CN109085852A - 一种适用于高层非平整结构的飞行机器人*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及高层非平整结构巡检技术领域，具体而言，涉及一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，包括：绕线机、系留线缆、飞行器本体、光流传感器组件、激光测距传感器组件、激光雷达和实时动态测量仪，系留线缆的一端连接于绕线机、另一端连接于飞行器本体，系留线缆为光电复合缆，光流传感器组件、激光测距传感器组件、激光雷达和实时动态测量仪均设置于飞行器本体并与设置于飞行器本体的主控芯片通信连接，还与系留线缆通信连接，系留线缆还与一基站通信连接，如此，能够保证该飞行机器人***在高层非平整结构内巡检时具有较高的可靠性。

Description

一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***

技术领域

本发明实施例涉及高层非平整结构巡检技术领域，具体而言，涉及一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***。

背景技术

随着社会的快速发展，大量高层建筑屹立于城市中。高层建筑在使用过程中会遭受日晒雨淋，建筑结构部分可能出现老化或损伤，特别是针对高层建筑的非平整结构部分，老化或损伤情况更为严重，因此，对高层非平整结构进行巡检，进而及时获得高层非平整结构的老化或损伤情况变得尤为重要。

目前，基于无人机的飞速发展，现有技术一般采用无人机对高层非平整结构进行巡检，但大多数情况下可靠性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，该飞行机器人***在高层非平整结构内巡检时具有较高的可靠性。

本发明实施例提供了一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，包括：绕线机、系留线缆、飞行器本体、光流传感器组件、激光测距传感器组件、激光雷达和实时动态测量仪；

所述系留线缆的一端连接于所述绕线机、另一端连接于所述飞行器本体，所述系留线缆为光电复合缆；

所述光流传感器组件设置于所述飞行器本体，所述激光测距传感器设置于所述飞行器本体靠近所述光流传感器组件的位置，所述激光雷达设置于所述飞行器本体靠近所述光流传感器组件和所述激光测距传感器组件的位置，所述实时动态测量仪设置于所述飞行器本体靠近所述激光雷达的位置；

所述飞行器本体嵌设有主控芯片，所述主控芯片分别与所述系留电缆、所述光流传感器组件、所述激光测距传感器组件、所述激光雷达和所述实时动态测量仪通信连接；

所述系留线缆分别与所述光流传感器组件、所述激光测距传感器组件、所述激光雷达和所述实时动态测量仪通信连接，所述系留线缆还与一基站通信连接，所述系留线缆用于向所述飞行器本体供电，并实时接收所述光流传感器组件、所述激光测距传感器组件、所述激光雷达和所述实时动态测量仪采集的数据，将所述数据传输至所述基站。

可选地，所述飞行器本体包括第一载板；

所述激光雷达设置于所述第一载板的中央；

所述光流传感器组件、所述激光测距传感器组件和所述实时动态测量仪设置于所述第一载板靠近边沿的位置，所述光流传感器、所述激光测距传感器组件和所述实时动态测量仪围绕于所述激光雷达。

可选地，所述第一载板的中央还设置有第一线缆接口，所述系留线缆的一端连接于所述绕线机、另一端连接于所述第一线缆接口。

可选地，所述第一载板还设置有防护罩，所述防护罩开设有多个网格。

可选地，所述光流传感器组件包括第一光流传感器和第二光流传感器，所述激光测距传感器包括第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，所述实时动态测量仪包括第一实时动态测量仪和第二实时动态测量仪；

所述第一光流传感器和所述第一激光测距传感器固定于所述第一载板靠近第一边沿的位置，所述第二光流传感器和所述第二激光测距传感器固定于所述第一载板靠近第二边沿的位置，其中，所述第二边沿与所述第一边沿相对；

所述第一实时动态测量仪固定于所述第一载板靠近第三边沿的位置，所述第二实时动态测量仪固定于所述第一载板靠近第四边沿的位置，其中，所述第三边沿与所述第四边沿相对；

所述第一光流传感器、所述第一激光测距传感器、所述第一实时动态测量仪、所述第二光流传感器、所述第二激光测距传感器和所述第二实时动态测量仪围绕于所述激光雷达；

所述第一光流传感器、所述第一激光测距传感器、所述第一实时动态测量仪、所述第二光流传感器、所述第二激光测距传感器和所述第二实时动态测量仪均与所述主控芯片通信连接；

所述第一光流传感器、所述第一激光测距传感器、所述第一实时动态测量仪、所述第二光流传感器、所述第二激光测距传感器和所述第二实时动态测量仪均与所述系留线缆通信连接。

可选地，所述飞行器本体还包括第二载板，所述光流传感器组件还包括第三光流传感器，所述激光测距传感器组件还包括第三激光测距传感器；

所述第二载板与所述第一载板固定连接，所述主控芯片设置于所述第一载板和所述第二载板之间；

所述第三光流传感器和所述第三激光测距传感器固定于所述第二载板远离所述第一载板的一侧；

所述第三光流传感器和所述第三激光测距传感器均与所述主控芯片通信连接；

所述第三光流传感器和所述第三激光测距传感器均与所述系留线缆通信连接。

可选地，所述第二载板的中央还设置有第二线缆接口，所述系留线缆的一端连接于所述绕线机、另一端连接于所述第二线缆接口。

可选地，所述飞行机器人***还包括云台相机，所述云台相机固定于所述第二载板远离所述第一载板的一侧，所述云台相机远离所述第三光流传感器和所述第三激光测距传感器。

可选地，所述飞行机器人***还包括备用锂电池，所述备用锂电池设置于所述第一载板和所述第二载板之间，所述备用锂电池与所述主控芯片通信连接；

当所述主控芯片没有接收到所述系留线缆传输的电能时，所述主控芯片用于从所述备用锂电池中提取电能。

可选地，所述主控芯片与所述绕线机通信连接；

所述主控芯片用于获取所述飞行器本体的飞行高度，根据所述飞行高度生成用于调整所述系留线缆长度的调整指令，将所述调整指令发送至所述绕线机；

所述绕线机用于接收所述调整指令，根据所述调整指令对所述系留线缆的长度进行调整。

本发明实施例提供的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，系留线缆采用光电复合缆，在对飞行器本体进行供电的同时能够实时接收光流传感器组件、激光测距传感器组件、激光雷达和实时动态测量仪采集的数据，一方面能够提高整个飞行机器人***的续航能力，保证飞行机器人***能够长时间巡检，另一方面能够实时接收数据并将数据传输至基站，保证了数据的及时性，进而保证了该飞行机器人***在高层非平整结构内巡检时的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***的结构示意图。

图2为本发明实施例所提供的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***的另一结构示意图。

图3为本发明实施例所提供的一种飞行器本体的第一视角示意图。

图4为本发明实施例所提供的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***的巡检示意图。

图5为本发明实施例所提供的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***的定位示意图。

图标：

100-一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***；

1-绕线机；

2-系留线缆

31-第一载板；311-第一线缆接口；312-防护罩；32-第二载板；321-第二线缆接口；

41-第一光流传感器；42-第二光流传感器；43-第三光流传感器；

51-第一激光测距传感器；52-第二激光测距传感器；53-第三激光测距传感器；

6-激光雷达；

71-第一实时动态测量仪；72-第二实时动态测量仪；

8-云台相机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

发明人经调查发现，现有的采用无人机对高层非平整结构进行巡检的技术大多可靠性较低，发明人针对现有的无人机巡检技术进行了仔细分析发现现有的无人机在对高层非平整结构进行巡检时，续航能力弱，数据信息传输存在延迟，并且通过传感器采集到的数据信息不准确。

以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。

基于上述研究，本发明实施例提供了一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，该飞行机器人***在高层非平整结构内巡检时具有较高的可靠性。

首先，基于现有技术存在的问题，本实施例通过采用光电复合缆代替一般的线缆，一方面能够实现可靠供电，保证飞行机器人***的续航能力，另一方面，光电复合缆能够用于传输数据信号，保证了数据传输的及时性，其次，本实施例对飞行机器人***的各个传感器的设置位置进行了巧妙设计，能够保证各个传感器采集到的数据信息的准确性，进而保证飞行机器人***在高层非平整结构内巡检时的可靠性。

图1示出了本发明实施例所提供的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***100，由图可见，该飞行机器人***100包括绕线机1、系留线缆2、飞行器本体、光流传感器组件、激光测距传感器组件、激光雷达6、实时动态测量仪、云台相机和备用锂电池。

其中，飞行器本体包括第一载板31和第二载板32，可以理解，第一载板31为上载板，第二载板32为下载板，第一载板31和第二载板32固定连接，第一载板31和第二载板32之间设置有主控芯片。

进一步地，光流传感器组件包括第一光流传感器41、第二光流传感器42和第三光流传感器43，其中，第一光流传感器41和第二光流传感器42为水平光流传感器，第三光流传感器43为向下光流传感器，激光测距传感器组件包括第一激光测距传感器51、第二激光测距传感器52和第三激光测距传感器53，其中，第一激光测距传感器51和第二激光测距传感器52为水平激光测距传感器，第三激光测距传感器53为向下激光测距传感器，实时动态测量仪包括第一实时动态测量仪71和第二实时动态测量仪72。

请继续参阅图1，激光雷达6设置于第一载板31的中央，第一光流传感器41和第一激光测距传感器51固定于第一载板31靠近第一边沿的位置，第二光流传感器42和第二激光测距传感器52固定于第一载板31靠近第二边沿的位置，其中，第二边沿与第一边沿相对，第一实时动态测量仪71固定于第一载板31靠近第三边沿的位置，第二实时动态测量仪72固定于第一载板31靠近第四边沿的位置，其中，第四边沿与第三边沿相对。可以理解，第一光流传感器41、第一激光测距传感器51、第一实时动态测量仪71、第二光流传感器42、第二激光测距传感器52和第二实时动态测量仪72围绕于激光雷达6。

请参阅图2，第三光流传感器43和第三激光测距传感器53固定于第二载板32远离第一载板31的一侧，其中，第三光流传感器43和第三激光测距传感器53朝向地面，云台相机8固定于第二载板32远离第一载板31的一侧，云台相机8远离第三光流传感器43和第三激光测距传感器53。

请结合参阅图1和图2，第一光流传感器41、第二光流传感器42、第三光流传感器43、第一激光测距传感器51、第一激光测距传感器52、第三激光测距传感器53、激光雷达6、第一实时动态测量仪71、第二实时动态测量仪72和云台相机8均与主控芯片通信连接，同时，第一光流传感器41、第二光流传感器42、第三光流传感器43、第一激光测距传感器51、第一激光测距传感器52、第三激光测距传感器53、激光雷达6、第一实时动态测量仪71、第二实时动态测量仪72和云台相机8还与系留线缆2通信连接。

可选地，系留线缆2还与一地面基站通信连接，该系留线缆2用于向飞行器本体供电，例如，向传感器、测量仪、主控芯片和旋翼供电，同时，由于系留线缆2为光电复合缆，它还能够实时接收第一光流传感器41、第二光流传感器42、第三光流传感器43、第一激光测距传感器51、第一激光测距传感器52、第三激光测距传感器53、激光雷达6、第一实时动态测量仪71、第二实时动态测量仪72和云台相机8采集的数据信息，例如光流数据、测距数据、雷达扫描数据和视频数据等，这些数据信息可以通过系留线缆2传输至基站，如此设置，既能够保证整个飞行机器人***100的续航能力，又能保证数据信息采集和获取的及时性，进而提高整个飞行机器人***100在高层非平整结构内巡检时的可靠性。

在本实施例中，激光测距传感器为TOF传感器，实时动态测量仪为RTK。

可选地，备用锂电池设置于第一载板和第二载板之间，备用锂电池与主控芯片通信连接，当主控芯片没有接收到系留线缆传输的电能时，主控芯片能够从备用锂电池中提取电能，如此设置，能够保证飞行器本体在遭遇突然断电时，依旧可以依靠备用锂电池降落回地面，例如，若主控芯片开始从备用锂电池中抽取电能，主控芯片可以拒绝操作端发送的一切操作指令，进而自动控制飞行器本体降落回地面，如此设置，能够保证在突然断电时，飞行器本体不会遭到损坏。

可选地，请继续参阅图1和图2，主控芯片与绕线机1通信连接，主控芯片还可以用于获取飞行器本体的飞行高度，根据飞行高度生成用于调整系留线缆2长度的调整指令并将该调整指令发送至绕线机1。绕线机1用于接收调整指令，根据调整指令对系留线缆的长度进行调整，如此设置，能够在飞行过程中尽可能减少系留线缆2对飞行器本体的阻力，提高飞行效率。

此外，当测量大坝这种高层非平整结构时，绕线机的海拔一般高于飞行器本体，现有的飞行器本体一般将线缆接口设置于飞行器本体下部，在这种情况下可能会增加系留线缆对飞行器本体的牵引力，降低飞行器的飞行效率，对此，本发明实施例也作了对应改进，请参阅图3，由图可见，第一载板31的中央设置有第一线缆接口311，第二载板32的中央设置有第二线缆接口321，可以理解，系留线缆2可以连接于第一线缆接口311，也可以连接于第二线缆接口321，如此设置，能够很好的消除系留线缆2对飞行器本体的牵引力，又例如，当绕线机的海拔低于飞行器本体时，系留线缆2可以连接于第二线缆接口。

进一步地，请继续参阅图3，第一载板31还设置有防护罩312，防护罩312开设有多个网格，防护罩312的设置，能够防止系留线缆2绕设于旋翼(螺旋桨)进而引发事故，网格的设置能够保证旋翼(螺旋桨)产生的气流，进而保证飞行器本体能够飞起。

请参阅图4，由图可见，在飞行时，飞行器本体带动系留线缆2，进一步地，为了降低系留线缆2对飞行器本体的横向拉力，可以等到系留线缆2拉出足够长度且触及高层非平整结构底部，然后再对飞行器本体进行横向运动控制。

请参阅图5，由图可见，激光雷达能够实时扫描飞行器本体所在平面，获取飞行器本体的周边障碍信息。光流传感器组件、激光测距传感器组件、实时动态测量仪能够协同配合实现对飞行器本体的空间位置和空间姿态定位。例如，第一光流传感器和第一激光测距传感器对区域A的光流数据和测距数据进行采集，第二光流传感器和第二激光测距传感器对区域B的光流数据和测距数据进行采集，第三光流传感器和第三激光测距传感器对区域C的光流数据和测距数据进行采集，主控芯片获取这些数据信息，然后通过融合定位算法和卷积神经网络计算出飞行器本体的空间位置信息和空间姿态信息，以实现对飞行器本体的准确定位。

可选地，若系留线缆挂到障碍物上时，主控芯片可以控制系留线缆脱离，进而保障飞行器本体。例如，若主控芯片接收到操控指令，然而采集到的数据信息(光流数据、测距数据和视频数据等)没有发生变化，表明系留线缆可以挂到障碍物，此时，主控芯片控制系留线缆与第一线缆接口/第二线缆接口脱离，以保障飞行器本体的飞行。

综上，本发明实施例所提供的一种适用于高层非平整结构的飞行器***，在对高层非平整结构进行巡检时，续航能力强，数据信息采集传输及时且定位准确，具有较高的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，其特征在于，包括：绕线机、系留线缆、飞行器本体、光流传感器组件、激光测距传感器组件、激光雷达和实时动态测量仪；

所述系留线缆的一端连接于所述绕线机、另一端连接于所述飞行器本体，所述系留线缆为光电复合缆；

所述光流传感器组件设置于所述飞行器本体，所述激光测距传感器设置于所述飞行器本体靠近所述光流传感器组件的位置，所述激光雷达设置于所述飞行器本体靠近所述光流传感器组件和所述激光测距传感器组件的位置，所述实时动态测量仪设置于所述飞行器本体靠近所述激光雷达的位置；

所述飞行器本体嵌设有主控芯片，所述主控芯片分别与所述系留电缆、所述光流传感器组件、所述激光测距传感器组件、所述激光雷达和所述实时动态测量仪通信连接；

所述系留线缆分别与所述光流传感器组件、所述激光测距传感器组件、所述激光雷达和所述实时动态测量仪通信连接，所述系留线缆还与一基站通信连接，所述系留线缆用于向所述飞行器本体供电，并实时接收所述光流传感器组件、所述激光测距传感器组件、所述激光雷达和所述实时动态测量仪采集的数据，将所述数据传输至所述基站。

2.根据权利要求1所述的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，其特征在于，所述飞行器本体包括第一载板；

所述激光雷达设置于所述第一载板的中央；

所述光流传感器组件、所述激光测距传感器组件和所述实时动态测量仪设置于所述第一载板靠近边沿的位置，所述光流传感器、所述激光测距传感器组件和所述实时动态测量仪围绕于所述激光雷达。

3.根据权利要求2所述的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，其特征在于，所述第一载板的中央还设置有第一线缆接口，所述系留线缆的一端连接于所述绕线机、另一端连接于所述第一线缆接口。

4.根据权利要求3所述的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，其特征在于，所述第一载板还设置有防护罩，所述防护罩开设有多个网格。

5.根据权利要求2所述的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，其特征在于，所述光流传感器组件包括第一光流传感器和第二光流传感器，所述激光测距传感器包括第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，所述实时动态测量仪包括第一实时动态测量仪和第二实时动态测量仪；

所述第一光流传感器和所述第一激光测距传感器固定于所述第一载板靠近第一边沿的位置，所述第二光流传感器和所述第二激光测距传感器固定于所述第一载板靠近第二边沿的位置，其中，所述第二边沿与所述第一边沿相对；

所述第一实时动态测量仪固定于所述第一载板靠近第三边沿的位置，所述第二实时动态测量仪固定于所述第一载板靠近第四边沿的位置，其中，所述第三边沿与所述第四边沿相对；

所述第一光流传感器、所述第一激光测距传感器、所述第一实时动态测量仪、所述第二光流传感器、所述第二激光测距传感器和所述第二实时动态测量仪围绕于所述激光雷达；

所述第一光流传感器、所述第一激光测距传感器、所述第一实时动态测量仪、所述第二光流传感器、所述第二激光测距传感器和所述第二实时动态测量仪均与所述主控芯片通信连接；

所述第一光流传感器、所述第一激光测距传感器、所述第一实时动态测量仪、所述第二光流传感器、所述第二激光测距传感器和所述第二实时动态测量仪均与所述系留线缆通信连接。

6.根据权利要求5所述的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，其特征在于，所述飞行器本体还包括第二载板，所述光流传感器组件还包括第三光流传感器，所述激光测距传感器组件还包括第三激光测距传感器；

所述第二载板与所述第一载板固定连接，所述主控芯片设置于所述第一载板和所述第二载板之间；

所述第三光流传感器和所述第三激光测距传感器固定于所述第二载板远离所述第一载板的一侧；

所述第三光流传感器和所述第三激光测距传感器均与所述主控芯片通信连接；

所述第三光流传感器和所述第三激光测距传感器均与所述系留线缆通信连接。

7.根据权利要求6所述的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，其特征在于，所述第二载板的中央还设置有第二线缆接口，所述系留线缆的一端连接于所述绕线机、另一端连接于所述第二线缆接口。

8.根据权利要求6所述的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，其特征在于，所述飞行机器人***还包括云台相机，所述云台相机固定于所述第二载板远离所述第一载板的一侧，所述云台相机远离所述第三光流传感器和所述第三激光测距传感器。

9.根据权利要求6所述的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，其特征在于，所述飞行机器人***还包括备用锂电池，所述备用锂电池设置于所述第一载板和所述第二载板之间，所述备用锂电池与所述主控芯片通信连接；

当所述主控芯片没有接收到所述系留线缆传输的电能时，所述主控芯片用于从所述备用锂电池中提取电能。

10.根据权利要求1所述的一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***，其特征在于，所述主控芯片与所述绕线机通信连接；

所述主控芯片用于获取所述飞行器本体的飞行高度，根据所述飞行高度生成用于调整所述系留线缆长度的调整指令，将所述调整指令发送至所述绕线机；

所述绕线机用于接收所述调整指令，根据所述调整指令对所述系留线缆的长度进行调整。