一种空轨两用巡检无人机制造技术

本实用新型专利技术提供一种空轨两用巡检无人机，其包括四旋翼机体、旋转叶片、推动螺旋桨、水平导向轮、超声波测距仪、伸连杆、步进马达、U型杆等，该无人机可以采用飞行模式进行轨道的快速检测，还可以采用沿铁轨滚动运行模式进行轨道的高精度检测，解决了传统地面巡检模式的高成本、灵活性差、占用正常行车空间等显著问题。

【技术实现步骤摘要】
一种空轨两用巡检无人机
本技术涉及无人机领域，尤其涉及一种基于空中和轨面综合检测的铁轨检测专用无人机。
技术介绍
目前，我国高速铁路线路质量检测主要有人工巡查、轨检车检测等手段。对铁路扣件的检查主要依靠人工巡查的方法，这种方法费时、费力、可靠性差，上路巡查时间不足，特别是随着我国高速铁路的逐步发展，人工巡检的方式已经完全不能适应高速铁路安全检查的需要。针对轨道空间几何尺寸信息、钢轨裂痕程度指标、列车动力指标的检测主要为轨检车、人工巡查等检测方式相结合。轨检车检测项目齐全，但它检测周期长，成本高，检测位置和视角受局限，灵活性较差，目前多数应用仅限对超限数据进行单次分析，对非超限数据挖掘不够，对历史规律分析不够，不利于病害确定，且容易受机车等因素干扰，便携程度低。以上传统的高速铁路安全检测方法是基于“地面”的检测技术，在山路或者隧道里难免会出现“死角”，并且，针对当前的轨道安全的检测过度依赖于某一检测来源数据，养护维修存在一定盲目性。从目前的研究状况可以看出，针对轨道扣件丢失、钢轨裂痕、轨枕裂痕程度的检测是通过人工检测、轨检车检测。但以上检测方法都是基于“地面”的检测技术，灵活性不太高，如何实现高速铁路的空中安全检测保护还未曾涉及。现有技术中的采用无人机检测轨道缺陷的方法中，只能根据空中采集的图像数据检测扣件缺失与否，而无法进行钢轨或轨枕裂纹的精确检测，而目前的空陆两用无人机又仅能在陆地上行驶，无法在铁路轨道上沿轨持续行驶，因此其无法应用到铁轨的精确检测上。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术的目的是提供一种具有空中飞行和沿铁轨运行两种巡检方式的无人机，具体采用如下技术方案：其包括四旋翼机体，机体上设置有旋转叶片，机体包括机壳，机壳底部设置有高清摄像头，机壳内部设有单片机、无线通讯模块、导航模块、陀螺仪，还包括推动螺旋桨，其设置在机体后侧面，其旋转轴线与水平线平行；两个水平导向轮，其通过伸缩连杆与机体连接，并对称设置在机体左右两侧；超声波测距仪，其设置在伸缩连杆上，用于测量水平导向轮与钢轨的距离；步进马达，其与伸缩连杆连接，用于驱动伸缩连杆的伸长和缩短；两个U型杆，每个所述U型杆的两竖杆上端连接在机体上，每个所述U型杆的底杆上设置有两个滚动轮，两个U型杆对称设置在机体前后两侧。优选地，U型杆的底杆上设置的两个滚动轮的轴心距离大于两侧钢轨之间的距离，滚动轮的宽度为70mm。优选地，水平导向轮的上表面与滚动轮下表面的高度差为18.6mm。本技术具有如下有益效果：本技术的方案具有高便携，抗干扰能力强，不受检测位置的限制，灵活性较高，低成本等优点，可替代人工和轨检车等传统巡检方式，为高速轨道评价线路安全状态、科学制定大维修计划、合理安排日常维修和推进实现我国“空天车地”信息一体化轨道交通安全保障目标提出模型和理论依据。附图说明图1为本技术的无人机立体结构图。图2为本技术的无人机侧视结构图。其中，1-机体，2-旋转叶片，3-机壳，4-高清摄像头，5-推动螺旋桨，6-水平导向轮，7-伸缩连杆，8-超声波测距仪，9-步进马达，10-U型杆，11-滚动轮。具体实施方式如图1，图2所示，机体1上设置有旋转叶片2，机体1包括机壳3，机壳3底部设置有高清摄像头4，机壳内3部设有单片机、无线通讯模块、导航模块、陀螺仪等，还包括推动螺旋桨5，其设置在机体1后侧面，其旋转轴线与水平线平行；两个水平导向轮6，其通过伸缩连杆7与机体1连接，并对称设置在机体1左右两侧；超声波测距仪8，其设置在伸缩连杆7上；步进马达9，其与伸缩连杆7连接，用于驱动伸缩连杆的伸长和缩短；两个U型杆10，每个所述U型杆10的两竖杆上端连接在机体1上，每个所述U型杆10的底杆上设置有两个滚动轮11，两个U型杆10对称设置在机体1前后两侧。（1.1）滚动轮与导向轮材料选取滚动轮11安装在无人机下方，垂直于地面，滚动轮11平行于地面安装。由于无人机的载荷非常有限，而且载荷越重，飞行时间越短，所以需要选取质量最轻、不易变形的材质。表2列出了一些市面上比较符合本技术要求的可备选用的材质，同时列出了它们的优缺点，通过研究比对和样品测试，最终选择塑料制作滚动轮和导向轮。表2材质优点缺点1铝硬度韧度高，不易变形，耐腐蚀，造假低廉，易于制作成型质量较重2碳纤维硬度韧度高，不易变形，耐腐蚀，质量轻造价昂贵，制作工艺复杂3塑料质量轻，不易变形，易于制作成型，价格低廉韧度低，易腐蚀（1.2）滚动轮的设计图2为无人机侧视结构图。在本方案中，操作者要将无人机降落在钢轨上，因为钢轨的距离是1435mm，为了将无人机的正好落在钢轨上，本方案给无人机增加了两排滚轮，两排滚轮的轴心距离应该大于钢轨距离1435mm，误差最好不要超过1cm。滚动轮11的作用是使无人机在钢轨上行走，由于飞机降落在钢轨上是人工控制，这就要求操作手有较高的控制能力，同时由于误差的存在，本技术设计的滚动轮宽度大于钢轨截面的两倍以上，轮宽为70mm，而工字钢的头宽是32.10mm。（1.3）导向轮6的设计如图2所示，工字钢的头高是17.48mm，因此水平导向轮6与滚动轮11的差距，也就是其上表面和下表面的高度差设计为18.6mm。这样能使得导向轮正好接触工字钢的内侧腰部，以此保证无人机行走时不被甩出轨道。（1.4）传感器选型本技术设计改造的空铁两用专用无人机具有具有空中飞行和沿铁轨运行两种巡检方式。空中飞行巡检模式是通过操控者发出遥控指令控制，飞机在空中进行拍摄取样；沿铁轨运行巡检模式需要无人机精准的降落在钢轨上，并且在行走过程中不能脱离轨道，水平导向轮就是起防止飞机偏离轨道的作用，由于导向轮是伸缩式的，平时都处于原点位置，在飞机降落在钢轨上时，要可以移动到钢轨内侧，所以需要传感器测量这个移动距离。经过调查，当前轻便捷的测距仪器是超声波测距传感器和激光测距传感器。激光测距传感器具有精度高，测量范围大，干扰小，测量稳定等优势，但是由于其价格较高。而且经过市场调查后发现超声波传感器的精度以及测量范围也可以达到所需标准，所以最终选取超声波传感器作为本项目的测量传感器。（1.5）马达选型步进马达9是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到高速的目的。伺服电机把收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。和步进电机相比，伺服电机多带了编码器，编码器作用是将反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。它每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应，所以它是闭环控制，步进电机是开环控制。伺服电机的虽然具有闭环控制的优点，但是价格较高，并且此项目对精度要求不高，所以最终选取步进电机控制水平螺旋劲和导向轮的伸缩。当无人机降落在钢轨上后，超声波测距仪8实时测量两个水平导向轮与其同侧钢轨的距离，单片机根据超声波测距仪传递的距离信息控制步进马达9运转，步进马达9进而驱动伸缩连杆7伸长，当超声波测距仪8检测到两个水平导向轮6均接触到工字钢的内侧后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空轨两用巡检无人机，其包括四旋翼机体，机体上设置有旋转叶片，机体包括机壳，机壳底部设置有高清摄像头，机壳内部设有单片机、无线通讯模块、导航模块、陀螺仪，其特征在于，还包括推动螺旋桨，其设置在机体后侧面，其旋转轴线与水平线平行；两个水平导向轮，其通过伸缩连杆与机体连接，并对称设置在机体左右两侧；超声波测距仪，其设置在伸缩连杆上，用于测量水平导向轮与钢轨的距离；步进马达，其与伸缩连杆连接，用于驱动伸缩连杆的伸长和缩短；两个U型杆，每个所述U型杆的两竖杆上端连接在机体上，每个所述U型杆的底杆上设置有两个滚动轮，两个U型杆对称设置在机体前后两侧。

【技术特征摘要】
1.一种空轨两用巡检无人机，其包括四旋翼机体，机体上设置有旋转叶片，机体包括机壳，机壳底部设置有高清摄像头，机壳内部设有单片机、无线通讯模块、导航模块、陀螺仪，其特征在于，还包括推动螺旋桨，其设置在机体后侧面，其旋转轴线与水平线平行；两个水平导向轮，其通过伸缩连杆与机体连接，并对称设置在机体左右两侧；超声波测距仪，其设置在伸缩连杆上，用于测量水平导向轮与钢轨的距离；步进马达，其与伸缩连杆连接，用于驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦源璟，吴云鹏，赵雪军，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：新型
国别省市：北京,11