一种桥梁检测智能避障机器人的制作方法

本发明涉及桥梁检测领域，特别一种基于飞行器的桥梁检测机器人。

背景技术：

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。

无人机的出现，给桥梁检测带来了新的工具，可以远距离、无人操作，更加灵活方便。

CN101914893公开了一种基于四轴飞行器的桥梁检测机器人，利用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。但是，该机器人仅仅是通过预先设定的飞行航线来进行飞行，无法对于小空间内的飞行路线和检测路径，同时根据桥梁检测需要进行规划，其检测内容也仅仅限于摄像机拍摄的高清图像或全景图像，同时受限于电池动力的影响，也无法进行长时间作业，或进行停靠；同时，由于多种传感器和控制单元以及调整装置，导致其成本过高，重量过大。

CN102390528公开了一种带吸附功能的机器人，虽然可以实现将飞行器吸附于固定物上，但该吸附适用于光滑表面，如：玻璃等，对于不平整或不规则表面无法保证其吸附，同时，该吸附仍然要耗费一定的动力，无法满足长时间的作业。

CN104947585公开的桥梁检测机器人智能避障控制系统，仅仅是通过测距传感器和报警装置来避开障碍，一方面在较复杂环境下容易出错，另外这种避障仅仅是根据距离传感器实现的避障，并不是真正意义上的智能避障，更不能根据检测需要来实现避障。

技术实现要素：

本发明的目的旨在创造一种桥梁检测智能避障机器人，能够根据现场情况，实现三维建模，并根据桥梁检测需要，来实现飞行轨迹、检测路径的规划，实现真正的智能避障，同时，通过通讯模块将数据传输至地面大型服务器，实现高速处理，而并不要在机器人上设置昂贵的处理器；同时，由于其能够真正的实现智能避障，可以设置超声波探伤单元，对混凝土进行探伤检测；并设置临时停靠装置，实现真正的无动力停靠，并能利用停靠装置进行检测，实现长时间作业。

具体技术方案为：

一种桥梁检测智能避障机器人，包括飞行器，机载飞行控制单元和安装平台，所述安装平台通过三维姿态调整装置与所述飞行器主机体相连接；

所述安装平台上设置有摄像单元和超声波探伤单元；

所述飞行控制单元包括单片机、通讯模块、GPS自动导航模块以及激光测距避障模块和方向传感器，所述激光测距避障模块包括激光测距传感器；

所述摄像单元包括高精度全景摄像头，所述超声波探伤单元包括超声波传感器；

所述安装平台还包括临时停靠装置，可与桥梁底部预设停靠接收装置配合，将所述飞行器悬挂在桥梁底部；

还包括地面控制服务器，接受图像及传感器信息，通过比较来自于激光测距传感器和方向传感器的数据以及所述全景摄像头拍摄的图片来建立三维地图；并根据桥梁检测需要，设计飞行扫描路线，以及飞行次数，通过通讯模块将飞行数据发送给飞行器控制单元。

进一步地，所述桥梁检测需要包括：根据所述三维地图和桥梁结构受力确定的需要检测的桥梁部位，所述摄像头与所述需要检测的桥梁部位的距离和角度，所述传声波传感器与所述需要检测的桥梁部位的距离和角度。

进一步地，所述三维姿态调整装置为正交式三维运动平台。

进一步地，所述高精度全景摄像头还包括光学防抖单元。

进一步地，所述通讯模块包括蓝牙、WIFI和4G制式通讯单元。

进一步地，所述临时停靠装置包括位置感应器，所述停靠接收装置包括接收器，所述位置感应器用于搜寻所述接收器的位置。

进一步地，所述临时停靠装置包括电动滑轮，所述停靠接收装置包括预设在桥梁底部的导轨，所述滑轮可以固定在所述导轨上，并且能在导轨上滚动。

一种采用上述桥梁检测智能避障机器人进行桥梁检测的方法，包括如下步骤：

1)按照飞行指令，所述飞行器前往由GPS定位的桥梁位置；

2)所述临时停靠装置的位置感应器启动，搜寻所述接收器的位置，并通过所述临时停靠装置将所述飞行器悬挂在桥梁底部；

3)所述激光测距传感器和方向传感器的数据以及所述全景摄像头拍摄的图片发射到地面服务器，所述服务器通过建模形成三维地图，并根据桥梁检测需要，设计飞行扫描路线，通过通讯模块将飞行数据发送给飞行器控制单元；

4)所述飞行器按照设计飞行扫描路线进行图像扫描和超声波探伤，并实时将图像扫描数据和超声探伤数据发送到地面服务器；

5)所述地面服务器对图像扫描数据和超声波探伤数据进行分析，确定需要重新扫描的桥梁部位，并重新生成飞行路线发送到所述飞行器控制单元；

6)所述飞行器根据重新生成的飞行路线进行再次飞行。

进一步地，所述超声波探伤的方法包括：

根据低频超声在混凝土中遇到缺陷时的绕射现象，按声时及声程的变化，判别和计算缺陷的大小；

根据超声波在缺陷界面上产生散射，抵达接收探头时能量显著衰减的现象判断缺陷的存在及大小；

根据超声脉冲各频率成分在遇到缺陷时衰减的程度不同，接收频率明显降低，或接收波频谱与反射波频谱产生的差异，也可判别内部缺陷；

根据超声波在缺陷处的波形转换和叠加，造成接收波形畸变的现象判别缺陷。

进一步地，对于探测的面积较大时，采用多级网络法描出等声时线，并逐步缩小测区的方法。

本发明技术效果：

采用该机器人可以实现真正的智能避障，而不是仅仅依靠传感器来躲避障碍；采用地面大型服务器来进行三维建模，并能够根据桥梁检测需要生成飞行路线，弥补了常规无人机控制单元处理飞行控制或通过地面控制器人为的手工控制飞行器的不足；采用地面大型服务器还可以根据桥梁检测需要，进行人为干预，即：按照人为设定的检测部位和检测目的来进行检测；桥梁检测内容不仅包括拍摄高清图像，还包括超声波探伤检测，代替了以往检测，特别是超声波探伤检测需要架设大量仪器设备的状况，使得检测更加方便、快捷；设置临时停靠装置，使得大大节省飞行器的动力，并且还可以辅助进行桥梁检测，如：拍摄时，悬挂在桥梁底部，而不用浪费动力，进行飞行器空中悬停，更加符合桥梁检测应用的实际。

采用正交式三维运动平台可以保证安装平台的稳定性，从而保证摄像头和超声波传感器检测的稳定性；采用全景摄像头可以为服务器建模、形成三维地图形成基础，而采用光学防抖单元可以进一步保证拍摄的稳定性，提高检测的精确性；通讯模块采用蓝牙、WIFI可以实现短距离的数据传输，而采用4G制式可以实现长距离的无线传输，野外桥梁检测作业常常为几十公里甚至上百公里的行程，可以根据距离长短实现无线传输模式的转换；临时停靠装置，采用感应器和接收器，可以精确实现飞行器的临时停靠和精确定位，因为GPS的精度达不到这种小长度范围的精确定位，在飞行器到达GPS定位的桥梁检测点后，需要通过感应器来实现飞行器悬挂于临时停靠点，否则的话，必须靠人工控制飞行器来进行停靠，难度很大，并会要求飞行器的各种高精度的传感器的配置，大大提高成本；进一步，采用滑轮、导轨的配合，可以使得检测机器人在导轨上移动，在临时停靠的同时来辅助进行检测，大大节省飞行器动力并提高检测精确性。

桥梁检测往往需要反复多次的进行拍摄和扫描，而每次的拍摄和扫描又要根据检测需要进行调整，而该机器人可以通过服务器进行飞行路线和检测轨迹快速调整，并能通过临时停靠装置来帮助实现上述过程。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明的桥梁检测智能避障机器人俯视图；

图2是本发明的桥梁检测智能避障机器人侧视图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明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发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

参照图1、图2，一种桥梁检测智能避障机器人，包括飞行器1，机载飞行控制单元和安装平台2，所述安装平台2通过三维姿态调整装置与所述飞行器主机体相连接；飞行器1采用了6轴飞行器，以保证飞行的稳定性和可靠性。

所述安装平台2上设置有摄像单元3和超声波探伤单元4；

所述飞行控制单元包括单片机、通讯模块、GPS自动导航模块以及激光测距避障模块和方向传感器，所述激光测距避障模块包括激光测距传感器；激光测距避障模块和方向传感器既可以在GPS导航模式下，实现被动避障，也可以在小范围空间下，如：桥梁底部，通过将数据发送给地面服务器，生成飞行路线，实现智能避障，也可以称之为主动避障，即：激光测距避障模块和方向传感器起到了两种作用。

所述摄像单元包括高精度全景摄像头，所述超声波探伤单元包括超声波传感器；

所述安装平台还包括临时停靠装置，可与桥梁底部预设停靠接收装置配合，将所述飞行器悬挂在桥梁底部；

还包括地面控制服务器，接受图像及传感器信息，通过比较来自于激光测距传感器和方向传感器的数据以及所述全景摄像头拍摄的图片来建立三维地图；并根据桥梁检测需要，设计飞行扫描路线，以及飞行次数，通过通讯模块将飞行数据发送给飞行器控制单元。

所述桥梁检测需要包括：根据所述三维地图和桥梁结构受力确定的需要检测的桥梁部位，所述摄像头与所述需要检测的桥梁部位的距离和角度，所述传声波传感器与所述需要检测的桥梁部位的距离和角度。实际上，以上都是机器人和服务器自动完成的，也可以进行人工干预，根据通讯模块传递的信息以及服务器软件的分析，适时地人工改变部分检测参数，由于机器人可以无动力悬挂，也可以为人工干预也就是人工进行思考调整检测参数提供足够的时间。

所述三维姿态调整装置为正交式三维运动平台。所述高精度全景摄像头还包括光学防抖单元。

所述通讯模块包括蓝牙、WIFI和4G制式通讯单元，由于该机器人基本不需要地面服务器进行手工操作机器人，所以可以实现远距离的作业，超过一定的距离时，可以通过4G制式来实现数据的传输。

所述临时停靠装置包括位置感应器8，所述停靠接收装置包括接收器9，所述位置感应器8用于搜寻所述接收器9的位置。

所述临时停靠装置包括电动滑轮6，所述停靠接收装置包括预设在桥梁底部的导轨7，所述滑轮6可以固定在所述导轨7上，并且能在导轨7上滚动。

一种采用上述桥梁检测智能避障机器人进行桥梁检测的方法，包括如下步骤：

1)按照飞行指令，所述飞行器前往由GPS定位的桥梁位置；

2)所述临时停靠装置的位置感应器启动，搜寻所述接收器的位置，并通过所述临时停靠装置将所述飞行器悬挂在桥梁底部；

3)所述激光测距传感器和方向传感器的数据以及所述全景摄像头拍摄的图片发射到地面服务器，所述服务器通过建模形成三维地图，并根据桥梁检测需要，设计飞行扫描路线，通过通讯模块将飞行数据发送给飞行器控制单元；

4)所述飞行器按照设计飞行扫描路线进行图像扫描和超声波探伤，并实时将图像扫描数据和超声探伤数据发送到地面服务器；

5)所述地面服务器对图像扫描数据和超声波探伤数据进行分析，确定需要重新扫描的桥梁部位，并重新生成飞行路线发送到所述飞行器控制单元；

6)所述飞行器根据重新生成的飞行路线进行再次飞行。

还可以根据需要，进行人工干预，实现更多次的，有针对性的飞行，对桥梁进行检测。

进一步地，所述超声波探伤的方法包括：

根据低频超声在混凝土中遇到缺陷时的绕射现象，按声时及声程的变化，判别和计算缺陷的大小；

根据超声波在缺陷界面上产生散射，抵达接收探头时能量显著衰减的现象判断缺陷的存在及大小；

根据超声脉冲各频率成分在遇到缺陷时衰减的程度不同，接收频率明显降低，或接收波频谱与反射波频谱产生的差异，也可判别内部缺陷；

根据超声波在缺陷处的波形转换和叠加，造成接收波形畸变的现象判别缺陷。

得益于本发明的机器人，可以对桥梁混凝土实现多种

对于探测的面积较大时，采用多级网络法描出等声时线，并逐步缩小测区的方法。这样可防止遗漏，同时又避免了大面积的细测。

网络的大小可视构件大小而定，例如第一级网络采用15cm间距，然后在声时变化的点上再划出二级网络(例如5cm)，将各等声时点连接起来即成“等声时线”，在等声时线的范围中，声时最长的点即为该缺陷区的“中心”位置。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。