一种无人机和地面机器人集成的地空一体监测系统

本发明涉及工地监测预警技术领域，尤其涉及一种无人机和地面机器人集成的地空一体监测系统。

背景技术：

随着城市化建设的不断发展，建筑业已成为推动城市化建设不可或缺的行业之一。但建筑工地发生的意外事故造成人员伤亡的案例越来越多，事故不仅给工薪家庭的生活带来不便，同时也给国家和企业造成了重大损失。传统的人工监测劳动强度大，现有的固定摄像头监测视野范围有限，经济成本高。因此，建筑工地安全监测急需一种低成本高性能的工地监测技术。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于，解决传统的人工监测劳动强度大，现有的固定摄像头监测视野范围有限，经济成本高的技术问题。本发明提供了一种无人机和地面机器人集成的地空一体监测系统，能够对工人作业时不安全行为及安全隐患进行监测，并提醒工人，可保障高空施工的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了一种无人机和地面机器人集成的地空一体监测系统，包括：地面机器人、无人机、云服务器和计算机；

所述地面机器人包括：基座、行走机构、视频云台、第一摄像头、控制主板和第一蜂鸣器；

所述基座以悬空方式固定于所述行走机构上，所述行走机构具有水平方向上的活动行程，所述视频云台固定于所述基座上，所述第一摄像头活动安装于所述视频云台上，所述视频云台用于控制所述第一摄像头的活动，所述控制主板固定于所述基座上且与所述第一摄像头电连接，用于处理所述第一摄像头获取的图像并传输至所述云服务器，所述第一蜂鸣器设于所述基座上；

所述无人机包括：机身、至少一对机臂、多个飞行结构、第二摄像头、图像传输模块和第二蜂鸣器；

所述机臂一端与所述机身固定连接，成对的所述机臂关于所述机身左右对称，每一所述机臂远离所述机身的一端向前后分别延伸形成延伸部，所述延伸部与所述飞行结构一一对应，所述第二摄像头固定于所述机身上，所述图像传输模块固定于所述机身上且与所述第二摄像头电连接，用于将所述第二摄像头获取的图像传输至所述云服务器，所述第二蜂鸣器设于所述机身上；

所述云服务器将所述地面机器人和所述无人机采集的图像传输至计算机；

所述计算机对所述云服务器传输的图像进行检测和识别，以实现工地现场的地空一体无死角实时监测。

优选地，所述飞行结构包括无刷电机和旋翼，所述无刷电机固定于所述延伸部上，所述无刷电机的输出端朝上，所述旋翼固定于所述无刷电机的输出端，所述无刷电机驱动所述旋翼旋转。

优选地，所述行走机构包括：驱动机构、两个驱动轮和两个从动轮；

所述基座呈中空设置，所述驱动机构固定于所述基座内，所述基座左右两侧分别贯穿有穿孔，所述驱动机构具有两个输出轴，两个所述输出轴分别穿过所述穿孔位于所述基座外，两个所述驱动轮分别安装于所述输出轴上，两个所述从动轮分别可轴向旋转安装于所述基座左右两侧，所述驱动机构带动两个所述驱动轮轴向旋转，从而带动所述从动轮转动。

优选地，所述地面机器人还包括两个多自由度机械臂，所述多自由度机械臂活动安装于所述基座前端，用于对物体进行抓取，所述多自由度机械臂与所述控制主板电连接，所述控制主板用于控制所述多自由度机械臂工作。

优选地，所述地面机器人还包括激光雷达，所述激光雷达活动安装于所述视频云台上，激光雷达与所述第一摄像头朝向同一方向，所述激光雷达与所述控制主板电连接，所述激光雷达用于获取与前方障碍物之间的距离数据，所述控制主板用于处理所述距离数据。

优选地，当所述地面机器人监测到工地存在不安全情况时，所述第一蜂鸣器立即报警。

优选地，当所述无人机监测到工地存在不安全情况时，所述第二蜂鸣器立即报警。

优选地，所述地空一体监测系统还包括警示灯，所述警示灯为三色led灯，当所述第一蜂鸣器或所述第二蜂鸣器报警时，所述警示灯呈现红色且闪烁频率加快。

优选地，所述基座上设有多功能接口、多种电路安装孔。

优选地，所述计算机搭载多种监测算法，包括：安全帽佩戴监测算法和人体摔倒监测算法。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：通过地面机器人和无人机能够对工人工地作业时不安全行为及安全隐患进行地空一体无死角监测，地面机器人和无人机利用自身的树莓派对摄像头获取的图像进行处理，并且通过无线传输模块将摄像头获取的实时图像数据传输到云服务器，进而传到计算机终端，以确保相关部门能够及时发现问题，当出现不安全行为存在安全隐患时，蜂鸣器进行报警，以提醒工人，从而提高工人工地作业时的安全性。

附图说明

图1是本发明无人机和地面机器人集成的地空一体监测系统结构框图；

图2是本发明无人机的结构示意图；

图3是本发明无人机的正视图；

图4是本发明无人机的左体图；

图5是本发明无人机的侧视图；

图中：1-机身、2-机臂、3-图像传输模块、4-旋翼、5-无刷电机、6-横杆、7-第二摄像头、8-连接件、9-延伸部、通孔91；

图6是本发明地面机器人的结构示意图；

图7是本发明地面机器人的后视图；

图8是本发明地面机器人的俯视图；

图9是本发明地面机器人的右视图；

图中：10-第一摄像头、11-视频云台、12-控制主板、13-多自由度机械臂、14-从动轮、15-驱动轮、16-固定轮、17-基座、18-激光雷达、19-环形履带、20-张紧轮、21-驱动电机。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1是本发明无人机和地面机器人集成的地空一体监测系统结构框图；

本实施例提供的一种无人机和地面机器人集成的地空一体监测系统包括：地面机器人、无人机、云服务器和计算机；

所述无人机包括：机身、至少一对机臂、多个飞行结构、第二摄像头、图像传输模块和第二蜂鸣器；

所述地面机器人包括：基座、行走机构、视频云台、第一摄像头、控制主板和第一蜂鸣器；

所述无人机和所述地面机器人分别采集施工现场的图像，并通过无线传输模块将所述图像传输至所述云服务器，进而传送到所述计算机，所述计算机对所述云服务器传输的图像进行检测和识别，以实现工地现场的地空一体无死角实时监测。

参照图2-图5，本实施例中，所述无人机负责采集高空施工作业的数据，所述机身1外表面呈光滑流线型曲面，可减少在空中飞行受到的阻力。所述机臂2一端与所述机身1固定连接，成对的所述机臂2关于所述机身1左右对称，机臂2可以为一对，也可以设有多对，本实施例中，所述机身1左右两侧分别设有多个所述机臂2，具体地，所述机身1左右两侧分别设有两个所述机臂2。为了增强监测装置的稳定性，位于所述机身1同一侧的所述机臂2通过横杆6连接，所述横杆6中部与所述机身1通过连接件8连接。

每一所述机臂2远离所述机身1的一端向前后分别延伸形成延伸部9，本实施例中，每一机臂2向前和向后延伸的延伸部9呈一体成型设置，所述延伸部9上贯穿设有多个通孔91，以在上升和下降过程中减少风阻，同时便于后期增加新的传感器等设备。所述延伸部9与所述飞行结构一一对应，本实施例中，飞行结构设有八个，所述飞行结构包括无刷电机5和旋翼4，所述无刷电机5固定于所述延伸部9上，所述无刷电机5的输出端朝上，所述旋翼4固定于所述无刷电机5的输出端，所述无刷电机5驱动所述旋翼4旋转，多个所述旋翼4在横向上的旋转范围相互错开。本实施例中，所述机臂2呈水平设置，机臂2也可呈倾斜设置，但需保证旋翼4呈水平设置，用于产生向上的升力，所述机臂2的材质为碳纤维。

所述第二摄像头7固定于所述机身1上，所述图像传输模块3固定于所述机身1上且与所述第二摄像头7电连接，用于将所述第二摄像头7获取的图像传输至用户，所述第二蜂鸣器设于所述机身1上。监测装置还包括警示灯，警示灯的安装位置不做具体限定，本实施例中，警示灯设于无刷电机17底部，所述警示灯选用三色led灯，警示灯的闪烁颜色和频率可根据工人工作状况而变化，例如，当发现工人在进行不安全操作存在安全隐患时，无人机可靠近工人，在蜂鸣器进行报警后，警示灯呈现红色且闪烁频率加快，以起到警示作用。

参照图6-图9，本实施例中，所述地面机器人包括基座17、行走机构、视频云台11、第一摄像头10、控制主板12以及第一蜂鸣器，所述基座17固定于所述行走机构上以悬空设置，本实施例中，所述基座17的材质为不锈钢，所述行走机构具有水平方向上的活动行程，所述视频云台11固定于所述基座17上，所述第一摄像头10活动安装于所述视频云台11上，所述视频云台11用于控制所述第一摄像头10的活动，本实施例中，所述视频云台11为二自由度视频云台，所述视频云台11可灵活的控制所述第一摄像头10在上下左右的转动。所述控制主板12固定于所述基座17内且与所述第一摄像头10电连接，用于处理所述第一摄像头10获取的图像，所述第一蜂鸣器设于所述基座17上。所述基座17上设有多功能接口、多种电路安装孔，便于后期增加新的功能。

地面机器人行走机构可有多种设置方式，本实施例中，所述行走机构包括驱动机构、两个驱动轮15以及两个从动轮14。所述基座17呈中空设置，所述驱动机构固定于所述基座17内，所述基座17左右两侧分别贯穿有穿孔，所述驱动机构具有两个输出轴，两个所述输出轴分别穿过所述穿孔位于所述基座17外，两个所述驱动轮15分别安装于所述输出轴上，两个所述从动轮14分别可轴向旋转安装于所述基座17左右两侧，所述驱动机构带动两个所述驱动轮15轴向旋转，从而带动所述从动轮14转动。所述驱动轮15和所述从动轮14可采用吸能减震设计，可增加装置的抗摔碰能力。

所述行走机构还包括两个环形履带19，两个所述环形履带19分别位于所述基座17左右两侧，且套设于位于同一侧的所述驱动轮15和所述从动轮14外围，以使所述驱动机构带动两个所述驱动轮15轴向旋转，从而带动所述环形履带19和所述从动轮14转动，利用所述环形履带19可增加与地面的附着力。

所述驱动机构包括两个驱动电机21，两个所述驱动电机21分别具有所述输出轴，两个所述驱动电机21与两个所述驱动轮15一一对应，所述驱动电机21带动所述驱动轮15轴向旋转。

所述地面机器人还包括激光雷达18，所述激光雷达18活动安装于所述视频云台11上，所述激光雷达18与所述第一摄像头10朝向同一方向，所述激光雷达18与所述控制主板12电连接，所述激光雷达18用于获取与前方障碍物之间的距离数据，所述控制主板12用于处理所述距离数据，所述控制主板12与两个所述驱动电机21电连接，用于控制两个所述驱动电机21的转速和转动方向。当前方出现障碍物时，根据激光雷达18测量与障碍物之间的距离，控制主板12控制两个驱动电机21的转速，使所述行走机构转向，以实现避障功能。

作为可选地实施方式，所述的云服务器，是一种弹性可伸缩的云计算服务，可提升运维效率。

作为可选地实施方式，所述的计算机，搭载了安全帽佩戴监测算法、人体摔倒监测算法等，能够对工人未佩戴安全帽以及工人摔倒等不安全行为进行监测预警，若系统监测到不安全行为的情况，地面机器人以及无人机的蜂鸣器将会报警，以提醒工人。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。