CN206883678U - 一种道路损伤检测机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种道路损伤检测机器人系统，包括机器人本体系统，机器人本体系统包括移动平台系统和检测系统，检测系统安装在移动平台系统上；所述检测系统包括敲击扫描检测仪、升降机构和检测仪控制系统，升降机构安装在移动平台系统上，敲击扫描检测仪安装在升降机构上，检测仪控制系统和敲击扫描检测仪电连接。采用本实用新型的检测系统能够实现智能化检测，由于无需人工驾驶，提高了检测安全性和检测数据的准确性；集成多种无损检测传感器于一体，可一次性实现路面及其内部状况的全面评估，检测效率大幅提升，也减少了对道路通行性的影响。

Description

一种道路损伤检测机器人系统

技术领域

本实用新型涉及道面检测装置，特别是涉及一种道路损伤检测机器人系统，主要用于桥梁等梁式结构的道路。

背景技术

桥梁或高架道路建成以后，为了保证通行安全性和效率，需要定期检修养护。随着中国高速公路通车里程的快速增长、道路服务年限的增加，高速公路已进入建设与养护并重的时期， 2000年以前建成的1万多公里高速公路已全面进入大修期，2008年底以前建成的5万多公里高速公路也普遍进入缺陷责任期后的正常维修养护期，养护行业整体人员规模增长迅速。

随着交通部“十二五公路养护管理发展纲要”将大中修比例由13％提升到17％，比例提升接近 30％，2015年需要接受大中修养护的高速公路就接近1.3万公里。

桥梁或高架道路养护包括路基养护、路面养护、桥涵养护、通道养护、标志标线养护、机电设施养护等等，其中路面养护是高速公路养护的重要内容。路面养护的前提是对路面状况的检测与评估。目前，路面状况检测评估主要靠人工目测，这主要靠经验，检测准确性差。替代方式是使用人工持仪器检测，这比目测数据准确性要好，但也存在以下几方面的问题 :一是手工采集数据易受人工操作错误的影响，数据准确性得不到保障，且人身安全得不到保障；二是人工检测的速率低，需要大量的人力，劳动强度大且效率低下，检测时间长，影响通行效率；三是人工检测只能是单一仪器，一次只能检测一种缺陷，不能对路面状况进行全面评估。

因此，结合现代科学技术的发展，提供一种能对路面状况进行综合检测与评估的自动化系统显得尤为必要。目前已经有可以对道路表面状况进行检测的多功能检测车，可以用于高速公路和一般公路上信息资料的即时收集(实时位置、路面平整度、纹理、路面车辙状况、道路几何数据、全球定位系统、道路景观和路面破损状况的图象等)，并进行计算机即时和延后处理。但是该类型检测车的缺点是仍然需要人工操控和人工判断，不能满足某些检测工艺对运动控制的要求(如每隔一定距离就停下来)，不能自主检测和对数据进行融合进而自动评估，且只能检测道路表面的状况，不能检测道路表面以下的状况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种梁式结构道路损伤检测机器人系统，通过该套检测系统，可以进行高效、精准的进行梁式结构道路内部缺陷检测。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种道路损伤检测机器人系统，包括机器人本体系统，机器人本体系统包括移动平台系统和检测系统，检测系统安装在移动平台系统上；所述检测系统包括敲击扫描检测仪、升降机构和检测仪控制系统，升降机构安装在移动平台系统上，敲击扫描检测仪安装在升降机构上，检测仪控制系统和敲击扫描检测仪电连接。敲击扫描检测仪可以从市场中购买，其通过下方滚轮与地面的接触，实现对道路内部缺陷的检测；在敲击扫描检测仪停止检测后，升降机构可以拉伸敲击扫描检测仪使其脱离地面。

本专利采用的敲击扫描检测仪是一种基于敲击扫描方法的损伤检测系统。该种敲击扫描检测仪利用车-桥耦合模型，从原点阻抗入手，解析得到小车加速度信号对梁结构中的布局损伤灵敏公式。基于该理论，得出损伤对改变小车加速度信号频谱图的形状，得到敲击式损伤检测方法。该种敲击扫描检测仪主要用于梁式结构的道路，比如桥梁，高架路面等。可以是目前这种基于敲击扫描方法的损伤检测仪，但不限于此。移动平台系统包括移动平台部分、电源系统、控制系统、驱动系统等。

采用本专利在上文中所提及的基于敲击扫描方法的损伤检测仪，在梁式结构道路内部缺陷检测过程中，只有检测仪滚轮与地面由良好的接触，才能保证检测数据的有效性和较高的检测精度。所以，本方案的检测系统中添加了检测仪升降机构，通过该机构的缓冲作用，保证了非平坦路况检测仪滚轮也能和地面有良好接触。另一方面，在检测工作停止后，升降机构可以拉伸检测仪使其脱离地面。

作为其中一种可实施方式，所述升降机构包括安装在移动平台系统的支撑架，支撑架上安装有驱动电机和搭载平台，驱动电机的输出轴和搭载平台相连，敲击扫描检测仪安装在搭载平台上；所述驱动电机的输出端同轴连接有丝杠，搭载平台上固定有螺纹套，螺纹套套设在丝杠上；具体的，支撑架上还设有四个转轮，四个转轮通过链条相连，其中一个转轮同轴固定在所述丝杠上，另外三个转轮均通过丝杠和搭载平台上的螺纹套相连。较佳的，敲击扫描检测仪和搭载平台之间设有碟形弹簧，升降机构通过碟形弹(但不限于蝶形弹簧)簧的缓冲，保证了非平坦路况检测仪滚轮也能和地面有良好接触。驱动电机及减速器带动丝杠转动，丝杠带动其上附着的链轮旋转，链轮通过链条带动其他三个链轮同时转动，每个链轮带动自身对应的丝杠转动。丝杠带动搭载平台向上移动，从而实现对搭载平台的向上提升，最终解决敲击扫描检测仪的升降问题。

作为升降机构的另外一种可实施方式，驱动电机的输出端连接有丝杠，搭载平台上设有螺纹孔，丝杠和螺纹孔相配合。驱动电机带动丝杠转动，丝杠和螺纹孔配合带动搭载平台向上移动。升降机构可实施方式可用但不限于上述两种。

前述的一种道路损伤检测机器人系统中，本系统还包括远程控制系统，所述远程控制系统和机器人本体系统无线通讯连接，所述移动平台系统包括麦克纳姆轮或者四轮驱动系统，通过远程控制系统控制机器人本体系统运行，远程控制系统还能够限制显示机器人本体系统采集到的数据，并对采集到的数据进行分析，并保存数据。对道路路面的检测及其监控、分析由运输车辆和监控系统共同完成，监控系统位于运输车辆内，运输车辆内同时还有显示屏幕、控制箱、电源装置等，能够对检测机器人进行控制，并将检测机器人采集的数据进行显示、分析，并将检测数据和分析结果进行储存；监控系统也可以选用手提式远程控制端，手提式远程控制端能够实现上述相同的功能，集成度更高，更加便于携带。

前述的一种道路损伤检测机器人系统中，所述移动平台系统上安装有两组辅助小轮和一组主轮，主轮位于两组辅助小轮之间，主轮的直径大于辅助小轮的直径，两组辅助小轮独立悬挂。中间两主轮双驱动独立悬挂，可以实现很小的转弯半径(理论上可以原地转弯)，转向灵活，且双轮驱动成本要比四轮驱动低。该种模式原地转弯所需动力远小于麦克纳姆轮的原地转弯所需动力。大小轮独立悬挂都是为了遇到颠簸不平整路面对整车震动/摇摆幅度最小。所述机器人本体系统上还安装有高清相机、全景摄像头、蔽障雷达、GPRS、照明灯、转向灯和报警灯。

前述的一种道路损伤检测机器人系统中，移动平台系统上安装有自动旋转收纳杆，所述高清相机安装在自动旋转收纳杆上，移动平台系统上设有收纳槽，自动旋转收纳杆可以旋转进收纳槽内，从而方便运输。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

1、本实用新型的道面自主检测机器人采用高精度室外导航系统、集成式无损检测系统及多数据融合系统，可实现路面及其内部状况的自主高效检测，检测效率、经济性和安全性大幅提升，系统综合性能好；

2、本实用新型采用“宏观遥控、微观自主、远程监控”的控制方式，可自主规划检测路径、实施检测作业，具备检测参数设置及在线调整功能；采用全景相机实现机器人工作环境和状态监控，完成检测前起始点宏观操作及检测过程的必要人工干预；具备宏观微观检测监控及自主运行功能，实现了智能化检测，同时由于无需人工驾驶，提高了检测安全性；

3、本实用新型采用基于GPS、陀螺仪、编码器以及激光雷达多传感数据融合的导航方案，实现了室外厘米级的高精度导航和检测数据的位置标定，极大地提高了检测数据的准确性；

4、本实用新型集成多种无损检测传感器于一体，可一次性实现路面(包括内部)状况的全面评估，检测效率大幅提升，也减少了对道路通行性的影响；

5、本实用新型实现了检测数据的自动分析和融合，检测结果直观可视，检测效率大幅提升，且可实现道路状态的长期动态检测，在此基础上可实现更有预见性的检修养护；

6、本实用新型操作机构根据检测工艺需要定制设计，可保证检测效果，提升了检测的准确性；

7、本实用新型移动平台可以采用以麦克纳姆轮为驱动装置的移动机构，可实现直行、斜向行驶、横向行驶、原地转向等全方位运动，可以更加灵活的设定机器人本体的行走路线，进而更高效地完成自主检测作业。

8、本实用新型所述的道面自主检测机器人还可采用多机器人协同工作模式，可进一步提升检测效率。

附图说明

图1是机器人本体系统一种实施例的结构示意图；

图2是检测系统的一种实施例的部分结构示意图；

图3是蝶式弹簧的设置位置示意图；

图4是移动平台系统第一种实施例的结构示意图；

图5是移动平台系统第二种实施例的结构示意图；

图6是移动平台系统第三种实施例的结构示意图；

图7是移动平台系统一种实施例的俯视图；

图8是本专利的控制模式原理示意图。

附图标记：1-机器人本体系统，2-移动平台系统，3-敲击扫描检测仪，4-升降机构，5- 检测仪控制系统，6-检测系统，7-高清相机，8-自动旋转收纳杆，9-收纳槽，10-支撑架，11-驱动电机，12-搭载平台，13-螺纹套，14-丝杠，15-转轮，16-链条，17-碟形弹簧，18- 远程控制系统，19-辅助小轮，20-主轮。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

本实用新型的实施例1：如图1所示，一种道路损伤检测机器人系统，包括机器人本体系统1，机器人本体系统1包括移动平台系统2和检测系统6，检测系统6安装在移动平台系统2上；所述检测系统6包括敲击扫描检测仪3、升降机构4和检测仪控制系统5，升降机构4安装在移动平台系统2上，敲击扫描检测仪3安装在升降机构4上，检测仪控制系统5和敲击扫描检测仪3电连接。

如图2所示，所述升降机构4包括安装在移动平台系统2的支撑架10，支撑架10上安装有驱动电机11和搭载平台12，驱动电机11的输出轴和搭载平台12相连，敲击扫描检测仪3安装在搭载平台12上。所述驱动电机11的输出端同轴连接有丝杠14，搭载平台12上固定有螺纹套13，螺纹套13套设在丝杠14上。支撑架10上还设有四个转轮15，四个转轮 15通过链条16相连，其中一个转轮15同轴固定在所述丝杠14上，另外三个转轮15均通过丝杠14和搭载平台12上的螺纹套13相连。如图3所示，敲击扫描检测仪3和搭载平台 12之间设有碟形弹簧17。

本系统还包括远程控制系统18，所述远程控制系统18和机器人本体系统1无线通讯连接，所述移动平台系统2包括麦克纳姆轮见图4。移动平台系统2采用基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，使用该种平台，移动速度不大于5km/h，爬坡能力可以实现5°，定位精度可以达到2cm。所述机器人本体系统1上还安装有高清相机7、全景摄像头、蔽障雷达、 GPRS、照明灯、转向灯和报警灯。全景摄像头最高点距离移动平台的顶面1.5m，所以，全景摄像头的支撑杆采用了可伸缩结构。

如图7所示，移动平台系统2上安装有自动旋转收纳杆8，所述高清相机7安装在自动旋转收纳杆8上，移动平台系统2上设有收纳槽9，自动旋转收纳杆8可以旋转进收纳槽9内。高清相机7向前延伸至移动平台系统外端，长度约1m。所以，高清相机支撑杆同样采用可伸缩结构。

实施例2：如图1所示，一种道路损伤检测机器人系统，包括机器人本体系统1，机器人本体系统1包括移动平台系统2和检测系统6，检测系统6安装在移动平台系统2上；所述检测系统6包括敲击扫描检测仪3、升降机构4和检测仪控制系统5，升降机构4安装在移动平台系统2上，敲击扫描检测仪3安装在升降机构4上，检测仪控制系统5和敲击扫描检测仪3电连接。

如图2所示，所述升降机构4包括安装在移动平台系统2的支撑架10，支撑架10上安装有驱动电机11和搭载平台12，驱动电机11的输出轴和搭载平台12相连，敲击扫描检测仪3安装在搭载平台12上。所述驱动电机11的输出端同轴连接有丝杠14，搭载平台12上固定有螺纹套13，螺纹套13套设在丝杠14上。支撑架10上还设有四个转轮15，四个转轮 15通过链条16相连，其中一个转轮15同轴固定在所述丝杠14上，另外三个转轮15均通过丝杠14和搭载平台12上的螺纹套13相连。如图3所示，敲击扫描检测仪3和搭载平台 12之间设有碟形弹簧17。本系统还包括远程控制系统18，所述远程控制系统18和机器人本体系统1无线通讯连接，所述移动平台系统2包括四轮驱动系统见图5。所述机器人本体系统1上还安装有高清相机7、全景摄像头、蔽障雷达、GPRS、照明灯、转向灯和报警灯。

如图7所示，移动平台系统2上安装有自动旋转收纳杆8，所述高清相机7安装在自动旋转收纳杆8上，移动平台系统2上设有收纳槽9，自动旋转收纳杆8可以旋转进收纳槽9内。

实施例3：如图1所示，一种道路损伤检测机器人系统，包括机器人本体系统1，机器人本体系统1包括移动平台系统2和检测系统6，检测系统6安装在移动平台系统2上；所述检测系统6包括敲击扫描检测仪3、升降机构4和检测仪控制系统5，升降机构4安装在移动平台系统2上，敲击扫描检测仪3安装在升降机构4上，检测仪控制系统5和敲击扫描检测仪3电连接。

驱动电机11的输出端连接有丝杠14，搭载平台12上设有螺纹孔，丝杠14和螺纹孔相配合。本系统还包括远程控制系统18，所述远程控制系统18和机器人本体系统1无线通讯连接，所述移动平台系统2上安装有两组辅助小轮19和一组主轮20，主轮20位于两组辅助小轮19之间，主轮20的直径大于辅助小轮19的直径，两组辅助小轮19独立悬挂见图 6。所述机器人本体系统1上还安装有高清相机7、全景摄像头、蔽障雷达、GPRS、照明灯、转向灯和报警灯。

如图7所示，移动平台系统2上安装有自动旋转收纳杆8，所述高清相机7安装在自动旋转收纳杆8上，移动平台系统2上设有收纳槽9，自动旋转收纳杆8可以旋转进收纳槽9内。

道路损伤检测机器人系统由两部分组成，机器人本体系统和远程监控系统。远程监控系统可以对机器人本体系统进行完整控制，二者之间通过4G网络进行通信，控制距离可以实现无限远(只要有4G信号存在的地方即可)。

远程监控系统可以对机器人本体系统内的任何机构进行控制，包括移动平台移动路径、速度，检测仪升降、全景摄像头和高清摄像头伸展/收纳等。

道路损伤检测机器人系统的工作流程：

S1：控制机器人本体系统移动至道路指定的位置；

S2：确定待检测区域的关键点坐标，并设定道路的检测区域；

S3：检测机器人系统根据待检测区域形状尺寸自主规划道路检测路径；

S4：控制检测机器人沿所述道路检测路径移动并同时采集公路状况信息；

S5：将采集到的公路状况信息发送至远程监控辅助系统进行实时监控分析或延后分析。

Claims (10)

1.一种道路损伤检测机器人系统，其特征在于，包括机器人本体系统(1)，机器人本体系统(1)包括移动平台系统(2)和检测系统(6)，检测系统(6)安装在移动平台系统(2)上；所述检测系统(6)包括敲击扫描检测仪(3)、升降机构(4)和检测仪控制系统(5)，升降机构(4)安装在移动平台系统(2)上，敲击扫描检测仪(3)安装在升降机构(4)上，检测仪控制系统(5)和敲击扫描检测仪(3)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种道路损伤检测机器人系统，其特征在于，所述升降机构(4)包括安装在移动平台系统(2)的支撑架(10)，支撑架(10)上安装有驱动电机(11)和搭载平台(12)，驱动电机(11)的输出轴和搭载平台(12)相连，敲击扫描检测仪(3)安装在搭载平台(12)上。

3.根据权利要求2所述的一种道路损伤检测机器人系统，其特征在于，所述驱动电机(11)的输出端同轴连接有丝杠(14)，搭载平台(12)上固定有螺纹套(13)，螺纹套(13)套设在丝杠(14)上。

4.根据权利要求3所述的一种道路损伤检测机器人系统，其特征在于，支撑架(10)上还设有四个转轮(15)，四个转轮(15)通过链条(16)相连，其中一个转轮(15)同轴固定在所述丝杠(14)上，另外三个转轮(15)均通过丝杠(14)和搭载平台(12)上的螺纹套(13)相连。

5.根据权利要求2至4任一项所述的一种道路损伤检测机器人系统，其特征在于，敲击扫描检测仪(3)和搭载平台(12)之间设有碟形弹簧(17)。

6.根据权利要求2所述的一种道路损伤检测机器人系统，其特征在于，驱动电机(11)的输出端连接有丝杠(14)，搭载平台(12)上设有螺纹孔，丝杠(14)和螺纹孔相配合。

7.根据权利要求1所述的一种道路损伤检测机器人系统，其特征在于，本系统还包括远程控制系统(18)，所述远程控制系统(18)和机器人本体系统(1)无线通讯连接，所述移动平台系统(2)包括麦克纳姆轮或者四轮驱动系统。

8.根据权利要求1所述的一种道路损伤检测机器人系统，其特征在于，所述移动平台系统(2)上安装有两组辅助小轮(19)和一组主轮(20)，主轮(20)位于两组辅助小轮(19)之间，主轮(20)的直径大于辅助小轮(19)的直径，两组辅助小轮(19)独立悬挂。

9.根据权利要求1所述的一种道路损伤检测机器人系统，其特征在于，所述机器人本体系统(1)上还安装有高清相机(7)、全景摄像头、蔽障雷达、GPRS、照明灯、转向灯和报警灯。

10.根据权利要求9所述的一种道路损伤检测机器人系统，其特征在于，移动平台系统(2)上安装有自动旋转收纳杆(8)，所述高清相机(7)安装在自动旋转收纳杆(8)上，移动平台系统(2)上设有收纳槽(9)，自动旋转收纳杆(8)可以旋转进收纳槽(9)内。