一种应用于桥梁检测的无人机装置

1.本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种应用于桥梁检测的无人机装置。


背景技术：

2.现如今的无人机技术已经可以通过gps定位技术实现指定路线飞行，通过视觉或激光技术轻松完成避障，保证无人机飞行完全，满足生活和工作中绝大多数的应用场景。但对于桥梁检测场景，现有技术仍无法满足要求。
3.尤其是梁底检测时，由于桥梁结构的遮挡，无人机将失去gps定位功能，无法通过定位技术完成指定飞行任务。其次，桥梁检测需要无人机与桥梁结构贴近飞行，近距离采集桥梁病害图像，复杂且不可控的飞行环境即使有避障功能也不能完全保证安全，可能出现视觉和激光技术均无法识别的透明物或线状物，引发无人机飞行事故。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种应用于桥梁检测的无人机装置，能够在复杂的桥梁环境下安全、稳定飞行，平稳吸附于桥梁表面且能够沿桥梁表面自由移动。
5.本发明提供了如下的技术方案：一种应用于桥梁检测的无人机装置，包括防护框和无人机；所述防护框为双层框架结构，且两层框架之间连接有减震球，所述防护框的外表面安装有万向轮；所述无人机的顶部安装于防护框内，且无人机与防护框的重心重合。
6.进一步的，所述防护框使用碳纤维材料制成，包括矩形的顶框、第一侧框、前框和第二侧框，所述顶框的内层框架的三个侧边依次与第一侧框、前框及第二侧框的内层框架连接，所述顶框的外层框架与第一侧框、前框及第二侧框的外层框架之间均连接有柔性连杆。
7.进一步的，所述第一侧框、前框和第二侧框均为门形结构且门形结构的两侧边安装有侧万向轮；所述无人机的头部面向前框，所述第一侧框和第二侧框内侧均连接有支撑架。
8.进一步的，所述顶框内侧设有若干支撑板，各支撑板间以及支撑板与顶框间连接有支撑条，所述支撑板上安装有顶万向轮。
9.进一步的，所述防护框还包括连接于顶框、第一侧框和第二侧框之间的后框，所述后框为单层框架或者双层框架。
10.进一步的，所述减震球包括橡胶球以及对称连接于橡胶球两侧的碳纤维圈，两个碳纤维圈分别与防护框的内层框架及外层框架固定连接。
11.进一步的，所述防护框内侧设有安装架，所述无人机外部设有固定支架，所述安装架和固定支架相连。
12.进一步的，所述安装架和固定支架间通过连接机构形成可拆卸式连接；所述连接机构包括与安装架相连的第一连接块以及与固定支架相连的第二连接块，所述第一连接块面向第二连接块的一侧面设有卡块，所述第二连接块设有能够与卡块相卡合的卡槽；所述第二连接块安装有位于卡槽内的限位器以及用于控制限位器的限位器开关，所述卡块设有与限位器相匹配的限位孔。
13.进一步的，所述安装架与第一连接块间通过球面副转动连接。
14.进一步的，所述安装架与第一连接块间连接有若干弹性组件，所述弹性组件设于球面副外围，所述弹性组件包括弹簧和罩于弹簧外部的外壳，所述外壳具有伸缩性。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明提供的无人机装置包括防护框和无人机，无人机的顶部安装于防护框内，保证无人机在复杂的桥梁环境下安全飞行；无人机与防护框的重心重合，保证了无人机飞行的稳定性；（2）本发明中的防护框为双层框架结构，能够增强对无人机的防护性能；两层框架之间连接有减震球，当无人机以一定速度接触到桥梁结构时，减震球可起到减震增稳作用，防止防护框与桥梁结构碰撞引起不可控的回弹，引发安全问题；（3）本发明中的防护框外表面安装有万向轮，将无人机打造成“空间行李箱”，无论贴近桥梁墩柱侧面还是梁板底面，有前驱动力的情况下，本装置均可实现平面上的自由移动；移动的同时，两层框架之间的减震球也能起到减震作用，避免因结构起伏导致无人机移动过程中弹起或失控, 为桥梁检测提供安全可靠、切实可用的应用手段。
附图说明
16.图1是本发明实施例中无人机装置的结构示意图；图2是本发明实施例中防护框的结构示意图；图3是本发明实施例中防护框的右视局部结构示意图；图4是本发明实施例中无人机装置的前视局部结构示意图；图5是本发明实施例2中连接机构的结构示意图；图6是本发明实施例2中连接机构另一视角的结构示意图；图7是本发明实施例3中无人机与防护框连接处的结构示意图；图8是本发明实施例3中弹性组件的结构示意图；图9是本发明实施例3中无人机倾斜时与防护框的相对位置示意图；图中标记为：1、防护框；101、顶框；102、前框；103、第一侧框；104、后框；105、第二侧框；106、支撑架；107、支撑板；108、支撑条；2、无人机；3、高清相机；4、侧万向轮；5、减震球；6、顶万向轮；7、安装架；8、滚珠轴承；9、柔性连杆；10、连接机构；11、球面副；12、弹性组件；1201、第一壳体；1202、第二壳体；1203、弹簧；13、卡槽；14、固定支架；15、第一连接块；16、卡块；17、第二连接块；18、限位器开关；19、限位器；20、限位孔。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明
的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
19.实施例1如图1所示，本实施例提供一种应用于桥梁检测的无人机装置，包括防护框1和无人机2。
20.如图1、图2和图4所示，防护框1的体积略大于无人机2，无人机2的顶部安装于防护框1内且无人机2与防护框1的重心重合，避免防护框1的安装影响无人机2的飞行稳定性。具体的，防护框1内侧设有安装架7，无人机2外部设有固定支架14，安装架7和固定支架14相连，从而实现无人机2与防护框1的固定安装。防护框1的整体安装位置略高于无人机2，避免影响无人机2起降。
21.如图2所示，防护框1使用碳纤维材料制成，能够降低自重，减小无人机2负载重量，保证一定的续航能力。
22.如图2和图3所示，防护框1为双层框架结构，且内外两层框架之间连接有多个均匀分布的减震球5，减震球5包括橡胶球以及对称连接于橡胶球两侧的碳纤维圈，两个碳纤维圈分别与防护框1的内层框架及外层框架固定连接。当无人机2以一定速度接触到桥梁结构时，减震球5可起到减震增稳作用，防止防护框1与桥梁结构碰撞引起不可控的回弹，引发安全问题。当无人机2在桥梁表面移动时，减震球5能够起到减震作用，避免因结构起伏导致无人机移动过程中弹起或失控。
23.如图2和图3所示，防护框1包括矩形的顶框101、第一侧框103、前框102和第二侧框105；顶框101的内层框架的三个侧边依次与第一侧框103、前框102及第二侧框105的内层框架连接，形成稳定的防护结构；顶框101的外层框架与第一侧框103、前框102及第二侧框105的外层框架之间均连接有柔性连杆9，能够防止外层框架因自重变形。
24.如图2和图3所示，防护框1的外表面安装有万向轮。具体的，第一侧框103、前框102和第二侧框105均为门形结构且门形结构的两侧边安装有两个侧万向轮4，顶框101内侧设有若干支撑板107，各支撑板107间以及支撑板107与顶框101间连接有支撑条108，支撑板107下表面连接安装架7，上表面安装有四个顶万向轮6，将无人机打造成“空间行李箱”。无论贴近桥梁墩柱侧面还是梁板底面，有前驱动力的情况下，本装置均可实现平面上的自由移动。
25.如图2所示，第一侧框103和第二侧框105内侧均连接有支撑架106，能够增强防护框1的结构稳定性。无人机2的头部面向前框102，无人机2配置有高清相机3，考虑到高清相机3采集图片时需要保证无障碍物遮挡，前框102仅设置门形结构，不设置支撑架，且通过高清相机3感光元件尺寸、焦距等参数计算得出防护框1与镜头之间合理的垂直距离和水平距离，保证防护框的顶框101和两个侧框不会干扰相机视图。
26.本实施例所提供的无人机装置的工作原理为：装配时，将固定支架14安装于无人机2外部，再将固定支架14与防护框1内侧的安装架7连接，从而使得碳纤维防护框1与无人机2成为一个整体。
27.装配完成后，操控无人机2飞行至桥梁附近，将无人机飞行方向调整垂直于检测
面，缓慢靠近直至防护框1吸附至检测面。在吸附瞬间，防护框1的内外两层框架之间的减震球5缓和了无人机2与检测面撞击时产生的冲击和震动，使无人机2平稳吸附于检测面。无人机2吸附至检测面后，可使用高清相机3对检测面近距离采集图像，检测病害。
28.无人机2吸附在桥梁表面后，与检测面直接接触的是万向轮上的滚珠轴承8，其可以向平面上的任一方向滚动。防护框1的顶框101、第一侧框103、前框102和第二侧框105四个面各安装四个万向轮，无人机2的任意一面吸附于检测面后，均可通过遥控器操控，像行李箱一样在检测面上自由移动，完成该检测面全范围的图像采集。
29.实施例2如图1和图2所示，本实施例提供一种应用于桥梁检测的无人机装置，包括实施例1中的结构。此外，防护框1还包括连接于顶框101、第一侧框103和第二侧框105之间的后框104，后框104为单层框架或者双层框架，后框104内侧也设置有支撑架，用于对无人机进行全方位防护，提高安全性。
30.如图4、图5和图6所示，安装架7和固定支架14间通过连接机构10形成可拆卸式连接。连接机构包括与安装架7相连的第一连接块15以及与固定支架14相连的第二连接块17，第一连接块15面向第二连接块17的一侧面设有卡块16，第二连接块17设有能够与卡块16相卡合的卡槽13；第二连接块17安装有位于卡槽13内的限位器19以及用于控制限位器19的限位器开关18，卡块16设有与限位器19相匹配的限位孔20，限位器19可设置为伸缩式结构。
31.本实施例所提供的无人机装置的工作原理为：装配时，将固定支架14安装于无人机2外部，再将第一连接块15上的卡块16卡入卡槽13中，转动防护框1，带动第一连接块15相对第二连接块17转动，使限位器19与限位孔20位置对应，通过限位器开关18控制限位器19插入限位孔20内，锁定第一连接块15和第二连接块17，防护框1和无人机2无法相对转动，使碳纤维框防护框1与无人机2成为一个整体。
32.无人机的飞行、吸附、运动和图像采集方式与实施例1中相同。
33.任务完成后，降落无人机2，通过按压限位器开关18收起限位器19，第一连接块15和第二连接块17解锁，防护框1可相对无人机2旋转，实现无人机2与防护框1的分离。
34.实施例3如图1、图4、图7和图8所示，本实施例提供一种应用于桥梁检测的无人机装置，包括实施例2中的结构。此外，安装架7与第一连接块15间通过球面副11转动连接。安装架7与第一连接块15间连接有若干弹性组件12，弹性组件12设于球面副11的球体外围。弹性组件12包括弹簧1203和罩于弹簧1203外部的外壳，外壳具有伸缩性。本实施例中外壳由相套设计的第一壳体1201和第二壳体1202构成，在其它实施例中也可设置为波纹外壳结构。
35.本实施例所提供的无人机装置的工作原理为：无人机的装配方式与实施例2相同。
36.装配完成后，操控无人机2飞行至桥梁附近，将无人机2飞行方向调整垂直于检测面，缓慢靠近直至防护框1吸附至检测面。在吸附瞬间，防护框1的内外两层框架之间的减震球5缓和了无人机2与检测面撞击时产生的冲击和震动，使无人机2平稳吸附于检测面。
37.与此同时，由于无人机2前后桨叶转速差异，无人机2机身会有一定倾角，一般情况下，防护框1也会随之倾斜，从而导致1-2个万向轮无法稳定吸附。本实施例中由于设置球面副11，使无人机2和防护框1能够相对转动，形成了图9所示的飞行状态，无人机2姿态形成向
前俯冲的倾角，前侧两个弹性组件12伸长，后侧两个弹性组件压缩，使防护框1与检测面相对位置依旧不变，无人机2平稳吸附于检测面，抵消了无人机2飞行倾角对防护框1的影响以及与结构发生碰撞时的不稳定性。
38.无人机2吸附后的运动、图像采集以及无人机2与防护框1的分离方式与实施例2相同。
39.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。