[发明专利]用于涵闸隐蔽缺陷快速无损检测的爬壁机器人系统及方法

权利要求书

1.一种用于涵闸隐蔽缺陷快速无损检测的爬壁机器人系统，其特征在于，包括：

机器人车体；

导航定位系统和移动系统，均安装于机器人车体上；

自动敲击检测系统，其安装于车体前端；

移动式超声快速检测系统和锈蚀检测系统，均安装于车体底部；所述移动式超声快速检测系统采用滚珠式超声探头阵列，每个滚珠式超声探头包括探头和万向滚珠，万向滚珠设置在球形腔室中，球形腔室设置在探头柱状外壳内部，万向滚珠与超声探头采用软质耦合块连接，所述软质耦合块一端与超声探头声发射端或接收端粘合，另一端具有球面凹槽，用于与万向滚珠贴合，柱状外壳内部设有超声耦合液，用于填充软质耦合块与万向滚珠之间的空隙，超声探头另一端与弹性装置连接，用于辅助耦合；

双动力系统，由非接触式负压吸附装置和旋翼助推装置组成，非接触式负压吸附装置安装于车体底部，旋翼助推装置安装于车体两侧；

总控制器，其与导航定位系统、移动系统、自动敲击检测系统、移动式超声快速检测系统、锈蚀检测系统和双动力系统分别相互通信。

2.如权利要求1所述的用于涵闸隐蔽缺陷快速无损检测的爬壁机器人系统，其特征在于，所述导航定位系统包括多目全景相机和激光雷达，多目全景相机用于检测涵闸表面病害，激光雷达用于实现涵闸检测区域的自动构图。

3.如权利要求1所述的用于涵闸隐蔽缺陷快速无损检测的爬壁机器人系统，其特征在于，所述移动系统包括刚柔弧形杆、车轮、驱动电机和力矩传感器；所述刚柔弧形杆连接机器人车体与车轮，用于减震和传递贴合力；驱动电机与车轮连接，以实现机器人的移动和转向；力矩传感器连接在机器人车体的一端，用于监测机器人的实时贴合力。

4.如权利要求1所述的用于涵闸隐蔽缺陷快速无损检测的爬壁机器人系统，其特征在于，所述自动敲击检测系统为电磁敲击装置，所述电磁敲击装置包括用于敲击的敲击锤，敲击锤另一端与第一电磁铁相连，第一电磁铁和敲击锤安装于敲击装置外壳内部，第二电磁铁固定于敲击装置外壳上部，两个电磁铁受自动敲击控制器的控制并与敲击装置外壳内部的弹性装置配合，实现自动敲击。

5.如权利要求4所述的用于涵闸隐蔽缺陷快速无损检测的爬壁机器人系统，其特征在于，所述自动敲击检测系统还包括声音接收器，所述声音接收器安装在电磁敲击装置后侧贴近地面的位置，声音接收器与自动敲击控制器相连，自动敲击控制器与总控制器相连。

6.如权利要求1所述的用于涵闸隐蔽缺陷快速无损检测的爬壁机器人系统，其特征在于，滚珠式超声探头上部连接压力传感器，用于监测实时贴合力，压力传感器另一端连接弹性装置，用于提供贴合力；弹性装置另一端装有旋转伸缩装置，用于调节贴合力；总控制器用于根据压力传感器信息调节旋转伸缩装置，实现各滚珠式超声探头贴合力相同且稳定；每个超声探头与超声检测控制器相连，超声检测控制器与总控制器相连。

7.如权利要求1所述的用于涵闸隐蔽缺陷快速无损检测的爬壁机器人系统，其特征在于，所述锈蚀检测系统为基于地质雷达的两步交错检测模式观测混凝土中钢筋的锈蚀状态系统，该系统被配置为：通过在任意方向行走，获取雷达测线剖面图，采用基于深度神经网络的钢筋快速定位算法，确定钢筋排布方向；沿钢筋布设方向进行扫描，以不同位置的特征参量变化，判别当前位置的锈蚀程度与锈蚀位置。

8.如权利要求3所述的用于涵闸隐蔽缺陷快速无损检测的爬壁机器人系统，其特征在于，所述非接触式负压吸附装置配有气压传感器，总控制器用于根据力矩传感器和气压传感器信息控制是否启动旋翼助推装置，当非接触负压吸附装置所提供的气压达到上限，但仍不满足贴合力需求时，开启旋翼助推装置，实现动力补充。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的用于涵闸隐蔽缺陷快速无损检测的爬壁机器人系统的工作方法，其特征在于，包括：

启动双动力系统，使机器人吸附于被侧面，双动力系统在检测过程中实时监测机器人的贴合力；

导航定位系统完成路径规划，进入快速普查模式，启动自动敲击检测系统和锈蚀检测系统，移动系统以高速度移动，利用自动敲击检测系统、锈蚀检测系统、多目全景相机和导航定位系统，实现对缺陷区域的快速普查以及缺陷的粗略识别和定位；

根据快速普查模式所获得的缺陷定位信息，重新进行路径规划，进入精细检测模式，爬壁机器人移动系统以高速移动至缺陷位置，到达缺陷位置后，根据缺陷的类型选择性开启移动式超声快速检测系统和锈蚀检测系统，同时移动系统改为低速移动，移动式超声快速检测系统运行时，总控制器根据压力传感器信息控制旋转伸缩装置，用于保持各滚珠式超声探头的贴合力相同且稳定，每完成一处缺陷检测爬壁机器人均以高速移动至另一缺陷位置，检测过程中低速移动，待所有缺陷检测完毕，爬壁机器人返回原点，完成对缺陷区域的精细检测；

基于超声获取的数据采用基于深度学习的识别方法进行处理，采用基于可变形卷积旋转区域检测深度神经网络识别内部缺陷位置与类别，采用融合时序信息的“反演-识别”多任务深度神经网络实现长测线下的内部病害连续成像。