一种隧道检测的飞爬结构无人机及使用方法与流程

1.本发明属于无人机技术领域，特别是涉及一种隧道检测的飞爬结构无人机及使用方法。


背景技术：

2.近年来，国家在建筑行业的投入不断加大，基础设施类项目施工向更加智能化的方向发展。在公路、铁路项目隧道施工完成后，需要花费大量的人力物力来进行隧道断面结构的检测，同时需要配合车辆、搭设支架、人工高处作业来将设备放置于隧道表面进行检测，检测效率低下，给施工人员人身带来极大的威胁。
3.为此，本发明提供一种隧道检测的飞爬结构无人机及使用方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种隧道检测的飞爬结构无人机及使用方法，通过飞爬结构的无人机搭载隧道结构检测设备(如探地雷达、弹性波检测仪、可见光镜头等)来进行隧道无损检测，可有效解决传统人工检测高处危险作业、检测效率低的问题，保障检测人员的人身安全。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.作为第一目的，本发明提供的隧道检测的飞爬结构无人机，包括支撑构架和设置于支撑构架内部的避障定位系统以及压力传感系统；
7.所述支撑构架包括两个孔位板，位于底部的一个所述孔位板上表面的中部固定连接有主框架杆，位于底部的一个所述孔位板上表面的两侧均通过支撑架转动连接有转向轴以及固定连接于孔位板上表面靠近转向轴中部的旋翼轴转向舵机；
8.四个矢量旋翼，所述矢量旋翼包括固定连接于两个转向轴端部的旋翼保护架，转动连接于所述旋翼保护架内侧壁的支撑杆，固定连接于所述支撑杆中部的旋翼电机，固定连接于旋翼电机输出端的桨叶以及固定连接于旋翼电机外壁的旋翼转向舵机。
9.进一步地，两个所述孔位板之间通过固定环固定连接，所述压力传感系统包括四个压力传感器，四个所述压力传感器用于测量四个矢量旋翼的动力状态。
10.进一步地，所述避障系统包括陀螺仪、激光雷达和双目相机，所述陀螺仪和激光雷达固定安装于两个孔位板之间，所述双目相机设置在机身四周，所述双目相机用于获取机身前后左右方向视觉信息，所述激光雷达用于测距，所述陀螺仪用于获取机身状态数据。
11.进一步地，位于顶部的一个所述孔位板上设置有电源系统，所述电源系统用于机身内电器部件的电力供给，两个孔位板之间还设置有载荷系统，用于控制放在机身上的设备。
12.进一步地，所述旋翼电机通过电源系统进行供电，使所述桨叶产生推力，用于克服机身重力使无人机机身在空中悬停或使无人机机身贴在结构物表面。
13.进一步地，所述旋翼电机由一对组成，呈上下位分布，用于驱动一对桨叶形成双层
动力，所述旋翼保护架内部通过支撑环进行固定，所述旋翼保护架内部间隙用于布置电线。
14.进一步地，其中两个所述旋翼保护架的边缘处通过杆件转动连接有从动轮，所述从动轮的直径大于旋翼保护架最外边缘的半径，使所述桨叶在旋转时避开结构物。
15.进一步地，位于底部的一个所述孔位板远离从动轮的一侧还固定连接有车轮转向舵机，所述车轮转向舵机的输出端固定连接有车轮支架，所述车轮支架的内侧壁转动连接有转向轮，所述车轮支架的外侧壁还设置有编码器。
16.作为第二目的，本发明提供的隧道检测的无人机使用方法，包括一种飞爬结构无人机，还包括以下操作步骤：
17.s1，将检测设备安装在支撑构架上，并将检测设备与载荷系统连接，通过载荷系统对检测设备进行控制；
18.s2，通过电源系统对各电器部件进行供电，启动旋翼电机，旋翼电机驱动桨叶形成双层动力，为无人机提供驱动力；
19.s3，两个旋翼轴转向舵机同步驱动两个转向轴转动，使得四个矢量旋翼进行同步方向调节，旋翼转向舵机驱动每个支撑杆带动桨叶进行方向调节，实现两个平面方向的转动；
20.s4，当无人机靠近结构物时，通过从动轮滑行使矢量旋翼不至于触碰结构物，同时，启动车轮转向舵机驱动转向轮转动，在无人机贴壁时提供转向方向控制，并通过编码器获取转向轮的行进数据；
21.s5，通过测量4个压力传感器的压力以及相互之间的压力差，可以判定无人机在吸附于墙壁上时各个旋翼的飞行动力状态，以此来进行旋翼系统的动力反馈和调节；
22.s6，双目相机获取前后左右方向的视觉信息，使得无人机进行目视避障；通过激光雷达进行距离测量；通过陀螺仪确认机身状态。
23.本发明具有以下有益效果：
24.通过矢量旋翼、支撑构架、压力传感系统和避障系统的设置，旋翼轴转向舵机配合旋翼转向舵机能够分别驱动转向轴和支撑杆实现桨叶的两个平面转动，满足不同的飞行状态，从动轮能够在隧道内贴壁飞行而不会损伤矢量旋翼，同时还可通过转向轮提供方向控制，搭载检测设备替换传统的高空作业，有效保障了检测人员的人身安全。
25.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其他的实施附图。
27.图1为本发明的底部轴视结构示意图；
28.图2为本发明的顶部轴视结构示意图；
29.图3为本发明的内部结构示意图；
30.图4为本发明的旋翼结构三维图；
31.图5为本发明的旋翼结构三维图；
32.图6为本发明的转向轮结构三维图。
33.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
34.5、桨叶；6、旋翼保护架；7、旋翼转向舵机；8、旋翼电机；9、旋翼轴转向舵机；10、支撑杆；11、转向轴；12、主框架杆；13、孔位板；14、压力传感器；15、车轮转向舵机；16、编码器；17、车轮支架；18、从动轮；19、转向轮。
具体实施方式
35.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。
36.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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
37.请参阅图1-图6，本发明提供的隧道检测的飞爬结构无人机，包括支撑构架和设置于支撑构架内部的避障定位系统以及压力传感系统；
38.支撑构架包括两个孔位板13，位于底部的一个孔位板13上表面的中部固定连接有主框架杆12，位于底部的一个孔位板13上表面的两侧均通过支撑架转动连接有转向轴11以及固定连接于孔位板13上表面靠近转向轴11中部的旋翼轴转向舵机9，通过旋翼转向舵机9即可驱动转向轴11转动，通过转向轴11实现四个矢量旋翼的同步调节。
39.四个矢量旋翼，矢量旋翼包括固定连接于两个转向轴11端部的旋翼保护架6，转动连接于旋翼保护架6内侧壁的支撑杆10，固定连接于支撑杆10中部的旋翼电机8，固定连接于旋翼电机8输出端的桨叶5以及固定连接于旋翼电机8外壁的旋翼转向舵机7，旋翼电机8工作即可带动相对应的两个桨叶5转动，通过两个桨叶5产生双层动力，产生用于无人机工作的升力，转向轴11、旋翼轴转向舵机9、支撑杆10、旋翼电机8、旋翼转向舵机7能够分别驱动转向轴11和支撑杆10转动，使得无人机进行矢量旋翼系统两个平面的转动。
40.两个孔位板13之间通过固定环固定连接，压力传感系统包括四个压力传感器14，四个压力传感器14用于测量四个矢量旋翼的动力状态，孔位板13的上表面还开设有通孔，可以减轻无人机的自重，也可以用于设备的安装使用。
41.避障系统包括陀螺仪、激光雷达和双目相机，陀螺仪和激光雷达固定安装于两个孔位板13之间，双目相机设置在机身四周，双目相机用于获取机身前后左右方向视觉信息，激光雷达用于测距，陀螺仪用于获取机身状态数据，双目相机设置在机身四周，用于前后左右方向的目视避障；激光雷达用于测距，以辅助避障；陀螺仪用于无人机机身机身状态的确认。
42.其中两个旋翼保护架6的边缘处通过杆件转动连接有从动轮18，从动轮18的直径大于旋翼保护架6最外边缘的半径，使桨叶5在旋转时避开结构物，通过旋翼保护架6不仅能够实现对桨叶的保护还可实现对线缆的固定安装，位于底部的一个孔位板13远离从动轮18的一侧还固定连接有车轮转向舵机15，车轮转向舵机15的输出端固定连接有车轮支架17，车轮支架17的内侧壁转动连接有转向轮19，车轮支架17的外侧壁还设置有编码器16。编码
器用于转向轮19的行进数据，可用于数据的定位和无人机位置状态的确认。
43.位于顶部的一个孔位板13上设置有电源系统，电源系统用于机身内电器部件的电力供给，两个孔位板13之间还设置有载荷系统，用于控制放在机身上的设备，电源系统为整个无人机提供电力供给，电源为可充电蓄电池。
44.旋翼电机8通过电源系统进行供电，使桨叶5产生推力，用于克服机身重力使无人机机身在空中悬停或使无人机机身贴在结构物表面，旋翼电机8由一对组成，呈上下位分布，用于驱动一对桨叶5形成双层动力，旋翼保护架6内部通过支撑环进行固定，旋翼保护架6内部间隙用于布置电线。
45.本发明提供一种隧道检测的无人机使用方法，包括一种飞爬结构无人机，还包括以下操作步骤：
46.s1，将检测设备安装在支撑构架上，并将检测设备与载荷系统连接，通过载荷系统对检测设备进行控制，通过无人机载荷系统可以远程控制检测设备，通过检测设备替换传统的人员检测，使得检测过程更佳安全；
47.s2，通过电源系统对各电器部件进行供电，启动旋翼电机8，旋翼电机8驱动桨叶5形成双层动力，为无人机提供驱动力；
48.s3，两个旋翼轴转向舵机9同步驱动两个转向轴11转动，使得四个矢量旋翼进行同步方向调节，旋翼转向舵机7驱动每个支撑杆10带动桨叶5进行方向调节，实现两个平面方向的转动，以满足不同的飞行状态的调节；
49.s4，当无人机靠近结构物时，通过从动轮18滑行使矢量旋翼不至于触碰结构物，同时，启动车轮转向舵机15驱动转向轮19转动，在无人机贴壁时提供转向方向控制，并通过编码器16获取转向轮19的行进数据，人员可以检测无人机的行驶距离；
50.s5，通过测量4个压力传感器14的压力以及相互之间的压力差，可以判定无人机在吸附于墙壁上时各个旋翼的飞行动力状态，以此来进行旋翼系统的动力反馈和调节，以此实现智能化控制；
51.s6，双目相机获取前后左右方向的视觉信息，使得无人机进行目视避障；通过激光雷达进行距离测量；通过陀螺仪确认机身状态，方便人员实时观察无人机的状态。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
53.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围由下面的权利要求指出。

技术特征：
1.一种隧道检测的飞爬结构无人机，其特征在于：包括支撑构架和设置于支撑构架内部的避障定位系统以及压力传感系统；所述支撑构架包括两个孔位板(13)，位于底部的一个所述孔位板(13)上表面的中部固定连接有主框架杆(12)，位于底部的一个所述孔位板(13)上表面的两侧均通过支撑架转动连接有转向轴(11)以及固定连接于孔位板(13)上表面靠近转向轴(11)中部的旋翼轴转向舵机(9)；四个矢量旋翼，所述矢量旋翼包括固定连接于两个转向轴(11)端部的旋翼保护架(6)，转动连接于所述旋翼保护架(6)内侧壁的支撑杆(10)，固定连接于所述支撑杆(10)中部的旋翼电机(8)，固定连接于旋翼电机(8)输出端的桨叶(5)以及固定连接于旋翼电机(8)外壁的旋翼转向舵机(7)。2.根据权利要求1所述的一种飞爬结构无人机，其特征在于，两个所述孔位板(13)之间通过固定环固定连接，所述压力传感系统包括四个压力传感器(14)，四个所述压力传感器(14)用于测量四个矢量旋翼的动力状态。3.根据权利要求1所述的一种飞爬结构无人机，其特征在于，所述避障系统包括陀螺仪、激光雷达和双目相机，所述陀螺仪和激光雷达固定安装于两个孔位板(13)之间，所述双目相机设置在机身四周，所述双目相机用于获取机身前后左右方向视觉信息，所述激光雷达安装于机身内部用于测距，所述陀螺仪安装于机身内部用于获取机身状态数据。4.根据权利要求1所述的一种飞爬结构无人机，其特征在于，位于顶部的一个所述孔位板(13)上设置有电源系统，所述电源系统用于机身内电器部件的电力供给，两个孔位板(13)之间还设置有载荷系统，用于控制放在机身上的设备。5.根据权利要求4所述的一种飞爬结构无人机，其特征在于，所述旋翼电机(8)通过电源系统进行供电，使所述桨叶(5)产生推力，用于克服机身重力使无人机机身在空中悬停或使无人机机身贴在结构物表面。6.根据权利要求5所述的一种飞爬结构无人机，其特征在于，所述旋翼电机(8)由一对组成，呈上下位分布，用于驱动一对桨叶(5)形成双层动力，所述旋翼保护架(6)内部通过支撑环进行固定，所述旋翼保护架(6)内部间隙用于布置电线。7.根据权利要求1所述的一种飞爬结构无人机，其特征在于，其中两个所述旋翼保护架(6)的边缘处通过杆件转动连接有从动轮(18)，所述从动轮(18)的直径大于旋翼保护架(6)最外边缘的半径，使所述桨叶(5)在旋转时避开结构物。8.根据权利要求7所述的一种飞爬结构无人机，其特征在于，位于底部的一个所述孔位板(13)远离从动轮(18)的一侧还固定连接有车轮转向舵机(15)，所述车轮转向舵机(15)的输出端固定连接有车轮支架(17)，所述车轮支架(17)的内侧壁转动连接有转向轮(19)，所述车轮支架(17)的外侧壁还设置有编码器(16)。9.一种隧道检测的无人机使用方法，包括权利要求1-8任一项所述的一种飞爬结构无人机，其特征在于，还包括以下操作步骤：s1，将检测设备安装在支撑构架上，并将检测设备与载荷系统连接，通过载荷系统对检测设备进行控制；s2，通过电源系统对各电器部件进行供电，启动旋翼电机，旋翼电机驱动桨叶形成双层动力，为无人机提供驱动力；
s3，两个旋翼轴转向舵机同步驱动两个转向轴转动，使得四个矢量旋翼进行同步方向调节，旋翼转向舵机驱动每个支撑杆带动桨叶进行方向调节，实现两个平面方向的转动；s4，当无人机靠近结构物时，通过从动轮滑行使矢量旋翼不至于触碰结构物，同时，启动车轮转向舵机驱动转向轮转动，在无人机贴壁时提供转向方向控制，并通过编码器获取转向轮的行进数据；s5，通过测量4个压力传感器的压力以及相互之间的压力差，可以判定无人机在吸附于墙壁上时各个旋翼的飞行动力状态，以此来进行旋翼系统的动力反馈和调节；s6，双目相机获取前后左右方向的视觉信息，使得无人机进行目视避障；通过激光雷达进行距离测量；通过陀螺仪确认机身状态。

技术总结
本发明公开了一种隧道检测的飞爬结构无人机及使用方法，涉及无人机技术领域。本发明包括支撑构架和设置于支撑构架内部的避障定位系统以及压力传感系统；所述支撑构架包括两个孔位板，位于底部的一个所述孔位板上表面的中部固定连接有主框架杆，位于底部的一个所述孔位板上表面的两侧均通过支撑架转动连接有转向轴以及固定连接于孔位板上表面靠近转向轴中部的旋翼轴转向舵机。本发明旋翼轴转向舵机配合旋翼转向舵机能够分别驱动转向轴和支撑杆实现桨叶的两个平面转动，满足不同的飞行状态，从动轮能够在隧道内贴壁飞行而不会损伤矢量旋翼，同时还可通过转向轮提供方向控制，搭载检测设备替换传统的高空作业，有效保障了检测人员的人身安全。检测人员的人身安全。检测人员的人身安全。


技术研发人员：张凡 彭建 杨新元 张林 孙文博 耿秀琳
受保护的技术使用者：中国建筑第八工程局有限公司
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/4/4