一种基于激光信标定位的桥梁检测无人机的制作方法

本实用新型涉及无人机领域，具体涉及一种基于激光信标定位的桥梁检测无人机。

背景技术：

我国是一个地大物博的国家，地面公共交通网络发达。无论是公路、铁路，还是城区轨道交通组网都必不可少的需要用到桥梁。然而随着交通的发展，桥梁的安全事故在近年来也时有发生，对人民的生命与财产都带来的重大的损失。因此，对于桥梁等定期的检测与养护，将是一大重要的工程。

对于桥梁等定期的检测与养护，用传统方式检测桥梁时，一般需要封路或者封航，利用贵重的设备从桥面或桥下经过，进行复杂的检测。这种传统检测不但价格昂贵，而且对于桥底部分死角检测不到位。在实际的巡检操作中，巡检工作量也很大，检测操作也具有一定人为性。

因此，一种精确的，低成本的基于旋翼无人机平台的桥梁检测方案，无疑将是解决各方痛点的利器。但目前的旋翼无人机对于gps定位要求较高，无人机在桥梁下方飞过时，gps将受到一定的屏蔽。同时，桥梁自身的多金属结构，也会对旋翼无人机的磁罗盘产生巨大的干扰，严重时不但无法完成任务，甚至将导致无人机失控坠毁。因此，将无人机在应用在桥梁检测的过程中，如何克服上述两点是摆在本领域技术人员面前的难题。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出了一种基于激光信标定位的桥梁检测无人机。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

一种基于激光信标定位的桥梁检测无人机，包括机体、电动螺旋桨、起落架、避障雷达、载荷相机组和gps天线，在机体上还安装有激光信标机载端，所述载荷相机组包括多个载荷相机，多个载荷相机安装在载荷相机转接板上，载荷相机转接板通过快拆机构安装在机体的正下方或者正上方。所述激光信标机载端安装在信标端转接板上，信标端转接板通过快拆机构安装在机体的正上方或者正下方，与载荷相机组安装位置相对。

进一步地，所述载荷相机转接板以及信标端转接板的尺寸、结构均相同，均开设有多个安装孔，载荷相机转接板以及信标端转接板上的各安装孔分别与机体正上方以及正下方上设置的各安装柱对应。安装柱插入对应的安装孔实现对应转接板的限位。载荷相机组和激光信标机载端的安装位置能够快速互换。安装时，将转接板上的4个安装孔对齐4个安装柱，再通过快拆机构将转接板安装固定在机体上。

所述快拆机构不限于螺丝、卡槽、卡块等常见的快拆零件。进一步地，本实用新型中，机体的正上方以及正下方用于安装的载荷相机转接板或信标端转接板的相应位置外围均匀设置有多个快拆机构。所述快拆机构为旋钮式快拆机构，包括旋钮以及锁紧块，所述旋钮设置在锁紧块上，所述锁紧块可旋转安装在机体上，锁紧块的底面为斜面，且斜面上设置有橡胶层。安装对应转接板时，将转接板上的安装孔对齐4个安装柱，再旋转旋钮式快拆机构，利用坡度设计实现旋转过程中锁紧块的底面与对应转接板抵紧，锁定转接板，其中橡胶层的设置使得锁紧块与转接板之间的摩擦力加大，更为紧固。

本实用新型中，电动螺旋桨包括电机以及螺旋桨，电动螺旋桨有多个，各电动螺旋桨通过机臂与机体连接。多根机臂两两成对、对称安装在机体上，各机臂的末端安装有一电动螺旋桨。这样多个电动螺旋桨均匀分布在位于中心的机体的外围，且两两对称分布，这样整体平衡。

本实用新型中，所述机体下方安装有起落架，起落架采用可折叠的安装结构与机体连接，起落架在起飞后可向上收起。

本实用新型中，避障雷达包括左右向避障雷达和前后向避障雷达，左右向避障雷达包括左向避障雷达和右向避障雷达，前后向避障雷达包括前向避障雷达和后向避障雷达。所述左右向避障雷达与前后向避障雷达均为毫米波避障雷达。左右向避障雷达和前后向避障雷达用于在桥梁附近飞行时的紧急避障，避免无人机与桥墩或桥体等障碍物发生碰撞，有效的提高无人机在使用中的安全性。避障雷达安装在信标端转接板上，其中激光信标机载端安装在信标端转接板的中心位置，左向避障雷达、右向避障雷达、前向避障雷达和后向避障雷达分别安装在信标端转接板的四周。

本实用新型中，载荷相机组包括5个载荷相机，其中一个载荷相机安装在载荷相机转接板的中心位置且该载荷相机的镜头竖直朝上，4个载荷相机分别安装在载荷相机转接板的四周且4个载荷相机的镜头相对于竖直方向呈45°夹角朝外。载荷相机组用于桥梁检测时的图像数据采集，5镜头的布局保证在桥梁下方狭窄空间内同一点位置能采集到多角度的图像信息。

本实用新型中，gps天线有2个，安装在机体的两侧。

一种基于激光信标定位的无人机桥梁检测装置，包括上述基于激光信标定位的桥梁检测无人机以及固定在待测桥梁上的激光信标固定端。需要提高定位精度时，可以提高待测桥梁上激光信标固定端的安装密度。

进一步地，本实用新型中，根据待测桥梁大小及现场要求，多个激光信标固定端固定安装在待测桥梁的不同固定点上。在待测桥梁的固定点上安装激光信标固定端时，使用全站仪等测绘仪器，对激光信标固定端对应的安装点进行大地坐标测量，并将测量值输入到激光信标固定端内。

与现有方法相比，本实用新型具有的优点和有益效果包括：

本实用新型在无人机上加装与固定在待测桥梁上的激光信标固定端配套使用的激光信标机载端，构成本实用新型的基于激光信标定位的桥梁检测无人机。同时，采用5角度镜头同步采集图像数据，弥补在桥洞中狭窄环境下无法依靠传统航测飞机航线移动获得多视角环境的缺陷，提升作业效率。其激光信标机载端与载荷相机组采用快拆机构设计，通过调换位置，实现一机多用，一架无人机即可满足桥上与桥下双重巡检要求，降低桥梁检测成本，提高飞行作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一实施例提供的基于激光信标定位的桥梁检测无人机的结构示意图；

图2是一种实施例的激光信标机载端、避障雷达与转接板安装示意图；

图3是一种实施例的载荷相机组与机体安装示意图；

图4是一种实施例的快拆机构示意图；

图5是一实施例提供的激光信标固定端安装示意图；

图6是一实施例基于激光信标定位的无人机桥梁检测装置的运行时的示意图；

图7是一实施例基于激光信标定位的无人机桥梁检测装置检测桥面时的整体示意图。

图中标号：

1、机体；2、机臂；3、电机；4、螺旋桨；5、起落架；6、左右向避障雷达；7、前后向避障雷达；8、激光信标机载端；9、载荷相机组；10、gps天线；11、转接板；12、快拆机构；13、安装柱；14、橡胶层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

参照图1，本实施例提供一种基于激光信标定位的桥梁检测无人机，包括机体1、机臂2、电动螺旋桨、起落架5、左右向避障雷达6、前后向避障雷达7、激光信标机载端8、载荷相机组9、gps天线10。激光信标机载端与固定在待测桥梁上的激光信标固定端为配套使用，激光信标机载端用于接收激光信标固定端给出的信息，其原理是，利用多个已知坐标的激光信标固定端信息，利用超宽带技术通信，反算出无人机本身的位置，在本领域中该技术的学名为uwb定位技术，目前多用于室内目标定位。

电动螺旋桨包括电机3和螺旋桨4，电机3驱动螺旋桨4旋转而产生升力。本实施例中，电动螺旋桨有6个，电动螺旋桨与机体1之间通过机臂2连接，6根机臂2两两成对、对称安装在机体1上，机臂2的末端安装有一电动螺旋桨。6个电动螺旋桨均匀分布在位于中心的机体1的外围，且两两对称分布，这样整体平衡。

所述机体1下方安装有起落架5，起落架5起飞后可以向上收起，避免遮挡。

参照图1、图2所示，避障雷达包括左右向避障雷达6和前后向避障雷达7。左右向避障雷达包括左向避障雷达和右向避障雷达，前后向避障雷达包括前向避障雷达和后向避障雷达，左向避障雷达、右向避障雷达、前向避障雷达和后向避障雷达均为毫米波避障雷达。左右向避障雷达6和前后向避障雷达7用于在桥梁附近飞行时的紧急避障，避免无人机与桥墩或桥体等障碍物发生碰撞，有效的提高无人机在使用中的安全性。本实施例中避障雷达和激光信标机载端8安装在同一块转接板11上，其中激光信标机载端8安装在该转接板11的中心位置，左向避障雷达、右向避障雷达、前向避障雷达和后向避障雷达分别安装在该转接板11的四周。

参照图3所示，本实施例中，载荷相机组9包括5个载荷相机，5个载荷相机安装在同一块转接板11上。其中一个载荷相机安装在转接板11的中心位置且该载荷相机的镜头竖直朝上，4个载荷相机分别安装在转接板11的四周且4个载荷相机的镜头相对于竖直方向呈45°夹角朝外。载荷相机组9用于桥梁检测时的图像数据采集，5镜头的布局保证在桥梁下方狭窄空间内同一点位置能采集到多角度的图像信息，同时，同步曝光的5镜头图像数据，也可作为实景三维建模数据。

本实施例中，激光信标机载端8通过转接板11、快拆机构12等安装在机体1的正下方。载荷相机组9通过转接板11、快拆机构12等安装在机体的顶部。其中安装有载荷相机组9的转接板为载荷相机转接板；安装有激光信标机载端8的转接板为信标端转接板。载荷相机组9用于桥梁检测时的图像数据采集。所述载荷相机组9和激光信标机载端8均分别采用同样的可拆卸安装结构安装在机体的正上方以及正下方，载荷相机组9和激光信标机载端8的安装位置能够互换。

如图3、4所示，是本实用新型的快拆机构安装示意。机体的正上方以及正下方用于安装的转接板11的相应位置外围均匀设置有多个快拆机构12。所述载荷相机转接板以及信标端转接板均开设有多个安装孔，载荷相机转接板以及信标端转接板上的各安装孔分别与机体正上方以及正下方上设置的各安装柱13对应。所述快拆机构12为旋钮式快拆机构，包括旋钮以及锁紧块，所述旋钮设置在锁紧块上，所述锁紧块可旋转安装在机体上，锁紧块的底面为斜面，且斜面上设置有橡胶层14。

参照图3，载荷相机转接板安装完载荷相机组后，将安装孔对齐4个安装柱13，将转接板11贴紧机体1后，旋转4个快拆机构12，将转接板11与机体1固定。

参照图4，快拆机构12与转接板11的接触面为斜面且在接触面上贴有橡胶层14。当快拆机构12按图4箭头方向旋转时，依靠斜面与橡胶层将转接板11与机体1锁紧，并由于橡胶层14与转接板11的高摩擦力产生自锁，避免使用时滑落。

在本实施例中，激光雷达机载端8、左右向避障雷达6、前后向避障雷达安装的转接板11与载荷相机组安装的转接板11属同种零件，机体上下的快拆机构也属同种零件，保证可将两组载荷可进行快速互换。在进行桥梁检测时，此功能可使一台无人机快速实现桥梁下方检测与桥梁上方检测的工作模式切换，降低了检测成本，提高了检测的通勤效率。

本实施例中，gps天线10有2个，安装在机体1的两侧。

实施例2

参照图5、6和7，本实施例提供一种基于激光信标定位的无人机桥梁检测装置，包括如实施例1中所提供的基于激光信标定位的桥梁检测无人机以及固定在待测桥梁上的激光信标固定端。

参照图5，为激光信标固定端安装示意图，在待测桥梁的固定点上安装激光信标固定端时，使用全站仪等测绘仪器，对激光信标固定端对应的安装点进行大地坐标测量，并将测量值输入到激光信标固定端内。

参照图6，根据待测桥梁大小及现场要求，多个激光信标固定端固定安装在待测桥梁的不同固定点上。应用基于激光信标定位的无人机桥梁检测装置进行桥梁检测时，在无人机飞行时，安装在所述机体下方的激光信标机载端与已知大地坐标的激光信标固定端利用uwb技术通信，不断进行位置解算，得到高精度的自身坐标，实现在无gps环境下的无人机高精度定位。需要提高定位精度时，可以提高待测桥梁上激光信标固定端的安装密度。

进一步的，无人机飞行同时，载荷相机组同时进行拍照，并由无人机记录拍照pos点。拍摄到的照片数据经过图像识别技术，配合高精度的pos数据，使检测人员可得到桥梁问题点的精确位置，便于后期精准定位维修。

如图7所示，所述安装在机体1下方的载荷相机组9与安装在机体1上方的激光信标机载端8采取通用的安装结构进行可拆卸安装，在进行桥面及拉索等检测时，载荷相机组9和激光信标机载端8可以互换安装位置，功能不变。在保证优异的性能的同时，达到一机多用的目的，兼顾桥梁上下两面的综合检测。

综上所述，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。