CN111721803A - 一种测墙体热阻的爬墙机器人、控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑围护结构热阻参数测量技术领域，公开了一种测墙体热阻的爬墙机器人、控制系统及方法，车身主体嵌装有摄像头，车身主体通过转轴与滚轮连接，滚轮之间套接有履带；车身主体设置有导轨，导轨位于履带两侧；车身主体底部通过液压杆与热阻箱连接，热阻箱滑接在导轨上，使液压杆、热阻箱和导轨与车厢主体连接在一起；车身主体下侧两滚轮连杆上放置多个直径较大的负压吸盘，负压吸盘与真空泵连接。本发明负压吸盘会将机器人下部空气抽走，使机器人稳固在被测位置，热阻箱在液压杆的作用下沿着导轨运动至被测墙体外表面，测试墙体热阻。本发明同时具备履带式、负压吸附式，可以应用现场围护结构热阻测量的方法或者系统。
Description
技术领域
本发明属于建筑围护结构热阻参数测量技术领域，尤其涉及一种测墙体热阻的爬墙机器人、控制系统及方法。
背景技术
目前，随着时代的发展，建筑能耗的占比率越来越高，因此我国推从绿色建筑，零能耗建筑。虽然从理念和设计方面去追求了节能，但是墙体的耗能依然是建筑耗能的主要来源。建筑能耗中80％的能耗是来源于墙体散失的，所以准确的测量墙体热阻是解决能耗问题的关键。墙体热阻对建筑节能与建筑围护结构热工性能的分析有直接关系，对建筑节能起重要作用。
目前测量热阻的方法应用于现场都具有限制条件，比如热流计法，热箱法等。其中热流计法的特点是测量仪器设备少，携带方便，操作简单，但是它要求测量时间周期很长，所以一般不采用这种方法测量墙体热阻。目前，热箱法作为实验室检测墙体热阻的方法已经采用了很长时间，是较为成熟的试验方法，它的特点是不受环境影响，但是它的不足是过于笨重，不太适合现场墙体热阻测量。为了解决这一问题，我们将爬墙机器人和热箱结合来测量现场墙体热阻。随着人们生活水平的提高，高楼大厦越来越多，所以出现了很多高空工作，比如高楼窗户的清洗，围护结构的维修。但是这些大多数还是靠人工完成的，导致其效率低，耗时长，甚至增添了不少的安全隐患。
目前很多高空工作已经利用爬墙机器人去完成，它是可以自动完成高空工作，已经成为了机器人自动化领域的一门重要技术。爬墙机器人有履带式、负压吸附式，前者的优势是能够让机器人在墙面灵活转动，后者主要是能够实现机器人在竖直方向上运动。但是目前将两者结合在一起应用到现场测墙体热阻还不够成熟。
目前在建筑围护结构领域中还没有可以应用现场围护结构热阻测量的方法或者系统。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中爬墙机器人没有同时具备履带式、负压吸附式；现有技术中爬墙机器人没有结合热箱热流计热箱；现有技术中爬墙机器人没有运用红外热成像仪技术；同时在建筑围护结构领域中没有可以应用现场围护结构热阻测量的方法或者系统。
解决以上问题及缺陷的难度为：履带式和负压吸附式的结合增大了爬墙机器人的重量对其吸附能力要求更高；热箱热流计法搭载在爬墙机器人内，增大了爬墙机器人的重量，而且要求爬墙机器人的数据传输系统能及时准确的将热箱的数据上传到上位机；红外热成像仪技术能与热箱的数据结合，必须要求爬墙机器人整个控制系统运转顺利。
解决以上问题及缺陷的意义为：为了让爬墙机器人能自由在墙面行走；热箱热流计数法为了使测得的数据更加准确，解决现场测量墙体热阻的三维性和不稳定性；红外热成像仪技术是为了将其得到的数据进行图像处理，获得数据报告，使数据更加直观，便于工作人员了解墙体热阻情况。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种测墙体热阻的爬墙机器人、控制系统及方法。
本发明是这样实现的，一种测墙体热阻的爬墙机器人，所述所述测墙体热阻的爬墙机器人设置有车身主体；
车身主体嵌装有摄像头，车身主体通过转轴与滚轮连接，滚轮之间套接有履带；
车身主体设置有导轨，导轨位于履带两侧；
车身主体底部通过液压杆与热阻箱连接，热阻箱滑接在导轨上，使液压杆、热阻箱和导轨与车厢主体连接在一起；
车身主体下侧两滚轮连杆上放置多个直径较大的负压吸盘，负压吸盘与真空泵连接。
进一步，所述车身主体设置有四个滚轮，每个滚轮均与一个电机连接。
进一步，所述车身主体内部固定有控制箱和电池，控制箱分别与电池、电机和真空泵连接。
本发明另一目的在于提供一种控制所述的测墙体热阻的爬墙机器人的测墙体热阻的爬墙机器人控制系统，所述测墙体热阻的爬墙机器人控制系统包括：传感器检测模块、电源模块、主控制模块、无线通信模块、上位机显示模块、无线传输基站、无人基站、热箱模块、电机驱动模块；
传感器检测模块与主控制模块电连接，主控制模块分别与电源模块和无线通信模块连接；
无线通信模块分别与上位机显示模块和无线传输基站连接，无线传输基站与无人基站连接。主控制模块分别与热箱模块和电机驱动模块电连接。
本发明另一目的在于提供一种测墙体热阻的爬墙机器人控制方法，包括：
自动爬行时，对爬墙机器人的激光雷达返回的数据和图像处理的结果进行融合，控制爬墙机器人避开障碍；
路线发生变化时，通过对方向传感器调整和控制电机，爬墙机器人找寻到指定位置；
得到待测墙体空间坐标信息后，通过控制器控制爬墙机器人对该待测墙体进行墙体热阻的测量。
进一步，所述墙体热阻的测量采用热箱法，包括：
(1)防护热箱对测试试件进行均匀加热，并且自动记录箱体内空气温度与试件表面温度；
同时，另一侧的温度通过温度热流巡检仪自动记录试件外表面温度、空气温度和热流量；
所述墙热箱法计算热阻公式为：
公式中：R墙体热阻；Tsij为j时刻墙体内侧表面的温度值；Tsoj为j时刻墙体外侧表面的温度值；qij为j时刻通过墙体内表面的热流值；qoj为j时刻通过墙体外表面的热流值；
(2)利用红外热成像仪进行图片拍摄、图像拼接；
(3)设置拍摄、拼接的红外热成像图片的最高温度Tmax和最低温度Tmin，依据检测环境条件以及当地情况，选择没有热工缺陷的温度区间范围[Tm,Tn]，再进行多次测量，取平均值，以[Tm,Tn]为基点温度区间，并在[Tmax,Tmin]范围内，按照基点区间差值，划分成若干等差温度区间，并用不同深浅颜色标记不同温度区间，区间长度，区间长度5-10℃，区间个数3-7个；
(4)对获取的不同温度区间数据进权重计算，包括墙体热阻误差率、墙体表面的热工缺陷程度、气密性计算。
进一步，所述步骤(4)建筑外表面热工缺陷程度计算方法如下：
利用划分后的温度区间图像上相对面积比值Δ指标评价建筑外表面的热工缺陷程度：
式中，Δ为建筑检测表面缺陷图像面积与整体图像面积的比值，Ai为检测出第i处缺陷面积(m2)，A为待检测建筑表面总面积(m2)；
其中，Δ所代表的建筑检测表面缺陷图像面积与整体图像面积的比值在计算中用温度区间图像像素点数的比值来代替，相应的Ai为温度区间图像显示的缺陷区域的像素点数，A为温度区间图像全部像素点数。
进一步，所述步骤(4)所述热阻误差率的计算：
式中Ka是理论热阻，Kb是热箱测出的实际热阻；
气密性计算：确定划分的温度区间图像某待测区域最高温度Ta，最低温度 Tb，平均温度T0比最高温度Ta或最低温度Tb与平均温度T0的差值ΔT，作为气密性参考值。
进一步，所述测墙体热阻的爬墙机器人控制方法，进一步包括：
通过上位机的人工控制，使爬墙机器人到达指定区域。
本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述的测墙体热阻的爬墙机器人控制方法。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的测墙体热阻的爬墙机器人控制方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：(1)本发明中车身主体嵌装有摄像头，采集相应的图像；车身主体通过转轴与滚轮连接，滚轮之间套接有履带，带动履带运动。本发明在车身主体下侧两滚轮连杆上放置多个直径较大的负压吸盘，负压吸盘与真空泵连接。负压吸盘会将机器人下部空气抽走，使机器人稳固在被测位置，热阻箱在液压杆的作用下沿着导轨运动至被测墙体外表面，测试墙体热阻。本发明同时具备履带式、负压吸附式，在建筑围护结构领域中可以应用现场围护结构热阻测量的方法或者系统。
(2)本发明中车身主体设置有四个滚轮，每个滚轮均与一个电机连接，使整体机器人移动速度较快，易控制。
(3)本发明中车身主体内部固定有控制箱和电池，控制箱分别与电池、电机和真空泵连接，为其它用电器件进行供电。
(4)本发明在热箱法中应用红外热成像仪，可以使结果更加准确和直接。
(5)本发明通过实验，获得实验模型数据如下表：
| 模型编号 | 模型一 | 模型二 | 模型三 | 模型四 | 模型五 |
| 加热方式 | 局部加热 | 局部加热 | 局部加热 | 局部加热 | 热箱法加热 |
| 加热面积 | 500*500 | 800*800 | 1000*1000 | 1200*1200 | 1600*1600 |
模型墙体三维传热稳定时间表
模型墙体冷侧表面稳定温度表
模型墙体热流密度误差计算表
模型墙体热阻误差修正计算表
热箱热流计法测得不同朝向的传热系数
| 朝向 | 东朝向 | 北朝向 | 西朝向 | 南朝向 | 平均值 |
| 传热系数 | 0.385 | 0.383 | 0.372 | 0.378 | 0.380 |
局部法和热流计法测得不同朝向的传热系数
| 实例 | 东朝向 | 北朝向 | 西朝向 | 南朝向 | 平均值 |
| 局部法 | 0.658 | 0.613 | 0.612 | 0.625 | 0.627 |
| 热流计法 | 0.514 | 0.429 | 0.482 | 0.463 | 0.472 |
热箱热流计法测量墙体结果如图7。
本发明的有效效果：
1.本发明提供的热箱热流计法，对其被测墙体进行均匀加热以及自动记录墙体内外表面温度和热流量，提高了现场测量墙体热阻的准确性，还解决了现场测量墙体周期长和三维性问题。
2.本发明提供的红外热成像仪法，针对建筑或不同房间不同功能需求，将原始红外热图像划分成温度区间图像，即将零散碎片化、分解不明显的色彩图像划分为等差的、分界明显、色彩差异大的图像，有利于检测人员更直观的观测出温度差异，可通过图像颜色区间直观对建筑物进行节能分析评价；将三维激光扫描仪与红外热像仪相结合对建筑围护结构进行检测，将红外热图像与三维点云数据模型相结合，能快速、便捷、直观的形成建筑整体三维红外热像模型，能准确定位缺陷位置，获取缺陷位置信息，弥补了传统红外检测技术的不足。
3.本发明提供的方法结合虚拟现实技术，改变传统的检测和评价方法，建立数据库，观测者可以对照图像结合数据进行分析评价，使检测和评价方法更加智能化、人性化和直观化，检测结果更加准确。
4.本发明提供的履带式负压式机器人，两者的结合，实现了机器人可以在墙面上自由行走，吸附性强。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的测墙体热阻的爬墙机器人结构示意图。
图2是本发明实施例提供的车体内部结构示意图。
图3是本发明实施例提供的热阻箱检测原理示意图。
图4是本发明实施例提供的轮胎式车体结构示意图。
图5是本发明实施例提供的热阻箱检测原理示意图。
图6是本发明实施例提供的测墙体热阻的爬墙机器人控制系统结构示意图。
图中：1、摄像头；2、液压杆；3、热阻箱；4、导轨；5、负压吸盘；6、履带；7、车身主体；8、滚轮；9、控制箱；10、真空泵；11、电机；12、电池；13、传感器检测模块；14、电源模块；15、主控制模块；16、无线通信模块；17、上位机显示模块；18、无线传输基站；19、无人基站；20、热箱模块； 21、电机驱动模块。
图7是本发明实施例提供的热箱热流计法测量墙体结果图。图中7(a)为东外墙；7(b)为北外墙；7(c)为西外墙；7(d)为南外墙。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种测墙体热阻的爬墙机器人、控制系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1-图5所示，本发明实施例提供的一种履带式吸盘和负压吸附式机器人结合的测墙体热阻的爬墙机器人，包括爬墙机器人、热箱、控制箱以及连接系统。
控制箱包括：中央控制器(ARM+FPGA)、负压吸盘控制模块、数据报告传送模块、热箱；
负压吸盘控制模块包括：负压发生器、微型真空泵、吸盘、真空管道、电磁阀、密封圈。
连接系统包括：连接线缆和通讯系统，其中连接线缆是由通讯线缆、充电线缆捆绑在一起组成的。爬墙机器人通过连接线缆与热箱连接，并由通讯系统交换数据。
车身主体7嵌装有摄像头1，车身主体7通过转轴与滚轮8连接，滚轮8之间套接有履带6；车身主体7设置有导轨，导轨位于履带6两侧。
车身主体7底部通过液压杆2与热阻箱3连接，热阻箱3滑接在导轨4上，使液压杆2、热阻箱3和导轨4与车厢主体连接在一起。
车身主体7下侧两滚轮8连杆上放置多个直径较大的负压吸盘5，负压吸盘 5与真空泵10连接，真空泵10通过螺栓固定在车身主体7下边。其中多个直径较大的负压吸盘5，与履带式的液压杆的作用一样，仍然在车体下面放置真空负压吸盘。
其中，车身主体7设置有四个滚轮8，每个滚轮8均与一个电机11连接。
车身主体7内部固定有控制箱9和电池12，控制箱9分别与电池12、电机 11和真空泵10连接。
如图6所示，本发明实施例提供的测墙体热阻的爬墙机器人控制系统包括：传感器检测模块13、电源模块14、主控制模块15、无线通信模块16、上位机显示模块17、无线传输基站18、无人基站19、热箱模块20、电机驱动模块21。
传感器检测模块13与主控制模块15电连接，主控制模块15分别与电源模块14和无线通信模块16连接。
无线通信模块16分别与上位机显示模块17和无线传输基站18连接，无线传输基站18与无人基站19连接。主控制模块15分别与热箱模块20和电机驱动模块21电连接。
车体正前方安装红外热成像仪，GPS导航系统、图像识别及方向传感器和激光雷达均安装在红外热成像仪正下方的位置上。爬墙机器人由电机驱动运动，通过GPS的导航定位和图像识别及方向传感器和激光雷达的扫描进行精准爬行，从而到达目标区域，再通过无线通信模块传递给上位机和基站。
本发明实施例提供的爬墙机器人的运动控制方式，如下：
一种是通过上位机的人工控制，从而使爬墙机器人到达指定区域。
另一种是自动爬行模式，处于自动模式时，爬墙机器人的激光雷达会启动，通过对激光雷达返回的数据和图像处理的结果进行融合来控制爬墙机器人避开障碍；当路线发生变化时，通过方向传感器来调整和控制电机，爬墙机器人就会找到指定位置。在得到待测墙体空间坐标信息后，通过控制器去让爬墙机器人对该墙体进行墙体热阻的测量。
本发明实施例提供的热阻的测量采用热箱法，其原理是防护热箱会对测试试件进行均匀加热，并且会自动记录箱体内空气温度与试件表面温度，同时，另一侧的温度通过温度热流巡检仪自动记录试件外表面温度、空气温度和热流量。利用热阻的计算公式：
公式符号：R墙体热阻； Tsij为j时刻墙体内侧表面的温度值；Tsoj为j时刻墙体外侧表面的温度值； qij为j时刻通过墙体内表面的热流值；qoj为j时刻通过墙体外表面的热流值。
为了使结果更加准确和直接，本发明应用了红外热成像仪；数据报告模块：红外热成像仪拍摄的图片、温度范围划分、图像拼接、数据权重计算。数据权重计算：墙体热阻误差率、墙体表面的热工缺陷程度、气密性；温度范围划分：设置红外热成像图片的最高温度Tmax和最低温度Tmin，依据检测环境条件以及当地情况，选择没有热工缺陷的温度区间范围[Tm,Tn]，再进行多次测量，取平均值，以[Tm,Tn]为基点温度区间，并在[Tmax,Tmin]范围内，按照基点区间差值，划分成若干等差温度区间，并用不同深浅颜色来标记不同温度区间，区间长度，区间长度5-10℃，区间个数3-7个为宜；
建筑外表面热工缺陷程度计算方法如下：利用划分后的温度区间图像上相对面积比值Δ指标评价建筑外表面的热工缺陷程度：
式中，Δ为建筑检测表面缺陷图像面积与整体图像面积的比值，Ai为检测出第i处缺陷面积(m2)，A为待检测建筑表面总面积(m2)，其中，Δ所代表的建筑检测表面缺陷图像面积与整体图像面积的比值在计算中用温度区间图像像素点数的比值来代替，相应的Ai为温度区间图像显示的缺陷区域的像素点数，A为温度区间图像全部像素点数；热阻误差率的计算：
式中Ka是理论热阻，Kb是热箱测出的实际热阻；
气密性计算：确定划分的温度区间图像某待测区域最高温度Ta,最低温度 Tb，平均温度T0比最高温度Ta或最低温度Tb与平均温度T0的差值ΔT，作为气密性参考值。最后的数据分析方法报告如下：
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细的描述。
本发明可以以两种类型机器人运行测试，一种是轮胎式爬墙机器人，另一种是履带式。这两种的车体内部结构大同小异。以履带式着重阐释，履带式多吸盘测试墙体热阻爬墙机器人包含爬墙车体和设置在爬墙车体上的机器人摄像头1，爬墙车体包含车身主体7、热阻箱3、导轨4、吸盘组件5、滚轮8、电机 11、履带6、真空泵10、电池12和控制箱9，四个滚轮4转动设置在车身主体 7两侧并且每个滚轮8均与一个电机5连接由电机5驱动，履带6设置在车身主体7一侧的两个滚轮8上由滚轮4驱动，吸盘组件5水平设置在车身主体7下侧并且与真空泵7连接，电池12与控制箱9固定在车身主体7内部电池12、电机11和真空泵10均与控制箱9连接。通过这样的结构，电池12通过控制箱9 对电机11和真空泵10进行供电，这样通过控制箱9控制电机11和真空泵7的工作，在平地上行走的时候，只需要给电机11供电使机器人行走即可，当进行爬墙的时候，则控制真空泵10工作使得机器人能够吸附在墙面上，并且同时控制电机11从而驱动机器人在墙面上行走。热阻箱3通过液压杆2和导轨4与车厢主体连接在一起，爬墙机器人到达被测位置后，负压吸盘5会将机器人下部空气抽走，使机器人稳固在被测位置，热阻箱4在液压杆2的作用下沿着导轨4 运动至被测墙体外表面，测试墙体热阻。
下面结合具体实施例/实验对本发明作进一步描述。
图7是本发明实施例提供的热箱热流计法测量墙体结果图。图中7(a)为东外墙；7(b)为北外墙；7(c)为西外墙；7(d)为南外墙。
实施例：
(1)确定路线：确定本次需要测定的建筑物墙体，确定本次测墙体热阻的爬墙机器人具体路线，机器人云台搭载红外线热成像仪、GPS导航系统和无线传输系统，可由地面控制人员遥控或自动爬行模式，处于自动模式时，爬墙机器人的激光雷达会启动，通过对激光雷达返回的数据和图像处理的结果进行融合来控制爬墙机器人避开障碍；当路线发生变化时，通过方向传感器调整和控制电机，爬墙机器人找到指定位置；无线传输系统可采用WiFi、2G、3G、4G 等无线信号进行数据传输。
(2)测定墙体热阻：机器人到达指定位置时，机器人搭载的热阻箱沿着车身内部的导轨在液压杆的作用下紧密接触建筑物墙体外表面，防护热箱会对测试试件进行均匀加热，并且会自动记录箱体内空气温度与试件表面温度，而另一侧的温度通过温度热流巡检仪自动记录试件外表面温度、空气温度和热流量，同时通过无线传输系统将所测的相关数据传回上位机；
(3)拍摄红外热像图：机器人搭载的热阻箱中红外热成像仪扫描待测建筑物墙体，拍摄待测建筑物墙体部红外热像图，并获取所拍摄建筑物红外热像图每个像素点的温度信息，同时通过无线传输系统将红外热像图和相关信息传回上位机。
(4)温度范围划分：设置红外热成像图片的最高温度Tmax和最低温度 Tmin，依据检测环境条件以及当地情况，选择没有热工缺陷的温度区间范围 [Tm,Tn]，再进行多次测量，取平均值，以[Tm,Tn]为基点温度区间，并在 [Tmax,Tmin]范围内，按照基点区间差值，划分成若干等差温度区间，并用不同深浅颜色来标记不同温度区间，区间长度，区间长度5-10℃，区间个数3-7个为宜。
(5)数据权重计算：根据上述步骤得到的待测建筑整体温度区间图像计算建筑物墙体外表面的热工缺陷程度、热阻系数误差率和气密性，并储存在数据库中。
(6)分析评价：对比数据库中的测量数据与现行绿色建筑评价标准规定，依据实际建筑对被动式建筑、装配式建筑等不同类型建筑的围护结构热工性能情况作出专项分析评价，生成相应的检测报告。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种测墙体热阻的爬墙机器人控制方法，其特征在于，所述测墙体热阻的爬墙机器人控制方法，包括：
对爬墙机器人的激光雷达返回的数据和图像处理的结果进行融合，控制爬墙机器人自动爬行时避开障碍；
通过对方向传感器调整和电机的运行控制，在爬墙机器人路线发生变化时找寻到指定位置；
获取待测墙体空间坐标信息后，通过控制器控制爬墙机器人对该待测墙体进行墙体热阻的测量。
2.如权利要求1所述的测墙体热阻的爬墙机器人控制方法，其特征在于，所述墙体热阻的测量采用热箱法，包括：
(1)防护热箱对测试试件进行均匀加热，并且自动记录箱体内空气温度与试件表面温度；
同时，另一侧的温度通过温度热流巡检仪自动记录试件外表面温度、空气温度和热流量；
所述墙热箱法计算热阻公式为：
公式中：R墙体热阻；Tsij为j时刻墙体内侧表面的温度值；Tsoj为j时刻墙体外侧表面的温度值；qij为j时刻通过墙体内表面的热流值；qoj为j时刻通过墙体外表面的热流值；
(2)利用红外热成像仪进行图片拍摄、图像拼接；
(3)设置拍摄、拼接的红外热成像图片的最高温度Tmax和最低温度Tmin，依据检测环境条件以及当地情况，选择没有热工缺陷的温度区间范围[Tm,Tn]，再进行多次测量，取平均值，以[Tm,Tn]为基点温度区间，并在[Tmax,Tmin]范围内，按照基点区间差值，划分成若干等差温度区间，并用不同深浅颜色标记不同温度区间，区间长度，区间长度5-10℃，区间个数3-7个；
(4)对获取的不同温度区间数据进权重计算，包括墙体热阻误差率、墙体表面的热工缺陷程度、气密性计算。
3.如权利要求2所述的测墙体热阻的爬墙机器人控制方法，其特征在于，所述步骤(4)建筑外表面热工缺陷程度计算方法如下：
利用划分后的温度区间图像上相对面积比值Δ指标评价建筑外表面的热工缺陷程度：
式中，Δ为建筑检测表面缺陷图像面积与整体图像面积的比值，Ai为检测出第i处缺陷面积(m2)，A为待检测建筑表面总面积(m2)；
其中，Δ所代表的建筑检测表面缺陷图像面积与整体图像面积的比值在计算中用温度区间图像像素点数的比值来代替，相应的Ai为温度区间图像显示的缺陷区域的像素点数，A为温度区间图像全部像素点数。
4.如权利要求2所述的测墙体热阻的爬墙机器人控制方法，其特征在于，所述步骤(4)所述热阻误差率的计算：
式中Ka是理论热阻，Kb是热箱测出的实际热阻；
气密性计算：确定划分的温度区间图像某待测区域最高温度Ta，最低温度Tb，平均温度T0比最高温度Ta或最低温度Tb与平均温度T0的差值ΔT，作为气密性参考值。
5.如权利要求1所述的测墙体热阻的爬墙机器人控制方法，其特征在于，所述测墙体热阻的爬墙机器人控制方法，进一步包括：
通过上位机的人工控制，使爬墙机器人到达指定区域。
6.一种测墙体热阻的爬墙机器人控制系统，其特征在于，所述测墙体热阻的爬墙机器人控制系统包括：
传感器检测模块，与主控制模块电连接，主控制模块分别与电源模块和无线通信模块连接；
无线通信模块分别与上位机显示模块和无线传输基站连接，无线传输基站与无人基站连接；
主控制模块分别与热箱模块和电机驱动模块电连接。
7.一种测墙体热阻的爬墙机器人，其特征在于，所述测墙体热阻的爬墙机器人设置有：
车身主体；
车身主体嵌装有摄像头，车身主体通过转轴与滚轮连接，滚轮之间套接有履带；
车身主体设置有导轨，导轨位于履带两侧；
车身主体底部通过液压杆与热阻箱连接，热阻箱滑接在导轨上，使液压杆、热阻箱和导轨与车厢主体连接在一起；
车身主体下侧两滚轮连杆上放置多个直径较大的负压吸盘，负压吸盘与真空泵连接。
8.如权利要求7所述的测墙体热阻的爬墙机器人，其特征在于，所述车身主体设置有四个滚轮，每个滚轮均与一个电机连接；
所述车身主体内部固定有控制箱和电池，控制箱分别与电池、电机和真空泵连接。
9.一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求1～5任意一项所述的测墙体热阻的爬墙机器人控制方法。
10.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1～5任意一项所述的测墙体热阻的爬墙机器人控制方法。
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| CN202010597989.4A CN111721803A (zh) | 2020-06-28 | 2020-06-28 | 一种测墙体热阻的爬墙机器人、控制系统及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114233395A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-25 | 太原理工大学 | 一种矿井透水事故机器人救援探测系统 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101246137A (zh) * | 2008-01-29 | 2008-08-20 | 西北民族大学 | 用红外热像仪检测建筑围护结构传热阻/传热系数的方法 |
| CN201697888U (zh) * | 2010-01-20 | 2011-01-05 | 中国建筑设计研究院 | 一种单一材料围护结构热惰性指标的检测装置 |
| CN102778473A (zh) * | 2012-07-10 | 2012-11-14 | 东华大学 | 一种围护结构热阻现场检测方法 |
| CN204527386U (zh) * | 2015-04-02 | 2015-08-05 | 兰州东方神童机器人开发有限公司 | 履带式多吸盘爬墙机器人 |
| CN205524550U (zh) * | 2016-01-29 | 2016-08-31 | 浙江钧信保安服务有限公司 | 基于雷达反馈技术的侦测成像设备 |
| CN106885824A (zh) * | 2017-02-25 | 2017-06-23 | 张丽媛 | 一种基于红外图像处理的建筑墙体传热系数检测方法 |
| CN108490030A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-09-04 | 吉林建筑大学 | 基于无人机红外热成像的建筑围护结构热工性能检测方法 |
| CN108731736A (zh) * | 2018-06-04 | 2018-11-02 | 山东大学 | 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 |
| CN109696457A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-04-30 | 华南理工大学 | 面向玻璃幕墙胶接结构损伤的主动红外热波检测方法与系统 |
-
2020
- 2020-06-28 CN CN202010597989.4A patent/CN111721803A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101246137A (zh) * | 2008-01-29 | 2008-08-20 | 西北民族大学 | 用红外热像仪检测建筑围护结构传热阻/传热系数的方法 |
| CN201697888U (zh) * | 2010-01-20 | 2011-01-05 | 中国建筑设计研究院 | 一种单一材料围护结构热惰性指标的检测装置 |
| CN102778473A (zh) * | 2012-07-10 | 2012-11-14 | 东华大学 | 一种围护结构热阻现场检测方法 |
| CN204527386U (zh) * | 2015-04-02 | 2015-08-05 | 兰州东方神童机器人开发有限公司 | 履带式多吸盘爬墙机器人 |
| CN205524550U (zh) * | 2016-01-29 | 2016-08-31 | 浙江钧信保安服务有限公司 | 基于雷达反馈技术的侦测成像设备 |
| CN106885824A (zh) * | 2017-02-25 | 2017-06-23 | 张丽媛 | 一种基于红外图像处理的建筑墙体传热系数检测方法 |
| CN108490030A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-09-04 | 吉林建筑大学 | 基于无人机红外热成像的建筑围护结构热工性能检测方法 |
| CN108731736A (zh) * | 2018-06-04 | 2018-11-02 | 山东大学 | 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 |
| CN109696457A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-04-30 | 华南理工大学 | 面向玻璃幕墙胶接结构损伤的主动红外热波检测方法与系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114233395A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-25 | 太原理工大学 | 一种矿井透水事故机器人救援探测系统 |
| CN114233395B (zh) * | 2021-12-10 | 2023-11-17 | 太原理工大学 | 一种矿井透水事故机器人救援探测系统 |
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