CN110510025A - 一种公路隧道隐性病害爬壁检测机器人 - Google Patents

一种公路隧道隐性病害爬壁检测机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种公路隧道隐性病害爬壁检测机器人，该机器人包括箱体以及位于箱体下的足部，该机器人上搭载有动力系统，所述的动力系统用于提供机器人工作时的气压动力与电力，该机器人上还搭载有重力克服系统、行走机构、雷达释放检测系统以及监测系统。本发明的公路隧道隐性病害爬壁检测机器人，能够同时检测出隐藏于初期支护和二期衬砌内部的空洞、裂缝、积水等隐性病害和显性病害，同时，检测精度高，信号抗干扰能力强。

Description

一种公路隧道隐性病害爬壁检测机器人
技术领域
本发明属于道路交通检测技术领域，涉及道路交通检测设备，具体涉及一种公路隧道隐性病害爬壁检测机器人。
背景技术
随着国民经济的持续快速发展，对基础设施的服务性能要求越来越来，同时，对基础设施的投入能力越来越强，在此背景下，我国出现了大量的公路隧道，至2017年底已建设16229座公路隧道，其数量和长度是其他国家难以比拟的。与之同时，隧道运营中也出现了严重病害，主要表现为渗漏水、冻融、衬砌损伤等，不仅缩短了隧道维护周期和使用寿命，而且影响交通安全，近年来国内外多次出现的隧道内重大交通事故多是隧道病害累积作用造成的。因此，为了公路隧道病害已经成为威胁交通安全的主要因素之一，亟待解决。
为了治理隧道病害，国内外学者和工程技术人员进行了不懈努力，从维修加固和快速检测方面做了大量工作。目前最常用的维修加固方法就是注浆处理。但实践发现，注浆处置效果差异严重，尤其是岩溶地区渗漏水隧道，有效性十分有限，主要原因在于维修加固方案的制定往往基于隧道病害外部表征而制定，对病害的起源和病害演化机理与演化过程没有深入考虑。隧道检测往往基于人工目测和仪器协作为主，该方法不仅需要封闭交通，而且往往只考虑衬砌表面的可见病害，现有病害评价体系也仅仅检测可见病害。虽然现在已经开发了快速检测的桥梁检测车，不需要封闭交通，但这些检测往往是基于红外线、激光、影像等技术进行的，这些技术仅能检测衬砌表面可见病害，而对位于衬砌背后的隐性病害无能为力。而这些隐性病害恰恰是可见病害的病原体，是威胁隧道稳定性和交通安全性的关键致因，也是病害处置急需解决的本源问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种公路隧道隐性病害爬壁检测机器人，主要解决现有的隧道病害检测车只能针对显性病害进行检测，对隐性病害无法检测的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种公路隧道隐性病害爬壁检测机器人，该机器人包括箱体以及位于箱体下的足部，该机器人上搭载有动力系统，所述的动力系统用于提供机器人工作时的气压动力与电力，该机器人上还搭载有重力克服系统、行走机构、雷达释放检测系统以及监测系统；
所述的重力克服系统用于将机器人吸附在隧道壁面；
机器人吸附在隧道壁面后，所述的行走机构用于实现机器人在隧道壁面横向行走和纵向行走；
行走机构行走单位距离后，所述的雷达释放检测系统将雷达与隧道壁面贴合并检测隧道隐性病害；所述的监测系统同时监测隧道壁面显性病害以及隧道壁面障碍物；同时，当监测系统监测到隧道壁面有障碍物时，雷达释放检测系统还用于将雷达收回，所述的行走机构重新规划行走路线进行避障。
进一步，还包括辅助探测系统，所述的辅助探测系统用于给检测机器人提供导航。
具体的，所述的辅助探测系统包括机械臂，探测辅助仪，方形槽，双作用气缸，滑动导轨，气缸支座和气缸活塞杆，所述的机械臂包括第一臂节，第二臂节，第三臂节，第四臂节和机械手，各臂节之间铰接连接，在各个臂节关节处均布置有伺服电机和舵机，所述的探测辅助仪将探测微型摄像头,辅助光源,微型红外测距仪固定在探测辅助仪盒体上，所述的方形槽固定于机器人盖板上，所述的滑动导轨位于方形槽内，臂节与滑动导轨连接，在双作用气缸的驱动下使得臂节可以沿滑动导轨移动，所述的气缸支座将双作用气缸固定在方形槽的侧板上。探测辅助仪位于机器人的机械手末端，在探测辅助仪的盒体上固定有探测微型摄像头,辅助光源和微型红外测距仪。
具体的，所述的动力系统包括空气压缩机和蓄电池。
具体的，所述的重力克服系统包括负压吸盘，真空发生器，空气压缩机以及电磁阀；所述的负压吸盘设置在机器人足部末端，所述的真空发生器、空气压缩机和电磁阀均固定在机器人箱体的底板上。
具体的，所述的行走机构包括气缸支承台，双作用双出杆气缸，方形连接板，气缸活塞杆，弯曲连接板，伺服电机，连接轴套，腿部气缸和真空发生器；所述的气缸支承台与机器人箱体底板固定，所述的双作用双出杆气缸与气缸支承台固定，所述的方形连接板与气缸活塞杆的末端连接，所述的弯曲连接板与方形连接板连接；所述的伺服电机固定在弯曲连接板上，伺服电机的输出轴通过键连接与连接轴套相连，连接轴套与腿部气缸所在轴连接，所述的腿部气缸固定在机器人的足部关节处，所述的真空发生器固定在腿部气缸的活塞杆末端。
具体的，所述的监测系统包括控制处理模块和信息采集模块，所述的控制处理模块包括控制电路板和电路保护壳，所述的控制电路板固定在机器人箱体的底部，所述的电路保护壳固定于机器人箱体上；
具体的，所述的信息采集模块包括数据采集仪，温湿度传感器，摄像头和红外测距仪；所述的温湿度传感器、数据采集仪均位于箱体的侧壁上，所述的红外测距仪和摄像头均固定在弯曲连接板上。
具体的，雷达释放检测系统包括雷达释放检测机构和滑动板机构，所述的滑动板机构用于打开雷达释放通道使得雷达释放检测机构释放雷达；所述雷达释放检测机构在雷达释放通道打开后将雷达释放至隧道壁面，并使雷达与隧道壁面贴合。
更具体的，所述的雷达释放检测机构包括雷达释放基座，气缸25，气缸活塞杆27和探地雷达26，所述的雷达释放基座固定于机器人的箱体上，所述的气缸对称设置于雷达释放基座的两侧壁上，所述的探地雷达与两气缸活塞杆27的末端连接；
更具体的，所述的滑动板机构包括多个双作用气缸，多个释放装置支撑板，两个对称的滑动支撑板和多个弹簧缓冲装置，所述的释放装置支撑板28与机器人箱体29底部对称固定，所述的双作用气缸31的一端和弹簧缓冲装置30的一端均固定于机器人箱体上，所述的双作用气缸31的另一端和弹簧缓冲装置的另一端均与所述的滑动支撑板32的一个侧面固定。
优选的，在雷达底部设置有压力传感器，当重心偏移使得隧道壁面与雷达出现缝隙时，压力传感器会发出失压信号。
与现有技术相比，本发明的效果在于：
1、本发明的机器人，在隧道内可实现横向和纵向的移动，能够自行在隧道壁爬行检测，可以完成近乎百分之八十的隧道壁面的高覆盖率检测，自动化程度高，检测速度快。同时，该装置在数据采集仪，红外摄像头以及温湿度传感器以及辅助探测仪的协同作用下，可对隧道显性病害和障碍完成精确探测，并且可以通过自身携带的控制器实现自动避障的功能。
2、本发明的机器人，搭载的地质探测雷达的天线直接跟隧道壁接触，消除了空气耦合的影响，与传统检测相比对公路隧道隐性病害的检测精度更高。本发明采用全自动化检测，在释放后无需人工操控，即可自动完成整个隧道的隐形病害的检测。
附图说明
图1是本发明的正等轴视图；
图2是本发明的主视图；
图3是本发明的俯视图；
图4是本发明的侧视图；
图5是本发明俯视方向上的剖视图；
图6是本发明主视图方向上的剖视图；
图7是本发明释放机构的工作示意图；
图8是本发明滑动板机构的应用示意图；
图9是本发明中机械臂沿机器人方向滑动示意图；
图10是本发明中机械臂90度逆时针旋转的运动示意图；
图11是本发明中辅助探测仪的局部放大示意图；
图12是本发明实施作业的路线示意图；
图13是本发明实施作业状态时的工作示意图；
图14是本发明避障时行进示意图。
图中，各个标号的含义为：
1—数据采集仪；2—盖板；3—机械臂；4—温湿度传感器；5—辅助探测仪；6—负压吸盘；7—腿部气缸；8—连接轴套；9—伺服电机；11—方形连接板；12—摄像头；13—红外测距仪；14—弯曲连接板；15—控制电路板；16—双作用双出杆气缸；17—活塞杆；18—电磁阀；19—真空发生器；20—电路保护壳；21—气缸支承台；22—雷达释放基座；23—空气压缩机；24—蓄电池；25—气缸；26—探地雷达；27—气缸活塞杆；28—释放装置支撑板；29—箱体；30-弹簧缓冲装置；31-双作用气缸；32-滑动支撑板；33-方形槽；34-滑动导轨；35-双作用气缸；36-气缸支座；37-气缸的活塞杆；38-机器人整机；39-隧道照明系统；40-隧道通风系统；41-隧道壁面；
301-第一臂节；303-第二臂节；305-第三臂节；307-第四臂节；308-机械手；309-舵机；
501-盒体；502-微型摄像头；503-辅助光源；504-微型红外测距仪。
具体实施方式
本发明所指的公路隧道隐性病害，其中所述的隐性病害是指非表面的病害，形成原因一般包括衬砌使用的混凝土厚度不足，或者混凝土强度没有达到指标，除此之外，搅拌混凝土时配比不够合理、衬砌空洞等。长期以往，其中一种现象是内部会出现裂缝，一般不能像显性病害一样用肉眼直接观察，需要借助专用的设备。本发明所述的显性病害，是相对隐性病害而言的，病害一般在表面，通过肉眼即可观察，例如大的裂缝，表面渗水等。
本发明的检测设备，携带探地雷达在隧道衬砌表面爬行，不仅克服人工检测封闭交通的缺陷，而且能够检测衬砌背后空洞、积水、裂缝、不密实等隐性缺陷，克服现有检测车只能检测表面可见病害的缺陷，同时，智能化程度高，便于构造包括隐性病害分布的三维数字化隧道。这些不但为制定具有针对性、科学性的隧道病害处置方案提供条件和方向，也能够及时发现病害的源头，控制病害演化，将之消灭在萌芽状态，从而延长隧道使用寿命，保障运营期间的交通安全性，具有重要的现实意义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1：
参见图1-14，本实施例提供了一种公路隧道隐性病害爬壁检测机器人，包括由数据采集仪1，温湿度传感器4，摄像头12，红外测距仪13组成的监测系统；包括由真空吸盘6、腿部气缸7、连接轴套8、伺服电机9、弯曲连接板14、气缸支承台21、双作用双出杆气缸16、方形连接板11组成的行走机构；包括由滑动支撑板32，弹簧缓冲装置30，双作用气缸31组成的滑动板机构；包括由机械臂3，探测辅助仪5，方形槽33，双作用气缸35，滑动导轨34，气缸支座36，气缸活塞杆27组成的辅助探测系统；包括由雷达释放基座22，气缸25，以及气缸活塞杆27，探地雷达26组成的雷达释放机构；所述监测系统用于监测隧道的表面损伤以及隧道障碍物信息；所述机器人箱体搭载空气压缩机23以及蓄电池24，用于提供检测作业时的气压动力与电力；所述行走机构用于实现机器人的横向和纵向的运动；所述滑动板机构用于打开雷达释放的通道；所述辅助探测系统用于给机器人提供准确导航以及精确参数；所述雷达释放机构用于将雷达释放至隧道壁面，并使探地雷达26与隧道壁面保持贴合。
具体的，所述监测系统将摄像头12和红外测距仪13分别固定在两侧的弯曲连接板14上(考虑到机器人在隧道内的螺旋式行进路线，两侧均可能作为机器人行进的“头部”，为了保证在行进时能够精确地完成数据测量和电信号反馈，故在两侧均设置了摄像头和红外测距仪)，其中摄像头12的功能是(1)拍摄隧道内的裂纹，以及检测隧道内其他的显性病害并通过其内置的无线蓝牙模块，将采集到的显性病害信息发送至检测工作人员的pc作为隧道质量信息的评估指标，而红外测距仪13的功能则是检测机器人前端距离障碍物的距离信息，并将这些距离信息送到内部的控制电路板15上，由控制电路板15来处理这些信号从而指导机器人的相关运动。在机器人箱体29的两侧壁上分别布置了温湿度传感器4和数据采集仪1，温湿度传感器4用于感知隧道内的温度和湿度，当温度湿度超过预定指标后向测试中心发送警告信息，并且可实现隧道内温湿度的实时监测。而数据采集仪1则是机器人搭载的一种专业信息采集机器，用来采集与隧道质量评估相关的一些关键参数。
具体的，所述机器人箱体29是典型的箱体类结构，机器人箱体29上边缘有多个螺纹孔，方便机器人盖板2对其进行密封；为了提供机器人检测时的动力，在机器人箱体29内通过螺纹连接的形式固定了蓄电池24以提供电源，同样的通过螺纹连接的形式将空气压缩机23固定在机器人箱体29的底部以提供机器人工作时需要的高压空气。为了使机器人在面对不同路况或遇到障碍时能对自身的运动状态做出调整，在机器人箱体29的底部用螺纹连接的方式固定电路控制板13，考虑到机器人在隧道渗漏水的条件下工作，为了保证控制电路板工作的安全性，将电路保护壳20焊接于机器人箱体内部的侧壁上，同时为了控制对执行机构输出的动力，在机器人箱体29内通过螺纹连接的形式固定了真空发生器19以及电磁阀18。
具体的，所述行走机构由真空吸盘6、腿部气缸7、连接轴套8、伺服电机9、弯曲连接板14、气缸支承台21、双作用双出杆气缸16、方形连接板11组成；为了使机器人进行横向移动，将气缸支承台21通过焊接的形式与机器人箱体29的底部连接，将双作用双出杆气缸16通过螺纹连接的形式与气缸支承台21固定在一起，为了保证双作用双出杆气缸移动时能带动两侧的腿部气缸7，将方形连接板11以焊接的形式固定于双作用双出杆气缸16两侧活塞杆的末端，将弯曲连接板14以螺纹连接的形式固定于方形连接板11上。为了完成机器人在纵向方向的运动，将伺服电机9通过螺纹连接的形式固定于弯曲连接板14上，伺服电机9的输出轴通过键连接与连接轴套8相连，连接轴套8与腿部气缸7所在轴用焊接的方式连接，通过伺服电机9的旋转以及腿部气缸7的伸缩即可实现横向方向的运动，为了使机器人能牢固吸附在墙上，在腿部气缸7活塞杆的末端以螺纹连接的形式固定一个真空吸盘作为负压执行机构。
具体的，所述行走机构的横向纵向移动原理如下：首先，保持b,d,f三足的真空吸盘6负压，以保证与墙面牢牢吸附。(采用三足吸附考虑到三角形的稳定性)，a,c,e三足的真空吸盘释放，并收回真空发生器的行程。控制B,F,D伺服电机9带动关节处旋转一定角度后再恢复行程并恢复负压。释放b,d,f三足吸盘负压，并缩回各腿部气缸7使之脱离墙面。此时机器人箱体29已经相对于墙面移动。控制a,c,e伺服电机9带动关节处旋转一定角度后再驱动腿部气缸7恢复行程并恢复负压。此时整个机器人已经横向移动了一个单位。其次，释放c,f两处吸盘的真空，并且缩回两足的真空发生器行程使a,d两足脱离墙面。通过a,b,e,d四处吸盘的固定作用，切换纵向气缸的驱动回路，使缸身带动横向机构向前移动一定距离，将c,f两足真空发生器行程恢复，恢复吸盘负压。释放a,b,e,d四足吸盘，并收缩各自气缸使其脱离墙面。切换气缸驱动回路，保持缸身不动，通过活塞杆17向前移动一定距离。伸出a,b,e,d腿部气缸7，恢复四足吸盘负压。此时机器人主体已完成了纵向移动一个单位。
同时，为了使机器人在检测时能够跨越或避开隧道中的障碍物如隧道照明系统39以及隧道通风系统40，检测机器人需要能实现自动调节单步前进的步幅。于是，对于横向移动而言，决定其运动姿态的有两点(a)伺服电机输出的单步旋转角度决定了其横向移动时单步移动的距离；(b)腿部气缸7单足缩回的行程；所以通过改变控制电路板19对伺服电机9输入的电信号即可改变伺服电机9的旋转角度，从而完成横向移动时单步移动距离的调节，改变控制电路板输入到电磁阀的电信号可以控制机器人单足缩回的行程。于是配合监测系统输入的电信号，经逻辑电路转换输出新的电信号，从而指导腿部气缸和伺服电机完成相应的动作即可完成横向移动姿态的调节。对于纵向移动而言，决定其运动姿态的有两点(c)双作用双出杆气缸单步活塞杆伸出行程以及气缸缸体移动行程决定了其单步纵向移动距离；(d)腿部气缸单足缩回的行程；通过电磁阀18控制双作用双出杆气缸的14的进出压缩空气的体积即可完成纵向单步移动步幅的调节。其腿部气缸7的缩回控制与横向移动中类似。
具体的，所述滑动板机构的释放装置支撑板26有两个，以焊接的形式对称固定于机器人箱体29底部，为了使探地雷达26能够完成释放，两块释放装置支撑板之间有空隙，同时所述弹簧缓冲装置30有4个，其一端通过焊接的形式连接于机器人箱体29上，所述双作用气缸31有2个，类似的以焊接的形式固定于机器人箱体29上，所述滑动支撑板32有两块，将其两个侧面分别与上述弹簧缓冲装置30与双作用气缸31的另一端相连，并调节其预紧力使滑动支撑板具有良好的对称性。
具体的，所述辅助探测系统主要由机械臂滑动机构，机械臂3以及辅助探测仪组成。为了实现全方位的隧道壁面信息检测，机械臂3需要360度旋转并且能到达机器人前后左右的各个方位，于是在将机械臂的各个关节处采用铰接，并在铰接处分别布置伺服电机，通过各个铰接处的伺服电机旋转使机械臂可以沿各个方向自由转动。同时，为了实现机械臂能沿着机器人方向移动，将第一臂节301与滑动导轨34连接在一起，在双作用气缸35的驱动下使得第一臂节301可以沿滑动导轨移动(可参考图1到图9的变化)。
为了使机器人在行进时具有辅助导航的功能，在机械手308末端携带辅助探测仪5。具体的，在探测辅助仪盒体501上通过螺纹连接的形式固定了辅助光源，用于在光线不好的行进条件下进行照明，同时在501上固定微型摄像头502用于捕捉精细裂纹，固定微型红外测距仪504用于精确分析测量障碍物与机器人的距离信息。
具体的，所述雷达释放机构的雷达释放基座22通过焊接的方式固定于机器人箱体29内,同时在雷达释放基座22的两侧壁上对称布置两个气缸25。为了精确的隧道内部的隐形病害进行检测，将探地雷达26通过焊接的方式与气缸的活塞杆37的末端固定。
为了实现探地雷达26的释放与回收，控制电路板15向两侧气缸29发送电信号，原本固定于释放装置支撑板26的滑动支撑板32在接收到电信号之后开始在固定于箱体基座的两侧气缸29的作用下慢慢向两边开始滑动，于是在滑动支撑板32完成了释放后，机器人释放通道打通。进一步的两侧气缸29在动力源空气压缩机23提供的压缩空气下通过电磁阀18从控制电路板15接收到的电信号激励下保持通道打开时的工作状态。进一步的在释放通道开启后，控制电路板15接收到从弹簧缓冲装置30处安装的位移传感器发送的电信号，经过控制电路板15的逻辑运算处理后向释放机构中的气缸25发送电信号，气缸25在接收到电信号之后开始动作，气缸活塞杆27开始向外伸出，固定于气缸活塞杆27末端的探地雷达26随着活塞杆25的伸出逐渐通过释放通道开始往隧道壁面释放。进一步的在探地雷达26与隧道壁面接触之后，控制电路板15接收到由探地雷达26发送的电信号之后向释放机构的气缸发送指令控制其保持该释放位置的工作状态，当需要雷达回收时，首先依然需要气缸驱动滑动板伸出，然后当探地雷达26回收至指定位置时，气缸25停止动作，滑动支撑板26在弹簧缓冲装置30的作用下恢复至初始位置，这样就实现了探地雷达的释放和回收动作。
同时，为了保障其检测精度，在不平整的隧道壁面41上探地雷达26必须保持与隧道壁的良好接触。在雷达底部搭载压力传感器，当重心偏移使得隧道壁面与雷达出现缝隙时，雷达底部搭载的压力传感器失压后向控制电路板15发送电信号，当控制电路板15接收到信号之后通过处理运算发送信号至释放机构的气缸25，气缸25接收到信号之后伸出活塞杆直到雷达与隧道壁面的压力达到指定值时完成调节。当重心偏移使得隧道壁面41与探地雷达26之间压力过载时，同样发送信号到控制电路板15，气缸在接收到新的电信号之后开始调节输出压力直至雷达隧道壁面压力达到指定值，此时完成调节。
上述公路隧道隐形病害检测机器人的具体工作过程为：
需要说明的是该机器人要完成整个隧道内隐性病的勘测，所以在隧道内壁的各个位置均需要探测，如图12所示，先由1位置沿隧道横截面爬行至2位置，然后沿隧道方向移动一个位置到3位置，再继续沿隧道横截面爬行，以此螺旋的形式往前爬行能够覆盖整个隧道壁面，在爬行的同时，通过自身携带的探地雷达与隧道壁面紧贴来检测隧道的隐性病害，并且在遇到障碍物如照明系统32，通风系统33等可以自动调节行进路线。
首先，在完成机器人调试之后，将机器人整机38从隧道入口左下方释放。
进一步的，空气压缩机23作为动力源开始动作，提供压力空气经真空发生器19和电磁阀18送往机器人的6处真空吸盘开始动作，机器人在六足硅胶真空吸盘6的吸附下垂直固定于隧道壁面41之上。
进一步的，控制电路板15向双作用气缸31发送激励电信号，双作用气缸31开始动作，滑动支撑板32开始向两侧移动直到释放通道完全打开，此时控制电路板15又向气缸25发送电信号刺激其动作，在电信号的刺激下气缸活塞杆伸出25，探地雷达完成释放(与隧道壁面接触时)。
进一步的，机器人行进机构在控制电路板15发出的指令下开始动作，机器人在伺服电机9以及腿部气缸7等元件的协助下开始进行横向移动。其中伺服电机的电动力由蓄电池24提供，腿部气缸7的气动力由空气压缩机提供并由电磁阀18加以控制。
进一步的，在机器人内部的控制电路板15的控制下,辅助探测系统开始动作，双作用气缸35以及机械臂各铰接处的伺服电机动作下，驱动气缸活塞杆37伸缩，机械臂开始旋转，使得辅助探测仪在机械臂的夹持下到达适宜的位置为机器人提供导航功能以及精确的显性裂纹探测功能。该系统在机器人行进期间一直运行，机械臂上各个伺服电机3以及双作用气缸35的输入电信号均由内部控制电路板15来控制，从而实现可自适应控制的精确导航和探测。
进一步的，监测系统开始动作，其携带的摄像头12，数据采集仪1，温湿度传感器4开始采集隧道内裂纹，温度，湿度等参数，并且将裂纹处的位置信息发送至控制电路板15。同时监测系统所搭载的红外测距仪13开始对障碍物进行距离测量。
进一步的，当机器人重心偏移使得隧道壁面41与探地雷达26出现缝隙时，雷达底部搭载的压力传感器失压后向控制电路板15发送电信号，当控制电路板15接收到信号之后通过处理运算发送信号至释放机构的气缸25，气缸25接收到信号之后继续向外伸出活塞杆25直到雷达与隧道壁面的压力打到指定值时完成调节。当重心偏移使得隧道壁面与雷达压力过载时，同样发送信号到控制电路板15，气缸在接收到新的电信号之后开始缩回行程直至雷达隧道壁面压力达到指定值完成调节。
进一步的，探地雷达26将探测到的地质信息和自身位置信息通过控制电路板15实时发送至探测工作人员的PC,工作人员通过实时分析可以找到隧道壁内积水位置等相关信息。
进一步的，当机器人运动到距离隧道照明系统39一定的位置时，气缸活塞杆27缩回，当探地雷达回收至指定位置时，双作用气缸31停止动作，滑动支撑板32位弹簧的作用下恢复至初始位置。机器人携带的辅助探测仪5中的微型红外测距仪以及机器人侧壁上的红外测距仪开始对隧道照明系统39进行距离和高度分析，并将这些数据发送至控制电路板15，在经过逻辑运算后将机器人动作信息指令以电信号的信息发送至机器人横向运动的执行机构即伺服电机9与腿部气缸7，由于照明系统的高度通常小于50毫米，而机器人在横向运动时腿部气缸的行程为50mm，所以通常来说可以对隧道照明系统39完成跨越。
进一步的，在跨越过隧道照明系统39之后，雷达释放机构动作，雷达恢复与隧道壁面的接触，探测继续进行。当机器人运动到位置a时，控制电路板15发送电信号至执行机构将机器人的运动姿态切换为纵向运动，在双作用双出杆气缸16以及腿部气缸7的配合下纵向移动一定距离后避开隧道通风系统40，即由位置b移动到位置c。
进一步的，在完成对隧道通风系统40的避障之后，释放机构动作，雷达恢复与隧道壁面的接触。同时行进机构动作横向运动恢复，探测继续进行。在机器人横向运动一定距离后，监测系统探测到障碍物已避开，于是控制电路板15和行进机构相继动作，机器人在切换为纵向运动之后回到原截面，随后再次将运动状态切换为横向运动。
进一步的，当机器人移动到与左侧释放高度相同的右侧时，控制电路板15动作，使得机器人切换动作姿态为纵向运动，机器人纵向移动一个单位距离。之后按照上述工作原理遵循所述行进路线完成剩余的检测工作。
上文具体实施方式和实例仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下，在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (10)

1.一种公路隧道隐性病害爬壁检测机器人，该机器人包括箱体(29)以及位于箱体(29)下的足部，该机器人上搭载有动力系统，所述的动力系统用于提供机器人工作时的气压动力与电力，其特征在于，该机器人上还搭载有重力克服系统、行走机构、雷达释放检测系统以及监测系统；
所述的重力克服系统用于将机器人吸附在隧道壁面；
机器人吸附在隧道壁面后，所述的行走机构用于实现机器人在隧道壁面横向行走和纵向行走；
行走机构行走单位距离后，所述的雷达释放检测系统将雷达与隧道壁面贴合并检测隧道隐性病害；所述的监测系统同时监测隧道壁面显性病害以及隧道壁面障碍物；同时，当监测系统监测到隧道壁面有障碍物时，雷达释放检测系统还用于将雷达收回，所述的行走机构重新规划行走路线进行避障。
2.如权利要求1所述的检测机器人，其特征在于，所述的检测机器人还搭载有辅助探测系统，所述的辅助探测系统用于给检测机器人提供导航。
3.如权利要求2所述的检测机器人，其特征在于，所述的辅助探测系统包括机械臂(3)、辅助探测仪(5)、方形槽(33)、滑动导轨(34)和双作用气缸(35)；
所述的机械臂(3)包括第一臂节(301)，第二臂节(303)，第三臂节(305)，第四臂节(307)和机械手(308)，各臂节之间依次铰接连接，在各臂节关节处均布置有伺服电机(302)和舵机(309)；
所述的辅助探测仪(5)包括微型摄像头(502)、辅助光源(503)和微型红外测距仪(504)，均固定在辅助探测仪的盒体(501)上，所述的方形槽(33)固定于机器人的盖板(2)上，所述的滑动导轨(34)位于方形槽(33)内，第一臂节(301)与滑动导轨(34)连接，在双作用气缸(35)的驱动下使得第一臂节(301)沿滑动导轨(34)移动，所述的双作用气缸(35)通过气缸支座(36)固定在方形槽(33)的侧板上；辅助探测仪(5)位于机械手(308)末端。
4.如权利要求1所述的检测机器人，其特征在于，所述的动力系统包括空气压缩机(23)和蓄电池(24)，所述空气压缩机(23)固定在箱体(29)底板上。
5.如权利要求1所述的检测机器人，其特征在于，所述的重力克服系统包括负压吸盘(6)、真空发生器(19)以及电磁阀(18)；所述的负压吸盘(6)设置在机器人足部末端，所述的真空发生器(19)和电磁阀(18)均固定在箱体(29)底板上。
6.如权利要求1所述的检测机器人，其特征在于，所述的行走机构包括双作用双出杆气缸(16)，方形连接板(11)，弯曲连接板(14)，伺服电机(9)，连接轴套(8)和腿部气缸(7)；
所述的双作用双出杆气缸(16)与气缸支承台(21)固定，所述的气缸支承台(21)与箱体(29)底板固定；
所述的方形连接板(11)与双作用双出杆气缸(16)的活塞杆(17)的末端连接，所述的弯曲连接板(14)与方形连接板(11)连接；所述的伺服电机(9)固定在弯曲连接板(14)上，伺服电机(9)的输出轴通过键连接与连接轴套(8)相连，连接轴套(8)与腿部气缸(7)所在轴连接，所述的腿部气缸(7)固定在机器人的足部关节处，所述的真空发生器(19)固定在腿部气缸(7)活塞杆末端。
7.如权利要求6所述的检测机器人，其特征在于，所述的监测系统包括控制处理模块和信息采集模块，所述的控制处理模块包括控制电路板(15)和电路保护壳(20)，所述的控制电路板(15)固定在箱体(29)的底部，所述的电路保护壳(20)固定于箱体(29)上；
所述的信息采集模块包括数据采集仪(1)，温湿度传感器(4)，摄像头(12)和红外测距仪(13)；所述的温湿度传感器(4)、数据采集仪(1)均位于箱体(29)的侧壁上，所述的红外测距仪(13)和摄像头(12)均固定在弯曲连接板(14)上。
8.如权利要求1所述的检测机器人，其特征在于，雷达释放检测系统包括雷达释放检测机构和滑动板机构，所述的滑动板机构用于打开雷达释放通道使得雷达释放检测机构释放雷达；所述雷达释放检测机构在雷达释放通道打开后将雷达释放至隧道壁面，并使雷达与隧道壁面贴合。
9.如权利要求8所述的检测机器人，其特征在于，所述的雷达释放检测机构包括雷达释放基座(22)，气缸(25)和探地雷达(26)，所述的雷达释放基座(22)固定于箱体(29)上，所述的气缸(25)对称设置于雷达释放基座(22)的两侧壁上，所述的探地雷达(26)与两气缸的气缸活塞杆(27)的末端连接；
所述的滑动板机构包括多个双作用气缸(31)，多个释放装置支撑板(28)，两个对称的滑动支撑板(32)和多个弹簧缓冲装置(30)，所述的释放装置支撑板(28)与箱体(29)底部对称固定，所述的双作用气缸(31)的一端和弹簧缓冲装置(30)的一端均固定于箱体(29)上，所述的双作用气缸(31)的另一端和弹簧缓冲装置(30)的另一端均与所述的滑动支撑板(32)的一个侧面固定。
10.如权利要求9所述的检测机器人，其特征在于，在雷达底部设置有压力传感器，当重心偏移使得隧道壁面与雷达出现缝隙时，压力传感器会发出失压信号。
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