CN105460210A - 用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，涉及无人飞行器领域。本发明包括机体、六个可折叠机臂组件、仰视相机云台、二轴激光云台、超声避障装置和可收放起落架，其中可折叠机臂由电机、桨叶、避碰结构、机臂及可折叠结构组成。本发明针对桥梁检测用途，开发设计仰视相机云台，用于拍摄桥底面及桥墩缺陷信息；设计激光扫描测距仪云台，用于在桥底二维特征的扫描以及桥底无GPS环境下飞行器的定位；设计超声避障装置，用于飞行器在复杂环境下的避障；可折叠机臂可方便的快速折叠与展开，有效地解决了较大尺寸无人飞行器不方便携带的问题。

Description

用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器
技术领域
本发明涉及无人飞行器领域，尤其涉及一种用于桥梁检测的六旋翼无人飞行器。
背景技术
近年来，随着新型材料、微机电(MEMS)、微惯导(MIMU)及飞行控制等技术的进步，微小型无人飞行器(MUAVs)正快速发展并且受到越来越多的关注。多旋翼无人机作为微小型无人飞行器的一种，其具有尺寸小、机械结构简单、能够垂直起落与悬停的特点，在军事、民用、工业、农业等领域上都有很广泛的应用前景。目前绝大多数的多旋翼无人飞行器在室外通过GPS进行定位，在室内一般通过VICON等运动捕捉***进行定位飞行，在无GPS和外部定位的情况下，如桥面以下的环境下，飞行器无法实现稳定定位。
另一方面，我国的公路、市政桥梁事业在近些年发展迅速，桥梁建设作为国家重要的基础建设之一，关系到整个国家经济与社会的发展。自改革开放以来，我国的桥梁建设不断地发展，至2014年底我国的公路桥梁和城市桥梁就已分别建成71.3万座和5.8万座。然而公路桥梁等基础设施在自然条件的风吹日晒以及车辆行驶的作用下，会出现一些劣化的问题，这种劣化问题如果没有及时检测出来，进一步恶化后就会出现严重的事故。尤其是桥梁，桥梁垮塌事故的频繁发生，严重威胁了人员的安全以及社会的稳定，所以必须要对桥梁等进行经常性的检测与维护。桥梁检测一般通过桥梁检测工程车、搭建脚手架等方式进行，传统的桥梁检测方式效率低且检测过程麻烦，检测人员的安全也存在隐患，而且存在许多检测的盲区检测人员无法进行检测。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于桥梁检测的六旋翼无人飞行器，免去出动检测工程车和搭建脚手架等复杂工程步骤，并能对现有检测方法的检测盲区进行补充检测。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何通过无人飞行器的方式替代现有的桥梁检测手段和检测方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，包括机体、六个可折叠机臂组件、仰视相机云台、二轴激光云台、超声避障装置和可收放起落架，其中所述可折叠机臂组件通过螺栓安装于所述机体上；所述可折叠机臂组件包括电机、桨叶、避碰结构、机臂及可折叠结构；所述仰视相机云台安装在所述机体顶部；所述超声避障装置安装在所述仰视相机云台下方；所述二轴激光云台安装在所述机体的前下方，所述二轴激光云台上安装有激光扫描测距仪；所述可收放起落架安装于所述机体下方。
进一步地，所述可折叠结构包括固定基座和定位销，所述可折叠结构安装于所述机臂末端。
进一步地，所述机臂完全展开后机臂与水平方向有5度的夹角。
进一步地，两个所述电机的轴线最远距离为900mm。
进一步地，所述机臂之间的夹角为60°。
进一步地，所述仰视相机云台的转动范围为正前方到正上方之间，被配置为仰拍上方和前方的画面。
进一步地，所述二轴激光云台被配置为保证所述激光扫描测距仪始终保持水平，不会随着飞行器姿态的改变而改变。
进一步地，所述超声避障装置包括六个超声测距传感器，每个所述超声测距传感器的波束角为40°，所述超声避障装置与所述机体的高度差为180mm以上。
进一步地，所述超声避障装置的中前后方向分别固定两个所述超声测距传感器，每两个所述超声测距传感器夹角为20°。
进一步地，所述机臂展开时，所述定位销卡住所述机臂的末端；所述机臂收放时，所述定位销退出卡槽，旋转所述机臂到折叠状态。
为解决传统桥梁检测中存在的问题，本发明的目的在于提供一种便携式的六旋翼无人飞行器，来辅助桥梁检测，解决传统桥梁检测过程的效率低、检测过程麻烦、检测存在盲区等问题，并且实现无人飞行器在桥底无GPS环境下的稳定定位、自主避障与稳定飞行。
本发明解决技术问题的技术方案如下：六旋翼飞行器的组成包括机体、六个可折叠机臂组件、可收放起落架、仰视相机云台及相机、激光扫描测距仪及其二轴激光云台、超声避障装置，其中可折叠机臂由电机、桨叶、避碰结构、机臂及可折叠结构组成。可折叠结构固定基座和定位销两部分组成，安装于机臂末端。六个可折叠的机臂通过螺栓安装于机体上，机臂之间的夹角为60°。可折叠的机臂大大提高了飞行器的便携性。机臂完全展开后，飞行器的两个电机轴线最远的距离(轴距)为800mm～900mm。每个机臂之间的夹角为60度。机臂完全展开后机臂与水平方向有5度的夹角。飞行器的顶部固定仰视消抖云台，云台行固定相机，用于拍摄桥墩及桥底面的缺陷信息。云台下方是超声避障装置，该结构由6个超声传感器组成，其中每个超声传感器的波束角为40°，6个超声传感器分别用于检测前后左右方向的障碍物，其中前后方向分别固定两个超声传感器，每两个超声传感器夹角为20°，以扩大对障碍物的检测范围，超声避障装置固定与机体上方180mm以上。在飞行器的前下方安装一个二轴激光云台，上面安装激光测距传感器，用于扫描周围环境的二维信息，并获得飞行器的相对位置，以实现桥底无GPS环境下飞行器的定位。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的飞行器侧视图；
图2是本发明的一个较佳实施例的飞行器主视图；
图3是本发明的一个较佳实施例的飞行器俯视图；
图4是本发明的一个较佳实施例的飞行器可折叠结构收起时的示意图；
图5是本发明的一个较佳实施例的飞行器可折叠结构展开后的示意图；
图6是本发明的一个较佳实施例的飞行器机臂与机身夹角示意图；
图7是本发明的一个较佳实施例的飞行器的二轴激光云台示意图；
图8是本发明的一个较佳实施例的飞行器的超声避障装置以及仰视相机云台示意图；
图9是本发明的一个较佳实施例的飞行器立体图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细说明。
图9是本发明所述用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器的立体图。如图1、图2和图3所示，本发明所述便携式六旋翼飞行器，包括机体、六个可折叠机臂、可收放起落架、仰式相机云台及相机、激光扫描测距仪及其二轴激光云台、超声避障装置，其中可折叠机臂由电机、桨叶、避碰结构、机臂及可折叠结构组成。机臂通过螺栓安装于机体上，机臂之间的夹角为60°。机臂完全展开后，飞行器的两个电机轴线最远的距离(轴距)为800mm。每个机臂之间的夹角为60度。飞行器的顶部固定仰视消抖云台，云台行固定相机，用于拍摄桥墩及桥底面的缺陷信息。云台下方是超声避障装置，该结构由6个超声传感器组成，分别用于检测前后左右方向的障碍物。在飞行器的前下方安装一个二轴激光云台，云台上安装激光测距传感器，用于扫描周围环境的二维信息，并获得飞行器的相对位置，以实现桥底无GPS环境下飞行器的定位。
如图4和图5所示，本发明的一种用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器的可折叠机臂的折叠结构。该可折叠结构固定基座和定位销两部分组成，安装于机臂末端。机臂展开时，定位销卡住机臂末端；收放时，定位销推出卡槽，旋转机臂到折叠状态。如图6所示为机臂展开后，机臂与机身水平方向的夹角为5°。
图7为本发明的一种用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器的激光测距传感器及其云台的安装示意图。激光测距传感器固定于二轴激光云台上，并调整至重心通过两个电机的轴心。然后通过悬挂结构固定与机身的两个碳管上，并处于飞行器的前下方的位置。电池固定与机身的后下方，通过调整电池距机身中心的距离，可以调整飞行器的重心位于几何中心位置。
如图8所示，本发明的一种用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器的超声避障装置以及仰视相机云台的安装示意图。超声避障装置由6个超声传感器组成，其中每个超声传感器的波束角为40°，6个超声传感器分别用于检测前后左右方向的障碍物，其中前后方向分别固定两个超声传感器，每两个超声传感器夹角为20°，以扩大对障碍物的检测范围，超声避障装置固定与机体上方180mm。超声避障装置上方固定相机及其云台，云台向上安装，相机的视野范围在正前方到正上方之间，分别可以拍摄桥墩及桥底面的缺陷信息。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，其特征在于，包括机体、六个可折叠机臂组件、仰视相机云台、二轴激光云台、超声避障装置和可收放起落架，其中所述可折叠机臂组件通过螺栓安装于所述机体上；所述可折叠机臂组件包括电机、桨叶、避碰结构、机臂及可折叠结构；所述仰视相机云台安装在所述机体顶部；所述超声避障装置安装在所述仰视相机云台下方；所述二轴激光云台安装在所述机体的前下方，所述二轴激光云台上安装有激光扫描测距仪；所述可收放起落架安装于所述机体下方。
2.如权利要求1所述的用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，其特征在于，所述可折叠结构包括固定基座和定位销，所述可折叠结构安装于所述机臂末端。
3.如权利要求1所述的用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，其特征在于，所述机臂完全展开后机臂与水平方向有5度的夹角。
4.如权利要求1所述的用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，其特征在于，两个所述电机的轴线最远距离为800mm～900mm。
5.如权利要求1所述的用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，其特征在于，所述机臂之间的夹角为60°。
6.如权利要求1所述的用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，其特征在于，所述仰视相机云台的转动范围为正前方到正上方之间，被配置为仰拍上方和前方的画面。
7.如权利要求1所述的用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，其特征在于，所述二轴激光云台被配置为保证所述激光扫描测距仪始终保持水平，不会随着飞行器姿态的改变而改变。
8.如权利要求1所述的用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，其特征在于，所述超声避障装置包括六个超声测距传感器，每个所述超声测距传感器的波束角为40°，所述超声避障装置与所述机体的高度差为180mm以上。
9.如权利要求8所述的用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，其特征在于，所述超声避障装置的中前后方向分别固定两个所述超声测距传感器，每两个所述超声测距传感器夹角为20°。
10.如权利要求2所述的用于桥梁检测的便携式六旋翼飞行器，其特征在于，所述机臂展开时，所述定位销卡住所述机臂的末端；所述机臂收放时，所述定位销退出卡槽，旋转所述机臂到折叠状态。
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