测诊断的自动爬墙式雷达光电机器人系统，主要包括控制终端、爬墙机器人和服务器。所述爬墙机器人用旋翼系统产生反向推力，同时采用全向轮技术，可以紧贴在粗糙的桥隧结构表面灵活移动，在探测时无需封闭桥梁和隧道，不影响交通。只需在桥隧结构上布置若干UWB基站和充电与数据接收装置，通过UWB定位、激光SLAM和IMU导航技术，即可在桥梁和隧道中划分不同工作区域，支持多台爬墙机器人同时工作，可实现路径自动规划和自动避障，可做到无人值守定期自动巡检。

技术领域

本发明涉及一种用于桥隧结构病害无损检测诊断的自动爬墙式雷达光电机器人系统。

背景技术

目前我国正在服役的桥梁有30多万座，据统计存在安全隐患和耐久性问题的桥梁约占总数的50％，个别地区甚至超过70％，其中危桥占20％～30％，桥梁病害的主要形式有裂缝、钢筋锈蚀、混凝土剥蚀、结构破坏等。

目前我国已经成为世界上隧道建设规模和建设速度第一大国，但是由于隧道修建时间不同，设计标准和施工工艺水平不同，在加上工程地质条件的差异，大多数隧道都存在着诸如衬砌开裂、含有空洞和渗漏水等不同程度的病害。

上述桥隧结构病害严重影响行车安全，亟需有效的探测手段对桥隧结构病害进行探测，为桥隧结构病害治理提供依据。

在桥隧结构无损探测方法中，地质雷达法是一种快速、无损、高分辨率的探测方法，在工程领域得到了广泛的应用与研究。地质雷达通过发射天线发射高频电磁波，通过接收天线接收到的反射电磁波的波形、振幅和相位等信息来推断不同介质的空间位置和形态分布。

目前已经有一些采用地质雷达的桥隧结构检测方法，但主要存在以下几个问题：

(1)目前主要采用人工方式对桥隧结构进行检测，效率低下，而且对检测结果的判断十分依赖经验，因此准确率无法保证；

(2)基于升降台车的桥隧结构检测车，体积十分庞大，检测时需要封闭桥梁或隧道，严重影响正常交通，适用性很差；

(3)现有基于爬墙机器人多采用真空装置和负压装置等原理，难以在粗糙的桥隧结构表面工作；

(4)基于GPS和IMU的导航装置的爬墙机器人，GPS在深长隧道和海底隧道中很难收到信号，IMU长时间工作累计误差较大，很难做到精确导航；采用导轨或导航线的爬墙机器人，需要在桥隧结构上安装导轨或到航线，推广难度和成本很高。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于桥隧结构病害无损检测诊断的自动爬墙式雷达光电机器人系统，本发明检测时无需封闭桥梁和隧道，不影响交通，可以对桥隧结构病害分布进行三维建模，极大地提高了衬砌病害检测和诊断的方便性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一目的是提供一种用于桥隧结构病害无损检测诊断的自动爬墙式雷达光电机器人系统，包括至少一个爬墙机器人本体和控制终端，爬墙机器人上可搭载多种桥隧结构检测设备，如高清摄像机、红外成像系统、地质雷达和X光散射成像系统等，其中高清摄像机和红外成像系统可以获取桥隧结构表面的病害信息，地质雷达和X光散射成像系统可以获取桥隧结构内部一定范围内的病害情况，在本实施例中以高清摄像机和地质雷达模块为例进行介绍，二者结合使用从而可以获取桥隧结构表面和内部一定范围内的病害情况。

所述爬墙机器人本体上设置有旋翼系统、行走轮、激光雷达、机器人控制器、高清摄像机和地质雷达模块，其中：

旋翼系统和机器人底盘采用碳纤维材料，以减轻重量。

所述爬墙机器人本体的两侧对称设置有一旋翼系统，旋翼系统与机器人底盘之间的角度可自动调节，旋翼系统产生反向推力，以抵消重力并使爬墙机器人通过若干麦克纳姆轮紧贴于桥隧结构表面；