一種橋梁檢測智能避障機器人的制作方法

文檔序號：12460656閱讀：371來源：國知局

本發(fā)明涉及橋梁檢測領域，特別一種基于飛行器的橋梁檢測機器人。

背景技術：

當前的橋梁安全檢測方法，除了搭腳手架外，主要是通過橋檢車等工具，將檢測人員送至需要檢測的區(qū)域，查看橋梁狀態(tài)。為了承載足夠重量，并保證相關人員安全，橋檢車通常需要安裝大量的傳感器，其設備龐大，使用程序復雜，特別在載人使用時受到很多限制。該車輛本身價格昂貴，一臺需要幾百萬元，同時其維護和使用成本也非常高昂，另外，在使用的過程中，此外橋檢車還受到光線，環(huán)境等嚴重的影響。

無人機的出現(xiàn)，給橋梁檢測帶來了新的工具，可以遠距離、無人操作，更加靈活方便。

CN101914893公開了一種基于四軸飛行器的橋梁檢測機器人，利用四軸飛行器作為基本設備載體，通過無線攝像控制、高精度測距儀實現(xiàn)橋梁檢測位置的自動感知與巡線，并且能夠將高精度拍照設備移動至橋梁待檢測部位，從而實現(xiàn)無人控制下的自動橋梁損傷檢測與識別。但是，該機器人僅僅是通過預先設定的飛行航線來進行飛行，無法對于小空間內(nèi)的飛行路線和檢測路徑，同時根據(jù)橋梁檢測需要進行規(guī)劃，其檢測內(nèi)容也僅僅限于攝像機拍攝的高清圖像或全景圖像，同時受限于電池動力的影響，也無法進行長時間作業(yè)，或進行?？浚煌瑫r，由于多種傳感器和控制單元以及調整裝置，導致其成本過高，重量過大。

CN102390528公開了一種帶吸附功能的機器人，雖然可以實現(xiàn)將飛行器吸附于固定物上，但該吸附適用于光滑表面，如：玻璃等，對于不平整或不規(guī)則表面無法保證其吸附，同時，該吸附仍然要耗費一定的動力，無法滿足長時間的作業(yè)。

CN104947585公開的橋梁檢測機器人智能避障控制系統(tǒng)，僅僅是通過測距傳感器和報警裝置來避開障礙，一方面在較復雜環(huán)境下容易出錯，另外這種避障僅僅是根據(jù)距離傳感器實現(xiàn)的避障，并不是真正意義上的智能避障，更不能根據(jù)檢測需要來實現(xiàn)避障。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在創(chuàng)造一種橋梁檢測智能避障機器人，能夠根據(jù)現(xiàn)場情況，實現(xiàn)三維建模，并根據(jù)橋梁檢測需要，來實現(xiàn)飛行軌跡、檢測路徑的規(guī)劃，實現(xiàn)真正的智能避障，同時，通過通訊模塊將數(shù)據(jù)傳輸至地面大型服務器，實現(xiàn)高速處理，而并不要在機器人上設置昂貴的處理器；同時，由于其能夠真正的實現(xiàn)智能避障，可以設置超聲波探傷單元，對混凝土進行探傷檢測；并設置臨時?？垦b置，實現(xiàn)真正的無動力?？浚⒛芾猛？垦b置進行檢測，實現(xiàn)長時間作業(yè)。

具體技術方案為：

一種橋梁檢測智能避障機器人，包括飛行器，機載飛行控制單元和安裝平臺，所述安裝平臺通過三維姿態(tài)調整裝置與所述飛行器主機體相連接；

所述安裝平臺上設置有攝像單元和超聲波探傷單元；

所述飛行控制單元包括單片機、通訊模塊、GPS自動導航模塊以及激光測距避障模塊和方向傳感器，所述激光測距避障模塊包括激光測距傳感器；

所述攝像單元包括高精度全景攝像頭，所述超聲波探傷單元包括超聲波傳感器；

所述安裝平臺還包括臨時?？垦b置，可與橋梁底部預設?？拷邮昭b置配合，將所述飛行器懸掛在橋梁底部；

還包括地面控制服務器，接受圖像及傳感器信息，通過比較來自于激光測距傳感器和方向傳感器的數(shù)據(jù)以及所述全景攝像頭拍攝的圖片來建立三維地圖；并根據(jù)橋梁檢測需要，設計飛行掃描路線，以及飛行次數(shù)，通過通訊模塊將飛行數(shù)據(jù)發(fā)送給飛行器控制單元。

進一步地，所述橋梁檢測需要包括：根據(jù)所述三維地圖和橋梁結構受力確定的需要檢測的橋梁部位，所述攝像頭與所述需要檢測的橋梁部位的距離和角度，所述傳聲波傳感器與所述需要檢測的橋梁部位的距離和角度。

進一步地，所述三維姿態(tài)調整裝置為正交式三維運動平臺。

進一步地，所述高精度全景攝像頭還包括光學防抖單元。

進一步地，所述通訊模塊包括藍牙、WIFI和4G制式通訊單元。

進一步地，所述臨時停靠裝置包括位置感應器，所述?？拷邮昭b置包括接收器，所述位置感應器用于搜尋所述接收器的位置。

進一步地，所述臨時?？垦b置包括電動滑輪，所述?？拷邮昭b置包括預設在橋梁底部的導軌，所述滑輪可以固定在所述導軌上，并且能在導軌上滾動。

一種采用上述橋梁檢測智能避障機器人進行橋梁檢測的方法，包括如下步驟：

1)按照飛行指令，所述飛行器前往由GPS定位的橋梁位置；

2)所述臨時?？垦b置的位置感應器啟動，搜尋所述接收器的位置，并通過所述臨時停靠裝置將所述飛行器懸掛在橋梁底部；

3)所述激光測距傳感器和方向傳感器的數(shù)據(jù)以及所述全景攝像頭拍攝的圖片發(fā)射到地面服務器，所述服務器通過建模形成三維地圖，并根據(jù)橋梁檢測需要，設計飛行掃描路線，通過通訊模塊將飛行數(shù)據(jù)發(fā)送給飛行器控制單元；

4)所述飛行器按照設計飛行掃描路線進行圖像掃描和超聲波探傷，并實時將圖像掃描數(shù)據(jù)和超聲探傷數(shù)據(jù)發(fā)送到地面服務器；

5)所述地面服務器對圖像掃描數(shù)據(jù)和超聲波探傷數(shù)據(jù)進行分析，確定需要重新掃描的橋梁部位，并重新生成飛行路線發(fā)送到所述飛行器控制單元；

6)所述飛行器根據(jù)重新生成的飛行路線進行再次飛行。

進一步地，所述超聲波探傷的方法包括：

根據(jù)低頻超聲在混凝土中遇到缺陷時的繞射現(xiàn)象，按聲時及聲程的變化，判別和計算缺陷的大??；

根據(jù)超聲波在缺陷界面上產(chǎn)生散射，抵達接收探頭時能量顯著衰減的現(xiàn)象判斷缺陷的存在及大?。?/p>

根據(jù)超聲脈沖各頻率成分在遇到缺陷時衰減的程度不同，接收頻率明顯降低，或接收波頻譜與反射波頻譜產(chǎn)生的差異，也可判別內(nèi)部缺陷；

根據(jù)超聲波在缺陷處的波形轉換和疊加，造成接收波形畸變的現(xiàn)象判別缺陷。

進一步地，對于探測的面積較大時，采用多級網(wǎng)絡法描出等聲時線，并逐步縮小測區(qū)的方法。

本發(fā)明技術效果：

采用該機器人可以實現(xiàn)真正的智能避障，而不是僅僅依靠傳感器來躲避障礙；采用地面大型服務器來進行三維建模，并能夠根據(jù)橋梁檢測需要生成飛行路線，彌補了常規(guī)無人機控制單元處理飛行控制或通過地面控制器人為的手工控制飛行器的不足；采用地面大型服務器還可以根據(jù)橋梁檢測需要，進行人為干預，即：按照人為設定的檢測部位和檢測目的來進行檢測；橋梁檢測內(nèi)容不僅包括拍攝高清圖像，還包括超聲波探傷檢測，代替了以往檢測，特別是超聲波探傷檢測需要架設大量儀器設備的狀況，使得檢測更加方便、快捷；設置臨時停靠裝置，使得大大節(jié)省飛行器的動力，并且還可以輔助進行橋梁檢測，如：拍攝時，懸掛在橋梁底部，而不用浪費動力，進行飛行器空中懸停，更加符合橋梁檢測應用的實際。

采用正交式三維運動平臺可以保證安裝平臺的穩(wěn)定性，從而保證攝像頭和超聲波傳感器檢測的穩(wěn)定性；采用全景攝像頭可以為服務器建模、形成三維地圖形成基礎，而采用光學防抖單元可以進一步保證拍攝的穩(wěn)定性，提高檢測的精確性；通訊模塊采用藍牙、WIFI可以實現(xiàn)短距離的數(shù)據(jù)傳輸，而采用4G制式可以實現(xiàn)長距離的無線傳輸，野外橋梁檢測作業(yè)常常為幾十公里甚至上百公里的行程，可以根據(jù)距離長短實現(xiàn)無線傳輸模式的轉換；臨時停靠裝置，采用感應器和接收器，可以精確實現(xiàn)飛行器的臨時?？亢途_定位，因為GPS的精度達不到這種小長度范圍的精確定位，在飛行器到達GPS定位的橋梁檢測點后，需要通過感應器來實現(xiàn)飛行器懸掛于臨時?？奎c，否則的話，必須靠人工控制飛行器來進行停靠，難度很大，并會要求飛行器的各種高精度的傳感器的配置，大大提高成本；進一步，采用滑輪、導軌的配合，可以使得檢測機器人在導軌上移動，在臨時?？康耐瑫r來輔助進行檢測，大大節(jié)省飛行器動力并提高檢測精確性。

橋梁檢測往往需要反復多次的進行拍攝和掃描，而每次的拍攝和掃描又要根據(jù)檢測需要進行調整，而該機器人可以通過服務器進行飛行路線和檢測軌跡快速調整，并能通過臨時?？垦b置來幫助實現(xiàn)上述過程。

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的橋梁檢測智能避障機器人俯視圖；

圖2是本發(fā)明的橋梁檢測智能避障機器人側視圖。

具體實施方式

以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。

參照圖1、圖2，一種橋梁檢測智能避障機器人，包括飛行器1，機載飛行控制單元和安裝平臺2，所述安裝平臺2通過三維姿態(tài)調整裝置與所述飛行器主機體相連接；飛行器1采用了6軸飛行器，以保證飛行的穩(wěn)定性和可靠性。

所述安裝平臺2上設置有攝像單元3和超聲波探傷單元4；

所述飛行控制單元包括單片機、通訊模塊、GPS自動導航模塊以及激光測距避障模塊和方向傳感器，所述激光測距避障模塊包括激光測距傳感器；激光測距避障模塊和方向傳感器既可以在GPS導航模式下，實現(xiàn)被動避障，也可以在小范圍空間下，如：橋梁底部，通過將數(shù)據(jù)發(fā)送給地面服務器，生成飛行路線，實現(xiàn)智能避障，也可以稱之為主動避障，即：激光測距避障模塊和方向傳感器起到了兩種作用。

所述攝像單元包括高精度全景攝像頭，所述超聲波探傷單元包括超聲波傳感器；

所述安裝平臺還包括臨時?？垦b置，可與橋梁底部預設?？拷邮昭b置配合，將所述飛行器懸掛在橋梁底部；

所述橋梁檢測需要包括：根據(jù)所述三維地圖和橋梁結構受力確定的需要檢測的橋梁部位，所述攝像頭與所述需要檢測的橋梁部位的距離和角度，所述傳聲波傳感器與所述需要檢測的橋梁部位的距離和角度。實際上，以上都是機器人和服務器自動完成的，也可以進行人工干預，根據(jù)通訊模塊傳遞的信息以及服務器軟件的分析，適時地人工改變部分檢測參數(shù)，由于機器人可以無動力懸掛，也可以為人工干預也就是人工進行思考調整檢測參數(shù)提供足夠的時間。

所述三維姿態(tài)調整裝置為正交式三維運動平臺。所述高精度全景攝像頭還包括光學防抖單元。

所述通訊模塊包括藍牙、WIFI和4G制式通訊單元，由于該機器人基本不需要地面服務器進行手工操作機器人，所以可以實現(xiàn)遠距離的作業(yè)，超過一定的距離時，可以通過4G制式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

所述臨時?？垦b置包括位置感應器8，所述?？拷邮昭b置包括接收器9，所述位置感應器8用于搜尋所述接收器9的位置。

所述臨時?？垦b置包括電動滑輪6，所述?？拷邮昭b置包括預設在橋梁底部的導軌7，所述滑輪6可以固定在所述導軌7上，并且能在導軌7上滾動。