检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机检测平台系统及其用于检测结构件表面裂缝的方法技术方案

一种检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机检测平台系统，包括多旋翼无人机、控制系统和无线通信系统；所述用于提供任务载荷和检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机包括机体、动力系统和传感系统；所述的控制系统包括上位机、下位机以及手持遥控器，上位机为安装有主控机的地面站，下位机是安装在多旋翼无人机上的执行控制模块；所述的无线通信系统包括：数传电台、增益天线和图传模块；安装在地面站的主控机借助数传电台传递信息并通过安装在多旋翼无人机上的执行控制模块控制多旋翼无人机的飞行。该平台检测系统自动化程度高，其用于检测结构件表面裂缝的方法能有效节省检测所需的工作时间，大大降低检测成本；特别适用于大型结构件外表裂缝的检测工作。

Multi rotor unmanned aerial vehicle detection platform system for detecting surface crack of structural member and method for detecting surface crack of structural member

A multi rotor structure without surface crack detection system detection platform of UAV, including multi rotor UAV, control system and wireless communication system; for the UAV power system comprises a machine body, and sensor system of multi rotor crack detection task load and provide surface structures; the control system includes a host computer, the lower machine and a remote control computer for the installation of ground station main control machine, the machine is installed in the multi rotor UAV control implementation module; including the wireless communication system: Radio, gain antenna and image transmission module; digital radio transmission and information through the installation of the multi rotor no execution control module to control the multi rotor UAV flight of UAV with the installation of the main control in ground station machine. The detection system of high degree of automation, the method for detecting the structure of surface crack detection can effectively save the time required, greatly reduce the cost of testing; testing is especially suitable for large-scale structural appearance of cracks.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测装置及其检测方法，特别是一种检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机检测平台系统及其用于检测大型结构件表面裂缝的方法。
技术介绍
结构件表面裂缝的监测是建筑工程完成后人们还需要经常实施的工作，结构件表面裂缝的监测有各种方法，专利公开号为 CN104535649A的专利技术专利申请公开了一种 “裂缝无人智能检测机” 技术，公布了一种基于四旋翼无人机的检测平台，其上安装超声探伤仪、前置摄像头、上置摄像头和激光灯；利用无人机的地面站预设飞行路线，超声探伤仪发现裂缝后，无人机悬停；工作人员手动控制上置和前置摄像头细定位裂缝位置，控制无人机接近。依靠激光灯投射在建筑物上的两条光线与裂缝的相对位置，手动调整无人机姿态至回传视频画面达到预期，画面稳定后手动控制拍摄目标图像。图像经图传系统传回地面进行图像处理，软件自动将图片激光点间距与实际间距比较，得出图片与实际大小比例系数，系数乘以图片裂缝宽度，得出裂缝真实值。但该技术还存在以下不足之处：（1）自动化程度偏低，工作流程需要大量的人工操作：如手动控制前置和上置两个摄像头，控制飞机接近裂缝，特别是依靠激光线与裂缝的相对位置调整无人机的姿态这步骤，工作人员经过大量训练才能达成。（2）使用了超声波探伤仪作为实现功能的关键设备：在当前可获知的技术条件下：该设备的重量较大，影响无人机的巡航时间；价格高昂，极大地增加了技术方案成本；远距离探伤的功耗大，严重影响检测系统的单次运行时间；数据处理复杂，超声远距离探伤为当前学术界和工程界难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机检测平台系统，该平台检测系统自动化程度高，能有效节省检测所需的工作时间，大大降低了检测成本；特别适用于大型结构件外表裂缝的检测工作。本专利技术还提供了运用该多旋翼无人机检测平台系统对大型结构件外表裂缝进行检测的方法，较好地克服了已有无人机检测平台的不足。解决上述问题的技术方案是：一种检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机检测平台系统，其特征在于：该多旋翼无人机检测平台系统包括用于提供任务载荷和检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机、用于控制多旋翼无人机运动和进行裂缝检测作业的控制系统以及传输远程控制指令和传感信息的无线通信系统；所述的用于提供任务载荷和检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机包括给设备提供物理安装接口和支撑框架的机体、给机体提供升力和运动的动力系统、用以定位、调整飞行姿态和进行结构件表面裂缝检测的传感系统；所述的机体包括：机架、脚架、螺旋桨支架和云台；所述的动力系统包括：电机、锂电池、电子调速器和桨；所述的传感系统包括：GPS、惯性陀螺仪、电子罗盘、摄像机和测距传感器，其中，摄像机和测距传感器是专用于进行结构件表面裂缝检测的传感设备；所述的控制系统包括上位机、下位机，上位机为安装有主控机的地面站，下位机是安装在多旋翼无人机上的n个执行控制模块，该n个执行控制模块至少包括距离传感控制模块、摄像机控制模块、飞行控制模块和云台控制模块； 其中n的取值范围是：4≤n≤10的整数；所述安装有主控机的地面站用于规划无人机飞行路径 、对无人机是否悬停、拍照以及在线监控进行决策；所述的距离传感控制模块用于控制距离传感器的开关和保存过程数据；所述的摄像机控制模块用于控制摄像机的开关、拍摄模式、ISO、光圈、焦距和曝光时间之参数的设定；所述的飞行控制模块用于直接控制多旋翼无人机所有旋翼的输出以及保持飞行姿态的稳定；所述的云台控制模块是电机伺服控制器，用于控制多轴云台的每个轴的角度；所述的无线通信系统包括：数传电台、增益天线和图传模块；所述的多旋翼无人机的传感系统采集无人机的飞行参数、图像信息和其它与检测作业相关的传感信息通过无线通信系统反馈给地面站，地面站依据反馈信息制定策略控制信息；所述的控制系统的地面站所发出的策略控制信息通过无线通信系统的数传电台和增益天线传递给执行控制模块，各执行控制模块依据策略控制信息的内容对多旋翼无人机的机体、动力系统和传感系统进行控制；所述的飞行控制模块与传感系统通过信号线相连；所述的飞行控制模块根据传感信息和控制信号，通过动力系统调整多旋翼无人机的飞行参数；所述的云台控制模块根据控制信号，控制机体上的云台；所述的摄像机控制模块和距离传感控制模块根据控制信息调整传感系统的状态。其进一步技术方案是：所述的控制系统还包括有一手持遥控器，该手持遥控器所发出的手动控制信息亦通过无线通信系统的数传电台和增益天线传递给执行控制模块，各执行控制模块依据手动控制信息的内容对机体、动力系统和传感系统进行控制；从手持遥控器发出手动控制信息的优先级大于从地面站发出的策略控制信息，即有手动控制信息时，策略控制信息无效。更进一步技术方案是：所述多旋翼无人机之机体的机架上有2个收纳仓，收纳仓Ⅰ用于安放收纳锂电池，收纳仓Ⅱ用于安放收纳传感系统的GPS、惯性陀螺仪和电子罗盘以及控制系统的n个执行控制模块；云台为多自由度伺服控制的云台，其上安装有增稳陀螺；云台和摄像机安装在多旋翼无人机机体之机架的上方或者下方；测距传感器与摄像机固定连接。所述的测距传感器是激光测距传感器、超声波测距传感器、红外测距传感器或雷达测距传感器之中的一种。相关的另一技术方案是：一种检测结构件表面裂缝的方法，它是采用本专利技术上述的检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机检测平台系统用于检测结构件表面裂缝的方法，依赖多旋翼无人机检测平台系统之多旋翼无人机上摄像设备和测距传感器，建立稳定的实际物体尺与图像像素个数的比例关系，通过计数裂缝在图像上所占的像素点，获取裂缝的实际尺寸；其具体步骤是：A、根据待测目标的类型，选择云台的安装方式，安装固定摄像机、测距传感器：若待测目标在无人机上方，使用上置安装云台，即：将云台和摄像机安装在多旋翼无人机机体的上方，否则使用下置安装，即：将云台和摄像机安装在多旋翼无人机机体的下方；在安装云台之前，在实验室内将激光测距仪与摄像机固接，将摄像机及激光测距仪安装在云台上；B、根据检测要求和现场情况，设置系统参数；根据相机参数、检测精度P要求设定无人机离待检目标的距离D, 计算距离D的公式是：上式中：P-检测精度，单位为mm/pix，根据检测需要自行设置；W-相机在无人机前进方向上的有效像素；FOV相机的视野角度，单位“度”；C、巡检目标：在地面站上规划路线，启动无人机抵达巡检起点，开启测距传感器，将其投射在待检目标上，保持无人机与待测目标的距离D不变；D、提取待测目标的图像：无人机自主按预设路线飞行，并提取待检目标的图像；E、巡检到终点时，自主返回起飞点；F、下载SD卡中的数据，导入结构件裂缝图像检测软件进行自动检测，并输出检测结果。所述的一种检测结构件表面裂缝的方法的进一步技术方案是： 在D、提取待测目标的图像步骤中，无人机每飞行一段固定的行程S，需要作自主悬停再提取待检目标的图像，所述的固定的行程S需保证连续提取的两张图像有重叠率；所述的固定的行程S计算公式如下：上式中：C-重叠率，根据检测需要自行设置的常数，C取5%以上：P-检测精度，根据检测需要自行设置，W-相机在无人机前进方向上的有效像素。所述的一种检测结构件表面裂缝的方法的进一步技术方案是：所述的地面站为无人机控制地面站，由具有状态显示、数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机检测平台系统，其特征在于：该多旋翼无人机检测平台系统包括用于提供任务载荷和检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机（Ⅰ）、用于控制多旋翼无人机（Ⅰ）运动和进行裂缝检测作业的控制系统（Ⅱ）以及传输远程控制指令和传感信息的无线通信系统（Ⅲ）；所述的用于提供任务载荷和检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机（Ⅰ）包括给设备提供物理安装接口和支撑框架的机体（11）、给机体（11）提供升力和运动的动力系统（12）、用以定位、调整飞行姿态和进行结构件表面裂缝检测的传感系统（13）；所述的机体（11）包括：机架（111）、脚架（112）、螺旋桨支架（113）和云台（114）；所述的动力系统（12）包括：电机（121）、锂电池（122）、电子调速器（123）和桨（124）；所述的传感系统（13）包括：GPS（131）、惯性陀螺仪（132）、电子罗盘（133）、摄像机（134）和测距传感器（135），其中，摄像机（134）和测距传感器（135）是专用于进行结构件表面裂缝检测的传感设备；所述的控制系统（Ⅱ）包括上位机、下位机，上位机为安装有主控机的地面站（22），下位机是安装在多旋翼无人机（Ⅰ）上的n个执行控制模块，该n个执行控制模块至少包括距离传感控制模块（23）、摄像机控制模块（24）、飞行控制模块（25）和云台控制模块（26）；上述n的取值范围是：n为大于4小于10的整数；所述安装有主控机的地面站（22）用于规划无人机飞行路径 、对无人机是否悬停、拍照以及在线监控进行决策；所述的距离传感控制模块（23）用于控制距离传感器（135）的开关和保存过程数据；所述的摄像机控制模块（24）用于控制摄像机（134）的开关、拍摄模式、ISO、光圈、焦距和曝光时间之参数的设定；所述的飞行控制模块（25）用于直接控制多旋翼无人机所有旋翼的输出以及保持飞行姿态的稳定；所述的云台控制模块（26）是电机伺服控制器，用于控制多轴云台的每个轴的角度；所述的无线通信系统（Ⅲ）包括：数传电台（31）、增益天线（32）和图传模块（33）；所述的多旋翼无人机（Ⅰ）的传感系统（13）采集无人机的飞行参数、图像信息和其它与检测作业相关的传感信息通过无线通信系统（Ⅲ）反馈给地面站（22），地面站（22）依据反馈信息制定策略控制信息；所述的控制系统（Ⅱ）的地面站（22）所发出的策略控制信息通过无线通信系统（Ⅲ）的数传电台（31）和增益天线（32）传递给执行控制模块，各执行控制模块依据策略控制信息的内容对多旋翼无人机（Ⅰ）的机体（11）、动力系统（12）和传感系统（13）进行控制；所述的飞行控制模块（25）与传感系统通过信号线相连；所述的飞行控制模块（25）根据传感信息和控制信号，通过动力系统调整多旋翼无人机（Ⅰ）的飞行参数；所述的云台控制模块根据控制信号，控制机体上的云台；所述的摄像机控制模块和距离传感控制模块根据控制信息调整传感系统的状态。...

【技术特征摘要】
2015.09.29 CN 201510633339X1.一种检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机检测平台系统，其特征在于：该多旋翼无人机检测平台系统包括用于提供任务载荷和检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机（Ⅰ）、用于控制多旋翼无人机（Ⅰ）运动和进行裂缝检测作业的控制系统（Ⅱ）以及传输远程控制指令和传感信息的无线通信系统（Ⅲ）；所述的用于提供任务载荷和检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机（Ⅰ）包括给设备提供物理安装接口和支撑框架的机体（11）、给机体（11）提供升力和运动的动力系统（12）、用以定位、调整飞行姿态和进行结构件表面裂缝检测的传感系统（13）；所述的机体（11）包括：机架（111）、脚架（112）、螺旋桨支架（113）和云台（114）；所述的动力系统（12）包括：电机（121）、锂电池（122）、电子调速器（123）和桨（124）；所述的传感系统（13）包括：GPS（131）、惯性陀螺仪（132）、电子罗盘（133）、摄像机（134）和测距传感器（135），其中，摄像机（134）和测距传感器（135）是专用于进行结构件表面裂缝检测的传感设备；所述的控制系统（Ⅱ）包括上位机、下位机，上位机为安装有主控机的地面站（22），下位机是安装在多旋翼无人机（Ⅰ）上的n个执行控制模块，该n个执行控制模块至少包括距离传感控制模块（23）、摄像机控制模块（24）、飞行控制模块（25）和云台控制模块（26）；上述n的取值范围是：n为大于4小于10的整数；所述安装有主控机的地面站（22）用于规划无人机飞行路径 、对无人机是否悬停、拍照以及在线监控进行决策；所述的距离传感控制模块（23）用于控制距离传感器（135）的开关和保存过程数据；所述的摄像机控制模块（24）用于控制摄像机（134）的开关、拍摄模式、ISO、光圈、焦距和曝光时间之参数的设定；所述的飞行控制模块（25）用于直接控制多旋翼无人机所有旋翼的输出以及保持飞行姿态的稳定；所述的云台控制模块（26）是电机伺服控制器，用于控制多轴云台的每个轴的角度；所述的无线通信系统（Ⅲ）包括：数传电台（31）、增益天线（32）和图传模块（33）；所述的多旋翼无人机（Ⅰ）的传感系统（13）采集无人机的飞行参数、图像信息和其它与检测作业相关的传感信息通过无线通信系统（Ⅲ）反馈给地面站（22），地面站（22）依据反馈信息制定策略控制信息；所述的控制系统（Ⅱ）的地面站（22）所发出的策略控制信息通过无线通信系统（Ⅲ）的数传电台（31）和增益天线（32）传递给执行控制模块，各执行控制模块依据策略控制信息的内容对多旋翼无人机（Ⅰ）的机体（11）、动力系统（12）和传感系统（13）进行控制；所述的飞行控制模块（25）与传感系统通过信号线相连；所述的飞行控制模块（25）根据传感信息和控制信号，通过动力系统调整多旋翼无人机（Ⅰ）的飞行参数；所述的云台控制模块根据控制信号，控制机体上的云台；所述的摄像机控制模块和距离传感控制模块根据控制信息调整传感系统的状态。2.根据权利要求1所述的检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机检测平台系统，其特征在于：所述多旋翼无人机（Ⅰ）之机体（11）的机架（111）上有2个收纳仓，收纳仓Ⅰ（1111）用于安放收纳锂电池（122），收纳仓Ⅱ（1112）用于安放收纳传感系统（13）的GPS（131）、惯性陀螺仪（132）和电子罗盘（133）以及控制系统（Ⅱ）的n个执行控制模块；云台（114）为多自由度伺服控制的云台，其上安装有增稳陀螺；云台（114）和摄像机（134）安装在多旋翼无人机机体（11）之机架（111）的上方或者下方；测距传感器（135）与摄像机（134）固定连接。3.根据权利要求2所述的检测结构件表面裂缝的多旋翼无人机检测平台系统，其特征在于：所述的控制系统（Ⅱ）还包括有一手持遥控器（21），该手持遥控器（21）所发出的手动控制信息亦通过无线通信系统（Ⅲ）的数传电台（31）和增益天线（32）传递给执行控制模块，各执行控制模块依据手动控制信息的内容对机体（11）、动力系统（12）和传感系...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佰鑫，甘秋萍，王权权，苏琦，谢正元，
申请(专利权)人：柳州欧维姆机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45