CN210514100U - 一种路桥裂缝检测与修复一体化机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种路桥裂缝检测与修复一体化机器人，用于自动化检测和修复不平坦路面和桥面裂缝。其中机器人搭载图像采集模块进行裂缝检测，并在机器人末端搭载一款专用的裂缝修复末端执行器，可对不平坦路桥裂缝进行修复。本实用新型通过自动化手段代替常规人工检测和修复操作，提高修复效率，减少操作人员安全隐患，具有自主导航、自主避障，自主检测裂缝并修复裂缝的功能，搭载图像采集模块进行裂缝检测，并在修复末端执行器上搭载测距传感器模块对不平坦裂缝进行测距，使其能适应不平坦路桥裂缝的修复，且利用图像采集模块进行修复效果和末端修复液注射情况的观察，通过观察到的情况控制末端修复执行器保证得到较好的修复效果。

Description

一种路桥裂缝检测与修复一体化机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人及其技术应用领域，更具体地，涉及一种路桥裂缝检测与修复一体化机器人。

背景技术

裂缝检测及修复是指对桥梁、道路、建筑物等基础设施表面的裂缝数目以及尺寸进行检测，同时使用修复修补液进行裂缝密封的方法。目前，由于裂缝导致的工程事故频发，如桥梁突然折断、房屋倒塌、道路塌陷等，都造成了严重的人员伤亡和财产损失，故对这些基础设施的表面进行实时的裂缝检测和修复，对保障人民生命财产安全和提高工程结构运营效率具有极其重要的意义。

路桥裂缝检测对于路桥维护来说是一项非常重要的任务。目前，在传统方式上，主要是通过检测人员人眼进行裂缝检测。而人工检测方式存在以下缺点：(1) 由于人的主观性及凭着经验来判，容易出现人为误判；(2)由于人类视觉的局限性导致检测精度不高；(3)不能确保覆盖整个路面及桥面。此外，虽然这种检测方式可采用，但是这也仅仅是对于路面、桥面不是很恶劣的情况下才可行，同时在交通运行过程中，进行视觉路桥裂缝检测是一项很危险的工作。

对路桥裂缝进行密封修复是路桥预防性维修最为常用的方法之一。因为有效的裂缝密封可以帮助防止水和其他废弃物渗透路面，从而保证路桥结构的完整性，延长进行重大修复的时间。传统的裂缝密封作业将操作人员暴露在危险的环境中，比如恶劣的天气和超速行驶的车辆中。此外，工人的密封操作也是耗时低效的。

随着工业自动化的不断发展，越来越多的行业都采用机器人来代替人工从事一些耗时、繁琐、危险的工作。随着科技的发展，陆续出现了一些路面修复设备，但这些设备一般自动化程度较低，或者体积较大，不适合现代精准的路面修复需求。近年来机器人技术发展迅速，但对裂缝进行修复的机器人并不多见，尤其是能全自动化对裂缝进行修复的机器人更为少见。

当然，对于裂缝修复，即使是人工进行裂缝修复也需要借助一些工具，如裂缝密封注胶机、裂缝喷涂器等对道路、桥梁表面进行裂缝填充密封。对于裂缝修复机器人，用于裂缝修复的执行器末端是不可或缺的重要组成部分。常见的道路裂缝大多是高低不平的，故开发一款专用的可适应不平坦路面或桥梁表面裂缝修复的机械臂末端执行器及自动化裂缝检测与修复一体化的机器人系统，对桥面裂缝修复行业以及结构健康监测与维护领域的发展具有极大的推动作用。

实用新型内容

本实用新型提供一种路桥裂缝检测与修复一体化机器人，可用于不平坦道路裂缝、桥面裂缝自主检测，并同时进行自主裂缝修复。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种路桥裂缝检测与修复一体化机器人，包括机器人本体、控制模块、第一图像采集模块、第二图像采集模块、供电模块、供气模块和修复材料储罐，其中机器人本体包括智能移动平台、机械臂和裂缝修复末端执行器，机械臂安装在智能移动平台一侧，所述控制模块安装于机器人本体的智能移动平台上；所述第一图像采集模块设置于智能移动平台上且与机械臂安装位置处于同一侧，所述第二图像采集模块设置于裂缝修复末端执行器上；所述控制模块与第一图像采集模块、第二图像采集模块、供气模块、智能移动平台、机械臂、裂缝修复末端执行器以及供电模块电连接；供电模块与供气模块电连接，供电模块通过控制模块为第一图像采集模块、第二图像采集模块和机器人本体供电；控制模块与供气模块相连接，供气模块与修复材料储罐相连，修复材料储罐与设置于机械臂末端的裂缝修复末端执行器相连；所述裂缝修复末端执行器可自动调整其与路桥裂缝的距离。

在修复过程中，通过控制模块控制供气模块，在供气模块提供的气压的作用下将修复材料储罐中的修复材料传送到裂缝修复末端执行器，并通过机械臂和裂缝修复末端执行器配合对第一图像采集模块识别出的路桥裂缝进行修复。

优选地，还包括四轮独立驱动行走机构，所述四轮独立驱动行走机构包括分别安装于智能移动平台四个角上的四个减震装置和与减震装置相连的对应的四个驱动轮，所述四个减震装置相连的上端各包括一个转向电机，所述转向电机用于控制所述四个驱动轮的转向运动。

优选地，所述智能移动平台上设有一防潮箱体，用于放置供电模块，供气模块和修复材料储罐及用于连接各模块的气管或电路线。

优选地，所述转向电机外部均设有保护盖，以防驱动电机受到外界碰撞和雨雾天室外工作的安全。

优选地，还包括安装于智能移动平台上的两个激光雷达。

优选地，所述第一图像采集模块为立体相机，所述立体相机不仅可以捕获裂缝的RGB图像和深度信息，且能采集智能移动平台周围环境信息，结合安装于智能移动平台上的两个激光雷达实现自动导航、自动避障功能。

优选地，还包括远程控制终端，所述远程控制终端通过无线通讯方式与控制模块进行互信，该远程控制终端具有显示功能，能显示第一图像采集模块和第二图像采集模块采集到的图像信息。如平板电脑，笔记本电脑及其他具有屏显功能的智能终端设备。该远程控制终端可以通过控制模块经无线通信方式接收到第一图像采集模块和第二图像采集模块的图像信息，并通过控制模块控制机器人本体的运动。

优选地，所述第二图像采集模块为摄像头模组，用于观察路桥裂缝修复效果和裂缝修复材料注射情况，并通过控制模块反馈回远程控制终端，便于操作人员根据第二图像采集模块发布相应的控制调节指令，所述的摄像头模组像素大于等于800万的都可以。

优选地，所述机械臂为六自由度机械臂，其负载大，运动灵活，操作简单，六个自由度使得该机器人系统可以适用多角度的工作，如路桥面，桥梁的侧边护栏等。

优选地，所述供气模块为气泵或空气压缩机，为整个系统提供气源，把修复材料从修复材料储罐中通过气压传送到裂缝修复末端执行器，并在气压的作用下将修复材料挤出进行裂缝修复。

优选地，所述修复材料储罐中储存有修复材料，所述修复材料为液态的修复液，包括混凝土裂缝封闭胶或环氧树脂灌浆料或混凝土裂缝修补剂。

优选地，所述裂缝修复末端执行器包括线性运动模块，测距模块，裂缝修复注射模块，其中线性运动模块包括支架、驱动电机，联轴器、丝杆和运动滑块，该驱动电机设于该支架的顶端，并通过联轴器与丝杆相连，用于控制丝杆的转动；该丝杆设于支架上下两端，用于带动运动滑块上下移动；所述第二图像采集模块和测距模块均安装于该裂缝修复注射模块上，并对称设于裂缝修复注射模块的两侧，所述第二图像采集模块用于观察裂缝修复效果和修复材料的注射状态；所述测距模块用于测量裂缝修复注射模块与路桥裂缝之间的距离；所述裂缝修复注射模块通过一卡套安装于运动滑块上，可随运动滑块上下运动；所述裂缝修复末端执行器通过一安装于支架上的连接块与机械臂相连。测距模块为一超声波测距传感器，也可以为红外线测距传感器。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

1、本实用新型以自动化的作业方式代替传统人工作业，效率高。

2、本实用新型采用激光雷达和立体相机可实现自主导航和避障，智能移动平台上安装有多自由度机械臂，机械臂上安装有专用的裂缝修复末端执行器，并能通过远程监控的方式进行控制，可自主规划修复区，实现检测和修复一体化操作；

3、本实用新型提出的裂缝检测和修复方法可以实现裂缝检测全覆盖，裂缝区域修复全覆盖，并采用第二图像采集模块对修复情况进行确认，提升了修复的准确性，并保证了良好的修复效果；

4、本实用新型中智能移动平台采用四轮独立驱动结构，可以实现全方位移动，并具有一定的越障及减震能力，可以更为灵活的实现机器人本体的行走路线，进而高效地完成裂缝修复操作；

5、本实用新型中裂缝修复末端执行器安装有测距模块，可以保证在裂缝修复时，修复材料注射模块注射高度随着路桥上不同高低裂缝高度变化而变化，修复材料注射模块注射修复材料保持一致状态，从而使该机器人系统适应不平坦路桥面裂缝的修复，同时保证了良好的修复效果。本实用新型通过第一图像采集模块实现裂缝检测，结合专用的裂缝修复末端执行器从而实现裂缝检测和修复一体化。

附图说明

图1为本实用新型的路桥裂缝检测与修复一体化机器人模块连接示意图；

图2为本实用新型的路桥裂缝检测与修复一体化机器人结构示意图；

图3为本实用新型的裂缝修复末端执行器结构示意图；

1为机器人本体，1.1为智能移动平台，1.2为机械臂，1.3为裂缝修复末端执行器，1.3.1为支架，1.3.2为丝杆，1.3.3为连接块，1.3.4为驱动电机，1.3.5 为联轴器，1.3.6为测距模块，1.3.7为运动滑块，1.3.8为裂缝修复注射模块，2 为控制模块，3为供电模块，4为供气模块，5为修复材料储罐，6为第一图像采集模块，7为第二图像采集模块，8为远程控制终端，9为驱动轮，10为减震装置，11为转向电机，12为激光雷达，13为箱体。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种路桥裂缝检测与修复一体化机器人，如图1和图2所示，包括机器人本体1、控制模块2、第一图像采集模块6、第二图像采集模块7、供电模块3、供气模块4和修复材料储罐5，其中机器人本体1包括智能移动平台1.1、机械臂 1.2和裂缝修复末端执行器1.3，机械臂1.2安装在智能移动平台1.1一侧，所述控制模块2安装于机器人本体1的智能移动平台1.1上；所述第一图像采集模块 6设置于智能移动平台1.1上且与机械臂1.2安装位置处于同一侧，所述第二图像采集模块7设置于裂缝修复末端执行器1.3上；所述控制模块2与第一图像采集模块6、第二图像采集模块7、供气模块4、智能移动平台1.1、机械臂1.2、裂缝修复末端执行器1.3以及供电模块3电连接；供电模块3与供气模块4电连接，供电模块3通过控制模块2为第一图像采集模块6、第二图像采集模块7和机器人本体1供电；控制模块2与供气模块4相连接，供气模块4与修复材料储罐5相连，修复材料储罐5与设置于机械臂1.2末端的裂缝修复末端执行器1.3 相连；所述裂缝修复末端执行器1.3可自动调整其与路桥裂缝的距离。

在修复过程中，通过控制模块2控制供气模块4，在供气模块4提供的气压的作用下将修复材料储罐5中的修复材料传送到裂缝修复末端执行器1.3，并通过机械臂1.2和裂缝修复末端执行器1.3配合对第一图像采集模块6识别出的路桥裂缝进行修复。

还包括四轮独立驱动行走机构，所述四轮独立驱动行走机构包括分别安装于智能移动平台1.1四个角上的四个减震装置10和与减震装置10相连的对应的四个驱动轮9，所述四个减震装置10相连的上端各包括一个转向电机11，所述转向电机11用于控制所述四个驱动轮9的转向运动。

所述智能移动平台1.1上设有一防潮箱体13，用于放置供电模块3，供气模块4和修复材料储罐5及用于连接各模块的气管或电路线。

所述转向电机11外部均设有保护盖，以防驱动电机1.3.4受到外界碰撞和雨雾天室外工作的安全。

还包括安装于智能移动平台1.1上的两个激光雷达12。

所述第一图像采集模块6为立体相机，所述立体相机不仅可以捕获裂缝的 RGB图像和深度信息，且能采集智能移动平台1.1周围环境信息，结合安装于智能移动平台1.1上的两个激光雷达12实现自动导航、自动避障功能。

还包括远程控制终端8，所述远程控制终端8通过无线通讯方式与控制模块 2进行互信，该远程控制终端8具有显示功能，能显示第一图像采集模块6和第二图像采集模块7采集到的图像信息。如平板电脑，笔记本电脑及其他具有屏显功能的智能终端设备。该远程控制终端8可以通过控制模块2经无线通信方式接收到第一图像采集模块6和第二图像采集模块7的图像信息，并通过控制模块2 控制机器人本体1的运动。

所述第二图像采集模块7为摄像头模组，用于观察路桥裂缝修复效果和裂缝修复材料注射情况，并通过控制模块2反馈回远程控制终端8，便于操作人员根据第二图像采集模块7发布相应的控制调节指令。所述的摄像头模组像素大于等于800万，选择RER-USB8MP02G。

所述机械臂1.2为六自由度机械臂1.2，其负载大，运动灵活，操作简单，六个自由度使得该机器人系统可以适用多角度的工作，如路桥面，桥梁的侧边护栏等。

所述供气模块4为气泵，为整个系统提供气源，把修复材料从修复材料储罐5中通过气压传送到裂缝修复末端执行器1.3，并在气压的作用下将修复材料挤出进行裂缝修复。

所述修复材料储罐5中储存有修复材料，所述修复材料为液态的修复液，包括混凝土裂缝封闭胶或环氧树脂灌浆料或混凝土裂缝修补剂。

所述裂缝修复末端执行器1.3如图3，包括线性运动模块，测距模块1.3.6，裂缝修复注射模块1.3.8，其中线性运动模块包括支架1.3.1、驱动电机1.3.4，联轴器1.3.5、丝杆1.3.2和运动滑块1.3.7，该驱动电机1.3.4设于该支架1.3.1 的顶端，并通过联轴器1.3.5与丝杆1.3.2相连，用于控制丝杆1.3.2的转动；该丝杆1.3.2设于支架1.3.1上下两端，用于带动运动滑块1.3.7上下移动；所述第二图像采集模块7和测距模块1.3.6均安装于该裂缝修复注射模块1.3.8上，并对称设于裂缝修复注射模块1.3.8的两侧，所述第二图像采集模块7用于观察裂缝修复效果和修复材料的注射状态；所述测距模块1.3.6用于测量裂缝修复注射模块1.3.8与路桥裂缝之间的距离；所述裂缝修复注射模块通过一卡套安装于运动滑块1.3.7上，可随运动滑块1.3.7上下运动；所述裂缝修复末端执行器 1.3通过一安装于支架1.3.1上的连接块1.3.3与机械臂1.2相连。测距模块 1.3.6为一超声波测距传感器。

在具体实施过程中，本实施例采用四轮独立驱动方式可以实现直行、容易角度斜行、横行、原地旋转等全方位运动。该行走结构采用模块化方式设置，并于维护和更换轮子，成本低且能够承载较大重量。设置的减震装置10中的吸震弹簧具有很好的吸震能力，使智能移动平台1.1在运动过程更为稳定。该智能移动平台1.1在一定时间内无响应(在本实施例中为3分钟)即没有接收到任何指令的情况下，会自锁到刹车状态，四个驱动轮9分别呈现45°、135°、225°和 315°，以保证运行的安全性。

机器人对某一路桥面区域根据全覆盖路径规划进行自主导航扫描，第一图像采集模块6得到区域地图，经图像处理后得到裂缝图像，通过坐标转换将裂缝图像转换为世界坐标系下的全局裂缝图像；将机器人修复末端执行器的坐标通过坐标转换为世界坐标系下的坐标。裂缝修复末端根据全局裂缝图像进行修复，具体为：机器人先回到裂缝检测前的初始位置，控制裂缝修复末端执行器1.3接近待修复路桥表面，使裂缝修复末端执行器1.3的最下端注射口离表面保持在一定高度h(如1cm)，然后进行分段修复，即在智能移动平台1.1停止时，在裂缝修复末端执行器1.3工作范围内进行修复，修复过程中，末端执行器根据裂缝的生长方向运动进行修复，而在修复过程中，测距模块1.3.6实时检测裂缝与末端执行器之间距离，在保证裂缝修复高度h不变的情况下，裂缝修复末端执行器1.3根据测距模块1.3.6采集的距离信息进行调节，保证良好的修复效果，直至该段裂缝修复完毕。智能移动平台1.1根据裂缝生长方向运动一段(裂缝修复末端执行器1.3的最大修复距离)，然后重复前一段裂缝修复的步骤，直至整个区域的裂缝修复完毕。在该整个过程中，第二图像采集模块7用于观察裂缝修复效果和裂缝修复末端执行器1.3的修复材料注射状态，便于根据观察到的图像信息对末端执行器和供气模块4的参数进行调节，以保证良好的修复效果。

实施例2

本实施例提供一种路桥裂缝检测与修复一体化机器人，将实施例1中的供气模块4换为空气压缩机，测距模块1.3.6为红外线测距传感器。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种路桥裂缝检测与修复一体化机器人，其特征在于，包括机器人本体、控制模块、第一图像采集模块、第二图像采集模块、供电模块、供气模块和修复材料储罐，其中机器人本体包括智能移动平台、机械臂和裂缝修复末端执行器，机械臂安装在智能移动平台一侧，所述控制模块安装于机器人本体的智能移动平台上；所述第一图像采集模块设置于智能移动平台上且与机械臂安装位置处于同一侧，所述第二图像采集模块设置于裂缝修复末端执行器上；所述控制模块与第一图像采集模块、第二图像采集模块、供气模块、智能移动平台、机械臂、裂缝修复末端执行器以及供电模块电连接；供电模块与供气模块电连接，供电模块通过控制模块为第一图像采集模块、第二图像采集模块和机器人本体供电；控制模块与供气模块相连接，供气模块与修复材料储罐相连，修复材料储罐与设置于机械臂末端的裂缝修复末端执行器相连；所述裂缝修复末端执行器可自动调整其与路桥裂缝的距离。

2.根据权利要求1所述的路桥裂缝检测与修复一体化机器人，其特征在于，还包括四轮独立驱动行走机构，所述四轮独立驱动行走机构包括分别安装于智能移动平台四个角上的四个减震装置和与减震装置相连的对应的四个驱动轮，所述四个减震装置相连的上端各包括一个转向电机，所述转向电机用于控制所述四个驱动轮的转向运动。

3.根据权利要求2所述的路桥裂缝检测与修复一体化机器人，其特征在于，所述转向电机外部均设有保护盖。

4.根据权利要求1所述的路桥裂缝检测与修复一体化机器人，其特征在于，还包括安装于智能移动平台上的两个激光雷达且所述第一图像采集模块为立体相机。

5.根据权利要求1所述的路桥裂缝检测与修复一体化机器人，其特征在于，还包括远程控制终端，所述远程控制终端通过无线通讯方式与控制模块进行互信。

6.根据权利要求5所述的路桥裂缝检测与修复一体化机器人，其特征在于，所述第二图像采集模块为摄像头模组。

7.根据权利要求1所述的路桥裂缝检测与修复一体化机器人，其特征在于，所述机械臂为六自由度机械臂。

8.根据权利要求1所述的路桥裂缝检测与修复一体化机器人，其特征在于，所述供气模块为气泵或空气压缩机。

9.根据权利要求1所述的路桥裂缝检测与修复一体化机器人，其特征在于，所述修复材料储罐中储存有修复材料，所述修复材料为液态的修复液，包括混凝土裂缝封闭胶或环氧树脂灌浆料或混凝土裂缝修补剂。

10.根据权利要求1至9任一项所述的路桥裂缝检测与修复一体化机器人，其特征在于，所述裂缝修复末端执行器包括线性运动模块，测距模块，裂缝修复注射模块，其中线性运动模块包括支架、驱动电机，联轴器、丝杆和运动滑块，该驱动电机设于该支架的顶端，并通过联轴器与丝杆相连，用于控制丝杆的转动；该丝杆设于支架上下两端，用于带动运动滑块上下移动；所述第二图像采集模块和测距模块均安装于该裂缝修复注射模块上，并对称设于裂缝修复注射模块的两侧，所述第二图像采集模块用于观察裂缝修复效果和修复材料的注射状态；所述测距模块用于测量裂缝修复注射模块与路桥裂缝之间的距离；所述裂缝修复注射模块通过一卡套安装于运动滑块上，可随运动滑块上下运动；所述裂缝修复末端执行器通过一安装于支架上的连接块与机械臂相连。

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