一种建筑外墙巡检无人机及系统的制作方法

1.本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种建筑外墙巡检无人机及系统。


背景技术：

2.近年来，随着我国社会经济的快速发展和城镇化进程的不断加速，各类建筑保有量大幅度提升。自上世纪90年代以来，伴随建筑节能技术发展，建筑外墙外保温成为建筑节能的主要措施，以各类保温板材粘锚薄抹灰体系、保温砂浆薄抹灰体系为主。由于不同建设时期材料质量因素、施工因素以及服役期间老化等多种因素的综合作用下，有些建筑的外墙外保温层已出现了不同程度的裂缝、空鼓、粘结力不足等问题，特别是在极端风雨气候条件下，发生了脱落、坠落问题，出现了多起外墙外保温层、瓷砖脱落砸伤行人及损坏财物等现象。
3.目前建筑物的高度较高，如果采用人工手持设备进行检测，高空作业危险性较高，且检测效率低，采用无人机代替人工，可以解决高空作业危险的问题，但是无人机需要搭载检测设备，检测设备具有一定的重量，因此，如何平衡检测设备的重心，使其在一个平稳的环境下工作，是保证检测数据可靠的重要条件，也是无人机技术里的一个难题。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种建筑外墙巡检无人机及系统，能够保证整体结构重心的稳定，提高检测数据的稳定性。
5.一种建筑外墙巡检无人机，包括挂载架、滑轮组件、机体、旋翼组件、动力装置、飞控处理器、状态检测装置、总控制器以及无线通信模块；所述滑轮组件与所述挂载架配合连接，所述机体与所述挂载架连接，所述旋翼组件与所述挂载架以及机体配合连接，所述动力装置与所述旋翼组件连接，所述飞控处理器与所述动力装置连接，所述总控制器与所述飞控处理器以及状态检测装置连接，所述总控制器与所述无线通信模块连接；所述状态检测装置用于采集与被测墙面的距离信息并发送至所述总控制器，所述总控制器用于根据所述距离信息生成控制信号并发送至所述飞控处理器，所述飞控处理器用于根据所述控制信号控制所述动力装置调整无人机的飞行姿态。
6.进一步地，所述滑轮组件包括滑轮支架以及滑轮；所述挂载架上设置有支架安装端，所述滑轮支架与所述支架安装端连接；滑轮设置在所述滑轮支架上，检测时所述滑轮贴合被测墙面。
7.进一步地，所述机体包括连接架和旋翼安装架，所述旋翼安装架设置在所述连接架上，所述连接架与所述挂载架连接，所述状态检测装置设置在所述挂载架与连接架的连接处；所述挂载架用于挂载墙体检测设备，所述墙体检测设备与总控制器连接。
8.进一步地，所述旋翼组件包括旋翼；
所述挂载架上设置有旋翼安装端，所述旋翼与所述旋翼安装端以及旋翼安装架连接。
9.进一步地，所述动力装置包括与旋翼组件配合连接的电机；所述电机与所述飞控处理器连接；所述状态检测装置包括第一激光测距雷达、第二激光测距雷达、第三激光测距雷达和第四激光测距雷达；所述第一激光测距雷达、第二激光测距雷达、第三激光测距雷达和第四激光测距雷达呈十字分布，所述第一激光测距雷达和第二激光测距雷达位于同一垂线上，所述第三激光测距雷达和第四激光测距雷达位于同一水平线上；所述第一激光测距雷达的出光面与其投影面形成第一夹角，所述第二激光测距雷达的出光面与其投影面形成第二夹角，所述第三激光测距雷达的出光面与其投影面形成第三夹角，所述第四激光测距雷达的出光面与其投影面形成第四夹角，所述第一夹角、第二夹角、第三夹角以及第四夹角相等。
10.进一步地，所述第一激光测距雷达用于采集与被测墙面的第一距离信息，所述第二激光测距雷达用于采集与被测墙面的第二距离信息，所述第三激光测距雷达用于采集与被测墙面的第三距离信息，所述第四激光测距雷达用于采集与被测墙面的第四距离信息；所述总控制器用于接收所述第一距离信息、第二距离信息、第三距离信息以及第四距离信息，并进行分析获得第一距离、第二距离、第三距离和第四距离，将所述第一距离、第二距离、第三距离和第四距离进行比较，根据比较结果生成控制信号并发送至所述飞控处理器。
11.进一步地，所述总控制器还用于当所述第一距离和第二距离不相等时，生成俯仰角控制信号发送至所述飞控处理器，所述飞控处理器用于根据所述俯仰角控制信号控制相应的电机改变转速，以调整无人机的俯仰角；当所述第三距离和第四距离不相等时，总控制器生成偏航角控制信号发送至所述飞控处理器，所述飞控处理器用于根据所述偏航角控制信号控制相应的电机改变转速，以调整无人机的偏航角。
12.进一步地，所述无人机还包括供电电池，所述供电电池与所述动力装置、飞控处理器、状态检测装置以及总控制器连接。
13.进一步地，所述无人机还包括定位模块，所述定位模块与所述总控制器连接。
14.一种无人机系统，包括上述的无人机，还包括地面控制站，所述地面控制站与所述无线通信模块通信连接。
15.本发明提供的建筑外墙巡检无人机及系统，至少包括如下有益效果：（1）挂载架的结构设计，便于搭载墙体检测设备，使得墙体检测设备可以更接近被测墙面，墙体检测设备获得的检测数据更加准确；（2）机体、挂载架和旋翼组件的结构设计，使得无人机整体重心更稳定，提高无人机飞行的稳定性，保证机身整体平衡；（3）通过状态检测装置检测与被测墙面的距离，根据距离信息控制无人机的飞行姿态，使得挂载架所在的平面与被测墙面垂直，从而进一步提高墙体检测设备获得的检测数据的准确性。
附图说明
16.图1为本发明提供的建筑外墙巡检无人机一种实施例的结构框图。
17.图2为本发明提供的建筑外墙巡检无人机一种实施例的结构示意图。
18.图3为本发明提供的建筑外墙巡检无人机第二种实施例的结构示意图。
19.图4为本发明提供的建筑外墙巡检无人机第三种实施例的结构示意图。
20.图5为本发明提供的建筑外墙巡检无人机中动力装置与旋翼组件配合的一种实施例的结构示意图。
21.图6为本发明提供的建筑外墙巡检无人机中状态检测装置一种实施例的结构示意图。
22.图7为本发明提供的建筑外墙巡检无人机中各个激光测距雷达一种实施例的分布示意图。
23.图8为本发明提供的建筑外墙巡检无人机中第一激光测距雷达和第二激光测距雷达一种实施例的布局示意图。
24.图9为本发明提供的建筑外墙巡检无人机中第三激光测距雷达和第四激光测距雷达一种实施例的布局示意图。
25.图10为本发明提供的建筑外墙巡检无人机另一实施例的结构示意图。
26.图11为本发明提供的建筑外墙巡检无人机系统一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
27.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
28.参考图1，在一些实施例中，提供一种建筑外墙巡检无人机，包括挂载架1、滑轮组件2、机体3、旋翼组件4、动力装置5、飞控处理器6、状态检测装置7、总控制器8以及无线通信模块9；滑轮组件2与挂载架1配合连接，机体3与挂载架1连接，旋翼组件4与挂载架1以及机体3配合连接，动力装置5与旋翼组件4连接，飞控处理器6与动力装置5连接，总控制器8与飞控处理器6以及状态检测装置7连接，总控制器8与无线通信模块9连接；状态检测装置7用于采集与被测墙面的距离信息并发送至总控制器8，总控制器8用于根据所述距离信息生成控制信号并发送至飞控处理器6，飞控处理器6用于根据所述控制信号控制动力装置5调整无人机的飞行姿态。
29.具体地，挂载架1用于搭载状态检测装置7以及用于检测墙体的墙体检测设备，该墙体检测设备包括但不限于电磁雷达、敲击检测装置、声音采集装置、图像采集装置、喷涂装置、标记装置等。
30.机体3用于搭载动力装置5、飞控处理器6、总控制器8以及无线通信模块9。
31.在一些实施例中，滑轮组件2包括滑轮支架以及滑轮；挂载架1上设置有支架安装端，滑轮支架与支架安装端连接；滑轮设置在滑轮支架上，检测时所述滑轮贴合被测墙面。
32.在一些实施例中，滑轮支架的数量为至少一个，可以根据实际需求设定，滑轮的数量也可根据实际需要进行设置，在此不做限定。
33.挂载架1的形状可以根据实际需要进行设计，在此不做限定。
34.参考图2，在一些实施例中，以挂载架1为四边形，两个滑轮支架和四个滑轮为例进行说明：滑轮组件2包括两个滑轮支架21以及四个滑轮22，挂载架1相对的两条边朝同一侧分别延伸出支架安装端11，两个滑轮支架21的中点分别与两个支架安装端11连接；四个滑轮22分别设置在两个滑轮支架21的端部，两个滑轮支架21均与挂载架1四条边所在的平面垂直，检测时四个滑轮22贴合被测墙面滑动，减少无人机与墙面接触的摩擦力。支架安装端11连接滑轮支架的中点，有利于保证机身整体平衡。
35.挂载架1上靠近四个滑轮22且与支架安装端11所在的两条边垂直的一边的中点处用于设置墙体检测设备300，墙体检测设备300与总控制器8连接。即墙体检测设备300设置于挂载架1上与被测墙面平行且靠近被测墙面的一边。
36.进一步地，在一些实施例中，挂载架1可以为矩形，其中，两条短边朝同一侧延伸出支架安装端11。
37.滑轮支架以及滑轮的设置，一方面能够减少无人机与墙面接触的摩擦力，另一方面具有一定的防护作用，防止无人机的其他部件与墙体碰撞。
38.进一步地，在一些实施例中，机体3包括连接架31和旋翼安装架32，其中，旋翼安装架32的形状和结构可以根据实际需要以及旋翼的数量进行设计。
39.参考图2，在一些实施例中，机体3包括连接架31和旋翼安装架32，连接架31的一端与旋翼安装架32的几何中心处连接，另一端与挂载架1的一边的中点连接，旋翼安装架32的两端用于安装旋翼。
40.参考图3，在一些实施例中，机体3包括连接架31和旋翼安装架32，连接架31的一端与旋翼安装架32的一端连接，另一端与挂载架1的一边的中点连接，旋翼安装架32的另一端用于安装旋翼。
41.参考图4，在一些实施例中，机体3包括连接架31和两个旋翼安装架32，连接架31的一端与其中一个旋翼安装架32的几何中心处连接，另一端与挂载架1的一边的中点连接，另外一个旋翼安装架32的几何中心与连接架31的几何中心处连接，且与连接架31的中轴线垂直，两个旋翼安装架32的两端用于安装旋翼。
42.状态检测装置7设置在挂载架1与连接架31的连接处。
43.机体3和挂载架1的设计，拉长了无人机的整体结构，使得整体重心更稳定，状态检测装置7设置在挂载架1与连接架31的连接处，使得状态检测装置7位于挂载架1一边的中点处，一方面有利于状态检测装置7检测无人机的飞行姿态，另一方面有利于保证机身整体平衡。
44.进一步地，旋翼组件4包括旋翼，旋翼的数量可以根据实际需求设定，在此不做限定。
45.参考图2，在一些实施例中，旋翼数量为4个：挂载架1上连接所述连接架31的一边的两端分别延伸出旋翼安装端12，其中两个旋翼41与旋翼安装端12连接；连接架31的一端与旋翼安装架32的几何中心处连接，另外两个旋翼41分别设置于旋翼安装架32的两端。
46.参考图3，在一些实施例中，旋翼数量为3个，挂载架1上连接连接架31的一边的两端分别延伸出旋翼安装端12，其中两个旋翼41与旋翼安装端12连接；连接架31的一端与旋翼安装架32的一端连接，另外一个旋翼41与旋翼安装架32的另一端连接。
47.参考图4，在一些实施例中，旋翼的数量为6个，挂载架1上连接连接架31的一边的两端分别延伸出旋翼安装端12，其中两个旋翼41与旋翼安装端12连接；两个旋翼安装架32的两端分别连接另外四个旋翼。
48.在一些实施例中，动力装置5包括与旋翼组件4配合连接的电机；电机的数量和旋翼的数量一致，例如，四个旋翼则对应有四个电机，三个旋翼则对应有三个电机，六个旋翼则对应有六个电机，各个电机与飞控处理器6连接。
49.参考图5，在一些实施例中，以四个旋翼为例进行说明：动力装置5包括第一电机51、第二电机52、第三电机53和第四电机54，其中，第一电机51与第一旋翼41配合连接，第二电机52与第二旋翼42配合连接，第三电机53与第三旋翼43配合连接，第四电机54与第四旋翼44配合连接，第一电机51、第二电机52、第三电机53和第四电机54均与飞控处理器6连接。
50.参考图6，状态检测装置7包括第一激光测距雷达71、第二激光测距雷达72、第三激光测距雷达73和第四激光测距雷达74。
51.参考图7，第一激光测距雷达71、第二激光测距雷达72、第三激光测距雷达73和第四激光测距雷达74呈十字分布；第一激光测距雷达71和第二激光测距雷达72位于同一垂线上，第三激光测距雷达73和第四激光测距雷达74位于同一水平线上。
52.参考图8和图9，第一激光测距雷达71的出光面与其投影面形成第一夹角，第二激光测距雷达72的出光面与其投影面形成第二夹角，第三激光测距雷达73的出光面与其投影面形成第三夹角，第四激光测距雷达的出光面与其投影面形成第四夹角，第一夹角、第二夹角、第三夹角以及第四夹角均相同。各个激光测距雷达的出光面的中心出射一束测距激光。
53.具体地，第一激光测距雷达71用于采集与被测墙面的第一距离信息，第二激光测距雷达72用于采集与被测墙面的第二距离信息，第三激光测距雷达73用于采集与被测墙面的第三距离信息，第四激光测距雷达74用于采集与被测墙面的第四距离信息；总控制器8用于接收所述第一距离信息、第二距离信息、第三距离信息以及第四距离信息，并进行分析获得第一距离、第二距离、第三距离和第四距离，将所述第一距离、第二距离、第三距离和第四距离进行比较，根据比较结果生成控制信号并发送至飞控处理器6。
54.总控制器8还用于当第一距离和第二距离不相等时，生成俯仰角控制信号发送至飞控处理器6，飞控处理器6用于根据所述俯仰角控制信号控制相应的电机改变转速，以调整无人机的俯仰角；当第三距离和第四距离不相等时，总控制器8生成偏航角控制信号发送至飞控处理器6，飞控处理器6用于根据所述偏航角控制信号控制相应的电机改变转速，以调整无人机的偏航角。
55.具体地，以四个电机和四个旋翼为例进行具体说明，参考图10，第一激光测距雷达71、第二激光测距雷达72、第三激光测距雷达73和第四激光测距雷达74呈十字分布，第一激光测距雷达71和第二激光测距雷达72位于同一垂线上，且第一激光测距雷达71位于第二激光雷达72上，第三激光测距雷达73和第四激光测距雷达74位于同一水平线上；第三激光测距雷达73、第二旋翼42以及第三旋翼43位于连接架中轴线l的一侧，第四激光测距雷达74、第一旋翼41以及第四旋翼44位于连接架中轴线l的另一侧。
56.当第一激光测距雷达71测量获得的第一距离大于第二激光测距雷达72测量获得的第二距离时，总控制器8生成第一俯仰角控制信号发送至飞控处理器6，飞控处理器6根据该第一俯仰角控制信号控制降低与第一旋翼41配合连接的第一电机51以及与第二旋翼42配合连接的第二电机52的转速，或者提升与第三旋翼43配合连接的第三电机53以及与第四旋翼44配合连接的第四电机54的转速，直到第一距离和第二距离相等。反之，当第一距离小于第二距离时，总控制器8生成第二俯仰角控制信号发送至飞控处理器6，飞控处理器6根据该第二俯仰角控制信号控制提升第一电机51以及第二电机52的转速，或者降低第三电机53以及第四电机54的转速，直到第一距离和第二距离相等。当第一距离和第二距离相等时，无人机的俯仰角为0。
57.当第三激光测距雷达73测量获得的第三距离大于第四激光雷达74测量获得的第四距离时，总控制器8生成第一偏航角控制信号发送至飞控处理器6，飞控处理器6根据第一偏航角控制信号提升第一电机51和第三电机53的转速，降低第二电机52和第四电机54的转速，直到第三距离和第四距离相等。反之，当第三激光测距雷达73测量获得的第三距离小于第四激光雷达74测量获得的第四距离时，总控制器8生成第二偏航角控制信号发送至飞控处理器6，飞控处理器6根据第二偏航角控制信号提升第二电机52和第四电机54的转速，降低第一电机51和第三电机53的转速，直到第三距离和第四距离相等。
58.飞控处理器6调整第一电机51、第二电机52、第三电机53和第四电机54的转速为动态调整的过程，当第一距离、第二距离、第三距离以及第四距离相等时，挂载架1所在的平面与被测墙面垂直，设置于挂载架1上的检测设备开始工作采集数据，使得采集的数据更加准确。
59.参考图3，如果旋翼的数量为三个，则通过提高/降低设置于挂载架1上的两个旋翼的转速或者降低/提高设置于旋翼安装架32上的旋翼的转速来控制其俯仰角，通过提高/降低设置于挂载架1其中一个旋翼的转速来控制其偏航角。
60.参考图4，如果旋翼的数量为六个，则通过提高/降低设置于挂载架1上的两个旋翼的转速或者降低/提高设置于旋翼安装架32上的四个旋翼的转速来控制其俯仰角，通过提高/降低位于对角线上的旋翼的转速来控制其偏航角。
61.参考图2，在一些实施例中，无人机还包括高度检测装置30，高度检测装置30与总控制器8连接，用于检测无人机与地面的高度并发送至总控制器8，总控制器8将高度信息经无线通信模块发送至地面控制站。
62.在一些实施例中，高度检测装置30可以为激光测距雷达。
63.在一些实施例中，参考图1，无人机还包括供电电池10，供电电池10与动力装置5、飞控处理器6、状态检测装置7以及总控制器8连接。通过搭载供电电池供电，具有更好的方便性。
64.此外，在一些实施例中，无人机也可通过地面的电源进行直接供电，使得无人机可以长时间工作。
65.在一些实施例中，无人机还包括定位模块20，定位模块20与总控制器8连接。
66.在一些实施例中，定位模块20为rtk定位模块。
67.参考图11，在一些实施例中，还提供一种无人机系统，包括上述的无人机100，还包括地面控制站200，地面控制站200与无人机100的无线通信模块通信连接。
68.地面控制站200发送检测控制指令，无人机的无线通信模块接收该检测控制指令并发送至总控制器，总控制器根据该检测控制指令生成飞行控制信号发送至飞控处理器，飞控处理器根据该飞行控制信号控制动力装置按照预设的轨迹飞行，飞行过程中墙体检测设备采集检测信号并发送至总控制器，再经无线通信模块发送至地面控制站。飞行过程中无人机的定位模块配合地面控制站200实现精确定位。
69.综上，上述实施例提供的建筑外墙巡检无人机及系统，至少包括如下有益效果：（1）挂载架的结构设计，便于搭载墙体检测设备，使得墙体检测设备可以更接近被测墙面，墙体检测设备获得的检测数据更加准确；（2）机体、挂载架和旋翼组件的结构设计，使得无人机整体重心更稳定，提高无人机飞行的稳定性，保证机身整体平衡；（3）通过状态检测装置检测与被测墙面的距离，根据距离信息控制无人机的飞行姿态，使得挂载架所在的平面与被测墙面垂直，从而进一步提高墙体检测设备获得的检测数据的准确性。
70.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。