CN116021520A - 桥梁拉索智能检测机器人的控制方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁拉索智能检测机器人的控制方法及相关设备，涉及桥梁拉索检测技术领域，主要为解决桥梁拉索检测技术过于依赖人工，实际检测难度大，不够智能化的问题。该方法包括：在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取所述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；基于所述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；基于所述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集所述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。本发明用于桥梁拉索智能检测机器人的控制过程。

Description

桥梁拉索智能检测机器人的控制方法及相关设备

技术领域

本发明涉及桥梁拉索检测技术领域，尤其涉及一种桥梁拉索智能检测机器人的控制方法及相关设备。

背景技术

拉索体系桥梁因其优越的跨越能力成为现代大型桥梁的主流结构形式，近二十年在全世界得到了迅猛的发展，其关键承力构件拉索易在荷载及环境作用影响下产生各种与病害，严重影响拉索的耐久性与安全性。

当前拉索的安全检查主要依赖现场人工检查，效率低、成本高、安全风险高，经常因为检查难度大，大量拉索没有实施定期检测，损伤发现修复不及时导致过早换索甚至出现垮塌事故，造成巨大人民生命财产巨大损失。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种桥梁拉索智能检测机器人的控制方法及相关设备，主要目的在于解决桥梁拉索检测技术过于依赖人工，实际检测难度大，不够智能化的问题。

为解决上述至少一种技术问题，第一方面，本发明提供了一种桥梁拉索智能检测机器人的控制方法，该方法包括：

在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；

基于上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；

基于上述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集上述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。

可选的，上述方法还包括：

在即将控制机器人攀爬上述目标桥梁拉索的情况下，基于上述目标桥梁拉索的长度预估总需求电量，其中上述总需求电量为从上述目标桥梁拉索起点攀爬至上述目标桥梁拉索顶点并返回至目标桥梁拉索起点所需的电量与攀爬期间采集数据所需的电量之和；

在机器人的当前电量小于上述总需求电量的情况下，向用户发出告警以提示用户充电。

可选的，上述方法还包括：

在机器人正在攀爬上述目标桥梁拉索的情况下，获取机器人的当前位置信息以确定返航距离信息和攀爬正压力系数调节信息，其中，上述返航距离信息用于表示机器人从上述当前位置返回至目标桥梁拉索起点的距离信息，上述攀爬正压力系数调节信息用于表示从上述当前位置返回至上述目标桥梁拉索起点所需要调节的攀爬正压力系数；

基于上述返航距离信息和上述攀爬正压力系数调节信息确定返航需求电量，其中，上述返航需求电量用于表示机器人从当前位置返回至上述目标桥梁拉索起点所需的电量与返回期间调节上述攀爬正压力系数所需的电量之和；

在机器人的当前电量大于上述返航需求电量且与上述返航需求电量的差值小于或等于预设差值的情况下，控制机器人返回至上述目标桥梁拉索起点。

可选的，上述方法还包括：

在上述目标桥梁拉索的图像数据反应上述目标桥梁拉索存在障碍物的情况下，获取障碍物类型；

在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬；

在上述障碍物类型为非生物的情况下，暂停机器人攀爬并向用户发送告警信息以获取用户指令。

可选的，上述在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬，包括：

在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬；

在机器人与上述障碍物之间的距离等于预设距离且上述障碍物未发生移动的情况下，暂停机器人攀爬并向用户发送告警信息以获取用户指令。

可选的，上述方法还包括：

基于CCD技术采集上述目标桥梁拉索的图像数据；

在上述目标桥梁拉索的图像数据反映目标区域存在裂缝的情况下，基于至少两个方向的目标区域的图像数据合成上述裂缝的三维重构图。

可选的，上述方法还包括：

基于探伤传感器采集上述目标桥梁拉索的磁场数据；

在上述目标桥梁拉索的磁场数据反映目标区域存在断丝感应信号的情况下，确定上述目标区域存在裂缝。

第二方面，本发明实施例还提供了一种桥梁拉索智能检测机器人的控制装置，包括：

获取单元，用于在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；

确定单元，用于基于上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；

采集单元，用于基于上述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集上述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。

为了实现上述目的，根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在上述程序被处理器执行时实现上述的桥梁拉索智能检测机器人的控制方法的步骤。

为了实现上述目的，根据本发明的第四方面，提供了一种电子设备，包括至少一个处理器、以及与上述处理器连接的至少一个存储器；其中，上述处理器用于调用上述存储器中的程序指令，执行上述的桥梁拉索智能检测机器人的控制方法的步骤。

借由上述技术方案，本发明提供的桥梁拉索智能检测机器人的控制方法及相关设备，对于桥梁拉索检测技术过于依赖人工，实际检测难度大，不够智能化的问题，本发明通过在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；基于上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；基于上述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集上述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。在上述方案中，针对桥梁拉索PE保护层的轴线和横截面不均匀偏差较大的问题，机器人在爬行的过程中能自适应拉索几何尺寸变化，对机器人和拉索保护层的正压力进行优化，为机器人系统提供流畅稳健的机械夹持，在此基础上，进行拉索表层损伤图像采集和磁场探伤技术，本发明建立了集机械构造、机电设备、无线通讯、自动控制等技术为一体的桥梁拉索智能检测机器人，该机器人可评判拉索表层损伤并对内部钢丝缺陷进行无损探伤，科学、精准、高效实现了桥梁拉索的检测，提高了处于交通命脉核心位置的现代大跨桥梁的健康和安全水准。

相应地，本发明实施例提供的桥梁拉索智能检测机器人的控制装置、设备和计算机可读存储介质，也同样具有上述技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的控制方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人与拉索受力示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的爬索机械动力系统外壳及内部框架图及整体构造图；

图4示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的索体上部模块实物图；

图5示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的索体下部模块实物图；

图6示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的夹紧装置实物图；

图7示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的外壳蒙皮实物图；

图8示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的雷达防撞传感器实物图；

图9示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的姿态监测的惯导实物图；

图10示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的大功率无线网桥实物图；

图11示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的图像采集硬件模块实物图；

图12示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的多摄像头同步采集软件界面；

图13示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的图像分析界面；

图14示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的图像拼接界面；

图15示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的图像病害标记提取界面；

图16示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的拉索表层裂缝高精度识别界面；

图17示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的拉索磁场检测原理示意图；

图18示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的等效磁回路；

图19示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的永磁探测传感装置实物图；

图20示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的斜拉索内部预制断丝缺陷实物图；

图21示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的电磁探伤传感模块实物图；

图22示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人检测到断丝缺陷的信号变化示意图；

图23示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的电磁探伤系统构架框图；

图24示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的控制装置的组成示意框图；

图25示出了本发明实施例提供的一种桥梁拉索智能检测机器人的控制电子设备的组成示意框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决桥梁拉索检测技术过于依赖人工，实际检测难度大，不够智能化的问题，本发明实施例提供了一种桥梁拉索智能检测机器人的控制方法，如图1所示，该方法包括：

S101、在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；

示例性的，机器人的机械构件采用高强轻质铝钛合金和3D打印构件，强度高/质量轻，四驱动电机圆周对称分布，保证爬行机械装载系统动力充足，质量轻巧，结构紧凑，能自适应拉索保护层几何尺寸的变化。雷达测距、电量监测、夹紧力监测等大量智能化的手段确保机器的安全作业以及自动返航。

示例性的，机器人的动力部分需要精密的机械夹持装置，保证机器人能与拉索表面紧密结合，由于拉索保护层是超长圆形线状结构，长期服役后聚乙烯管的轴线和横截面不是均匀的，而且近年拉索表面应用了缠螺旋筋的减振措施，机器人在爬行的过程中可以自适应聚乙烯管几何尺寸变化，确保不发生卡死，旋转和随机偏位等情况。对机器人和拉索保护层的正压力进行优化，既保证爬行轮与拉索之间有足够的摩擦力以克服自重、负载及风力等而不下落或打滑，又防止了过大的正压力将会损坏螺旋线并且使缠包带造成伤害，机器人对拉索保护层压力应均匀分布于拉索圆周表面。

S102、基于上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；

示例性的，斜拉索的PE护套有固定的摩擦系数，机器人重量为G，那么电动推杆推力使V形轮与拉索夹紧，要保证产生足够的摩擦力Fμ以克服重力G而向上爬行，又不能过分压紧PE护套。如图2所示。μ₁为主动轮和斜拉索之间的摩擦系数，μ₂为被动夹紧轮和斜拉索之间的摩擦系数；F₁和F₂分别为左、右主动轮与斜拉索之间测压力，F₃为被动夹紧轮与斜拉索之间的压力机器人质量为m，加速度为a，功率为P，速度为v，则

F_μ＝μ₁×(F₁+F₂)+μ₂×F₃≥G×sinβ

m×a＝F_μ-G×sinβ

P＝F_μ×v

S103、基于上述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集上述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。

示例性的，如图3所示，在保证足够结构强度和安全系数的基础上，对机器人结构进行系统优化设计，以减重为目标。重量的减少可以带来索体表面夹持力的降低以及同样工作量的前提下电池重量的减少，这样对拉索表面可以更进一步避免轻微划痕、避免对螺旋线的干扰同时继续减轻重量，甚至可以继续导致一系列的零件减轻重量和达体积的减小，达到良性循环。以上半部内夹板为例，内夹板与顶板、侧板连接部位固支，与胶轮连接部位约束面外位移，把手处每侧施加60Kg的重量，胶轮处施加与上半部外夹板同样的载荷，通过计算最大33MPa，应力集中在胶轮连接的螺孔处。

示例性的，如图4、图5、图6和图7所示，机器人的受力构件采用强度较高的铝合金，对于少数刚度要求较高的部件采用桥梁用钢，对于其他起受力较小及功能型部件采用塑料材质3D打印。动力系统采用电池供电，四驱动电机圆周对称分布，保证爬行机械装载系统动力充足，质量轻巧，结构紧凑，能自适应拉索保护层几何尺寸的变化。

示例性的，如图9所示，为了使机器人与斜拉索的结合受力达到优化，对顶杆压力进行实时监测，始终保持夹紧力在一个最优的范围内，杜绝机器人在高空沿索体坠落下滑。如图10所示，另外机器人还采用现有的大功率网桥开发了采集数据信号传输系统，可以防止自信号丢失。

借由上述技术方案，本发明提供的桥梁拉索智能检测机器人的控制方法，对于桥梁拉索检测技术过于依赖人工，实际检测难度大，不够智能化的问题，本发明通过在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；基于上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；基于上述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集上述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。在上述方案中，针对桥梁拉索PE保护层的轴线和横截面不均匀偏差较大的问题，机器人在爬行的过程中能自适应拉索几何尺寸变化，对机器人和拉索保护层的正压力进行优化，为机器人系统提供流畅稳健的机械夹持，在此基础上，进行拉索表层损伤图像采集和磁场探伤技术，本发明建立了集机械构造、机电设备、无线通讯、自动控制等技术为一体的桥梁拉索智能检测机器人，该机器人可评判拉索表层损伤并对内部钢丝缺陷进行无损探伤，科学、精准、高效实现了桥梁拉索的检测，提高了处于交通命脉核心位置的现代大跨桥梁的健康和安全水准。

在一种实施例中，上述方法还包括：

在即将控制机器人攀爬上述目标桥梁拉索的情况下，基于上述目标桥梁拉索的长度预估总需求电量，其中上述总需求电量为从上述目标桥梁拉索起点攀爬至上述目标桥梁拉索顶点并返回至目标桥梁拉索起点所需的电量与攀爬期间采集数据所需的电量之和；

在机器人的当前电量小于上述总需求电量的情况下，向用户发出告警以提示用户充电。

示例性的，机器人还未进行攀爬时，此时可以基于设计图纸等信息来获取目标桥梁拉索的长度，以预估机器人完成目标桥梁拉索的攀爬并退回起点所需求的电量以及攀爬期间采集数据所消耗的电量之和，若机器人在还未攀爬前的电量就不足以支撑机器人完成对目标桥梁拉锁的攀爬及数据采集，则向用户发出告警以提示用户当前电量不足以支撑机器人工作，以提示用户充电，防止机器人被悬置高空的情况。

在一种实施例中，上述方法还包括：

在机器人正在攀爬上述目标桥梁拉索的情况下，获取机器人的当前位置信息以确定返航距离信息和攀爬正压力系数调节信息，其中，上述返航距离信息用于表示机器人从上述当前位置返回至目标桥梁拉索起点的距离信息，上述攀爬正压力系数调节信息用于表示从上述当前位置返回至上述目标桥梁拉索起点所需要调节的攀爬正压力系数；

基于上述返航距离信息和上述攀爬正压力系数调节信息确定返航需求电量，其中，上述返航需求电量用于表示机器人从当前位置返回至上述目标桥梁拉索起点所需的电量与返回期间调节上述攀爬正压力系数所需的电量之和；

在机器人的当前电量大于上述返航需求电量且与上述返航需求电量的差值小于或等于预设差值的情况下，控制机器人返回至上述目标桥梁拉索起点。

示例性的，由于机器人在攀爬过程中还需要不断的调整攀爬正压力系数，也会消耗电量，故除了在攀爬前对电量进行监测外，还需要实时监测机器人在攀爬时的电量信息，由于桥梁拉索的几何尺寸信息只能在攀爬时时时获取，无法预先得知，故在攀爬时获取机器人的当前位置信息以确定返航距离信息和攀爬正压力系数调节信息，且为确保电量检测的准确性，除了实时监控电量，电量的降低会带来电池所供电压的降低，所以在机器人工作过程中对其电压实时监测，确保在电量耗完之前返航，防止机器人被悬置高空的情况，当电池电压低于阈值或当前电量大于上述返航需求电量且与上述返航需求电量的差值小于或等于预设差值时(电量不足以支撑机器人返航)，此时若机器人处于拉索上，机器人会自动后退回到桥面并报警，从而兼顾了机器人在攀爬时受桥梁拉索的几何尺寸信息影响电量消耗，进而确保了电量监测的准确性。

在一种实施例中，上述方法还包括：

在上述目标桥梁拉索的图像数据反应上述目标桥梁拉索存在障碍物的情况下，获取障碍物类型；

在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬；

在上述障碍物类型为非生物的情况下，暂停机器人攀爬并向用户发送告警信息以获取用户指令。

示例性的，如图8所示，机器人采用雷达防撞，保证安全，特别是当机器人爬行至接近桥塔或拱肋时，桥面的工作人员肉眼很难观测和判别到机器人的爬行位置是否安全，当机器人前进至前方处有障碍物时，若机器人强行前进势必会造成设备的误撞，故机器人智能获取障碍物的类型，若障碍物为生物，例如鸟类等，则控制机器人继续攀爬，在机器人攀爬过程中，生物可能会受机器人移动影响，自行离开，从而不影响机器人工作，若障碍物为非生物，则停止前进并预警，等待操作人员下一步控制。

在一种实施例中，上述在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬，包括：

在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬；

在机器人与上述障碍物之间的距离等于预设距离且上述障碍物未发生移动的情况下，暂停机器人攀爬并向用户发送告警信息以获取用户指令。

示例性的，若机器人在继续攀爬过程中生物类型的障碍物始终未发生移动，例如自行离开或与机器人保持距离，导致机器人与障碍物之间距离不断缩小至预设距离，则暂停机器人攀爬，以防止机器人与生物发生碰撞，等待操作人员下一步控制。

在一种实施例中，上述方法还包括：

基于CCD技术采集上述目标桥梁拉索的图像数据；

在上述目标桥梁拉索的图像数据反映目标区域存在裂缝的情况下，基于至少两个方向的目标区域的图像数据合成上述裂缝的三维重构图。

示例性的，如图11所示，机器人采用先进的CCD技术和自动变焦镜头，因每次拍摄的拉索范围面积较小，为了兼顾图像数量流程的实施传输和存储，选取的CCD芯片为300万像素，镜头为工业微距镜头。CCD和微距镜头对缆索结构保护层表面的图像进行采集，针对不同的缆索直径采用3～8个图像采集模块均匀环向对准聚乙烯管，保证整个保护层表面没有遗漏。和图像采集配套的有自动感光LED照明源，根据环境光线的变化及时对镜头进行补光，保证在白天和夜间等任何环境下都能正常采集到保护层表面的图像。研究保护层表面裂缝、破损的图像识别及测量技术。裂缝具有较为明显的一维线形尺度，研究图像处理增强、滤波、阈值分割、边缘识别等常规算法，通过高精度的裂缝识别程序，将裂缝主要特征从视频图像中提取出来，并通过标定参数对裂缝的宽度和长度自动进行计算和定量分析。

示例性的，如图12、图13、图14、图15和图16所示，拉索表层损伤图像采集及自动识别技术研究。采用工业CCD技术和自动变焦镜头，配套有自动感光LED照明源和曝光时间调节功能，系统配置成像防抖动装置，运动过程中高速高清成像。采用图像自动拼接技术及裂缝等病害自动识别分析软件使拉索外观损伤分析自动化、标准化。

示例性的，基于机器人采集并传输的图像(视频)数据，点击开始播放，即可播放视频，播放过程中，点击“截图”选择截图频率，即可自动截图；或者手动点击“单次截图”进行手动截图。截图完成后，会有对话框提示。视频截图完成后，进行图片拼接，点击切换至“图片合成”视窗。点击“图像拼接”下的“图片合成”，选择图片所在的文件夹位置，点击“确定”，开始进行图像合成。图像合成过程中，系统下方进程显示框会显示合成进程。点击“图像拼接”下的“图片显示”，可选择要显示图像，可以是单次截图，也可以是合成后的图像。点击“图像提取”下的“损伤提取”，对当前显示的图像进行损伤提取。提取完成后，会有对话框提示。提取完成后，视窗会自动切换至“缺陷检测”视窗下，显示检测结果。可以理解的是，上述裂缝的三维重构图也可自动合成，上述裂缝识别程序主要包括操作加载数据源、添加到图层、图片浏览、灰度化、视频回放、降噪滤波、反色、斑块消弱、裂缝连接、去除斑点、参数提取、图片保存、选区测量、标定等功能与流程。

示例性的，图像采集的数据进行实时视频传输，结合拉索提供的里程坐标数据可以准确对缆索表面伤痕进行定位分析，除此之外融合伤痕识别、三维重构等图形图像算法，可以将多个摄像头采集图像进行三维重构，还原拉索真实形貌将拉索病害展示于桥梁管理者及工程师。

在一种实施例中，上述方法还包括：

基于探伤传感器采集上述目标桥梁拉索的磁场数据；

在上述目标桥梁拉索的磁场数据反映目标区域存在断丝感应信号的情况下，确定上述目标区域存在裂缝。

示例性的，如图17所示，机器人采用永久磁铁励磁回路对拉索进行磁化，载有永磁铁的机器人相对拉索运动时，一旦遇到拉索有断丝等缺陷时将有漏磁场向外产生，拉索中金属截面积的改变和励磁回路中的主磁通量有确定的函数关系，因此可通过测量磁场的变化来获取缆索中缺陷的状况信息。无损探伤过程中，探伤传感器相对拉索运动，信号预处理器将传感器输出的检测信号进行放大、滤波等处理后送入模数转换器，采用等距离脉冲编码器完成对损伤位置的定位，同时发出等空间间隔的脉冲信号来控制计算机实现检测信号的等空间采样，该部分的无损探伤元件及磁通量和金属截面积的关系将成为整个桥梁拉索体系快速检测的重要核心技术。

等效的磁回路模型如图18所示，F为单个磁铁提供的磁动势，Rc为霍尔元件与与导磁铁块间隙的磁阻，Rj为磁铁和索体之间由空气间隙和PE产生的磁阻，Rs为索体钢丝产生的磁阻，Φ为穿过上述模型的磁通量，则：

R_cΦ+2R_jΦ+R_sΦ＝2F

R_cΦ₀+2R_jΦ₀+R_s0Φ₀＝2F

R_cΦ₁+2R_jΦ₁+R_s1Φ₁＝2F

示例性的，对于斜拉索的正常状态，设待检测的拉索正常状态下的截面积为A₀，在此状态下通过的磁通量为Φ₀；检测到的实际面积为A₁，在此状态下通过的磁通量为Φ₁。B为磁场强度，l为拉索磁化的长度，μ_s为缆索的磁导率，A为被磁化的拉索横截面积，则：

Φ₁＝B₁A_c

Φ₀＝B₀A_c

上式可等效为：

设

磁场强度的变化率和金属截面积的变化率成以下线性关系：

k_B＝Δ×k_A

可以理解的是，Δ可以根据理论计算，但理论数值可能会存在一些偏差，采用断丝缺陷模型进行标定可以得到较精确的数值。

示例性的，如图19、图20和图21所示，采用一根75mm直径的带有若干断丝缺陷的拉索进行了试验，当传感器经过完好的拉索时，无漏磁产生所有霍尔传感器中间没有探测到感应电流信号；如图22所示，当传感器经过拉索断丝部位时，因缺陷到时有漏磁产生，霍尔传感器中间产生了明显的电流脉冲信号。该套传感模块还在实际的桥梁上进行了应用。针对直径在100mm以内较小的拉索，永磁能够较好的将索体磁化，因缺陷产生的漏磁也能够穿透PE层被霍尔传感器监测到。对于索直径较大的情况永磁场难以满足拉索的磁化要求，索内部的漏磁也因PE层的厚度阻隔降低了信号强度，PE层外的传感器难以探测到信号。采用电磁场探测能有效将磁场渗透整个拉索，另外通过密布的多层感应线圈能提高信号探测的灵敏度，基本的原理如图23所示。电磁探伤主要包括有脉冲大电流激励单元和高灵敏度探测线圈。激励单元中将储能单元接通励磁线圈的瞬间，由于励磁线圈的阻抗很低，巨量电荷瞬时产生脉冲大电流，然后立即将储能单元与励磁线圈断开(储能单元开始充电)，此时励磁线圈的电感与并联电容产生很强的自由振荡，钢索受到交变磁场励磁，在钢丝中产生较强的轴向交变磁通。这种窄脉冲激励的自由振荡是衰减振荡，当振荡幅度下降到一定程度时，第二次激励开始。保持一定频率的重复激励，就会使钢索中保持较强的轴向交变磁通。探测线圈沿钢索的一周布置n个线圈。因为线圈的轴线方向与钢索垂直，也就是与励磁磁场方向呈正交，所以探测线圈对励磁磁通不敏感，而对钢索断丝形成的漏磁磁通敏感。另外还包含有数控滤波放大单元、磁激励控制与数据处理单元等。

示例性的，采用磁场探伤技术对拉索内部钢丝缺陷进行无损探伤。采用永磁或电磁将拉索磁化，拉索中金属截面积总和发生变化时，励磁回路中的主磁通量将随之改变。采用霍尔传感器来检测拉索励磁回路中磁通量的改变可检测拉索腐蚀断丝导致的横截面积的改变，具备进行远程高空作业的能力及独特优势。

进一步的，作为对上述图1所示方法的实现，本发明实施例还提供了一种桥梁拉索智能检测机器人的控制装置，用于对上述图1所示的方法进行实现。该装置实施例与前述方法实施例对应，为便于阅读，本装置实施例不再对前述方法实施例中的细节内容进行逐一赘述，但应当明确，本实施例中的装置能够对应实现前述方法实施例中的全部内容。如图24所示，该装置包括：获取单元21、确定单元22和采集单元23，其中

获取单元21，用于在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；

确定单元22，用于基于上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；

采集单元23，用于基于上述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集上述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。

示例性的，上述单元还用于：

在即将控制机器人攀爬上述目标桥梁拉索的情况下，基于上述目标桥梁拉索的长度预估总需求电量，其中上述总需求电量为从上述目标桥梁拉索起点攀爬至上述目标桥梁拉索顶点并返回至目标桥梁拉索起点所需的电量与攀爬期间采集数据所需的电量之和；

在机器人的当前电量小于上述总需求电量的情况下，向用户发出告警以提示用户充电。

示例性的，上述单元还用于：

在机器人正在攀爬上述目标桥梁拉索的情况下，获取机器人的当前位置信息以确定返航距离信息和攀爬正压力系数调节信息，其中，上述返航距离信息用于表示机器人从上述当前位置返回至目标桥梁拉索起点的距离信息，上述攀爬正压力系数调节信息用于表示从上述当前位置返回至上述目标桥梁拉索起点所需要调节的攀爬正压力系数；

基于上述返航距离信息和上述攀爬正压力系数调节信息确定返航需求电量，其中，上述返航需求电量用于表示机器人从当前位置返回至上述目标桥梁拉索起点所需的电量与返回期间调节上述攀爬正压力系数所需的电量之和；

在机器人的当前电量大于上述返航需求电量且与上述返航需求电量的差值小于或等于预设差值的情况下，控制机器人返回至上述目标桥梁拉索起点。

示例性的，上述单元还用于：

在上述目标桥梁拉索的图像数据反应上述目标桥梁拉索存在障碍物的情况下，获取障碍物类型；

在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬；

在上述障碍物类型为非生物的情况下，暂停机器人攀爬并向用户发送告警信息以获取用户指令。

示例性的，上述在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬，包括：

在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬；

在机器人与上述障碍物之间的距离等于预设距离且上述障碍物未发生移动的情况下，暂停机器人攀爬并向用户发送告警信息以获取用户指令。

示例性的，上述单元还用于：

基于CCD技术采集上述目标桥梁拉索的图像数据；

在上述目标桥梁拉索的图像数据反映目标区域存在裂缝的情况下，基于至少两个方向的目标区域的图像数据合成上述裂缝的三维重构图。

示例性的，上述单元还用于：

基于探伤传感器采集上述目标桥梁拉索的磁场数据；

在上述目标桥梁拉索的磁场数据反映目标区域存在断丝感应信号的情况下，确定上述目标区域存在裂缝。

借由上述技术方案，本发明提供的桥梁拉索智能检测机器人的控制装置，对于桥梁拉索检测技术过于依赖人工，实际检测难度大，不够智能化的问题，本发明通过在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；基于上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；基于上述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集上述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。在上述方案中，针对桥梁拉索PE保护层的轴线和横截面不均匀偏差较大的问题，机器人在爬行的过程中能自适应拉索几何尺寸变化，对机器人和拉索保护层的正压力进行优化，为机器人系统提供流畅稳健的机械夹持，在此基础上，进行拉索表层损伤图像采集和磁场探伤技术，本发明建立了集机械构造、机电设备、无线通讯、自动控制等技术为一体的桥梁拉索智能检测机器人，该机器人可评判拉索表层损伤并对内部钢丝缺陷进行无损探伤，科学、精准、高效实现了桥梁拉索的检测，提高了处于交通命脉核心位置的现代大跨桥梁的健康和安全水准。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来实现一种桥梁拉索智能检测机器人的控制方法，能够解决桥梁拉索检测技术过于依赖人工，实际检测难度大，不够智能化的问题。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质包括存储的程序，该程序被处理器执行时实现上述桥梁拉索智能检测机器人的控制方法。

本发明实施例提供了一种处理器，上述处理器用于运行程序，其中，上述程序运行时执行上述桥梁拉索智能检测机器人的控制方法。

本发明实施例提供了一种电子设备，上述电子设备包括至少一个处理器、以及与上述处理器连接的至少一个存储器；其中，上述处理器用于调用上述存储器中的程序指令，执行如上述的桥梁拉索智能检测机器人的控制方法

本发明实施例提供了一种电子设备30，如图25所示，电子设备包括至少一个处理器301、以及与处理器连接的至少一个存储器302、总线303；其中，处理器301、存储器302通过总线303完成相互间的通信；处理器301用于调用存储器中的程序指令，以执行上述的桥梁拉索智能检测机器人的控制方法。

本文中的智能电子设备可以是PC、PAD、手机等。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在流程管理电子设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：

在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；基于上述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；基于上述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集上述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。

进一步的，上述方法还包括：

在即将控制机器人攀爬上述目标桥梁拉索的情况下，基于上述目标桥梁拉索的长度预估总需求电量，其中上述总需求电量为从上述目标桥梁拉索起点攀爬至上述目标桥梁拉索顶点并返回至目标桥梁拉索起点所需的电量与攀爬期间采集数据所需的电量之和；

在机器人的当前电量小于上述总需求电量的情况下，向用户发出告警以提示用户充电。

进一步的，上述方法还包括：

在机器人正在攀爬上述目标桥梁拉索的情况下，获取机器人的当前位置信息以确定返航距离信息和攀爬正压力系数调节信息，其中，上述返航距离信息用于表示机器人从上述当前位置返回至目标桥梁拉索起点的距离信息，上述攀爬正压力系数调节信息用于表示从上述当前位置返回至上述目标桥梁拉索起点所需要调节的攀爬正压力系数；

基于上述返航距离信息和上述攀爬正压力系数调节信息确定返航需求电量，其中，上述返航需求电量用于表示机器人从当前位置返回至上述目标桥梁拉索起点所需的电量与返回期间调节上述攀爬正压力系数所需的电量之和；

在机器人的当前电量大于上述返航需求电量且与上述返航需求电量的差值小于或等于预设差值的情况下，控制机器人返回至上述目标桥梁拉索起点。

进一步的，上述方法还包括：

在上述目标桥梁拉索的图像数据反应上述目标桥梁拉索存在障碍物的情况下，获取障碍物类型；

在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬；

在上述障碍物类型为非生物的情况下，暂停机器人攀爬并向用户发送告警信息以获取用户指令。

进一步的，上述在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬，包括：

在上述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬；

在机器人与上述障碍物之间的距离等于预设距离且上述障碍物未发生移动的情况下，暂停机器人攀爬并向用户发送告警信息以获取用户指令。

进一步的，上述方法还包括：

基于CCD技术采集上述目标桥梁拉索的图像数据；

在上述目标桥梁拉索的图像数据反映目标区域存在裂缝的情况下，基于至少两个方向的目标区域的图像数据合成上述裂缝的三维重构图。

进一步的，上述方法还包括：

基于探伤传感器采集上述目标桥梁拉索的磁场数据；

在上述目标桥梁拉索的磁场数据反映目标区域存在断丝感应信号的情况下，确定上述目标区域存在裂缝。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机软件指令，当计算机软件指令在处理设备上运行时，使得处理设备执行如图1对应实施例中的存储器的控制的流程。

计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种桥梁拉索智能检测机器人的控制方法，其特征在于，包括：

在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取所述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；

基于所述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；

基于所述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集所述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在即将控制机器人攀爬所述目标桥梁拉索的情况下，基于所述目标桥梁拉索的长度预估总需求电量，其中所述总需求电量为从所述目标桥梁拉索起点攀爬至所述目标桥梁拉索顶点并返回至目标桥梁拉索起点所需的电量与攀爬期间采集数据所需的电量之和；

在机器人的当前电量小于所述总需求电量的情况下，向用户发出告警以提示用户充电。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

在机器人正在攀爬所述目标桥梁拉索的情况下，获取机器人的当前位置信息以确定返航距离信息和攀爬正压力系数调节信息，其中，所述返航距离信息用于表示机器人从所述当前位置返回至目标桥梁拉索起点的距离信息，所述攀爬正压力系数调节信息用于表示从所述当前位置返回至所述目标桥梁拉索起点所需要调节的攀爬正压力系数；

基于所述返航距离信息和所述攀爬正压力系数调节信息确定返航需求电量，其中，所述返航需求电量用于表示机器人从当前位置返回至所述目标桥梁拉索起点所需的电量与返回期间调节所述攀爬正压力系数所需的电量之和；

在机器人的当前电量大于所述返航需求电量且与所述返航需求电量的差值小于或等于预设差值的情况下，控制机器人返回至所述目标桥梁拉索起点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述目标桥梁拉索的图像数据反应所述目标桥梁拉索存在障碍物的情况下，获取障碍物类型；

在所述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬；

在所述障碍物类型为非生物的情况下，暂停机器人攀爬并向用户发送告警信息以获取用户指令。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬，包括：

在所述障碍物类型为生物的情况下，控制机器人继续攀爬；

在机器人与所述障碍物之间的距离等于预设距离且所述障碍物未发生移动的情况下，暂停机器人攀爬并向用户发送告警信息以获取用户指令。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

基于CCD技术采集所述目标桥梁拉索的图像数据；

在所述目标桥梁拉索的图像数据反映目标区域存在裂缝的情况下，基于至少两个方向的目标区域的图像数据合成所述裂缝的三维重构图。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

基于探伤传感器采集所述目标桥梁拉索的磁场数据；

在所述目标桥梁拉索的磁场数据反映目标区域存在断丝感应信号的情况下，确定所述目标区域存在裂缝。

8.一种桥梁拉索智能检测机器人的控制装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于在机器人攀爬目标桥梁拉索的情况下，实时获取所述目标桥梁拉索的几何尺寸信息；

确定单元，用于基于所述目标桥梁拉索的几何尺寸信息确定机器人的攀爬正压力系数；

采集单元，用于基于所述攀爬正压力系数控制机器人攀爬以采集所述目标桥梁拉索的图像数据和磁场数据。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至权利要求7中任一项所述的桥梁拉索智能检测机器人的控制方法。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括至少一个处理器、以及与所述处理器连接的至少一个存储器；其中，所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，执行如权利要求1至权利要求7中任一项所述的桥梁拉索智能检测机器人的控制方法。

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