CN116256763A - 一种桥梁病害检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁病害检测装置及检测方法，包括仿生壳体、驱动组件及检测组件，驱动组件包括重量调整件、第一驱动件及第二驱动件，重量调整件连接于仿生壳体，用于改变仿生壳体的重量，以使得仿生壳体在水中上浮或下潜，第一驱动件连接于仿生壳体，用于驱动仿生壳体在空中悬停或飞行，第二驱动件连接于仿生壳体，用于驱动仿生壳体在水下航行，检测组件包括摄像模块、测距模块及声呐模块，摄像模块连接于仿生壳体，用于采集待测对象的图像信息，测距模块连接于仿生壳体，用于测量仿生壳体与待测对象之间的距离，声呐模块连接于仿生壳体，用于获取待测对象的三维模型。本发明能解决现有技术因作业区域有限导致检测效率低的问题。

Description

一种桥梁病害检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及桥梁检测技术领域，尤其涉及一种桥梁病害检测装置及检测方法。

背景技术

通常需要对桥梁定期进行病害检测，以预防桥梁事故和减少损失。

例如申请号为：CN202120288762.1的中国实用新型专利，名称为：一种基于无人机的桥梁检测设备，包括无人机机架、拍摄装置和检测装置，该装置通过转向层与主体的组合设置，可以实现整个检测装置可以进行大范围的转向，使收集层可以对检测区域内的样本进行采集，采集到的样本输送回去之后方便工程人员根据样本对具体原因有更准确的判断，探测头可以对桥梁内部进行扫描，判断桥梁内部是否发生变形或坍塌的问题，提前做好维护、保养的准备工作通过探测头可以对桥梁内部进行扫描，判断桥梁内部是否发生变形或坍塌的问题。但该设备仅限空中采样和拍摄，需要结合水下检测设备对水下桥墩部分进行检测，才能准确高效地获取桥梁病害信息。

因此，亟需一种桥梁病害检测装置及检测方法，用于解决现有技术中因检测设备的作业区域有限使得检测装置无法同时对桥梁水上和水下部分进行检测，从而导致桥梁检测效率低的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种桥梁病害检测装置及检测方法，解决现有技术中因检测设备的作业区域有限使得检测装置无法同时对桥梁水上和水下部分进行检测，从而导致桥梁检测效率低的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种桥梁病害检测装置，包括：

仿生壳体；

驱动组件，包括重量调整件、第一驱动件及第二驱动件，所述重量调整件连接于所述仿生壳体，用于改变所述仿生壳体的重量，以使得所述仿生壳体在水中上浮或下潜，所述第一驱动件连接于所述仿生壳体，用于驱动所述仿生壳体在空中悬停或飞行，所述第二驱动件连接于所述仿生壳体，用于驱动所述仿生壳体在水下航行；

检测组件，包括摄像模块、测距模块及声呐模块，所述摄像模块连接于仿生壳体，用于采集待测对象的图像信息，所述测距模块连接于所述仿生壳体，用于测量所述仿生壳体与待测对象之间的距离，所述声呐模块连接于所述仿生壳体，用于获取待测对象的三维模型。

进一步的，所述仿生壳体开设有贯穿所述仿生壳体的两侧的贯穿槽，所述第一驱动件包括两个机翼，两个所述机翼对称分布于所述仿生壳体的两侧，并连接于所述仿生壳体，且所述机翼可沿两侧展开，或者折叠后内置于所述贯穿槽。

进一步的，所述机翼包括第一翼体、第一推进器、第二翼体、第一转轴及第一驱动部，所述第一翼体的一端连接于所述仿生壳体，所述第一推进器连接于所述第一翼体上，用于驱动所述仿生壳体在空中飞行，所述第二翼体经所述第一转轴转动连接于所述第一翼体的另一端，所述第一驱动部与所述第一翼体和所述第一转轴均相连接，用于驱动所述第二翼体绕所述第一转轴的轴线转动，以使得所述第二翼体相对所述第一翼体折叠或展开。

进一步的，所述第一驱动件还包括两个滑动件和两个第二驱动部，所述滑动件沿所述贯穿槽的导向滑动连接于所述仿生壳体，所述第二驱动部具有固定端和活动端，所述第二驱动部的固定端连接于所述滑动件，且其活动端转动连接于所述第一翼体，用于驱动所述第一翼体绕其连接处转轴转动，以配合所述第一翼体和第二翼体内置于所述贯穿槽。

进一步的，所述滑动件包括导轨和滑台，两个所述导轨沿所述贯穿槽的长度方向相互平行且间隔设置，并均连接于所述贯穿槽的内壁，所述滑台与所述导轨一一对应设置，所述滑台沿所述导轨的导向滑动连接于所述导轨，且所述第二驱动部的固定端连接于所述滑台。

进一步的，所述第二驱动件包括第二推进器、铰接件及第三驱动部，所述第二推进器设置于仿生壳体的尾部，并转动连接于所述仿生壳体，所述铰接件与所述第二推进器和所述仿生壳体，所述第三驱动部具有固定端和活动端，所述第三驱动部的固定端连接于所述仿生壳体，且其活动端连接于所述铰接件，用于驱动所述第二推进器绕其与所述仿生壳体连接处转动轴线转动，以使得所述第二推进器推动所述仿生壳体在水中航行。

进一步的，所述第二驱动件还包括尾桨和第四驱动部，所述尾桨设置于所述仿生壳体的尾部，并转动连接于所述仿生壳体，所述第四驱动部与所述仿生壳体和所述尾桨均相连接，用于驱动所述尾桨相对所述仿生壳体绕其转动轴线转动，以配合所述第二推进器推动所述仿生壳体在水中航行。

进一步的，所述仿生壳体的前部具有容纳框，所述容纳框开设有至少一个开口，所述摄像模块包括摄像头、第二转轴及第五驱动部，所述摄像头相对所述开口设置，并内置于所述容纳框，所述第二转轴连接于所述摄像头，并转动连接于所述容纳框，所述第五驱动部连接于所述容纳框和转轴，用于驱动所述摄像头绕所述第二转轴的轴线转动。

进一步的，所述声呐模块包括两个声呐发生器和两个声呐接收器，两个所述声呐发生器间隔设置，并连接于所述仿生壳体，所述声呐接收器与所述声呐发生器一一对应设置，并连接于所述仿生壳体，用于接收所述声呐发生器发出的声波信号。

本发明的技术方案还提供一种桥梁病害检测方法，其运用如上任一项所述的桥梁病害检测装置，包括如下步骤：

S1、仿生壳体在空中飞行或悬停时，两侧的机翼处于展开状态，第一推进器产生推动仿生壳体上升的升力，第三驱动部驱动第二推进器绕其转动轴线转动，以配合第一推进器改变仿生壳体的飞行方向，当需要入水时，首先仿生壳体的前端向下，第一推进器停转，同时两侧的机翼处于折叠状态并内置于贯穿槽内，测距模块分别测量仿生壳体距离水面和桥墩的距离，以确定待测对象与仿生壳体之间的距离，从而反馈数据来驱动第四驱动件改变第二推进器的角度，接着重量调节件改变仿生壳体的自重，以配合仿生壳体的下沉至指定工作区域，然后摄像头开设采集待测对象的图像信息，并将图像信息进行反馈，最后声呐发生器发出声信号且声呐接收器接收声信号，先形成待测对象的二维图像，声呐发生器再以待测对象为中心采集代表其外形轮廓的方向形数据，经过多次成像来获得待测对象的距离信息和振幅信息，并将距离信息和振幅信息进行合成形成三维图像，以供检测人员参考辅助判断桥梁病害；

S2、仿生壳体在水下航行或悬停时，两侧的机翼处于折叠状态，第二推进器和尾桨分别在第三驱动部和第四驱动部的驱动下配合控制和改变仿生壳体的航行角度，当需要出水时，首先仿生壳体的前端向上，同时两侧的机翼处于展开状态并外置于贯穿槽内，第一推进器启动，提供产生推动仿生壳体上升的升力，测距模块分别测量仿生壳体距离水面和桥墩的距离，以确定待测对象与仿生壳体之间的距离，从而反馈数据来驱动第四驱动件改变第二推进器的角度，接着重量调节件改变仿生壳体的自重，以配合仿生壳体的上浮至指定工作区域，然后摄像头开设采集待测对象的图像信息，并将图像信息进行反馈，最后声呐发生器发出声信号且声呐接收器接收声信号，先形成待测对象的二维图像，声呐发生器再以待测对象为中心采集代表其外形轮廓的方向形数据，经过多次成像来获得待测对象的距离信息和振幅信息，并将距离信息和振幅信息进行合成形成三维图像，以供检测人员参考辅助判断桥梁病害。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：仿生壳体上连接有驱动组件和检测组件，驱动组件包括重量调整件、第一驱动件及第二驱动件，重量调整件连接于仿生壳体，用于改变仿生壳体的重量，以使得仿生壳体在水中上浮或下潜，第一驱动件连接于仿生壳体，用于驱动仿生壳体在空中悬停或飞行，第二驱动件连接于仿生壳体，用于驱动仿生壳体在水下航行，检测组件包括摄像模块、测距模块及声呐模块，摄像模块连接于仿生壳体，用于采集待测对象的图像信息，测距模块连接于仿生壳体，用于测量仿生壳体与待测对象之间的距离，声呐模块连接于仿生壳体，用于获取待测对象的三维模型。相比于现有技术，通过第一驱动件、第二驱动件及重量调节件的配合，来改变仿生壳体在航行时的介质，使得仿生壳体可以在空中飞行或者在水下航行，从而配合摄像模块、测距模块及声呐模块来对桥梁的水上和水下部分均可进行检测，不受工作区域的限制，能提高桥梁检测的效率，能解决现有技术因检测装置作业区域有限导致检测效率低的问题。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的一种桥梁病害检测装置的三维结构示意图；

图2是本发明实施例所提供的一种桥梁病害检测装置的俯视结构示意图；

图3是本发明实施例所提供的仿生壳体和摄像模块相连接的三维结构示意图；

图4是本发明实施例所提供的测距模块、照明模块及声呐模块与仿生壳体相连接的结构示意图；

图5是本发明实施例所提供的第二驱动件与仿生壳体相连接的三维结构示意图；

图6是本发明实施例所提供的第一驱动件在一种状态下的结构示意图；

图7是本发明实施例所提供的第一驱动件在另一种状态下的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参阅图1及图2，本发明提供了一种桥梁病害检测装置，包括：仿生壳体1、驱动组件2及检测组件3，驱动组件2包括重量调整件、第一驱动件22及第二驱动件23，重量调整件连接于仿生壳体1，用于改变仿生壳体1的重量，以使得仿生壳体1在水中上浮或下潜，第一驱动件22连接于仿生壳体1，用于驱动仿生壳体1在空中悬停或飞行，第二驱动件23连接于仿生壳体1，用于驱动仿生壳体1在水下航行，检测组件3包括摄像模块31、测距模块32及声呐模块33，摄像模块31连接于仿生壳体1，用于采集待测对象的图像信息，测距模块32连接于仿生壳体1，用于测量仿生壳体1与待测对象之间的距离，声呐模块33连接于仿生壳体1，用于获取待测对象的三维模型。

本装置中，仿生壳体1上连接有驱动组件2和检测组件3，驱动组件2包括重量调整件、第一驱动件22及第二驱动件23，检测组件3包括摄像模块31、测距模块32及声呐模块33，相比于现有技术，通过第一驱动件22、第二驱动件23及重量调节件的配合，来改变仿生壳体1在航行时的介质，使得仿生壳体1可以在空中飞行或者在水下航行，从而配合摄像模块31、测距模块32及声呐模块33来对桥梁的水上和水下部分均可进行检测，不受工作区域的限制，能提高桥梁检测的效率，能解决现有技术因检测装置作业区域有限导致检测效率低的问题。

具体的，本装置中仿生壳体1呈仿生翠鸟的外形，基于翠鸟的流线外形，流线型机身头部包括流线型机身嘴部、流线型机身首部，以及流线型机身颈部，整体呈旋转体延伸，流线型机身嘴部用于打破水面张力，流线型机身首部用于减少检测器的跨介质过程阻力，流线型机身颈部用于缓冲和连接机身头部和机身圆柱形主体，且仿生壳体1用于减小检测装置出水或者入水时的阻力。

进一步地，本装置还应该包括用于照明模块4、天线5、陀螺仪、控制组件及电池等，照明模块4设置于仿生壳体1的前端，用于在水下或者光照不足的条件下为摄像模块31提供足够的亮度，天线5与连接于仿生壳体1，用于与外部设备之间的信号接收和反馈，陀螺仪连接于仿生壳体1的内部，用于测量和检测仿生壳体1的倾角以配合第一驱动件22和第二驱动件23来控制仿生壳体1的飞行或者航行，控制组件与天线5、第一驱动件22、第二驱动件23、重量调整件、摄像模块31、测距模块32及声呐模块33均电性连接，根据天线5接收的信号来控制第一驱动件22、第二驱动件23、重量调整件、摄像模块31、测距模块32及声呐模块33的动作，此处照明模块4、天线5、陀螺仪、控制组件及电池等均为市场上常见且易采购的设备，此处作为本领域技术人员所公知的常规设置，不再过多赘述。

进一步地，本装置测距模块32通过分别获取长度、深度、宽度及面积等参数，此处以深度和长宽作为示例进行说明，测量深度时，检测器正对被检测处，激光测距模块32发射激光，测量光线往返所需时间，通过光速和大气折射系数算出距离，通过病害处距离与健康表面处距离进行比对得到病害深度；测量长宽时，检测器正对被疑似病害处，激光检测器分别测得光线从上下端与左右端往返时间，通过光速和大气折射系数算出斜边距离，数据传输给单片机通过斜边距离与距离通过几何关系算出病害的长度和宽度。此处还可以参考“李硕,刘晓英.探究三维声呐技术在水下结构探测中的应用问题[J].电子技术与软件工程，2022，(16):152-155.”以及“郭树华，张震. 三维声呐系统在水工建筑物水下结构检测中的应用[J]. 陕西水利，2020(4):12-14.”，此处作为本领域技术人员所公知的常规设置不再过多赘述。

进一步地，本装置中仿生壳体1内设置有压载水舱，重量调整件通过控制压载水舱内水的含量来改变仿生壳体1的自重，从而实现仿生壳体1的上浮或下沉，此处作为本领域技术人员所公知的常规设置，不再过多赘述。

如图1、2及图6所示，仿生壳体1开设有贯穿仿生壳体1的两侧的贯穿槽，第一驱动件22包括两个机翼221，两个机翼221对称分布于仿生壳体1的两侧，并连接于仿生壳体1，且机翼221可沿两侧展开，或者折叠后内置于贯穿槽。

两侧的机翼221可折叠或展开，以配合仿生壳体1在空中或水下航行，用于提高仿生壳体1在两种不同介质内航行的阻力。

其中作为一种实施方式，如图6及图7所示，机翼221包括第一翼体2211、第一推进器2212、第二翼体2213、第一转轴及第一驱动部，第一翼体2211的一端连接于仿生壳体1，第一推进器2212连接于第一翼体2211上，用于驱动仿生壳体1在空中飞行，第二翼体2213经第一转轴转动连接于第一翼体2211的另一端，第一驱动部与第一翼体2211和第一转轴均相连接，用于驱动第二翼体2213绕第一转轴的轴线转动，以使得第二翼体2213相对第一翼体2211折叠或展开。

第一翼体2211、第一推进器2212、第二翼体2213、第一转轴及第一驱动部组成机翼221可折叠的结构，使得第一推进器2212可以向外展开或者内置于贯穿槽。

具体的，第一推进器2212为垂直推进器模块，第一驱动部为双层带轮，在双层带轮的驱动下第二翼体2213可相对第一翼体2211转动并实现折叠或者展开，此处垂直推进器模块和双层带轮均为市场上参见且易采购的设备，此处作为本领域技术人员所公知的常规设置，不再过多赘述。

其中作为另一种实施方式，如图6所示，第一驱动件22还包括两个滑动件222和两个第二驱动部，滑动件222沿贯穿槽的导向滑动连接于仿生壳体1，第二驱动部具有固定端和活动端，第二驱动部的固定端连接于滑动件222，且其活动端转动连接于第一翼体2211，用于驱动第一翼体2211绕其连接处转轴转动，以配合第一翼体2211和第二翼体2213内置于贯穿槽。

在机翼221折叠和展开过程中，通过滑动件222和第二驱动部的驱动更好配合将第一翼体2211折叠并收纳在贯穿槽内。

其中作为一种较佳的实施方式，如图6及图7所示，滑动件222包括导轨2221和滑台2222，两个导轨2221沿贯穿槽的长度方向相互平行且间隔设置，并均连接于贯穿槽的内壁，滑台2222与导轨2221一一对应设置，滑台2222沿导轨2221的导向滑动连接于导轨2221，且第二驱动部的固定端连接于滑台。

滑台2222可沿导轨2221的导向滑动，且滑台2222经第二驱动部与第一翼体2211相连接，使得第一翼体2211可以在随滑台2222滑动过程中更好的收纳在贯穿槽内。

此处第二驱动部为旋转电机，此处滑台2222和旋转电机均为市场上参见且易采购的设备，此处作为本领域技术人员所公知的常规设置，不再过多赘述。

如图5所示，第二驱动件23包括第二推进器231、铰接件232及第三驱动部233，第二推进器231设置于仿生壳体1的尾部，并转动连接于仿生壳体1，铰接件232与第二推进器231和仿生壳体1，第三驱动部233具有固定端和活动端，第三驱动部233的固定端连接于仿生壳体1，且其活动端连接于铰接件232，用于驱动第二推进器231绕其与仿生壳体1连接处转动轴线转动，以使得第二推进器231推动仿生壳体1在水中航行。

第二推进器231在第三驱动部233和铰接件232的传动下，可以绕其与仿生壳体1的连接处转动轴线转动，用于方便对第二推进器231的推进力的方向进行改变，从而实现仿生壳体1的转向等。

进一步地，在水下航行时第二推进器231作为仿生壳体1运动的动力源，在空中飞行时第二推进器231配合第一推进器2212，起到改变方式壳体运动方向的作用，此处第一推进器2212和第二推进器231均为市场上常见且易采购的设备，此处作为本领域技术人员所公知的常规设置，不再过多赘述。

具体的，本装置中铰接件232包括第一连杆2321、第二连杆2322及第三连杆2323，第一连杆2321与第三驱动部233的活动端相连接，第二连杆2322的两端分别与第一连杆2321和第三连杆2323相转动连接，第三连杆2323与第二推进器231的转动轴线相连接，第三驱动部233的活动端运动，可以带动第二推进器231绕其转动轴线转动。

其中作为一种较佳的实施方式，如图5所示，第二驱动件23还包括尾桨234和第四驱动部235，尾桨234设置于仿生壳体1的尾部，并转动连接于仿生壳体1，第四驱动部235与仿生壳体1和尾桨234均相连接，用于驱动尾桨234相对仿生壳体1绕其转动轴线转动，以配合第二推进器231推动仿生壳体1在水中航行。

尾桨234转动连接于仿生壳体1的尾部，在第四驱动部235的驱动下，尾桨234绕其转动轴线转动，用于配合第二推进器231辅助仿生壳体1在水下航行，此处第四驱动部235为旋转电机，尾桨234和旋转电机均为市场上常见且易采购的设备，此处作为本领域技术人员所公知的常规设置，不再过多赘述。

如图3所示，仿生壳体1的前部具有容纳框，容纳框开设有至少一个开口，摄像模块31包括摄像头311、第二转轴312及第五驱动部，摄像头311相对开口设置，并内置于容纳框，第二转轴312连接于摄像头311，并转动连接于容纳框，第五驱动部连接于容纳框和转轴，用于驱动摄像头311绕第二转轴312的轴线转动。

摄像头311经第二转轴312转动连接于容纳框内，在第五驱动部的驱动下，摄像头311可以绕其转动轴线转动，用于实现摄像头311全角度的回转等，此处第五驱动部为旋转电机，此处摄像头311和旋转电机均为市场上常见且易采购的设备，此处作为本领域技术人员所公知的常规设置，不再过多赘述。

如图1、图2及4所示，声呐模块33包括两个声呐发生器和两个声呐接收器331，两个声呐发生器间隔设置，并连接于仿生壳体1，声呐接收器331与声呐发生器一一对应设置，并连接于仿生壳体1，用于接收声呐发生器发出的声波信号。

仿生壳体1的顶部两侧分别设置有声呐发生器和声呐接收器331，声呐接收器331与声呐发生器一一对应设置，并连接于仿生壳体1，用于接收声呐发生器发出的声波信号，以实现待测对象的三维模型。

具体的，声呐发生器发出声信号且声呐接收器331接收声信号，先形成待测对象的二维图像，声呐发生器再以待测对象为中心采集代表其外形轮廓的方向形数据，经过多次成像来获得待测对象的距离信息和振幅信息，并将距离信息和振幅信息进行合成形成三维图像，以供检测人员参考辅助判断桥梁病害，此处声呐发生器和声呐接收器331均为市场上常见且易采购的设备，此处作为本领域技术人员所公知的常规设置，不再过多赘述。

本发明还提供了一种桥梁病害检测方法，包括如下步骤：

S1、仿生壳体1在空中飞行或悬停时，两侧的机翼221处于展开状态，第一推进器2212产生推动仿生壳体1上升的升力，第三驱动部233驱动第二推进器231绕其转动轴线转动，以配合第一推进器2212改变仿生壳体1的飞行方向，当需要入水时，首先仿生壳体1的前端向下，第一推进器2212停转，同时两侧的机翼221处于折叠状态并内置于贯穿槽内，测距模块32分别测量仿生壳体1距离水面和桥墩的距离，以确定待测对象与仿生壳体1之间的距离，从而反馈数据来驱动第四驱动件改变第二推进器231的角度，接着重量调节件改变仿生壳体1的自重，以配合仿生壳体1的下沉至指定工作区域，然后摄像头311开设采集待测对象的图像信息，并将图像信息进行反馈，最后声呐发生器发出声信号且声呐接收器331接收声信号，先形成待测对象的二维图像，声呐发生器再以待测对象为中心采集代表其外形轮廓的方向形数据，经过多次成像来获得待测对象的距离信息和振幅信息，并将距离信息和振幅信息进行合成形成三维图像，以供检测人员参考辅助判断桥梁病害；

S2、仿生壳体1在水下航行或悬停时，两侧的机翼221处于折叠状态，第二推进器231和尾桨234分别在第三驱动部233和第四驱动部235的驱动下配合控制和改变仿生壳体1的航行角度，当需要出水时，首先仿生壳体1的前端向上，同时两侧的机翼221处于展开状态并外置于贯穿槽内，第一推进器2212启动，提供产生推动仿生壳体1上升的升力，测距模块32分别测量仿生壳体1距离水面和桥墩的距离，以确定待测对象与仿生壳体1之间的距离，从而反馈数据来驱动第四驱动件改变第二推进器231的角度，接着重量调节件改变仿生壳体1的自重，以配合仿生壳体1的上浮至指定工作区域，然后摄像头311开设采集待测对象的图像信息，并将图像信息进行反馈，最后声呐发生器发出声信号且声呐接收器331接收声信号，先形成待测对象的二维图像，声呐发生器再以待测对象为中心采集代表其外形轮廓的方向形数据，经过多次成像来获得待测对象的距离信息和振幅信息，并将距离信息和振幅信息进行合成形成三维图像，以供检测人员参考辅助判断桥梁病害。

可以理解，如图3至图7所示，当仿生壳体1在空中正常航行或悬停时，机翼221上对称布置的并转动为仿生壳体1提供升力，第三驱动部233驱动第二推进器231转动，并配合在第四驱动部235的带动下与尾桨234共同实时调整仿生壳体1的航行角度；当天线5装置接收“水下桥墩检测”信号后，反馈到机身内部的控制组件，控制组件处理信号并启动第三驱动部233调节第二推进器231，使其在尾桨234和第四驱动部235的带动下调整航行的尾部的朝向为斜向上预备入水。仿生壳体1入水过程中，仿生壳体1的头部首先接触水面，同时，两侧第二驱动部沿导轨2221的导向沿靠近机身尾部方向运动，通过第二驱动部带动第一翼体2211完成收缩，并引导第一驱动部第二翼体2213完成收缩，自此机翼221完全收入机舱内部。

进一步地，当仿生壳体1完成入水后，机翼221上对称布置的第一推进器2212停转，并随第一翼体2211一起收缩进仿生壳体1机身内部；测距模块32分别测量机身距离水面及桥墩的距离，确定目标检测地点，从而判断航行的动力角度需求。机身第二推进器231在第三驱动部233驱动下由转轴带动调整目标角度推动仿生壳体1完成运动，并通过陀螺仪实时调整尾桨234方向进行仿生壳体1转向。同时控制组件可以通过控制压载水泵来改变仿生壳体1内压载水舱中的含水量，进一步完成仿生壳体1的上浮或下沉，直到测距模块32判断机身潜行至与入水信号要求一致的水域并悬停，第二推进器231停止工作。

再进一步地，接收到 “水下桥墩检测”信号后，控制组件将天线5所接收的检测信号进行处理后传递给声呐发生器和声呐接收器331。待仿生壳体1潜行到指定水域后，探测人员通过摄像头311判断水质是否清晰，若清晰则开展检测工作，若不清晰则打开照明模块4后开展检测工作。同时，仿生壳体1机身顶部的声呐发生器向外发射声信号，声呐接收器331通过声成像方法来处理接收到的回波信号，从而产生各个方位的二维图像，再以待测对象为中心采集代表其外形轮廓的方向性数据，每一次成像过程都能一并获得距离信息和振幅信息，将这两个信息生成的图像通过计算合成，然后形成三维图像。检测人员将形成的病害三维图像与预先建好的三维图像数据库进行比对，判断出病害类型，并且可以根据病害三维图像直接测量出锈蚀、钢筋裸露等病害的各种尺寸，从而判断出病害的严重程度。

如图3至图7所示，当仿生壳体1在水下正常潜行或悬停时，第三驱动部233驱动第二推进器231在第四驱动部235的带动下与尾桨234共同实时调整推进航行角度或停止工作；当接收天线5装置接收“水上桥墩桥面检测”信号后，反馈到机身内部的控制组件，单片机处理信号并启动驱动调节尾部可调向式螺旋桨，使其在尾桨234换向机构的带动下向下调整角度预备出水。仿生壳体1出水过程中，仿生壳体1的头部首先探出水面，同时，两侧的第二驱动部沿导轨2221向仿生壳体1的头部方向运动，通过第一驱动部带动第一翼体2211完成开展，并引导第一驱动部第二翼体2213完成开展，同时压载水泵排尽压载水舱中的水。

进一步地，当仿生壳体1完成出水后，第一翼体2211一起展开至仿生壳体1机身的外部，机翼221上对称布置的第一推进器2212开始转动为仿生壳体1提供升力，进一步调整仿生壳体1高度；测距模块32分别测量机身距离水面及桥面桥墩的距离，确定目标检测地点，从而判断航行的动力角度需求；机身第二推进器231在第三驱动部233驱动下由轮轴与尾桨234连接杆带动调整目标角度，并通过陀螺仪实时调整尾桨234方向进行仿生壳体1转向，直到测距模块32判断机身已到达与出水信号要求一致的空域并悬停，此时，翼展换向驱动机构带动尾部可调式螺旋与机翼221两侧对称的螺旋桨平行，并共同转动提供升力保持机身稳定。

再进一步地，接收到发出的“水上桥墩桥面检测”信号后，控制组件将天线5所接收的检测信号进行处理后传递给视觉检测模块和测距模块32。待仿生壳体1航行到指定空域悬停后，探测人员通过摄像头311判断光线是否满足检测条件，若满足则开展检测工作，若不满足则打开照明模块4后开展检测工作。检测人员控制遥控端调整高清探测摄像头311和测距模块32对准目标检测位置，并且通过高清探测摄像头311采集病害高清图像，提取其病害特征与桥梁病害库中的各种病害进行比对，最终确定病害类型；同时，测距模块32测量病害长度、宽度、深度或面积等尺寸，将实时数据反馈给遥控端。

本发明的具体工作流程，仿生壳体1上连接有驱动组件2和检测组件3，驱动组件2包括重量调整件、第一驱动件22及第二驱动件23，重量调整件连接于仿生壳体1，用于改变仿生壳体1的重量，以使得仿生壳体1在水中上浮或下潜，第一驱动件22连接于仿生壳体1，用于驱动仿生壳体1在空中悬停或飞行，第二驱动件23连接于仿生壳体1，用于驱动仿生壳体1在水下航行，检测组件3包括摄像模块31、测距模块32及声呐模块33，摄像模块31连接于仿生壳体1，用于采集待测对象的图像信息，测距模块32连接于仿生壳体1，用于测量仿生壳体1与待测对象之间的距离，声呐模块33连接于仿生壳体1，用于获取待测对象的三维模型。相比于现有技术，通过第一驱动件22、第二驱动件23及重量调节件的配合，来改变仿生壳体1在航行时的介质，使得仿生壳体1可以在空中飞行或者在水下航行，从而配合摄像模块31、测距模块32及声呐模块33来对桥梁的水上和水下部分均可进行检测，不受工作区域的限制，能提高桥梁检测的效率，能解决现有技术因检测装置作业区域有限导致检测效率低的问题。

本装置通过上述结构，能解决现有技术中因检测设备的作业区域有限使得检测装置无法同时对桥梁水上和水下部分进行检测，从而导致桥梁检测效率低的技术问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种桥梁病害检测装置，其特征在于，包括：

仿生壳体；

驱动组件，包括重量调整件、第一驱动件及第二驱动件，所述重量调整件连接于所述仿生壳体，用于改变所述仿生壳体的重量，以使得所述仿生壳体在水中上浮或下潜，所述第一驱动件连接于所述仿生壳体，用于驱动所述仿生壳体在空中悬停或飞行，所述第二驱动件连接于所述仿生壳体，用于驱动所述仿生壳体在水下航行；

检测组件，包括摄像模块、测距模块及声呐模块，所述摄像模块连接于仿生壳体，用于采集待测对象的图像信息，所述测距模块连接于所述仿生壳体，用于测量所述仿生壳体与待测对象之间的距离，所述声呐模块连接于所述仿生壳体，用于获取待测对象的三维模型。

2.根据权利要求1所述的桥梁病害检测装置，其特征在于，所述仿生壳体开设有贯穿所述仿生壳体的两侧的贯穿槽，所述第一驱动件包括两个机翼，两个所述机翼对称分布于所述仿生壳体的两侧，并连接于所述仿生壳体，且所述机翼可沿两侧展开，或者折叠后内置于所述贯穿槽。

3.根据权利要求2所述的桥梁病害检测装置，其特征在于，所述机翼包括第一翼体、第一推进器、第二翼体、第一转轴及第一驱动部，所述第一翼体的一端连接于所述仿生壳体，所述第一推进器连接于所述第一翼体上，用于驱动所述仿生壳体在空中飞行，所述第二翼体经所述第一转轴转动连接于所述第一翼体的另一端，所述第一驱动部与所述第一翼体和所述第一转轴均相连接，用于驱动所述第二翼体绕所述第一转轴的轴线转动，以使得所述第二翼体相对所述第一翼体折叠或展开。

4.根据权利要求3所述的桥梁病害检测装置，其特征在于，所述第一驱动件还包括两个滑动件和两个第二驱动部，所述滑动件沿所述贯穿槽的导向滑动连接于所述仿生壳体，所述第二驱动部具有固定端和活动端，所述第二驱动部的固定端连接于所述滑动件，且其活动端转动连接于所述第一翼体，用于驱动所述第一翼体绕其连接处转轴转动，以配合所述第一翼体和第二翼体内置于所述贯穿槽。

5.根据权利要求4所述的桥梁病害检测装置，其特征在于，所述滑动件包括导轨和滑台，两个所述导轨沿所述贯穿槽的长度方向相互平行且间隔设置，并均连接于所述贯穿槽的内壁，所述滑台与所述导轨一一对应设置，所述滑台沿所述导轨的导向滑动连接于所述导轨，且所述第二驱动部的固定端连接于所述滑台。

6.根据权利要求1所述的桥梁病害检测装置，其特征在于，所述第二驱动件包括第二推进器、铰接件及第三驱动部，所述第二推进器设置于仿生壳体的尾部，并转动连接于所述仿生壳体，所述铰接件与所述第二推进器和所述仿生壳体，所述第三驱动部具有固定端和活动端，所述第三驱动部的固定端连接于所述仿生壳体，且其活动端连接于所述铰接件，用于驱动所述第二推进器绕其与所述仿生壳体连接处转动轴线转动，以使得所述第二推进器推动所述仿生壳体在水中航行。

7.根据权利要求6所述的桥梁病害检测装置，其特征在于，所述第二驱动件还包括尾桨和第四驱动部，所述尾桨设置于所述仿生壳体的尾部，并转动连接于所述仿生壳体，所述第四驱动部与所述仿生壳体和所述尾桨均相连接，用于驱动所述尾桨相对所述仿生壳体绕其转动轴线转动，以配合所述第二推进器推动所述仿生壳体在水中航行。

8.根据权利要求1所述的桥梁病害检测装置，其特征在于，所述仿生壳体的前部具有容纳框，所述容纳框开设有至少一个开口，所述摄像模块包括摄像头、第二转轴及第五驱动部，所述摄像头相对所述开口设置，并内置于所述容纳框，所述第二转轴连接于所述摄像头，并转动连接于所述容纳框，所述第五驱动部连接于所述容纳框和转轴，用于驱动所述摄像头绕所述第二转轴的轴线转动。

9.根据权利要求1所述的桥梁病害检测装置，其特征在于，所述声呐模块包括两个声呐发生器和两个声呐接收器，两个所述声呐发生器间隔设置，并连接于所述仿生壳体，所述声呐接收器与所述声呐发生器一一对应设置，并连接于所述仿生壳体，用于接收所述声呐发生器发出的声波信号。

10.一种桥梁病害检测方法，其特征在于，其运用如权利要求1至9中任一项所述的桥梁病害检测装置，包括如下步骤：

S1、仿生壳体在空中飞行或悬停时，两侧的机翼处于展开状态，第一推进器产生推动仿生壳体上升的升力，第三驱动部驱动第二推进器绕其转动轴线转动，以配合第一推进器改变仿生壳体的飞行方向，当需要入水时，首先仿生壳体的前端向下，第一推进器停转，同时两侧的机翼处于折叠状态并内置于贯穿槽内，测距模块分别测量仿生壳体距离水面和桥墩的距离，以确定待测对象与仿生壳体之间的距离，从而反馈数据来驱动第四驱动件改变第二推进器的角度，接着重量调节件改变仿生壳体的自重，以配合仿生壳体的下沉至指定工作区域，然后摄像头开设采集待测对象的图像信息，并将图像信息进行反馈，最后声呐发生器发出声信号且声呐接收器接收声信号，先形成待测对象的二维图像，声呐发生器再以待测对象为中心采集代表其外形轮廓的方向形数据，经过多次成像来获得待测对象的距离信息和振幅信息，并将距离信息和振幅信息进行合成形成三维图像，以供检测人员参考辅助判断桥梁病害；

S2、仿生壳体在水下航行或悬停时，两侧的机翼处于折叠状态，第二推进器和尾桨分别在第三驱动部和第四驱动部的驱动下配合控制和改变仿生壳体的航行角度，当需要出水时，首先仿生壳体的前端向上，同时两侧的机翼处于展开状态并外置于贯穿槽内，第一推进器启动，提供产生推动仿生壳体上升的升力，测距模块分别测量仿生壳体距离水面和桥墩的距离，以确定待测对象与仿生壳体之间的距离，从而反馈数据来驱动第四驱动件改变第二推进器的角度，接着重量调节件改变仿生壳体的自重，以配合仿生壳体的上浮至指定工作区域，然后摄像头开设采集待测对象的图像信息，并将图像信息进行反馈，最后声呐发生器发出声信号且声呐接收器接收声信号，先形成待测对象的二维图像，声呐发生器再以待测对象为中心采集代表其外形轮廓的方向形数据，经过多次成像来获得待测对象的距离信息和振幅信息，并将距离信息和振幅信息进行合成形成三维图像，以供检测人员参考辅助判断桥梁病害。

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