一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统技术方案

一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统，包括四旋翼飞行模块、控制模块、电磁吸附式损伤检测模块以及一个光流传感器，四旋翼飞行模块包括一个机架、四组旋翼机臂、两块电池及电池固定片，每组旋翼机臂包含一个悬臂、一个电机座、一个无刷直流电机、一个旋翼和一个T型支撑柱，四组旋翼机臂的悬臂的一端安装固定在工字型支撑块与机架下板之间；电磁吸附式损伤检测模块包含一个吸盘式电磁铁、一个套筒、一个加速度传感器、一个弹簧、第一固定片及第二固定片；控制模块包括模数转换单元、主控单元、GPS单元、电机驱动单元、惯性导航单元、图像处理单元、无线通信单元和固态继电器。本发明专利技术检测方式灵活、体积小、机动性强、检测更全面。

A Detection System of Four-Rotor Robot for Building Structural Flaw Detection

A Four-rotor robot detection system for building structural flaw detection includes Four-rotor flight module, control module, electromagnetic adsorption damage detection module and an optical flow sensor. The Four-rotor flight module includes a frame, four groups of rotor arms, two batteries and battery fixtures. Each group of rotor arms contains a cantilever, a motor seat and a brushless DC current. Aircraft, a rotor and a T-type support pillar, one end of the cantilever of four groups of rotor arms is fixed between the I-shaped support block and the lower plate of the rack; the electromagnetic adsorption damage detection module includes a sucker electromagnet, a sleeve, an acceleration sensor, a spring, the first fixing piece and the second fixing piece; and the control module includes analog-digital conversion unit, main control unit, and the second fixing piece. GPS unit, motor drive unit, inertial navigation unit, image processing unit, wireless communication unit and solid state relay. The detection method of the invention is flexible, small in size, strong in mobility and more comprehensive in detection.

【技术实现步骤摘要】
一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统
本专利技术属于机器人领域，具体涉及一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统。
技术介绍
随着我国经济建设迅猛发展，各种复杂大型钢结构建筑不断出现。其中，钢结构被广泛应用于大型桥梁、大型空间结构、高层建筑、大型铁路交通枢纽、石油管道、核电站等。由于这些建筑结构对于结构健康要求较高，因此，加强建筑结构健康检测，及时进行维修显得尤为重要。目前应用较广泛的是在建筑中特定位置安放有线或无线传感器节点，这种检测方法由于传感器位置固定，存在检测盲区并且维护困难，需要花费大量的人力物力成本；另一种检测方法是采用移动传感器节点，将检测用传感器与移动机器人小车结合起来，这种方法克服了固定式传感器的不足，但在一些大型的建筑结构中，由于待检测处位于高空或攀爬困难不易到达，或者待检测区域为钢结构而其余部分为非钢结构时，现有的检测方式有待改进。
技术实现思路
为了克服传统建筑结构检测方式的安装繁琐，成本高，待检测处不易到达等不足，本专利技术提供了一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统，该机器人可以自主飞行到待检测区域，再通过其携带的电磁吸附式损伤检测模块对被测表面进行钢结构损伤检测工作，其具有检测方式灵活、体积小、机动性强、检测更为全面等特点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统，包括四旋翼飞行模块、控制模块、电磁吸附式损伤检测模块以及一个光流传感器，所述四旋翼飞行模块包括一个机架、四组旋翼机臂、两块电池及电池固定片，每组旋翼机臂包含一个悬臂、一个电机座、一个无刷直流电机、一个旋翼和一个T型支撑柱，四组旋翼机臂的悬臂的一端安装固定在工字型支撑块与机架下板之间，四组悬臂的安装方向依次呈90°分布；所述电磁吸附式损伤检测模块包含一个吸盘式电磁铁、一个套筒、一个加速度传感器、一个弹簧、第一固定片及第二固定片；所述控制模块包括模数转换单元、主控单元、GPS单元、电机驱动单元、惯性导航单元、图像处理单元、无线通信单元和固态继电器。进一步，所述四旋翼飞行模块中，机架包括机架上板、机架下板和工字型支撑块，机架下板用于安装控制模块、电池、电磁吸附式损伤检测模块、光流传感器，机架上板可以加强四旋翼机器人的结构强度，并对控制模块进行防护，机架上板通过螺钉与工字型支撑块连接固定，机架下板与悬臂通过螺钉与工字型支撑块连接固定；所述控制模块通过四根立柱固定在机架下板上，两个电池位于控制模块下方，电池通过电池固定片固定在机架下板上方，其中一节电池为四个无刷直流电机与吸盘式电磁铁供电，另外一节电池为四旋翼机器人的控制模块及各传感器供电，光流传感器固定在机架下板的下方，用于采集四旋翼机器人周围的环境信息。再进一步，所述旋翼机臂的悬臂另一端上安装电机座，无刷直流电机通过螺钉安装在电机座上，所述无刷直流电机的驱动轴与旋翼通过螺钉固定连接，四个旋翼中有两个正旋翼和两个逆旋翼，正、逆旋翼间隔安装，每个无刷直流电机驱动一个旋翼，无刷直流电机控制线与电机驱动单元相连，悬臂下方固定安装T型支撑柱，作为四旋翼机器人的落地支撑点。更进一步，所述控制模块中，所述模数转换单元、GPS单元、电机驱动单元、惯性导航单元、图像处理单元和固态继电器均与所述主控单元连接，模数转换单元通过高速串行外设接口和主控单元相连接，主控单元发出脉宽调制信号，通过电机驱动单元控制无刷直流电机带动旋翼作旋转运动；无线通信单元、惯性导航单元与GPS单元通过通用异步接收器和发送器接口和主控单元相连接，惯性导航单元控制四旋翼机器人的飞行姿态，GPS单元对四旋翼机器人飞行目标进行定位，主控单元通过无线通信单元与地面服务器传输无线信号；图像处理单元通过并行数据总线与光流传感器相连来读取图像信息，通过同步串行外设接口与主控单元连接，进行图像数据的实时传输；固态继电器的一端与主控单元的数字量信号输出端口相连，固态继电器的另一端与吸盘式电磁铁的电源线相连，所述主控单元可以通过固态继电器控制吸盘式电磁铁通电与断电状态。所述电磁吸附式损伤检测模块中，所述第二固定片通过螺栓固定在机架下板的下方，弹簧的一端固定在第一固定片上，弹簧的另一端固定在第二固定片上，第一固定片通过螺钉固定在吸盘式电磁铁上；吸盘式电磁铁放置在套筒内，所述加速度传感器通过螺钉安装在吸盘式电磁铁下方，加速度传感器的一部分伸出在套筒的下方；所述电磁吸附式损伤检测模块的套筒通过螺栓固定在机架下板下方，弹簧将吸盘式电磁铁压紧在套筒内，对吸盘式电磁铁产生预紧力。本专利技术的技术构思为：利用无线传感网络技术以及旋翼飞行器体积小、机动性强的优势，旨在解决以往大型钢结构建筑检测效率低，或者是复杂结构建筑无法攀爬的问题，可以有效节省施工时间，节约人工成本。而且建筑结构探伤四旋翼机器人检测系统的成本不高，使得整个机器人检测系统总成本比传统静态检测系统的成本低很多。同时，该建筑结构探伤四旋翼机器人检测系统还可以检测只有待检测区域为钢结构而其余部分为非钢结构的建筑，机器人可以自主的在建筑上飞行，并完成建筑结构损伤检测。本专利技术提供了一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统，该四旋翼机器人在进行作业时，可以自主飞行到铁磁性表面材料的建筑结构上，并通过位于四旋翼飞行模块下方的电磁吸附式损伤检测模块实现对钢结构建筑的损伤检测工作，具有良好的环境适应性，检测方式灵活，且成本低、携带方便，能够对建筑结构实现全面检测。四旋翼飞行器具有结构紧凑、体积小，噪声小以及超强机动性等特点，可以飞行在较高的空中，越过建筑中的非钢结构部分，并且可以在狭小的空间内垂直起降，因此，作为一种新型的建筑结构探伤机器人，相比于现有的固定传感器检测节点、移动检测节点，建筑结构探伤四旋翼机器人检测系统能够到达一些现有机器人不易到达的高空建筑或者不易攀爬的建筑结构上，进行快速、准确、有效地数据采集与传输。而且这种四旋翼机器人成本低、检测效率高、机动灵活、可适应各种恶劣环境，可替代人工，降低人员在高空作业时的危险性，减少了工作人员的劳动强度，缩短了作业时间，大大提高工作效率。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1)成本低：由于建筑结构探伤四旋翼机器人检测系统结构简单，整个检测机构总体成本相比传统的静态检测网络成本低很多。2)体积小：该四旋翼机器人体积小、重量轻，携带方便。3)机动性强：该四旋翼机器人适合在一切具有铁磁性表面材料的建筑结构上面进行结构损伤检测作业，并且对于大型的建筑结构，该机器人能够迅速到达待检测点。4)检测效率高：该四旋翼机器人下方安装的电磁吸附式损伤检测模块，可以在机器人检测模块底面接触到检测表面时迅速产生磁吸力，将加速度计紧密贴附在钢结构表面，快速完成损伤检测后，断掉磁吸力，机器人可以立即前往下一检测点。5)移动无线传输：建筑结构探伤四旋翼机器人检测系统通过无线通信单元，可以与地面控制端进行数据传输，也可以与其他检测机器人进行数据的传输，实现机器人的智能协作。6)节点数量少：利用四旋翼机器人的超高机动性，每个机器人可以检测多个位置，从而减少机器人的数量。7)环境适应性强：该四旋翼机器人能够对周围环境进行智能识别，具有良好的环境适应能力，该四旋翼机器人还可以检测只有待检测区域为钢结构而其余部分为非钢结构的建筑。8)续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统，其特征在于，所述检测系统包括四旋翼飞行模块、控制模块、电磁吸附式损伤检测模块以及一个光流传感器，所述四旋翼飞行模块包括一个机架、四组旋翼机臂、两块电池及电池固定片，每组旋翼机臂包含一个悬臂、一个电机座、一个无刷直流电机、一个旋翼和一个T型支撑柱，四组旋翼机臂的悬臂的一端安装固定在工字型支撑块与机架下板之间，四组悬臂的安装方向依次呈90°分布；所述电磁吸附式损伤检测模块包含一个吸盘式电磁铁、一个套筒、一个加速度传感器、一个弹簧、第一固定片及第二固定片；所述控制模块包括模数转换单元、主控单元、GPS单元、电机驱动单元、惯性导航单元、图像处理单元、无线通信单元和固态继电器。

【技术特征摘要】
1.一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统，其特征在于，所述检测系统包括四旋翼飞行模块、控制模块、电磁吸附式损伤检测模块以及一个光流传感器，所述四旋翼飞行模块包括一个机架、四组旋翼机臂、两块电池及电池固定片，每组旋翼机臂包含一个悬臂、一个电机座、一个无刷直流电机、一个旋翼和一个T型支撑柱，四组旋翼机臂的悬臂的一端安装固定在工字型支撑块与机架下板之间，四组悬臂的安装方向依次呈90°分布；所述电磁吸附式损伤检测模块包含一个吸盘式电磁铁、一个套筒、一个加速度传感器、一个弹簧、第一固定片及第二固定片；所述控制模块包括模数转换单元、主控单元、GPS单元、电机驱动单元、惯性导航单元、图像处理单元、无线通信单元和固态继电器。2.如权利要求1所述的一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统，其特征在于，所述四旋翼飞行模块中，机架包括机架上板、机架下板和工字型支撑块，机架下板用于安装控制模块、电池、电磁吸附式损伤检测模块、光流传感器，机架上板可以加强四旋翼机器人的结构强度，并对控制模块进行防护，机架上板通过螺钉与工字型支撑块连接固定，机架下板与悬臂通过螺钉与工字型支撑块连接固定；所述控制模块通过四根立柱固定在机架下板上，两个电池位于控制模块下方，电池通过电池固定片固定在机架下板上方，其中一节电池为四个无刷直流电机与吸盘式电磁铁供电，另外一节电池为四旋翼机器人的控制模块及各传感器供电，光流传感器固定在机架下板的下方，用于采集四旋翼机器人周围的环境信息。3.如权利要求2所述的一种用于建筑结构探伤的四旋翼机器人检测系统，其特征在于，所述旋翼机臂的悬臂另一端上安装电机座，无刷直流电机通过螺钉安装在电机座上，所述无刷直流电机的驱动轴与旋翼通过螺钉固定连接，四个旋翼中有两个正旋翼和...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾青林，宋国正，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33