【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及機器人，尤其涉及一種高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人。
技術介紹
1、近年來我國高速鐵路飛速發展，高鐵橋梁結構數量多、規模大、特點鮮明；由于其“以橋代路”的修建方式，箱梁橋梁在線路中所占比重高，保證其服役性能對線路正常運行至關重要；橋梁的日常檢修運維、實時關注橋梁健康狀況是橋梁安全運營的基礎。
2、目前高鐵箱梁的檢測方式主要分為兩種：
3、第一種為檢查人員鉆入箱梁和站在墩頂的圍欄附近檢查；這種模式受到空間限制，檢查覆蓋不全，易造成疏漏，且結果主觀性較強；同時，檢查人員工作強度大，在高原苦寒條件下工作艱苦；
4、第二種為利用高鐵橋檢車提供的工作平臺巡檢；此方法需利用高鐵空窗期工作，工作效率低，且無法觀測高鐵運行條件下結構狀況。
5、隨著機器人控制、機器視覺和人工智能技術的飛速發展，如何通過這些技術改進傳統檢測技術已經成為新的研究領域，具備良好的工程應用前景；因此，現有技術中也有采用高鐵箱梁巡檢機器人進行巡檢工作的，但是由于箱體由鋼筋混凝土構成，橋梁上部還有高鐵運行的各類電力設施，使得箱體內部存在電磁屏蔽，很難通過gps等獲取絕對定位信息；只能利用自身攜帶的傳感器進行實時地圖建模與自定位工作；且高鐵箱梁為典型的退化環境，單純利用激光雷達從原理層面不可能實現準確建圖與自定位，會出現嚴重的定位漂移現象，嚴重影響正常使用；現有技術要基于箱梁內部的標注信息進行絕對定位的確定，但現實情況為并非所有箱梁內部有顯著的標注信息，原有技術工作范圍小，適用性低；現有技術基于行進組件的運動量進行
技術實現思路
1、本申請實施例通過提供一種高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，解決了現有技術中損傷檢測機器人易出現定位漂移現象以及位置信息獲取不明確的技術問題，實現了高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人定位準確的技術效果。
2、本申請實施例提供了一種高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，包括承載小車、圖像采集裝置、數據存儲系統、數據處理器和探傷裝置；所述探傷裝置包括臂架模塊和超聲探測器；所有傳感器控制器均與數據處理器相連接；
3、所述承載小車包括車體和履帶組件；
4、所述圖像采集裝置包括單目相機、激光雷達和位姿傳感器imu；
5、所述臂架模塊可拆卸固定連接在所述承載小車上，高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人的運行基于lidar-imu算法。
6、進一步的，高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人使用的lidar-imu算法具體為：
7、1)利用ros系統自帶的時間戳分發機制，實現兩個傳感器的時間對齊；利用手眼標定法，落實確定lidar與imu的相對坐標，實現空間未知的標定；
8、2)激光雷達獲得的點云通過點云分割與特征提取，進行位姿狀態初步估計；同時加入imu的數據信息進行運動畸變校正，得到當前幀點云地圖后加入imu信息的狀態更新中；
9、3)imu進行預積分，得到位姿估計與誤差協方差，位姿估計搭配激光雷達的位姿進行相互校正，迭代耦合，并結合箱梁特征進行的退化評判，進行后端擴展卡爾曼濾波優化，得到實時地圖；
10、4)利用圖優化的思想，判斷是否到達梁端位置，在單節梁內往返一周后進行回環檢測，利用回環完成位姿校準與地圖構建校準。
11、本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：
12、本申請的高鐵箱梁巡線機器人，利用機器視覺和深度學習等技術，建立橋梁智能巡線系統；針對箱梁內部構造復雜、障礙眾多的問題，利用工業相機與激光雷達完成智能路徑規劃和運動控制并實現箱梁內部智能巡線；針對梁體損傷檢測問題，使用基于物理約束和數據驅動的智能化檢測算法，利用機器視覺與超聲檢測技術實現高速鐵路橋梁的多質量要素檢測。
13、1.由于箱體由鋼筋混凝土構成，橋梁上部還有高鐵運行的各類電力設施等，使得箱體內部存在電磁屏蔽，很難通過gps等獲取絕對定位信息；只能利用自身攜帶的傳感器進行實時地圖建模與自定位工作；本申請實施例中的檢測機器人完全依賴自身傳感器與算法，完成自定位與位姿解算；高鐵箱梁為典型的退化環境，單純利用激光雷達從原理層面不可能實現準確建圖與自定位，會出現嚴重的定位漂移現象，嚴重影響正常使用；本申請實施例利用lidar與imu傳感器的緊耦合算法，并搭配回環檢測等算法，完成高鐵箱梁內部退化環境的精準定位于地圖構建，展示箱梁內部環境；
14、2.現有技術要基于箱梁內部的標注信息進行絕對定位的確定；現實情況為并非所有箱梁內部有顯著的標注信息，原有技術工作范圍小，適用性低；本算法利用構建的激光點云地圖與位姿軌跡解算，可生成全橋健康檢測范圍地圖，無需依賴外界信息自動標注檢測位置；
15、3.現有技術基于行進組件運動量進行位置關系解算，無法適應惡劣工作環境(實際工作環境中存在內部積水，結冰等情況，基于行進組件對運動量計算的位置極易出現因行進組件打滑而導致的位置漂移)；且在通過人孔等大型孔洞時，也會存在空轉現象，導致位移計算漂移不符合真實情況；本技術采用的lidar-imu結合的方案從原理上杜絕該現象的產生；
16、4.高鐵箱梁梁體的人孔尺寸大小為150cm*50cm左右，模塊化便于拆卸組裝的機器人能更好適應工作需求，適用性更強；
17、5.現有技術的損傷檢測精度低，識別率差，損傷識別種類少，將神經網絡應用至機器視覺的梁體裂縫識別，不能識別排水管，通風孔，伸縮縫等處梁體本身外其它設施的運營狀態；本申請實施例采用基于神經網絡的深度學習，利用機器視覺鎖定梁體內部各類裂縫并對其進行分類研判，同時分辨排水管、伸縮縫等附屬設施的工作運營情況；
18、6.現有器械難以充分檢測箱梁內部損傷情況；現有方式的相控陣超聲設備距離被測物距離很遠，且受機器工作影響大，且只能判斷是否存在內部孔洞，無法對損傷情況，鋼筋銹蝕等重點問題進行判別；本申請實施例采用基于物理神經網絡pinn的相控陣超聲算法，并利用可延伸的機械臂將設備貼近待測物表面，能更加充分嚴謹的判別梁體內部損傷情況。
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1.一種高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，包括承載小車(002)、圖像采集裝置(023)、數據存儲系統、數據處理器和探傷裝置；所述探傷裝置包括臂架模塊(024)和超聲探測器(025)；
2.如權利要求1所述的高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，其特征在于：高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人使用的LiDAR-IMU算法具體為：
3.一種高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，包括承載小車(002)、圖像采集裝置(023)、數據存儲系統、數據處理器和探傷裝置；其特征在于：行進組件為履帶組件(022)，履帶組件(022)包括承載框(100)和履帶(200)，承載框(100)整體為框架結構或箱體結構；
4.如權利要求3所述的高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，其特征在于：所述出膠軟管(310)內置有管內氣管(311)，管內氣管(311)定位在出膠軟管(310)內部，長度與出膠軟管(310)相同，直徑小于出膠軟管(310)的內徑1至2厘米；
5.如權利要求3或4所述的高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，其特征在于：還包括覆膜除膠組件(400)；
6.如權利
7.如權利要求5所述的高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，其特征在于：所述除膠帶(480)與地面接觸的面上設有膠層。
8.如權利要求7所述的高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，其特征在于：所述轉動柱形囊(460)上套設固定有外套管形囊(470)，外套管形囊(470)為內置磁流體或磁粉的彈性囊，其內部被分隔成數個倉體，整體呈管形；所述除膠帶(480)始終緊貼著外套管形囊(470)；
9.如權利要求8所述的高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，其特征在于：清潔履帶(200)時，泵氣組件(360)和氣溫調節組件(361)運行加熱出膠軟管(310)。
10.如權利要求9所述的高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，其特征在于：一個履帶(200)上至少一個履帶板(210)上設有膠帶熔斷絲(370)，膠帶熔斷絲(370)為電加熱絲，長度方向與履帶板(210)的長度方向相同且自身長度與履帶板(210)的長度相等。
...【技術特征摘要】
1.一種高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，包括承載小車(002)、圖像采集裝置(023)、數據存儲系統、數據處理器和探傷裝置；所述探傷裝置包括臂架模塊(024)和超聲探測器(025)；
2.如權利要求1所述的高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，其特征在于：高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人使用的lidar-imu算法具體為：
3.一種高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，包括承載小車(002)、圖像采集裝置(023)、數據存儲系統、數據處理器和探傷裝置；其特征在于：行進組件為履帶組件(022)，履帶組件(022)包括承載框(100)和履帶(200)，承載框(100)整體為框架結構或箱體結構；
4.如權利要求3所述的高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，其特征在于：所述出膠軟管(310)內置有管內氣管(311)，管內氣管(311)定位在出膠軟管(310)內部，長度與出膠軟管(310)相同，直徑小于出膠軟管(310)的內徑1至2厘米；
5.如權利要求3或4所述的高鐵箱梁退化環境損傷檢測機器人，其特征在于：還包括覆膜除膠組件(400)；
6.如權利要求5所述的高鐵箱梁...
【專利技術屬性】
技術研發人員：國巍，任少勛，邵平，楊順，聶于濤，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：
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