本发明涉及钢结构疲劳裂纹检测装置领域，具体地，涉及一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人及控制方法。
背景技术：
1、我国是桥梁大国，也是钢铁大国。因钢材具有轻质高强、可加工性好等优良的材料特性，其被广泛的应用于桥梁的建造中。在现代桥梁建设的过程中，钢结构桥梁的认可程度越来越高，据统计，为了缓解原有桥梁的交通运输压力，同时也为了大力发展经济建设，横跨长江和黄河等大型河流的一千米以上的钢结构桥梁建设速度为每年六座，平均每座桥梁消耗的钢材为一万吨。我国近年来建设了大量的钢结构桥梁，范围覆盖面相当广，包括铁路桥、公路桥、公铁两用桥以及人行桥。
2、其中由纵肋、横梁和盖板三者之间焊接组成的正交异性钢桥面板因其结构自重轻、整体效率高、跨越能力强、抗震性能好等优点，成为了大、中跨度钢结构桥梁桥面板的首选结构。当今，世界上有着数以千计的正交异性钢桥面板桥梁。然而，由于正交异性钢桥面板直接承受车辆的局部作用，应力扩散作用小，车辆驶过会引起数次应力循环，加上焊接节点的应力集中和难免的焊接缺陷，钢桥面板易于疲劳开裂，对桥梁安全性和功能可靠性产生严重影响。近几十年来，国内外大量钢桥面板工程中都已发现了不同程度的疲劳裂纹，需要对这些裂纹的影响进行定量评估并在此基础上制定养护维修策略，以确保桥梁的安全正常运营。钢桥面板疲劳裂纹检测与监测是其中最重要的基础工作，裂纹实测数据是否全面及准确，直接关系到评估结果的正确性以及养护维修对策的有效性。
3、目前，钢桥面板疲劳裂纹检测以人工检测为主，检测人员手持检测设备，近距离测量并记录疲劳裂纹的位置及长度，因检测工作量大且检测时空不连续，致使存在检测效率低、成本高及微小裂纹易漏检的缺点。公告号为cn115772850a的中国专利，提出了一种铁路桥梁表面裂纹自动检测机器人，但该裂纹自动检测机器人的单次巡检范围较小，需要人工安装于裂纹区域，无法实现疲劳裂纹的大范围检测。公告号为cn115639209a的中国专利，提出了一种钢箱梁疲劳裂纹智能检测系统，但该检测系统须运行于提前铺设的柔性轨道上，存在机器人无法全方位自由行走的问题。公告号为cn109613010a的中国专利，提出了正交异性钢桥面板疲劳裂纹检测系统，但该检测系统无法实现全方位、无死角的图像采集。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人及其控制方法。
2、根据本发明的一个方面，提供一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，包括：
3、机械主体，所述机械主体为带有磁性履带的空腔结构；
4、动力与传动装置，所述动力与传动装置与机械主体连接，驱动机器人完成前进、后退或翻越动作；
5、裂纹图像采集装置，所述裂纹图像采集装置设置于所述机械主体外部，采集裂纹图像信息以及距离信息；
6、无刷电机云台装置，所述无刷电机云台装置安装于所述机械主体内部，调整所述裂纹图像采集装置的角度，并基于所述裂纹图像信息以及距离信息，获得相机成像平面与疲劳裂纹所在物理平面之间的单应性变换矩阵，提取裂纹的几何特征；
7、环境感应装置，所述环境感应装置设置于所述机械主体外部，采集机器人运动过程中的环境信息；
8、主电路板，所述主电路板设置于所述机械主体内部，与所述裂纹图像采集装置、无刷电机云台装置以及环境感应装置通信，实现机器人整体的协同控制与运动。
9、优选地，所述机械主体，包括：
10、折弯钣金件，两个所述折弯钣金件拼接构成空腔；所述空腔内部安装所述无刷电机云台装置；
11、铝型材，所述铝型材连接于所述钣金件的底部；
12、侧板，两个所述侧板均呈正三角形，分别连接于所述折弯钣金件的两侧；
13、履带，所述履带环绕与所述侧板外周，整体呈三角形结构；
14、永磁体，所述永磁体均布在所述履带，使得履带能够吸附于u肋、横梁和顶板上，通过动力与传动装置驱动实现直线行走、掉头或转向。
15、优选地，所述动力与传动装置数量为两个，分别安装于所述机械主体的两侧；每个所述动力与传动装置包括：
16、主动轮，所述主动轮设置于所述侧板的一角，与所述履带啮合；
17、有刷直流电机，所述有刷直流电机设置于侧板内部，与所述主动轮相应连接并为之提供旋转力矩；
18、从动轮，所述从动轮设置于每个所述侧板的剩余两角，与所述履带啮合。
19、优选地，所述裂纹图像采集装置数量为两个，分别安装所述机械主体的两侧，每个所述裂纹图像采集装置，包括：
20、基座，所述基座与所述无刷电机云台装置连接；
21、裂纹图像采集相机，所述裂纹图像采集相机安装于所述基座上，采集裂纹图像信息；
22、激光测距模块，多个所述激光测距模块安装于所述基座上，采集距离信息；
23、补光灯，至少一个所述补光灯安装于所述基座上，提供拍摄光源。
24、优选地，所述基于所述裂纹图像信息以及距离信息，获得相机成像平面与疲劳裂纹所在物理平面之间的单应性变换矩阵，提取裂纹的几何特征，包括：
25、裂纹图像采集相机拍摄一张裂纹图片，获得裂纹图像信息；
26、多个所述激光测距模块依次工作，测量裂纹距离信息；
27、基于所述图像信息和所述距离信息，计算单应性变换矩阵；
28、利用所述单应性变换矩阵计算裂纹轮廓的世界坐标，计算出裂纹的长度与宽度。
29、优选地，所述无刷电机云台装置，包括：
30、云台底板，所述云台底板固定于所述机械主体内部；
31、云台电路板，所述云台电路板为整个无刷电机云台装置的控制面板，固定于所述云台底板，所述云台电路板包括通信单片机、柔性电路板连接器和接插件连接器；所述柔性电路板连接器和所述接插件连接器使得所述通信单片机具备串口通信能力，与所述主电路板和所述裂纹图像采集装置通信协调；
32、无刷电机，所述无刷电机固定于所述云台电路板，为所述裂纹图像采集装置分别提供调整角度的动力；
33、裂纹图像采集装置固定件，所述裂纹图像采集装置固定件连接所述无刷电机，用于安装所述裂纹图像采集装置。
34、优选地，所述主电路板，包括：
35、电源连接器，所述电源连接器用于安装锂电池建立供电；
36、主控单片机，所述主控单机片为所述主电路板的主控芯片；
37、显示屏，所述显示屏用于显示机器人状态信息以及功能调试；
38、欠压保护芯片，所述欠压保护芯片用于实时监控所述锂电池电压；
39、电机驱动降压芯片，所述电机驱动降压芯片用于对电池电压降压驱动有刷直流电机与无刷电机的电路；
40、数字电路降压芯片，所述数字电路降压芯片用于对电池电压降压驱动数字电路；
41、有刷直流电机驱动芯片，用于接收所述主控单机片的信息，并调节电流使其满足有刷直流电机对驱动电流的需求。
42、优选地，所述环境感应装置，包括：
43、直线循迹相机，所述直线循迹相机实时捕获前进方向画面，并传输至所述主控单片机进行图像处理；所述图像处理包括，计算前进路径的偏移角度进而得到所述有刷直流电机输出的功率百分比，精确控制机器人的前进路线；
44、激光测距模块，多个所述激光测距模块安装在所述机械主体的前方以及两侧，用于感知机器人周围环境；位于前方的所述激光测距模块不断测量前方是否存在障碍物，当存在障碍物时停止机器人停止前进；位于两侧的所述激光测距模块将不断测量机器人与两侧u肋之间的距离，以判断机器人是否正确运行于预定路线上，若机器人偏离了预定路线，所述主控单片机将根据激光测距模块所测量的数据进行路线修正工作。
45、根据本发明的第二个方面，提供一种基于钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人的控制方法，包括：
46、将机器人吸附于横梁、u肋或顶板上；
47、控制动力与传动装置驱动机器人运动，使机器人运行至裂纹区域；
48、控制无刷电机云台装置旋转，调整所述裂纹图像采集装置的仰角，使裂纹图像采集装置正对裂纹；
49、控制裂纹图像采集装置采集裂纹图像和距离信息；
50、无刷电机云台装置安装的通信单片机计算出裂纹图像采集相机成像平面与疲劳裂纹所在平面之间的单应性变换矩阵，提取裂纹的几何特征。
51、优选地，在机器人运行时，直线循迹相机实时采集前进方向画面，并传输给主控单片机；
52、激光测距模块将实时测量机器人与两侧u肋之间的距离，并传输给主控单机片；
53、所述主控单片机接收所述直线循迹相机捕获的画面，激光测距模块测量的距离值，完成路径规划，确定行进方向，最终输出驱动两个有刷直流电机的信号。
54、与现有技术相比，本发明实施例至少具有如下的一项有益效果：
55、本发明实施例中的钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，无需特别设计驱动结构，其磁吸附力均匀分布于每节履带上，仅需通过履带的转动，便能有效重新分配磁力至目标壁面，进而实现在钢桥面板上的顺利移动，使机器人能实现任意平面之间的翻越，完成疲劳裂纹全方位、无死角采集及裂纹尺寸的精准测量，并通过无刷电机云台装置实时无线传输至远程终端。
56、本发明实施例中的钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，通过控制有刷直流电机旋转，采用永磁吸附履带行走于钢桥面板顶板、横梁以及u肋上，并实现钢桥面板结构主体之间的相互翻越。
57、本发明实施例中的钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，通过控制无刷电机云台旋转，可调整裂纹图像采集装置的自由转动，实现钢桥面板疲劳裂纹全方位、无死角采集以及裂纹尺寸的精准测量，满足实际工程中对在役正交异性钢桥面板疲劳裂纹检测要求，可应用于实际工程。
1.一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，其特征在于，所述机械主体，包括：
3.根据权利要求2所述一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，其特征在于，所述动力与传动装置数量为两个，分别安装于所述机械主体的两侧；每个所述动力与传动装置包括：
4.根据权利要求1所述的一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，其特征在于，所述裂纹图像采集装置数量为两个，分别安装所述机械主体的两侧，每个所述裂纹图像采集装置，包括：
5.根据权利要求4所述的一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，其特征在于，所述基于所述裂纹图像信息以及距离信息，获得相机成像平面与疲劳裂纹所在物理平面之间的单应性变换矩阵，提取裂纹的几何特征，包括：
6.根据权利要求1所述的一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，其特征在于，所述无刷电机云台装置，包括：
7.根据权利要求1所述的一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，其特征在于，所述主电路板，包括：
8.根据权利要求7所述的一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人，其特征在于，所述环境感应装置，包括：
9.一种基于权利要求1-8任一项所述的钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人的控制方法，其特征在于，
10.根据权利要求9所述的一种钢桥面板裂纹图像采集履带式机器人的控制方法，其特征在于，在机器人运行时，直线循迹相机实时采集前进方向画面，并传输给主控单片机；
