輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)，兩者之間通過無線通訊方式傳輸信息，機(jī)器人本體上設(shè)有控制系統(tǒng)、無損檢測系統(tǒng)和操作機(jī)構(gòu)，操作機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)器人本體上，無損檢測系統(tǒng)和操作機(jī)構(gòu)相連，控制系統(tǒng)和操作機(jī)構(gòu)電連接，控制系統(tǒng)和無損檢測系統(tǒng)電連接；無損檢測系統(tǒng)包括電阻率儀，操作機(jī)構(gòu)包括伸縮機(jī)構(gòu)，電阻率儀和所述伸縮機(jī)構(gòu)相連，機(jī)器人本體的底部設(shè)有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置。本發(fā)明還公開了一種道面檢測方法。采用本發(fā)明的機(jī)器人系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化檢測，由于無需人工駕駛，提高了檢測安全性和檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；集成多種無損檢測傳感器于一體，可一次性實(shí)現(xiàn)路面及其內(nèi)部狀況的全面評(píng)估，檢測效率大幅提升，也減少了對(duì)道路通行性的影響。
【專利說明】
輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及道面檢測裝置及方法，特別是涉及一種輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高速公路建成以后，為了保證通行安全性和效率，需要定期檢修養(yǎng)護(hù)。隨著中國高速公路通車?yán)锍痰目焖僭鲩L、道路服務(wù)年限的增加，高速公路已進(jìn)入建設(shè)與養(yǎng)護(hù)并重的時(shí)期，2000年以前建成的I萬多公里高速公路已全面進(jìn)入大修期，2008年底以前建成的5萬多公里高速公路也普遍進(jìn)入缺陷責(zé)任期后的正常維修養(yǎng)護(hù)期，養(yǎng)護(hù)行業(yè)整體人員規(guī)模增長迅速。隨著交通部“十二五公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要”將大中修比例由13%提升到17%，比例提升接近30%，2015年需要接受大中修養(yǎng)護(hù)的高速公路就接近1.3萬公里。
[0003]高速公路養(yǎng)護(hù)包括路基養(yǎng)護(hù)、路面養(yǎng)護(hù)、橋涵養(yǎng)護(hù)、通道養(yǎng)護(hù)、隧道養(yǎng)護(hù)、標(biāo)志標(biāo)線養(yǎng)護(hù)、房屋養(yǎng)護(hù)、機(jī)電設(shè)施養(yǎng)護(hù)等等，其中路面養(yǎng)護(hù)是高速公路養(yǎng)護(hù)的重要內(nèi)容。路面養(yǎng)護(hù)的前提是對(duì)路面狀況的檢測與評(píng)估。目前，路面狀況檢測評(píng)估主要靠人工目測，這主要靠經(jīng)驗(yàn)，檢測準(zhǔn)確性差。替代方式是使用人工持儀器檢測，這比目測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性要好，但也存在以下幾方面的問題:一是手工采集數(shù)據(jù)易受人工操作錯(cuò)誤的影響，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得不到保障，且人身安全得不到保障；二是人工檢測的速率低，需要大量的人力，勞動(dòng)強(qiáng)度大且效率低下，檢測時(shí)間長，影響通行效率;三是人工檢測只能是單一儀器，一次只能檢測一種缺陷，不能對(duì)路面狀況進(jìn)行全面評(píng)估。
[0004]因此，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，提供一種能對(duì)路面狀況進(jìn)行綜合檢測與評(píng)估的自動(dòng)化系統(tǒng)顯得尤為必要。目前已經(jīng)有可以對(duì)道路表面狀況進(jìn)行檢測的多功能檢測車，可以用于高速公路和一般公路上信息資料的即時(shí)收集(實(shí)時(shí)位置、路面平整度、紋理、路面車轍狀況、道路幾何數(shù)據(jù)、全球定位系統(tǒng)、道路景觀和路面破損狀況的圖象等)，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)即時(shí)和延后處理。但是該類型檢測車的缺點(diǎn)是仍然需要人工操控和人工判斷，不能滿足某些檢測工藝對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的要求(如每隔一定距離就停下來)，不能自主檢測和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合進(jìn)而自動(dòng)評(píng)估，且只能檢測道路表面的狀況，不能檢測道路表面以下的狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，采用自動(dòng)化式的設(shè)計(jì)理念，通過機(jī)器人采集路面狀況信息，能夠大大地提高檢測效率，并且檢測標(biāo)準(zhǔn)相同，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高。本發(fā)明同時(shí)還提供了一種道面檢測方法，通過控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，能夠提高檢測效率和檢測結(jié)果準(zhǔn)確度。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]—種輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)，機(jī)器人本體上設(shè)有控制系統(tǒng)、無損檢測系統(tǒng)和操作機(jī)構(gòu)，操作機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)器人本體上，無損檢測系統(tǒng)和操作機(jī)構(gòu)相連，控制系統(tǒng)和操作機(jī)構(gòu)電連接，控制系統(tǒng)和無損檢測系統(tǒng)電連接；無損檢測系統(tǒng)包括電阻率儀，操作機(jī)構(gòu)包括伸縮機(jī)構(gòu)，電阻率儀和所述伸縮機(jī)構(gòu)相連，機(jī)器人本體的底部設(shè)有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置;遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)包括控制機(jī)柜、操作臺(tái)和監(jiān)控屏幕，操作臺(tái)和監(jiān)控屏幕均和控制機(jī)柜電連接;機(jī)器人本體和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)之間通過無線通訊方式傳輸信息。其中，電阻率儀用于檢測路面混凝土和鋼筋的腐蝕狀況，伸縮機(jī)構(gòu)用于控制電阻率儀的形態(tài)。非使用狀態(tài)下，伸縮機(jī)構(gòu)處于收縮狀態(tài)，一方面可以減小整體的占用空間，另一方面也可以防止電阻率儀由于碰撞發(fā)生損傷;使用狀態(tài)下，伸縮機(jī)構(gòu)可以將電阻率儀位移至指定的位置，并擺放成指定的角度，以便于提高電阻率儀的檢測數(shù)據(jù)精確度。遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制的功能，能夠?qū)⒉杉降臋z測數(shù)據(jù)發(fā)送給外部顯示裝置，用于機(jī)器人本體運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和必要時(shí)對(duì)機(jī)器人本體動(dòng)作的人工干預(yù)(移動(dòng)平臺(tái)及操作機(jī)構(gòu)的啟停等)，以及無損檢測數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理。
[0008]為了提高本機(jī)器人系統(tǒng)的檢測效率，無損檢測系統(tǒng)還包括沖擊回波儀和超聲波儀，超聲波儀和伸縮機(jī)構(gòu)相連。其中，沖擊回波儀用于檢測路面內(nèi)部橫向裂紋;超聲波儀產(chǎn)生的超聲波具有較強(qiáng)的穿透能力，能夠檢測路面以下的地質(zhì)情況，為綜合分析提供參考。無損檢測系統(tǒng)還包括探地雷達(dá)，探地雷達(dá)和伸縮機(jī)構(gòu)相連。其中，探地雷達(dá)用于檢測路面內(nèi)部惡化狀況。無損檢測系統(tǒng)還包括第一激光測量儀，第一激光測量儀和伸縮機(jī)構(gòu)相連。其中，第一激光測量儀用于檢測路面平整度和宏觀紋理。無損檢測系統(tǒng)還包括第二激光測量儀，第二激光測量儀和伸縮機(jī)構(gòu)相連。其中，第二激光測量儀用于檢測路面車轍深度。無損檢測系統(tǒng)還包括高清相機(jī)和全景相機(jī)，高清相機(jī)和全景相機(jī)均和伸縮機(jī)構(gòu)相連。本發(fā)明機(jī)器人系統(tǒng)集成多種無損檢測傳感器于一體，可一次性實(shí)現(xiàn)路面(包括內(nèi)部)狀況的全面評(píng)估，為評(píng)估路面狀況提供多種可參考數(shù)據(jù)，并且檢測效率大幅提升，也減少了對(duì)道路通行性的影響。
[0009]通過采用伸縮機(jī)構(gòu)，在機(jī)器人本體非運(yùn)行時(shí)，無損檢測系統(tǒng)的各元件都位于機(jī)器人本體內(nèi)，防止各元件發(fā)生磨損、碰撞、損壞，從而提高設(shè)備的使用壽命。
[0010]前述的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)中，所述獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置包括安裝在機(jī)器人本體上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和所述控制系統(tǒng)電連接，還包括渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)、安裝外框和輪胎，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過齒輪和渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)嚙合，渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在安裝外框上，輪胎安裝在安裝外框上。驅(qū)動(dòng)電機(jī)受控制系統(tǒng)控制，當(dāng)機(jī)器人本體需要轉(zhuǎn)向時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的控制信號(hào)運(yùn)行，通過齒輪和渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)安裝外框轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，機(jī)器人本體轉(zhuǎn)向時(shí)首先調(diào)整獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置的角度，然后直行即可，其移動(dòng)路線不會(huì)產(chǎn)生弧度，這樣可以更加靈活的設(shè)定裝置的行走路線。
[0011]所述輪胎包括輪轂，輪轂內(nèi)設(shè)有輪轂電機(jī)總成，輪轂電機(jī)總成和所述控制系統(tǒng)電連接，所述安裝外框上設(shè)有減震器。每個(gè)輪胎內(nèi)均設(shè)有輪轂電機(jī)總成，并且安裝外框上設(shè)有減震器，可以減小機(jī)器人本體振動(dòng)幅度，提高機(jī)器人本體上精密儀器的使用壽命。
[0012]所述控制系統(tǒng)包括導(dǎo)航傳感系統(tǒng)和機(jī)器人本體控制箱，導(dǎo)航傳感系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)、陀螺儀、編碼器和避障激光雷達(dá)。采用基于全球定位系統(tǒng)、陀螺儀、編碼器以及避障激光雷達(dá)多傳感數(shù)據(jù)融合的導(dǎo)航方案，實(shí)現(xiàn)了室外厘米級(jí)的高精度導(dǎo)航和檢測數(shù)據(jù)的位置標(biāo)定，可以極大地提尚檢測的準(zhǔn)確性。
[0013]其中，所述伸縮機(jī)構(gòu)是直線氣缸和/或多級(jí)伸縮機(jī)構(gòu)。為了使本機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，所述伸縮機(jī)構(gòu)還可以采用另一種形式的結(jié)構(gòu)，即由直線氣缸和連桿構(gòu)成，直線氣缸安裝在所述機(jī)器人本體上，連桿與所述直線氣缸鉸接。
[0014]本發(fā)明還公開了一種道面檢測方法，包括下述步驟:
[0015]S1:控制機(jī)器人本體移動(dòng)至道面指定的位置；
[0016]S2:人工確定(采用現(xiàn)有技術(shù)手段，如差分GPS系統(tǒng)等)待檢測區(qū)域的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，并設(shè)定道面的檢測區(qū)域；
[0017]S3:機(jī)器人本體根據(jù)待檢測區(qū)域形狀尺寸自主規(guī)劃道面檢測路徑；
[0018]S4:控制機(jī)器人本體沿所述道面檢測路徑移動(dòng)，每隔0.5-10m停下進(jìn)行路面及內(nèi)部狀況檢測，并采集公路狀況信息；
[0019]S5:將采集到的公路狀況信息發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析或延后分析。
[0020]步驟S3所述檢測路徑采用下述方法進(jìn)行規(guī)劃:測量道面檢測區(qū)域的長和寬(矩形路面)或關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)而擬合出待檢測區(qū)域的形狀和尺寸(非矩形路面)，控制機(jī)器人本體沿S形路線移動(dòng)從而對(duì)道面檢測區(qū)域進(jìn)行全面檢測。所述對(duì)道面檢測區(qū)域進(jìn)行全面檢測是指，機(jī)器人本體沿測量道面檢測區(qū)域的長或?qū)挼姆较蛑鹦幸苿?dòng)，并且每次前移機(jī)器人本體單次的檢測寬度，從而對(duì)路面進(jìn)行全面檢測(圖示請(qǐng)見圖10)。
[0021]前述的道面檢測方法中，所述公路狀況信息包括路面混凝土和鋼筋的腐蝕狀況、和/或路面各層的厚度、和/或路面內(nèi)部裂紋、和/或路面以下的滲水情況、和/或路面以下的空洞情況、和/或路面的承載能力、和/或路面平整度和宏觀紋理、和/或路面車轍深度、和/或路面的地表圖像、和/或機(jī)器人本體周圍的路面全景。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0023]1、本發(fā)明的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)采用高精度室外導(dǎo)航系統(tǒng)、集成式無損檢測系統(tǒng)及多數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)路面及其內(nèi)部狀況的自主高效檢測，檢測效率、經(jīng)濟(jì)性和安全性大幅提升，系統(tǒng)綜合性能好；
[0024]2、本發(fā)明采用“宏觀遙控、微觀自主、遠(yuǎn)程監(jiān)控”的控制方式，可自主規(guī)劃檢測路徑、實(shí)施檢測作業(yè)，具備檢測參數(shù)設(shè)置及在線調(diào)整功能;采用全景相機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工作環(huán)境和狀態(tài)監(jiān)控，完成檢測前起始點(diǎn)宏觀操作及檢測過程的必要人工干預(yù);具備宏觀微觀檢測監(jiān)控及自主運(yùn)行功能，實(shí)現(xiàn)了智能化檢測，同時(shí)由于無需人工駕駛，提高了檢測安全性；
[0025]3、本發(fā)明采用基于GPS、陀螺儀、編碼器以及激光雷達(dá)多傳感數(shù)據(jù)融合的導(dǎo)航方案，實(shí)現(xiàn)了室外厘米級(jí)的高精度導(dǎo)航和檢測數(shù)據(jù)的位置標(biāo)定，極大地提高了檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；
[0026]4、本發(fā)明集成多種無損檢測傳感器于一體，可一次性實(shí)現(xiàn)路面(包括內(nèi)部)狀況的全面評(píng)估，檢測效率大幅提升，也減少了對(duì)道路通行性的影響；
[0027]5、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了檢測數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析和融合，檢測結(jié)果直觀可視，檢測效率大幅提升，且可實(shí)現(xiàn)道路狀態(tài)的長期動(dòng)態(tài)檢測，在此基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)更有預(yù)見性的檢修養(yǎng)護(hù)；
[0028]6、本發(fā)明操作機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測工藝需要定制設(shè)計(jì)，可保證檢測效果，提升了檢測的準(zhǔn)確性；
[0029]7、本發(fā)明移動(dòng)平臺(tái)采用輪轂式獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置，可以通過調(diào)節(jié)各輪的方向，實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向、斜向行駛、橫向行駛等全方位運(yùn)動(dòng)，可以更加靈活的設(shè)定機(jī)器人本體的行走路線。
[0030]8、本發(fā)明所述的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)還可采用多機(jī)器人協(xié)同工作模式，可進(jìn)一步提升檢測效率。
【附圖說明】
[0031 ]圖1是機(jī)器人本體的一種實(shí)施例的運(yùn)行狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3是圖2的局部放大圖；
[0034]圖4是本發(fā)明的基本控制原理不意圖；
[0035]圖5是無損檢測系統(tǒng)一種實(shí)施例的布置方式示意圖；
[0036]圖6是伸縮機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖7是伸縮機(jī)構(gòu)另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖8是伸縮機(jī)構(gòu)再一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖9是本發(fā)明的一種實(shí)施例的控制架構(gòu)圖；
[0040]圖10是含遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示圖的機(jī)器人系統(tǒng)整體示意圖；
[0041 ]圖11是機(jī)器人本體工作模式示意圖；
[0042]圖12是機(jī)器人本體的另一種實(shí)施例的運(yùn)行狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]附圖標(biāo)記:1-機(jī)器人本體，2-伸縮機(jī)構(gòu)，3-操作機(jī)構(gòu)，4-全景相機(jī)，5-獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置，6-超聲波儀，7-第一激光測量儀，8-第二激光測量儀，9-電阻率儀，10-探地雷達(dá)，11-高清相機(jī)，12-直線氣缸，13-連桿，14-操作臺(tái)，15-監(jiān)控屏幕，16-改裝車，17-電源裝置，18-控制機(jī)柜，19-無損檢測系統(tǒng)，20-控制系統(tǒng)，21-遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)，22-驅(qū)動(dòng)電機(jī)，23-齒輪，24-渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，25-安裝外框，26-輪胎，27-減震器，28-輪轂電機(jī)總成，29-輪轂，30-緊固螺釘，31-定子繞組，32-外轉(zhuǎn)子，33-主軸，34-軸承，35-行星輪，36-行星齒輪架，37-太陽輪。
[0044]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
【具體實(shí)施方式】
[0045]本發(fā)明的實(shí)施例1:如圖1、圖4和圖10所示，一種輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體I和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21，機(jī)器人本體I上設(shè)有控制系統(tǒng)20、無損檢測系統(tǒng)19和操作機(jī)構(gòu)3，操作機(jī)構(gòu)3安裝在機(jī)器人本體I上，無損檢測系統(tǒng)19和操作機(jī)構(gòu)3相連，控制系統(tǒng)20和操作機(jī)構(gòu)3電連接，控制系統(tǒng)20和無損檢測系統(tǒng)19電連接;無損檢測系統(tǒng)19包括電阻率儀9，操作機(jī)構(gòu)3包括伸縮機(jī)構(gòu)2，電阻率儀9和所述伸縮機(jī)構(gòu)2相連，機(jī)器人本體I的底部設(shè)有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置5;遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21包括控制機(jī)柜18、操作臺(tái)14和監(jiān)控屏幕15，操作臺(tái)14和監(jiān)控屏幕15均和控制機(jī)柜18電連接;機(jī)器人本體I和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21之間通過無線通訊方式傳輸信息。其中，伸縮機(jī)構(gòu)2用于控制機(jī)器人本體由運(yùn)行狀態(tài)至非運(yùn)行狀態(tài)之間的自由轉(zhuǎn)換，運(yùn)行狀態(tài)下將無損檢測系統(tǒng)19的各單元擺放至有利于發(fā)揮各單元作用的位置。本實(shí)施例中，連接電阻率儀9的伸縮機(jī)構(gòu)2安裝在機(jī)器人本體I的前側(cè)，采用圖6所示結(jié)構(gòu)的伸縮機(jī)構(gòu)2。
[0046]如圖5所示:無損檢測系統(tǒng)19還包括沖擊回波儀和超聲波儀6，超聲波儀6和伸縮機(jī)構(gòu)2相連。本實(shí)施例中連接沖擊回波儀和超聲波儀6的伸縮機(jī)構(gòu)2安裝在機(jī)器人本體I的前偵U，采用圖6所示結(jié)構(gòu)的伸縮機(jī)構(gòu)2，本伸縮機(jī)構(gòu)2包括直線氣缸12和連桿13，直線氣缸12安裝在所述機(jī)器人本體I上，連桿13與所述直線氣缸12鉸接。無損檢測系統(tǒng)19還包括探地雷達(dá)10，探地雷達(dá)10和伸縮機(jī)構(gòu)2相連，連接探地雷達(dá)10的伸縮機(jī)構(gòu)2安裝在機(jī)器人本體I的后偵U，采用圖6所示結(jié)構(gòu)的伸縮機(jī)構(gòu)2。無損檢測系統(tǒng)19還包括第一激光測量儀7，第一激光測量儀7和伸縮機(jī)構(gòu)2相連。無損檢測系統(tǒng)19還包括第二激光測量儀8，第二激光測量儀8和伸縮機(jī)構(gòu)2相連。連接第一激光測量儀7和第二激光測量儀8的伸縮機(jī)構(gòu)2安裝在機(jī)器人本體I的前側(cè)中部，均采用如圖7所示的伸縮機(jī)構(gòu)2。無損檢測系統(tǒng)19還包括高清相機(jī)11和全景相機(jī)4，高清相機(jī)11和全景相機(jī)4均和伸縮機(jī)構(gòu)2相連。連接全景相機(jī)4的伸縮機(jī)構(gòu)2安裝在機(jī)器人本體I的頂部，采用如圖8所示的伸縮機(jī)構(gòu)2;連接高清相機(jī)11的伸縮機(jī)構(gòu)2安裝在機(jī)器人本體I上部，采用如圖7所示的伸縮機(jī)構(gòu)2。
[0047]如圖2所示，所述獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置5包括安裝在機(jī)器人本體I上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)22，驅(qū)動(dòng)電機(jī)22和所述控制系統(tǒng)20電連接，還包括渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)24、安裝外框25和輪胎26，驅(qū)動(dòng)電機(jī)22通過齒輪23和渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)24嚙合，渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)24設(shè)置在安裝外框25上，輪胎26安裝在安裝外框25上。所述輪胎26包括輪轂29，輪轂29內(nèi)設(shè)有輪轂電機(jī)總成28，輪轂電機(jī)總成28和所述控制系統(tǒng)20電連接，所述安裝外框25上設(shè)有減震器27。機(jī)器人本體I通過獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置5移動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。如圖3所示，輪轂電機(jī)總成28通過主軸33設(shè)置在安裝外框25上，并通過緊固螺釘30固定在輪轂29上;輪轂電機(jī)總成28包括通過軸承34設(shè)置在主軸33上的外轉(zhuǎn)子32以及套設(shè)在主軸33上的定子繞組31、太陽輪37、行星齒輪架36和行星輪35。所述控制系統(tǒng)20包括導(dǎo)航傳感系統(tǒng)和機(jī)器人本體控制箱，導(dǎo)航傳感系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)、陀螺儀、編碼器和避障激光雷達(dá)。
[0048]實(shí)施例2:如圖1、圖4和圖10所示，一種輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體I和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21，機(jī)器人本體I上設(shè)有控制系統(tǒng)20、無損檢測系統(tǒng)19和操作機(jī)構(gòu)3，操作機(jī)構(gòu)3安裝在機(jī)器人本體I上，無損檢測系統(tǒng)19和操作機(jī)構(gòu)3相連，控制系統(tǒng)20和操作機(jī)構(gòu)3電連接，控制系統(tǒng)20和無損檢測系統(tǒng)19電連接;無損檢測系統(tǒng)19包括電阻率儀9，操作機(jī)構(gòu)3包括伸縮機(jī)構(gòu)2，電阻率儀9和所述伸縮機(jī)構(gòu)2相連，機(jī)器人本體I的底部設(shè)有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置5;遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21包括控制機(jī)柜18、操作臺(tái)14和監(jiān)控屏幕15，操作臺(tái)14和監(jiān)控屏幕15均和控制機(jī)柜18電連接;機(jī)器人本體I和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21之間通過無線通訊方式傳輸信息。
[0049]如圖2所示，所述獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置5包括安裝在機(jī)器人本體I上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)22，驅(qū)動(dòng)電機(jī)22和所述控制系統(tǒng)20電連接，還包括渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)24、安裝外框25和輪胎26，驅(qū)動(dòng)電機(jī)22通過齒輪23和渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)24嚙合，渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)24設(shè)置在安裝外框25上，輪胎26安裝在安裝外框25上。所述輪胎26包括輪轂29，輪轂29內(nèi)設(shè)有輪轂電機(jī)總成28，輪轂電機(jī)總成28和所述控制系統(tǒng)20電連接，所述安裝外框25上設(shè)有減震器27。機(jī)器人本體I通過獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置5移動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。如圖3所示，輪轂電機(jī)總成28通過主軸33設(shè)置在安裝外框25上，并通過緊固螺釘30固定在輪轂29上;輪轂電機(jī)總成28包括通過軸承34設(shè)置在主軸33上的外轉(zhuǎn)子32以及套設(shè)在主軸33上的定子繞組31、太陽輪37、行星齒輪架36和行星輪35。所述控制系統(tǒng)20包括導(dǎo)航傳感系統(tǒng)和機(jī)器人本體控制箱，導(dǎo)航傳感系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)、陀螺儀、編碼器和避障激光雷達(dá)。所述伸縮機(jī)構(gòu)2是直線氣缸12和/或多級(jí)伸縮機(jī)構(gòu)。
[0050]實(shí)施例3:如圖1、圖4和圖10所示，一種輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體I和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21，機(jī)器人本體I上設(shè)有控制系統(tǒng)20、無損檢測系統(tǒng)19和操作機(jī)構(gòu)3，操作機(jī)構(gòu)3安裝在機(jī)器人本體I上，無損檢測系統(tǒng)19和操作機(jī)構(gòu)3相連，控制系統(tǒng)20和操作機(jī)構(gòu)3電連接，控制系統(tǒng)20和無損檢測系統(tǒng)19電連接;無損檢測系統(tǒng)19包括電阻率儀9，操作機(jī)構(gòu)3包括伸縮機(jī)構(gòu)2，電阻率儀9和所述伸縮機(jī)構(gòu)2相連，機(jī)器人本體I的底部設(shè)有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置5;遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21包括控制機(jī)柜18、操作臺(tái)14和監(jiān)控屏幕15，操作臺(tái)14和監(jiān)控屏幕15均和控制機(jī)柜18電連接;機(jī)器人本體I和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21之間通過無線通訊方式傳輸信息。
[0051]如圖5所示，無損檢測系統(tǒng)19還包括沖擊回波儀和超聲波儀6，超聲波儀6和伸縮機(jī)構(gòu)2相連。無損檢測系統(tǒng)19還包括探地雷達(dá)10，探地雷達(dá)10和伸縮機(jī)構(gòu)2相連。無損檢測系統(tǒng)19還包括第一激光測量儀7，第一激光測量儀7和伸縮機(jī)構(gòu)2相連。無損檢測系統(tǒng)19還包括第二激光測量儀8，第二激光測量儀8和伸縮機(jī)構(gòu)2相連。
[0052]如圖2所示，所述獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置5包括安裝在機(jī)器人本體I上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)22，驅(qū)動(dòng)電機(jī)22和所述控制系統(tǒng)20電連接，還包括渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)24、安裝外框25和輪胎26，驅(qū)動(dòng)電機(jī)22通過齒輪23和渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)24嚙合，渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)24設(shè)置在安裝外框25上，輪胎26安裝在安裝外框25上。所述輪胎26包括輪轂29，輪轂29內(nèi)設(shè)有輪轂電機(jī)總成28，輪轂電機(jī)總成28和所述控制系統(tǒng)20電連接，所述安裝外框25上設(shè)有減震器27。機(jī)器人本體I通過獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置5移動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。所述控制系統(tǒng)20包括導(dǎo)航傳感系統(tǒng)和機(jī)器人本體控制箱，導(dǎo)航傳感系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)、陀螺儀、編碼器和避障激光雷達(dá)。所述伸縮機(jī)構(gòu)2(如圖6所示)包括直線氣缸12和連桿13，直線氣缸12安裝在所述機(jī)器人本體I上，連桿13與所述直線氣缸12鉸接。
[0053]本發(fā)明的機(jī)器人本體I用于采集道面以及路面以下的地質(zhì)信息，然后將采集到的信息發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21，遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21可以是改裝車16的形式(如圖10所示)，在改裝車內(nèi)設(shè)有電源裝置17、控制機(jī)柜18、操作臺(tái)14和監(jiān)控屏幕15，監(jiān)控屏幕15為多屏顯示系統(tǒng)，電源裝置17為遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21供電，檢測到的地質(zhì)信息首先通過無線方式(WIFI等)被發(fā)送到控制機(jī)柜18，然后通過監(jiān)控屏幕15顯示，可以通過操作臺(tái)14處理采集到的地質(zhì)信息，同時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21也可以用于控制機(jī)器人本體的工作狀態(tài)，還可以作為機(jī)器人本體的遠(yuǎn)程運(yùn)輸及存放裝置。
[0054]實(shí)施例4:采用本發(fā)明機(jī)器人系統(tǒng)的道面檢測方法，包括下述步驟:
[0055]S1:控制機(jī)器人本體移動(dòng)至道面指定的位置；
[0056]S2:人工確定(通過差分GPS系統(tǒng))待檢測區(qū)域的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，并設(shè)定道面的檢測區(qū)域；
[0057]S3:機(jī)器人本體根據(jù)待檢測區(qū)域形狀尺寸自主規(guī)劃道面檢測路徑；
[0058]S4:控制機(jī)器人本體沿所述道面檢測路徑移動(dòng)，每隔0.5-10m停下進(jìn)行路面及內(nèi)部狀況檢測，并采集公路狀況信息；
[0059]S5:將采集到的公路狀況信息發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析或延后分析。
[0060]步驟S3所述檢測路徑采用下述方法進(jìn)行規(guī)劃:當(dāng)檢測區(qū)域?yàn)榫匦螘r(shí)，測量道面檢測區(qū)域的長和寬；當(dāng)檢測區(qū)域非矩形時(shí)，測量檢測區(qū)域的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)而擬合出待檢測區(qū)域的形狀和尺寸;然后控制機(jī)器人本體沿S形路線移動(dòng)從而對(duì)道面檢測區(qū)域進(jìn)行全面檢測。[0061 ]具體的，所述公路狀況信息包括路面混凝土和鋼筋的腐蝕狀況、和/或路面各層的厚度、和/或路面內(nèi)部裂紋、和/或路面以下的滲水情況、和/或路面以下的空洞情況、和/或路面的承載能力、和/或路面平整度和宏觀紋理、和/或路面車轍深度、和/或路面的地表圖像、和/或機(jī)器人本體周圍的路面全景。
[0062]本發(fā)明的一種實(shí)施例的工作原理:機(jī)器人本體首先由人工遙控至檢測作業(yè)起始點(diǎn)位置，然后根據(jù)人工設(shè)定的檢測路面寬度和長度自主規(guī)劃檢測路徑并實(shí)施檢測，檢修數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合等后處理及可視化;機(jī)器人本體的控制系統(tǒng)20采用工業(yè)PC作為主控系統(tǒng)，各功能板塊為模塊化設(shè)計(jì)，包括機(jī)器人本體I和操作機(jī)構(gòu)3的控制模塊，以及負(fù)責(zé)無損檢測數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)目刂颇K;遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21具備檢測參數(shù)設(shè)置及在線調(diào)整功能，具備數(shù)據(jù)可視化及數(shù)據(jù)融合處理及綜合評(píng)價(jià)功能，具備遠(yuǎn)程控制機(jī)器人本體作業(yè)的功能。
[0063]機(jī)器人本體在工作時(shí)，首先由遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21將搭載無損檢測系統(tǒng)的機(jī)器人本體運(yùn)輸至作業(yè)現(xiàn)場，然后機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)到檢測起始點(diǎn)，由人工設(shè)定好須檢測的路面范圍，機(jī)器人本體自主規(guī)劃好檢測路徑。在檢測作業(yè)啟動(dòng)后，機(jī)器人本體按照檢測工藝的要求(運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)啟停等)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)協(xié)調(diào)控制操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作(伸縮、展開等)進(jìn)行檢測作業(yè)。在檢測過程中，機(jī)器人本體通過無線通訊(WIF1、4G等)方式將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21，檢測的數(shù)據(jù)可由人工實(shí)時(shí)監(jiān)控分析或延后分析，也可由儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)的自動(dòng)化分析或處理；同時(shí)，人工可實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人本體的工作狀態(tài)，必要時(shí)通過遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21控制其運(yùn)行。
[0064]如圖9所示，為本發(fā)明整體控制架構(gòu)圖。整體控制系統(tǒng)主要由設(shè)置在機(jī)器人本體上的機(jī)上控制器一和機(jī)上控制器二以及遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)(即遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21)組成。機(jī)上控制器一采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，對(duì)源自激光雷達(dá)、GPS、慣導(dǎo)傳感器、編碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和融合處理，通過WIFI和手持式控制器通訊，機(jī)上控制器一也負(fù)責(zé)機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)控制和路徑規(guī)劃以及操作機(jī)構(gòu)的控制。機(jī)上控制器二采用Windows系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)各路面無損檢測傳感儀器數(shù)據(jù)的采集，并通過WIFI和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21通訊。遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)21主要負(fù)責(zé)機(jī)器人本體運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、無損檢測數(shù)據(jù)的顯示和處理。
[0065]如圖11和圖12所示，為機(jī)器人本體工作模式示意圖。在設(shè)置好檢測起點(diǎn)和終點(diǎn)后，機(jī)器人本體根據(jù)待檢測道面的面積和機(jī)器人本體單次可檢測的面積自主規(guī)劃出其運(yùn)動(dòng)路徑，主要原則是保證待檢測道面的全覆蓋和機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)路徑最短。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包括機(jī)器人本體(I)和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)(21)，機(jī)器人本體(I)上設(shè)有控制系統(tǒng)(20)、無損檢測系統(tǒng)(19)和操作機(jī)構(gòu)(3)，操作機(jī)構(gòu)(3)安裝在機(jī)器人本體(I)上，無損檢測系統(tǒng)(19)和操作機(jī)構(gòu)(3)相連，控制系統(tǒng)(20)和操作機(jī)構(gòu)(3)電連接，控制系統(tǒng)(20)和無損檢測系統(tǒng)(I 9)電連接;無損檢測系統(tǒng)(19)包括電阻率儀(9)，操作機(jī)構(gòu)(3)包括伸縮機(jī)構(gòu)(2)，電阻率儀(9)和所述伸縮機(jī)構(gòu)(2)相連，機(jī)器人本體(I)的底部設(shè)有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置(5);遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)(21)包括控制機(jī)柜(18)、操作臺(tái)(14)和監(jiān)控屏幕(15)，操作臺(tái)(14)和監(jiān)控屏幕(15)均和控制機(jī)柜(18)電連接;機(jī)器人本體(I)和遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)(21)之間通過無線通訊方式傳輸信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，無損檢測系統(tǒng)(19)還包括沖擊回波儀、超聲波儀(6)和探地雷達(dá)(10)，超聲波儀(6)、探地雷達(dá)(10)均和伸縮機(jī)構(gòu)(2)相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，無損檢測系統(tǒng)(19)還包括第一激光測量儀(7)，第一激光測量儀(7)和伸縮機(jī)構(gòu)(2)相連。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，無損檢測系統(tǒng)(19)還包括第二激光測量儀(8)，第二激光測量儀(8)和伸縮機(jī)構(gòu)(2)相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，無損檢測系統(tǒng)(19)還包括高清相機(jī)(11)和全景相機(jī)(4)，高清相機(jī)(11)和全景相機(jī)(4)均和伸縮機(jī)構(gòu)(2)相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置(5)包括安裝在機(jī)器人本體(I)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(22)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(22)和所述控制系統(tǒng)(20)電連接，還包括渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)(24)、安裝外框(25)和輪胎(26)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(22)通過齒輪(23)和渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)(24)嚙合，渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)(24)設(shè)置在安裝外框(25)上，輪胎(26)安裝在安裝外框(25)上。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述輪胎(26)包括輪轂(29)，輪轂(29)內(nèi)設(shè)有輪轂電機(jī)總成(28)，輪轂電機(jī)總成(28)和所述控制系統(tǒng)(20)電連接，所述安裝外框(25)上設(shè)有減震器(27)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(20)包括導(dǎo)航傳感系統(tǒng)和機(jī)器人本體控制箱，導(dǎo)航傳感系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)、陀螺儀、編碼器和避障激光雷達(dá)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂式道面自主檢測機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述伸縮機(jī)構(gòu)(2)是直線氣缸(12)和/或多級(jí)伸縮機(jī)構(gòu)；或者所述伸縮機(jī)構(gòu)(2)由直線氣缸(12)和連桿(13)構(gòu)成，直線氣缸(12)安裝于所述機(jī)器人本體(I)上，連桿(13)與所述直線氣缸(12)鉸接。10.采用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述機(jī)器人系統(tǒng)的道面檢測方法，其特征在于，包括下述步驟: S1:控制機(jī)器人本體移動(dòng)至道面指定的位置； S2:人工確定待檢測區(qū)域的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，并設(shè)定道面的檢測區(qū)域； S3:機(jī)器人本體根據(jù)待檢測區(qū)域形狀尺寸自主規(guī)劃道面檢測路徑； S4:控制機(jī)器人本體沿所述道面檢測路徑移動(dòng)，每隔0.5-10m停下進(jìn)行路面及內(nèi)部狀況檢測，并采集公路狀況信息； S5:將采集到的公路狀況信息發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控輔助系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析或延后分析。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的道面檢測方法，其特征在于，所述步驟S3具體為:測量道面檢測區(qū)域的長和寬或關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)而擬合出待檢測區(qū)域的形狀和尺寸，控制機(jī)器人本體沿S形路線移動(dòng)從而對(duì)道面檢測區(qū)域進(jìn)行全面檢測。
【文檔編號(hào)】G01N33/38GK105891454SQ201610347312
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】桂仲成
【申請(qǐng)人】桂仲成