[发明专利]一种基于贴壁式无人机的隧道裂缝修复系统

说明书

技术领域

本发明属于土木工程中的隧道修复领域，涉及隧道裂缝的修复，具体是一种基于贴壁式无人机的隧道裂缝修复系统。

背景技术

随着我国经济的发展，综合国力的日益增强，交通建设得到迅速的发展，而我国山地众多，工程建设中经常需要修建大量的隧道，在长时间使用后，隧道衬砌会出现裂缝等常见的病害，如果不采取有效的对策，将严重影响隧道的通行安全。目前，国内对隧道裂缝的修复主要依靠人工修复，一般需要有着丰富经验的技术人员来实施，效率低且可靠度差。特别是在对隧道顶部进行修复时，一般要利用升降台帮助技术人员进行近距离修复，从而需要封闭交通，不仅费时费力而且安全性差。总的来说，目前的隧道裂缝修复技术还十分落后，急需研发价格低、效率高、精度高、不影响交通的隧道裂缝修复设备和方法。

裂缝表面修复法是一种较常见的修补方法，它主要基于向裂缝内灌注修复材料达到修复裂缝的目的，适用于对结构承载力没有影响的表面裂缝的处理。与其它修复方法相比较，表面修复法具有操作简便、适应性高、成本较低的优点。

发明内容

为了克服现有隧道修复方法需要封闭交通且成本高、效率低的不足，本发明提供了一种无需封闭交通、成本较低、效率较高的基于贴壁式无人机的隧道裂缝修复系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于贴壁式无人机的隧道裂缝修复系统，所述隧道裂缝修复系统包括：

用于附在隧道衬砌表面，并按设定路径移动的贴壁式无人机；

用于对无人机进行导航的GPS/INS组合导航模块；

用于与地面工作站双向通信，接受工作站的指令信号，并把定位信号、检测信号传给工作站的机载通信及传输模块；

用于控制无人机移动的运动控制器；

用于确认裂缝位置并监控灌注过程的摄像装置；

用于修复隧道衬砌裂缝的修复模块；

用于对贴壁式无人机导航路径进行设计和控制，并能接收、分析和显示无人机传回的检测数据的地面工作站；

所述GPS/INS组合导航模块、车载通信及传输模块、运动控制器、摄像装置和修复模块均安装在所述贴壁式无人机上。

进一步，所述贴壁式无人机包括旋翼、台架和车轮，所述车辆安装在台架底部，所述台架顶部安装所述旋翼，所述台架上放置所述GPS/INS组合导航模块、车载通信及传输模块、运动控制器、摄像装置和超声波检测模块。

再进一步，所述车轮与台架的连接处有转向机构。

所述的GPS/INS组合导航模块由GPS和INS耦合实现组合导航定位，内部封装GPS模块和IMU模块，能在隧道内无信号的环境下进行自主导航，在接受到GPS信号时进行误差分析和调整。

所述摄像装置包括两个带光源的摄像头，用于确认裂缝的位置并监控灌注过程。

所述的修复模块包括压缩空气罐、活塞、灌注装置及伸缩弹簧，所述压缩空气罐安装在固定支座上，在伸缩弹簧作用下灌注装置紧贴裂缝处；在不进行灌注时，伸缩弹簧缩进提起灌注装置使其离开衬砌表面；所述压缩空气罐的出气口处有控制阀并通过软管进入填充材料罐并推动其中的活塞；滚筒通过连杆与车体连接，所述滚筒中设有电热丝。

本发明的技术构思为：近几年来，无人机因其成本低，效费比好，机动性能好，使用方便等特点在各个工程领域中得到了广泛运用。本发明拟基于无人机进行创新性的优化改造，结合隧道衬砌裂缝表面修复的原理，为隧道维护管理提供一种新方法。

本发明的有益效果主要表现在：

1)基于贴壁式无人机的隧道衬砌损伤检测系统，在修复时无需封闭隧道，不影响正常的交通。

2)采用GPS/INS组合导航，隧道出入口有GPS信号处，利用GPS导航修正INS导航误差，实现隧道内的自主巡航。

3)修复时无人机通过轮子紧贴隧道表面，能增加修复的平稳度，保障修复效果。

4)摄像机近距离拍摄裂缝图像，能够分辨出开度大于0.01mm的微小裂缝，并能够监控灌注装置的位置，通过工作站对无人机进行遥控来修复裂缝。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的下部仰视图；

图3是本发明的正视图；

图4是本发明的上部俯视图；

图5是本发明的侧视图；

图6是本发明的惯性导航结构图；

图7是本发明的系统示意图；