基于四轴飞行器的桥梁检测机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种基于四轴飞行器的桥梁检测机器人，包括四轴飞行器，四轴飞行器的主机体的轴向上设置贯通的安装通道，所述安装通道内部设置有自适应配合调整装置；主机体上还设置有机载飞行控制单元和安装平台，安装平台通过自适应配合调整装置与主机体相连接，安装平台上设置有摄像单元，机载飞行控制单元和地面控制单元组成总控制系统，摄像单元和地面图像处理单元组成图像数据处理系统，本发明专利技术利用具有超强空中稳定性的四轴飞行器作为基本设备载体，通过无线摄像控制、高精度测距仪实现桥梁检测位置的自动感知与巡线，并且能够将高精度拍照设备移动至桥梁待检测部位，从而实现无人控制下的自动桥梁损伤检测与识别。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及桥梁参数检测领域，特别一种基于四轴飞行器的桥梁检测机器人。
技术介绍
桥梁安全关系到国计民生，在国家经济中占有举足轻重的作用。当前的桥梁安全 检测方法，除了搭脚手架外，主要是通过桥检车等工具，将检测人员送至需要检测的区域， 查看桥梁状态。为了承载足够重量，并保证相关人员安全，桥检车通常需要安装大量的传感 器，其设备庞大，使用程序复杂，特别在载人使用时受到很多限制。该车辆本身价格昂贵，一 台需要几百万元，同时其维护和使用成本也非常高昂，另外，在使用的过程中，此外桥检车 还受到光线，环境等严重的影响。四轴飞行器是一种常见的多旋翼飞行器，它是通过支撑臂连接前后和左右两组共 四个旋翼，每组旋翼旋向相同，两组旋翼分别互为正反旋翼，两组旋翼旋向相反，以此抵消 机体的扭力矩，防止自旋，保持机体平衡，并且通过改变旋翼转速来改变升力，进而改变四 旋翼直升机的姿态和位置，由于其结构紧凑，运动灵活、抗风能力强，一般适宜在比较狭小 的空间或者复杂地形环境中使用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于四轴飞行器的桥梁检测机器人，利用具 有超强空中稳定性的四轴飞行器作为基本设备载体，将高精度拍照设备移动至桥梁待检测 部位实现无人控制下的自动桥梁损伤检测与识别。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的本专利技术的基于四轴飞行器的桥梁 检测机器人包括四轴飞行器，所述四轴飞行器包括主机体、四组电机安装罩、四组支撑臂和 多组几何形状相同且成对的几何旋翼，所属四组电机安装罩分别通过支撑臂与主机体相连 接，所述几何旋翼分别设置在电机安装罩上，所述四轴飞行器整体呈“十”字状，所述四组支 撑臂处于同一平面且相互之间的夹角为90°，其特征在于所述主机体的轴向上设置贯通 的安装通道，所述安装通道内部设置有自适应配合调整装置；所述主机体上还设置有安装平台，所述安装平台通过自适应配合调整装置与主机 体相连接，所述安装平台上设置有机载飞行控制单元和摄像单元；所述自适应调整装置包括外环体和内环体，所述外环体的左右两侧分别通过阻尼 轴承I与安装通道的内壁相连接且与四组支撑臂所处的平面相平行，所述外环体可以阻尼 轴承I的中轴线为轴实现前后转动；所述内环体设置在外环体内部且与外环体处于同一平 面上，所述内环体的上下两侧分别通过阻尼轴承II与外环体的上下两侧相连接，所述内环 体可以阻尼轴承II的中轴线为轴实现左右转动；所述阻尼轴承I和阻尼轴承II的轴线夹 角为90° ；所述安装平台的下部与内环体的上部相连接，所述内环体的下部安装有配重块；所述桥梁检测机器人还包括地面控制单元和地面图像处理单元，所述机载飞行控制单元和地面控制单元组成总控制系统，所述摄像单元和地面图像处理单元组成图像数据 处理系统。进一步，所述机载飞行控制单元包括单片机主控板、三自由度陀螺仪、飞行姿态调 整摄像头和三轴加速度器，通过三自由度陀螺仪和三轴加速度器将飞行器的飞行姿态信号 传输至单片机主控板；进一步，所述机载飞行控制单元还包括用于测量飞行高度的高度传感器；进一步，所述机载飞行控制单元还包括高精度测距仪，所述高精度测距仪设置在 安装平台上，用于测量飞行器与桥梁的各个方向的距离；进一步，所述地面控制单元包括控制微机、无线数据收发模块和遥控装置；进一步，所述摄像单元包括可调节装置和高精度摄像装置，所述高精度摄像装置 通过可调节装置与安装平台固定连接，所述可调节装置包括旋转底座、垂直高度调节支杆 和水平长度调节支杆，所述旋转底座通过步进电机I固定在安装平台上，用于实现高精度 摄像装置在水平方向上的360°转动；所述垂直高度调节支杆的一端与旋转底座相连接， 另一端与水平长度调节支杆相连接，所述垂直高度调节支杆上设置有步进电机II，用于实 现高精度摄像装置在垂直方向上的上下移动；所述水平长度调节支杆水平设置，其一端与 垂直高度调节支杆相连接，另一端用于固定高精度摄像装置，所述水平长度调节支杆上设 置有步进电机III，用于实现高精度摄像装置在水平方向上的前后移动；所述转动步进电机I、步进电机II和步进电机III通过遥控装置进行控制；进一步，所述摄像单元还包括无线视频传输模块和图像存储模块，所述高精度摄 像装置摄得的视频和图片通过图像存储模块进行存储并通过无线视频传输模块传输至地 面图像处理单元。进一步，所述地面图像处理单元包括图像处理主机、图像采集卡和无线视频接收 模块。本专利技术的有益效果是1.本专利技术利用具有超强空中稳定性的四轴飞行器作为基本设备载体，通过无线摄 像控制、高精度测距实现桥梁检测位置的自动感知与巡线，并且能够将高精度拍照设备移 动至桥梁待检测部位，从而实现无人控制下的自动桥梁损伤检测与识别；3.四轴飞行器通过机载飞行控制单元能够实现自动控制飞行，也能够通过遥控单 元实现地面控制，控制方式灵活、高效，独特的自适应调整装置能够保证在飞行器受外界干 扰发生倾斜或者由于螺旋桨高速转动使机身发生抖动时，通过轴承与配重块的作用，有效 减小高精度摄像机的抖动和倾斜，保障摄像装置的正常工作；3.本专利技术采用高精度摄像装置，能够拍摄高清晰度的照片和视频，并通过无线传 输方式输送至地面图像处理单元进行处理，从而为桥梁检测提供第一手的资料和判断依 据；4.摄像单元的可调节装置能够保证摄像装置在各个角度的移动，从而大大增加了 本专利技术的适用范围，可以深入到一些人力难以到达的区域，为桥梁检测提供全面准确的资 料；5.本装置结构紧凑、设计合理、操作简单、整体费用低廉，具有良好的应用价值和 使用前景。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要 求书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进 一步的详细描述，其中图1为本专利技术的四轴飞行器结构示意图；图2为主机体第一层布置示意图；图3为主机体第二层布置示意图；图4为飞行控制单元各部件连接示意图；图5为主机体第三层布置示意图；图6为四轴飞行器的侧视图；图7为可调节装置的结构示意图；图8为图像数据处理系统的连接示意图。具体实施例方式以下将参照附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例 仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术的基于四轴飞行器的桥梁检测机器人，包括四轴飞行器，四轴 飞行器包括主机体1、四组电机安装罩2、四组支撑臂3和多组几何形状相同且成对的几何 旋翼4，四组电机安装罩2分别通过支撑臂3与主机体1相连接，几何旋翼4分别设置在电 机安装罩2上，四轴飞行器整体呈“十”字状，四组支撑臂3处于同一平面且相互之间的夹 角为90°。本实施例中，主机体按照从下向上的顺序，依次分为水平设置的三层安装架，其 中，第一、二层用来安装机载飞行控制单元，第三层的主机体纵向高度最高，在其轴向上设 置贯通的安装通道，安装通道内部设置有自适应配合调整装置，设置在主机体顶部的安装 平台16通过自适应配合调整装置与主机体相连接，在安装平台上设置有摄像单元；机载飞行控制单元包括单片机主控板7、三自本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于四轴飞行器的桥梁检测机器人，包括四轴飞行器，所述四轴飞行器包括主机体、四组电机安装罩、四组支撑臂和多组几何形状相同且成对的几何旋翼，四组电机安装罩分别通过支撑臂与主机体相连接，所述几何旋翼分别设置在电机安装罩上，所述四轴飞行器整体呈“十”字状，所述四组支撑臂处于同一平面且相互之间的夹角为９０°，其特征在于：所述主机体的轴向上设置贯通的安装通道，所述安装通道内部设置有自适应配合调整装置；　　所述主机体上还设置有机载飞行控制单元和安装平台，所述安装平台通过自适应配合调整装置与主机体相连接，所述安装平台上设置有摄像单元；　　所述自适应调整装置包括外环体和内环体，所述外环体的左右两侧分别通过阻尼轴承Ⅰ与安装通道的内壁相连接且与四组支撑臂所处的平面相平行，所述外环体可以通过阻尼轴承Ⅰ的中轴线为轴实现前后转动；所述内环体设置在外环体内部且与外环体处于同一平面上，所述内环体的上下两侧分别通过阻尼轴承Ⅱ与外环体的上下两侧相连接，所述内环体可以通过阻尼轴承Ⅱ的中轴线为轴实现左右转动；所述阻尼轴承Ⅰ和阻尼轴承Ⅱ的轴线夹角为９０°；　　所述安装平台的下部与内环体的上部相连接，所述内环体的下部安装有配重块；　　所述桥梁检测机器人还包括地面控制单元和地面图像处理单元，所述机载飞行控制单元和地面控制单元组成总控制系统，所述摄像单元和地面图像处理单元组成图像数据处理系统。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张奔牛，许登元，曹建秋，周志祥，刘玉龙，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]