CN112342908A

CN112342908A - 一种子母式基础设施病害检测修复系统及方法

Info

Publication number: CN112342908A
Application number: CN202011061848.7A
Authority: CN
Inventors: 王静; 王正方; 蒋鹏; 陈科夫; 康文强; 隋青美
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: CN112342908B; US20230011911A1; WO2022067966A1

Abstract

本发明公开了一种基于爬墙机器人的基础设施表面病害修复系统及方法，所述系统包括：检测标记爬墙机器人和修复爬墙机器人；其中，所述检测标记爬墙机器人在待检测基础设施表面运动过程中，通过前端设置的双目摄像头实时采集前方表面图像，基于前方表面图像进行病害检测，同时进行定位和地图重构；当检测到病害时，记录其位置，并控制标记装置对病害进行标记；完成检测和标记后，将病害位置和地图发送至修复爬墙机器人；所述修复爬墙机器人接收地图和病害位置，对达病害所在位置，采用修复装置根据标记对病害进行修复。

Description

一种子母式基础设施病害检测修复系统及方法

技术领域

本发明属于大型基础设施结构检测与修复技术领域，尤其涉及一种子母式基础设施病害检测修复系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

大型基础设施如大坝、桥梁以及隧道(洞)、管廊等地下工程大量建设并投入运营，这些基础设施工程结构在其长期服役过程中极易产生诸多结构病害，如裂缝、脱落、渗漏水等，导致大型基础设施使用寿命折减，而且对人们的生命财产安全产生威胁。传统定期检测及修复技术依赖人工，耗时费力、自动化水平低，为提高自动化水平，发展大型基础设施结构病害检测及修复机器人技术尤为重要。

已有的基础设施检测主要以检测机器人为主，主流的方法是基于导轨式检测机器人搭载图像传感器对表面病害进行检测，如：专利[CN210163775U]一种导轨式桥梁检测机器人，该专利利用导轨使得机器人能在桥梁上运动并用摄像云台检测桥梁状况，该技术需安装机器人导轨，且难以对结构内部病害进行检测。同时，检测到的表面病害难以实现自动修复。也有方法是利用旋翼系统产生反推力实现机器人对墙面的附着并进行基础设施内部病害检测，如：专利[CN108731736A]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，该专利利用旋翼系统的反推力使搭载激光雷达的机器人紧贴桥隧结构表面进行桥隧结构的病害检测。该技术由于反推力有限，对搭载检测设备的质量有要求。

目前对基础设施病害的修复主要利用大型车辆装载修复装置对大型基础设施结构进行修复，如：专利[CN202001024U]隧道病害快速修复工程车,该专利利用修复工程车对基础设施病害进行各种修复工作，该方法依赖人工操控，施工时需要封锁基础设施，耗费较大的人力物力；近年来，出现了基于遥控机器人对基础设施结构进行修复，如：专利[CN107842211A]一种基于物联网的用于墙面裂缝修复的无人机，该专利利用遥控无人机实现对墙面裂缝的修复，该设备需要人的辅助，无法实现检测修复一体化。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种子母式基础设施病害检测修复系统及方法，能够在不影响大型基础设施使用的前提下进行病害检测及修复。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种子母式基础设施病害检测修复系统，包括：移动机器人，所述移动机器人上设有两个爬墙机器人固定装置，所述两个爬墙机器人固定装置分别用于放置检测爬墙机器人和修复爬墙机器人；

所述移动机器人被配置为：对基础设施表面病害进行检测，以及控制检测爬墙机器人对基础设施内部病害进行检测，并记录表面病害和内部病害的位置；检测完成后，控制修复爬墙机器人根据病害位置进行修复。

进一步地，所述移动机器人包括：控制处理模块、三维激光扫描仪、线扫描相机阵列、显示屏，以及抓取装置；其中，三维激光扫描仪、线扫描相机阵列，抓取装置、显示屏、检测爬墙机器人和修复爬墙机器人的控制模块均与控制处理模块通信连接。

一个或多个实施例提供了一种基于所述子母式基础设施病害检测修复系统的检测修复方法，包括：

(1)移动机器人进行基础设施表面病害检测：

获取三维激光扫描仪采集的周边环境三维点云数据，构建全局地图；

获取线扫描相机阵列采集的表面图像数据，进行表面病害结构检测，并将检测到的表面病害结构信息在全局地图中进行定位；

(2)控制检测爬墙机器人进行基础设施内部病害检测：

控制抓取装置抓取检测爬墙机器人并放置在基础设施表面上；

接收检测爬墙机器人传输的激光雷达数据，基于信息素的路径规划方法进行路径规划，控制检测爬墙机器人根据所述路径进行内部病害检测，并将检测到的表面病害结构信息在全局地图中进行定位；

完成内部病害检测后，控制检测爬墙机器人返回，控制抓取装置抓取检测爬墙机器人并放置回移动机器人上；

(3)控制修复爬墙机器人进行病害修复：

控制抓取装置抓取修复爬墙机器人并放置在基础设施表面；

根据病害所在位置，基于D*Lite路径规划算法进行修复路径规划，控制修复爬墙机器人根据所述路径进行病害修复；

完成病害修复后，控制修复爬墙机器人返回，控制抓取装置抓取修复爬墙机器人并放置回移动机器人上。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

通过两个爬墙机器人与移动机器人构成了“子母式”的基础设施病害检测修复系统，首先移动机器人进行表面病害检测，然后依次控制检测爬墙机器人和修复爬墙机器人进行内部病害检测和病害，实现了检测和修复一体化；

该检测修复系统集成性高，从而具有高灵活性，可以在不影响大型基础设施使用的前提下进行修复工作；

检测爬墙机器人采用基于信息素的路径规划方法检测内部病害，根据病害检测结果调整栅格地图的信息素值，使得检测更加快速且无遗漏；

修复爬墙机器人基于结构光扫描+3D流体打印进行病害修复工作，修复工作的快速性和准确性得到提高。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例中检测修复系统的整体框图；

图2为本发明实施例中检测爬墙机器人示意图；

图3为本发明实施例中修复爬墙机器人示意图；

图4为本发明实施例中修复爬墙机器人补料对接示意图；

图5为本发明实施例中工作流程图。

其中，1.履带，2.吸盘附件，3.电缆接口，4.相机平台，5.真空泵，6.爬墙机器人控制模块，7.机械臂，8.搭载平台，9.搭载设备，10.材料存储盒，11.3自由度机械臂，12.RD-EC计量泵，13.金属喷嘴，14.结构光模块，15.载料装置壳体，16.离心泵，17.流量计，18.输送管，19.液位传感器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

所使用术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。本申请中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种基于爬墙机器人和移动机器人的“子母式”基础设施病害检测修复系统，包括：移动机器人，所述移动机器人上设有控制处理模块、三维激光扫描仪、线扫描相机阵列、液晶显示屏、抓取装置、载料装置、供电装置，以及两个爬墙机器人固定装置，所述两个爬墙机器人固定装置分别用于放置检测爬墙机器人和修复爬墙机器人，其中，三维激光扫描仪、线扫描相机阵列、抓取装置、液晶显示屏、载料装置以及检测爬墙机器人和修复爬墙机器人均与控制处理模块通信连接。

其中，控制处理模块，被配置为：接收三维激光扫描仪获取的周围环境点云数据，构建全局地图；接收线扫描相机阵列获取的表面图像数据，进行表面结构病害检测，并将检测到的表面结构病害信息标记在地图中；以及，控制抓取装置抓取检测爬墙机器人并放置在基础设施表面上，使检测爬墙机器人执行内部病害检测，接收检测爬墙机器人检测到的内部病害信息标记在地图中；控制抓取装置抓取修复爬墙机器人并放置在基础设施表面上，使修复爬墙机器人根据地图中标记的病害位置进行病害修复。

上述两个爬墙机器人与移动机器人构成了“子母式”的基础设施病害检测修复系统，能够实现表面和内部病害的全面检测，以及病害修复；并且，该检测修复系统集成性强，从而具有高灵活性，可以在不影响大型基础设施使用的前提下进行修复工作。

移动机器人

所述移动机器人为重载AGV平台，如图1所示，所述移动机器人上设有：三维激光扫描仪、线扫描相机阵列、控制处理模块、液晶显示屏、载料装置、供电装置、抓取装置、两个爬墙机器人固定装置。其中，三维激光扫描仪设于移动机器人平台中间；线扫描相机阵列设于移动机器人前端；控制处理模块和液晶显示屏设于移动机器人平台上三维激光扫描仪旁边；载料装置和供电装置均设于移动机器人的一侧；抓取装置设于移动机器人的另一侧；两个爬墙机器人固定装置设于移动机器人平台三维激光扫描仪的后端。并且，三维激光扫描仪、线扫描相机阵列、液晶显示屏、载料装置、抓取装置，以及两个爬墙机器人固定装置中放置的爬墙机器人，均与控制处理模块连接；供电装置用于为移动机器人的各个模块供电，通过电缆与检测爬墙机器人和修复爬墙机器人连接。检测爬墙机器人和修复爬墙机器人在移动机器人上的位置为其初始位置。

具体地，三维激光扫描仪，用于获取周边环境的点云数据。

线扫描相机阵列，两两组成双目相机，用于获取大型基础设施表面的图像数据。

控制处理模块，用于接收三维激光扫描仪和线扫描相机阵列获取的数据信息并进行处理，通过无线通信模块对移动机器人和爬墙机器人发出控制信号，以及实时获取检测爬墙机器人和修复爬墙机器人的位置信息。

无线通信模块，用于在控制处理模块和检测爬墙机器人、修复爬墙机器人之间建立通信连接。

液晶显示屏，用于显示构建的全局地图、爬墙机器人位置、表面病害位置结构信息以及内部病害的位置信息及反演模型。

供电装置，采用大容量电池，在爬墙机器人固定在爬墙机器人固定装置时，实时为其供电。

载料装置，采用离心泵和流量计，将修复材料通过输送管运送到修复爬墙机器人的材料存储盒。修复爬墙机器人在初始位置时，载料装置的输送管与修复爬墙机器人的材料存储盒能够实现对接。执行补料时，控制修复爬墙机器人的材料存储盒打开，载料装置中的离心泵开始工作将载料装置中的修复材料通过输送管运送到材料存储盒中，其间，载料装置的流量计和材料存储盒中的液位传感器监控修复材料的运输情况，当修复材料运输总量或者材料存储盒中的液位有一方达到要求时，离心泵停止工作，然后控制材料存储盒关闭，修复爬墙机器人的补料工作完成。

抓取装置，采用机械臂和机械手结构，用以将检测爬墙机器人和修复爬墙机器人从移动机器人上夹取到大型基础设施表面。

检测爬墙机器人

所述检测爬墙机器人包括爬墙机器人车身主体和位于车身主体下方的运动装置，所述运动装置包括位于车身主体下方两侧的履带式负压吸盘和真空泵。采用履带式负压吸盘结构的爬墙机器人车身主体的结构均采用现有技术，在此不做赘述。所述爬墙机器人车身主体上设有电缆接口、控制模块，以及与控制模块连接的相机平台、机械臂、检测设备和无线通信模块。其中，所述相机平台位于车身主体前端；机械臂设于车身主体后端，机械臂末端通过搭载平台与检测设备连接。

具体地，相机平台包括双目相机和深度相机，用于获取前方的表面图像数据。

检测设备为激光雷达，用以检测大型基础设施内部病害。

机械臂为3自由度机械臂，用于将检测设备置于基础设施表面。

电缆接口用于在固定于移动机器人上时通过电缆与供电设备连接。

无线通信模块用于将控制模块与移动机器人的控制处理模块建立通信连接。

控制模块，被配置为：接收激光雷达采集的数据，传输到移动机器人的控制处理模块，以及接收移动机器人发送的路径控制指令；

修复爬墙机器人

所述修复爬墙机器人包括爬墙机器人车身主体和位于车身主体下方的运动装置，所述运动装置包括位于车身主体下方两侧的履带式负压吸盘和真空泵。采用履带式负压吸盘结构的爬墙机器人车身主体的结构均采用现有技术，在此不做赘述。所述修复爬墙机器人车身主体上设有电缆接口、材料存储盒、控制模块，以及与控制模块连接的机械臂、结构光模块、流体打印模块和无线通信模块。其中，机械臂设于车身主体前端，机械臂末端连接流体打印模块；结构光模块设于车身主体前端，机械臂下方；材料存储盒设于车身主体上方中间。材料存储盒中还设有控制开闭的开关及液位传感器，均与控制模块连接。

具体地，结构光模块包括：光源、CCD相机、处理器。光源用于获得发射经过编码的激光条纹，CCD相机用于接收反射光，处理器从反射光中解调出病害的三维结构，并发送至控制模块。

流体打印模块包括：RD-EC计量泵、金属喷嘴。金属喷嘴与3自由度机械臂之间安装了RD-EC计量泵，用以控制打印材料的流量从而实现精准打印。

材料存储盒，用于存储修复材料，材料存储盒中有控制开闭的开关及液位传感器。修复爬墙机器人在移动机器人上的初始位置时，修复爬墙机器人和载料装置已经实现了对准，即，修复爬墙机器人的材料存储盒能与载料装置的输送管进行对接。

控制模块，被配置为：接收移动机器人发送的路径信息，根据所述路径进行病害修复。具体地，每到达一个病害点，根据以下步骤进行病害修复：

(1)基于结构光模块重构病害的三维结构模型；

具体地，进行结构光模块系统几何参数、CCD相机等内部参数的标定，光源采用四步移相法编程产生四种具有相位差的激光条纹，然后将四幅条纹分别投影到病害表面，利用CCD相机拍摄调制后的弯曲条纹并解调出截断相位信息，处理器将截断相位恢复成调制的连续相位并与参考连续相位做差，并将差值相位代入相位与高度转化公式从而得到病害的三维结构模型；

(2)控制机械臂运动，使机械臂末端的喷嘴到达该病害点；

具体地，在得到病害的三维结构信息后，结构光模块缩回，3自由度机械臂可以根据D-H法描述3自由度操作空间，对于操作空间中的每个位置，利用矩阵变换都可计算出相应的每个关节的角度信息，使得机械臂顶端的金属喷嘴能到达该点。

(3)针对病害的三维结构模型，根据此方法移动金属喷嘴到病害表面位置采用“流体计量与沉积”(FDD)技术进行3D流体打印工作，其间通过RD-EC计量泵抽取修复材料并控制流量，从而实现病害的精准修复。

修复爬墙机器人工作期间，控制模块实时接收3D流体打印模块的RD-EC计量泵统计的修复爬墙机器人的修复材料使用情况，判断材料是否充足，在检测到材料存储盒中修复材料不足时，控制修复爬墙机器人返回到基础设施表面的某一固定点，并向移动机器人控制处理模块发送补料指令。移动机器人收到补料指令后，控制抓取装置将爬墙机器人抓取到初始位置进行补料。初始位置修复爬墙机器人和载料装置已经实现了对准，修复爬墙机器人的材料存储盒能与载料装置的输送管进行对接，修复爬墙机器人发出补料需求后，材料存储盒打开，载料装置中的离心泵开始工作将载料装置中的修复材料通过输送管运送到材料存储盒中，其间，载料装置的流量计和材料存储盒中的液位传感器监控修复材料的运输情况，当修复材料运输总量或者材料存储盒中的液位有一方达到要求时，离心泵停止工作，然后材料存储盒关闭，修复爬墙机器人的补料工作完成。

上述“子母式”病害检测修复系统的工作原理如下：

从初始位置开始，自动在基础设施下的路面运动，其间，利用三维激光扫描仪和SLAM算法实现自身的定位和地图重构，移动机器人上的线扫描相机阵列检测基础设施表面病害，检测到的表面病害会标记在重构的地图中，移动机器人的液晶显示屏中显示重构的地图和地图上表面病害的位置。在行进一段距离之后，移动机器人停下。

检测工作开始后，移动机器人的抓取装置将检测爬墙机器人从移动机器人上的初始位置抓取到基础设施表面的某一固定点，检测爬墙机器人从固定点出发，采用基于信息素的路径规划方法探测基础设施内部病害，检测爬墙机器人与移动机器人采用无线形式保持通信，移动机器人能实时获取检测爬墙机器人在重构地图中的位置，并将位置显示在液晶显示屏中。检测爬墙机器人在检测过程中，不断将雷达采集的数据传回给移动机器人的控制处理模块，当控制处理模块判定数据为含病害数据时，移动机器人会将此数据对应的位置轨迹在重构地图中标记，并利用深度学习程序将病害数据反演成病害模型，移动机器人的液晶显示屏会显示内部病害标记及对应的反演病害模型。当重构地图上的所有区域都检测完成后，检测爬墙机器人返回基础设施表面的某一固定点，移动机器人抓取装置将检测爬墙机器人从固定点抓取到移动机器人上的初始点。

修复工作开始后，移动机器人的抓取装置将修复爬墙机器人从移动机器人上的初始位置抓取到基础设施表面的某一固定点，然后修复爬墙机器人根据D*Lite路径规划算法前往目标表面病害位置进行修复工作。修复爬墙机器人与移动机器人采用无线形式保持通信，移动机器人能实时获取修复爬墙机器人在重构地图中的位置，并将位置显示在液晶显示屏中。当修复爬墙机器人到达一处表面病害点时，修复爬墙机器人将采用结构光扫描+3D流体打印形式进行准确修复，修复完成后，移动机器人液晶显示屏会将修复完成的病害在重构地图中换成不同颜色的标记。当一处病害修复完成后，修复爬墙机器人继续前往下一病害位置进行修复，当地图上所有表面病害点都修复完成后，修复爬墙机器人返回基础设施表面的某一固定点，移动机器人抓取装置将修复爬墙机器人从固定点抓取到移动机器人上的初始点。当一段区域的检测修复工作都完成以后，移动机器人继续前进一段距离停下，开始下段区域的检测修复工作。

爬墙机器人与移动机器人的供电装置连接，使得移动机器人能对爬墙机器人实时供电。

修复爬墙机器人能检测自身修复材料的剩余情况，在修复材料不足时，修复爬墙机器人会返回基础设施表面的某一固定点，然后由移动机器人的抓取装置抓取到移动机器人上的初始点进行补料操作。

实施例二

一种基于实施例一所述基础设施病害检测修复系统的检测修复方法，应用于移动机器人控制处理模块，包括：

阶段一：移动机器人进行基础设施表面病害检测。

步骤1：获取三维激光扫描仪采集的周边环境三维点云数据，进行全局地图构建。

具体包括：获取三维激光扫描仪采集的周边环境三维点云数据，生成周边环境的三维点云数据；以第一幅点云作为参考点云，之后的点云序列经过ICP配准算法可以得到移动机器人的位姿变化，根据位姿变化情况构建局部地图，在移动机器人行进过程中，将当前的局部地图加入到原先构建的地图中，从而使得全局地图不断更新。

步骤2：获取线扫描相机阵列采集的表面图像数据，进行表面病害结构检测，并将检测到的表面病害结构信息在全局地图中进行定位。

具体地，根据线扫描相机阵列两两组成双目相机获取的多对双目图像，对大型基础设施表面进行快速扫描，可以快速检测出表面病害结构信息并将其在构建的地图上进行定位。

阶段二：控制检测爬墙机器人进行基础设施内部病害检测。

步骤3：控制抓取装置抓取检测爬墙机器人并放置在基础设施表面上，接收检测爬墙机器人传输的激光雷达数据，基于信息素的路径规划方法进行路径规划，控制检测爬墙机器人根据所述路径进行内部病害检测；

步骤4：接收检测爬墙机器人检测到的内部病害信息及相应检测路径，根据相应激光雷达数据利用深度学习模型进行反演，得到相应病害模型，并标记在全局地图中；

步骤5：完成内部病害检测后，控制检测爬墙机器人返回，控制抓取装置抓取检测爬墙机器人并放置回移动机器人上。

所述步骤3中，基于信息素的路径规划方法进行路径规划包括：

(1)获取检测爬墙机器人通过相机平台获取的前方表面图像数据，构建爬墙机器人当前位置的周边环境局部栅格地图。

具体地，接收双目相机和深度相机获取的前方表面图像数据，将两种相机获取的数据加以融合，计算出爬墙机器人的位姿变化，从而更加精确构建爬墙机器人周边环境的栅格地图；

(2)初始化局部栅格地图中各个栅格点为相同的信息素值；

(3)获取检测爬墙机器人传输的激光雷达数据，对检测爬墙机器人当前所在栅格点进行内部病害检测，根据检测结果对局部栅格地图中的信息素值进行修正，增加存在病害的栅格点周围栅格点的信息素值，并降低当前所在栅格点的信息素值；在当前所在栅格点的周围栅格点中，选择一个信息素值大于等于当前栅格点的栅格点作为下一个栅格点。具体包括：

①检测爬墙机器人当前所在栅格点是否存在病害，若不存在，采用轮盘赌法选择当前栅格点周围的某个栅格点作为下一个栅格点，然后将当前栅格点的信息素值降低；若存在，增加其周围栅格点的信息素值，在周围栅格点中选择一个信息素值大于当前栅格点的栅格点作为下一个栅格点，然后将当前栅格点的信息素值降低；

②控制爬墙机器人移动到下一个栅格点，重复执行步骤①。

采用基于信息素的路径规划方法，由于爬墙机器人只会在栅格点上移动，且倾向将附近信息素值大的栅格点作为下一个位置，当周围栅格点的信息素值大小相同时，则采用轮盘赌的形式选择下一个栅格点，已经经过的栅格点信息素值会变低，使得爬墙机器人再次经过该点的概率降低，当在某一个栅格点检测到内部病害时，爬墙机器人将上一个栅格点到当前栅格点的路径信息发送给移动机器人，移动机器人在其构建的全局地图上标记其位置路径并记录此时液晶显示屏显示的病害模型，同时该栅格点周围的栅格点信息素值增大，使得爬墙机器人会趋于向检测到病害栅格点周边运动，从而不会遗漏完整的病害信息，移动机器人每移动一步更新一次各信息素值。

阶段三：控制修复爬墙机器人进行病害修复。

步骤3：控制抓取装置抓取修复爬墙机器人并放置在基础设施表面；

步骤4：根据病害所在位置，基于D*Lite路径规划算法进行修复路径规划，控制修复爬墙机器人根据所述路径进行病害修复；

步骤5：完成病害修复后，控制修复爬墙机器人返回，控制抓取装置抓取修复爬墙机器人并放置回移动机器人上。

修复过程中，若接收到修复爬墙机器人的补料请求，执行步骤5；补料完成后，执行步骤3，继续进行修复工作。

以上一个或多个实施例具有以下技术效果：

提供了一种基于爬墙机器人和移动机器人的“子母式”基础设施病害检测修复系统，采用移动机器人、检测爬墙机器人和修复爬墙机器人协同共同完成病害检测修复工作，移动机器人重构地图、为爬墙机器人提供电量及修复材料、检测基础设施表面病害、显示病害信息，检测爬墙机器人采用基于信息素的路径规划方法检测基础设施内部病害，修复爬墙机器人利用结构光扫描和3D流体打印实现精准修复，各个部分分工合作，使得整个检测修复过程更加快速准确完成；

移动机器人利用线扫描相机阵列识别基础设施表面病害并在重构的地图中定位，快速性和准确性得到提高；

通过液晶显示屏能实时观察爬墙机器人的位置、重构的地图、病害检测修复的情况、病害反演的模型，更加方便观察；

检测爬墙机器人采用基于信息素的路径规划方法检测内部病害，使得检测更加快速且无遗漏；

修复爬墙机器人基于结构光扫描+3D流体打印进行病害修复工作，修复工作的快速性和准确性得到提高；

移动机器人为爬墙机器人提供电量及修复材料，且补料过程能自动完成，使得系统的续航能力及自动化水平得以提高；

本系统灵活性强，可以在不影响大型基础设施使用的前提下进行修复工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种子母式基础设施病害检测修复系统，其特征在于，包括：移动机器人，所述移动机器人上设有两个爬墙机器人固定装置，所述两个爬墙机器人固定装置分别用于放置检测爬墙机器人和修复爬墙机器人；

2.如权利要求1所述的一种子母式基础设施病害检测修复系统，其特征在于，所述移动机器人包括：控制处理模块、三维激光扫描仪、线扫描相机阵列、显示屏，以及抓取装置；其中，三维激光扫描仪、线扫描相机阵列，抓取装置、显示屏、检测爬墙机器人和修复爬墙机器人的控制模块均与控制处理模块通信连接。

3.如权利要求1所述的一种子母式基础设施病害检测修复系统，其特征在于，所述移动机器人包括供电装置，通过电缆与检测爬墙机器人和修复爬墙机器人上的电缆接口连接。

4.如权利要求1所述的一种子母式基础设施病害检测修复系统，其特征在于，所述移动机器人包括载料装置，所述载料装置包括输送管和离心泵，离心泵与控制处理模块连接；当修复爬墙机器人在相应固定位置时，输送管与修复爬墙机器人上的材料存储盒对接。

5.如权利要求1所述的一种子母式基础设施病害检测修复系统，其特征在于，所述检测爬墙机器人车身主体上设有电缆接口、控制模块，以及与控制模块连接的相机平台、机械臂和检测设备，其中，机械臂末端通过搭载平台与检测设备连接，所述检测设备为激光雷达。

6.如权利要求1所述的一种子母式基础设施病害检测修复系统，其特征在于，所述修复爬墙机器人车身主体上设有电缆接口、材料存储盒、控制模块，以及与控制模块连接的机械臂、结构光模块、流体打印模块，其中，机械臂末端连接流体打印模块，采用结构光扫描结合3D流体打印进行病害修复工作。

7.如权利要求6所述的一种子母式基础设施病害检测修复系统，其特征在于，材料存储盒中还设有控制开闭的开关及液位传感器，均与控制模块连接。

8.一种基于如权利要求1-7任一项所述子母式基础设施病害检测修复系统的检测修复方法，其特征在于，包括：

(1)移动机器人进行基础设施表面病害检测：

(2)控制检测爬墙机器人进行基础设施内部病害检测：

(3)控制修复爬墙机器人进行病害修复：

控制抓取装置抓取修复爬墙机器人并放置在基础设施表面；

9.如权利要求8所述的检测修复方法，其特征在于，基于信息素的路径规划方法进行路径规划包括：

获取检测爬墙机器人通过相机平台获取的前方表面图像数据，构建爬墙机器人当前位置的周边环境局部栅格地图；

初始化局部栅格地图中各个栅格点为相同的信息素值；

获取检测爬墙机器人传输的激光雷达数据，对检测爬墙机器人当前所在栅格点进行内部病害检测，根据检测结果对局部栅格地图中的信息素值进行修正，增加存在病害的栅格点周围栅格点的信息素值，并降低当前所在栅格点的信息素值；在当前所在栅格点的周围栅格点中，选择一个信息素值大于等于当前栅格点的栅格点作为下一个栅格点。

10.如权利要求8所述的检测修复方法，其特征在于，控制修复爬墙机器人修复过程中，若接收到修复爬墙机器人的补料请求，控制修复爬墙机器人返回，控制抓取装置抓取修复爬墙机器人并放置回移动机器人上；补料完成后，控制抓取装置抓取修复爬墙机器人并放置在基础设施表面，继续进行修复工作。