裂缝检测定位系统、裂缝修复装置及立面作业机器人

本发明涉及墙面缺陷检测与修复，具体为一种裂缝检测定位系统、裂缝修复装置及立面作业机器人。

背景技术：

1、建筑物外墙、桥梁墩柱、隧道衬砌等立面结构在服役过程中，受温度应力、地基沉降、荷载作用等因素影响，表面及内部易产生裂缝。裂缝的存在不仅影响结构美观，更可能导致内部钢筋锈蚀、混凝土碳化加速，严重时甚至危及结构安全。因此，对墙面裂缝进行精准检测和及时修复，是建筑维护领域的重要课题。

2、传统的裂缝检测主要依赖人工目视巡检，辅以裂缝观测仪或塞尺进行宽度测量。这种方式存在以下不足：第一，人工检测效率低下，对于高层建筑或大跨桥梁的立面区域，作业人员需借助登高设备或吊篮，安全风险高；第二，检测结果主观性强，不同人员对同一条裂缝的宽度、走向判断存在差异；第三，人工记录难以形成结构化的三维数据，无法为修复作业提供精确的空间坐标和形貌信息。

3、在自动化修复方面，现有技术中已有部分喷涂机器人或注浆设备，但这些设备通常需要人工预先标记裂缝位置，再引导机械臂进行注浆，检测与修复环节相互割裂，难以形成闭环控制。此外，现有设备对裂缝的深度、内部密实度等三维信息缺乏有效感知手段，导致修复参数（如注浆压力、流量）无法根据裂缝实际情况进行自适应调节，修复质量参差不齐。

4、针对上述问题，本发明提供了一种裂缝检测定位系统、裂缝修复装置及立面作业机器人，旨在实现墙面裂缝的自动化检测、三维建模、精准修复及修复质量验证的全流程闭环作业。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

2、本发明第一方面提供了一种裂缝检测定位系统，其特征在于，包括：多源传感器融合阵列，用于在距目标墙面的预设作业距离处，对裂缝进行多维度信息采集；局部3d模型模块，与多源传感器融合阵列通信连接，用于接收并融合采集的多维度信息，构建以多源传感器融合阵列为原点的局部三维缺陷模型；处理器，与局部3d模型模块通信连接，用于接收局部三维缺陷模型，并根据局部三维缺陷模型中裂缝对象的属性数据包生成修复控制指令；其中，局部三维缺陷模型中包含每个裂缝对象唯一的标识符，以及与该标识符关联的属性数据包，属性数据包至少包含裂缝的宽度信息、深度信息和走向信息。

3、作为本发明的一种优选技术方案，多源传感器融合阵列包括：工业相机，用于采集墙面二维图像并识别裂缝位置及表观宽度；结构光传感器，用于获取裂缝区域的亚毫米级三维形貌点云数据；红外热成像仪，用于通过感知墙面表面温度差异检测内部空鼓或浅层隐蔽裂缝区域，并将检测结果融合至局部三维缺陷模型中。

4、作为本发明的一种优选技术方案，属性数据包中还包括裂缝内部密实度信息，密实度信息由红外热成像仪的数据分析获得。

5、作为本发明的一种优选技术方案，工业相机与结构光传感器之间预先标定有坐标转换关系，使二维图像中识别出的裂缝位置能够对应至三维形貌点云数据中的同一位置。

6、作为本发明的一种优选技术方案，裂缝检测定位系统还用于在修复控制指令被执行完成后，对已修复区域进行再次扫描，以获取修复后数据；局部3d模型模块还用于将修复后数据与修复前属性数据包进行比对，以验证修复质量是否合格。

7、本发明第二方面提供了一种裂缝修复装置，包括：基座；机械臂，包括依次连接的多自由度关节组件及末端安装座；喷涂单元，包括安装于末端安装座上的注浆针头，用于喷涂修补液；

8、上述任一项技术方案中的裂缝检测定位系统，设置于裂缝修复装置上；其中，多源传感器融合阵列设置于注浆针头的端部，局部3d模型模块与处理器设置于基座内；机械臂与处理器通信连接，用于接收修复控制指令，并根据修复控制指令驱动各关节运动，以带动喷涂单元对裂缝进行修复作业。

9、作为本发明的一种优选技术方案，多自由度关节组件包括至少四个旋转关节和连接相邻旋转关节的臂段，每个旋转关节包括：关节壳体；驱动机构，内置于关节壳体内，用于提供旋转驱动力；传动机构，与驱动机构的输出端连接，用于传递并转换旋转驱动力；基座具有安装面，至少四个旋转关节依次连接，其中位于起始端的旋转关节设于基座上，其轴线垂直于安装面；其余旋转关节的轴线均平行于安装面。

10、作为本发明的一种优选技术方案，末端安装座与注浆针头之间设置有力/力矩传感器，用于直接感测注浆针头与墙面的接触力；处理器还用于根据接触力与预设目标接触力的比较结果实时调整修复控制指令，以控制机械臂以恒力贴合作业面。

11、作为本发明的一种优选技术方案，喷涂单元还包括：修补液容器和伺服注射泵，均设置于基座内；伺服注射泵与处理器通信连接，用于根据修复控制指令中携带的注浆参数调节注浆压力和流量；注浆针头与末端安装座可拆卸连接，且注浆针头与伺服注射泵之间通过输送管连通。

12、本发明第三方面提供了一种立面作业机器人包括：载体，上述任一项技术方案中的裂缝修复装置，设置于载体上。

13、本发明的有益效果是：1、本发明以多源传感器融合阵列作为统一的感知前端，在同一位置同时获取裂缝的二维图像、三维形貌点云及红外热像数据，通过局部3d模型模块融合构建以传感器阵列为原点的局部三维缺陷模型，并在模型中为每个裂缝对象赋予唯一标识符及关联的宽度、深度、走向等属性数据包，使裂缝信息以结构化形式贯穿检测、修复、验证全流程，为后续环节提供了完整、精确、可追溯的数据基础。

14、2、本发明通过处理器根据属性数据包自动生成携带差异化注浆参数的修复控制指令，直接驱动机器臂带动注浆针头执行修复，实现了从感知到执行的端到端自动化决策，避免了检测与修复环节因数据割裂而依赖人工干预的弊端。

15、3、本发明通过将多源传感器融合阵列设置于注浆针头端部，使感知位置与执行位置重合，消除了传统方案中“先检测后修复”因空间标定误差而引入的定位偏差；同时通过力/力矩传感器实时感知注浆针头与墙面的接触力并维持恒力贴合，保证了注浆密封性和修复质量的一致性。

16、4、本发明通过修复完成后对已修复区域进行再次扫描，并将修复后数据与修复前的属性数据包进行比对以自动验证修复质量，可在不合格时触发二次修复，形成了从检测到修复再到验证的完整闭环控制，有效保证了修复作业的最终质量。

1.一种裂缝检测定位系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的裂缝检测定位系统，其特征在于，所述多源传感器融合阵列包括：

3.根据权利要求2所述的裂缝检测定位系统，其特征在于，所述属性数据包中还包括裂缝内部密实度信息，所述密实度信息由所述红外热成像仪的数据分析获得。

4.根据权利要求2所述的裂缝检测定位系统，其特征在于，所述工业相机与所述结构光传感器之间预先标定有坐标转换关系，使所述二维图像中识别出的裂缝位置能够对应至所述三维形貌点云数据中的同一位置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的裂缝检测定位系统，其特征在于，所述裂缝检测定位系统还用于在所述修复控制指令被执行完成后，对已修复区域进行再次扫描，以获取修复后数据；所述局部3d模型模块还用于将所述修复后数据与修复前所述属性数据包进行比对，以验证修复质量是否合格。

6.一种裂缝修复装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的裂缝修复装置，其特征在于，所述多自由度关节组件206包括至少四个旋转关节2062和连接相邻旋转关节的臂段2064，每个所述旋转关节包括：

8.根据权利要求7所述的裂缝修复装置，其特征在于，所述末端安装座与所述注浆针头之间设置有力/力矩传感器，用于直接感测所述注浆针头与墙面的接触力；所述处理器还用于根据所述接触力与预设目标接触力的比较结果实时调整所述修复控制指令，以控制所述机械臂以恒力贴合作业面。

9.根据权利要求6所述的裂缝修复装置，其特征在于，所述喷涂单元还包括：

10.一种立面作业机器人，其特征在于，包括：