一种桥梁检查用多轴视频电动飞行器

1.一种桥梁检查用多轴视频电动飞行器，包括飞行器、航拍系统，所述飞行器包括飞行器架（12）、飞行控制器（10）、支腿（16）和4～12根支撑梁，所述飞行控制器（10）安装在飞行器架上，所述支腿和支撑梁与飞行器架连接；所述支撑梁上装有电机（7）、调速器（9）和螺旋桨（8），螺旋桨安装在电机上并位于飞行器架的下方，其特征是：所述航拍系统安装飞行器架上部，所述航拍系统包括摄录机（1）、摄录机架、弹性部件、云台（4）、陀螺稳定器（5）和视频传输及摄录机云台控制器（6），所述摄录机架包括立柱（18）和摄录机环架（2）；立柱固定在飞行器架上，摄录机环架安装在立柱上，摄录机、云台和陀螺稳定器通过弹性部件固定在摄录机环架上，视频传输及摄录机云台控制器（6）固定在飞行器架上或立柱上；电机的电源线连接到调速器的输出端，调速器的电源输入端通过飞行器的电源端子、电源导线（11）与地面的电源连接；所述支撑梁包括两根固定支撑梁（15）和2～10根折叠支撑梁（17），所述固定支撑梁和折叠支撑梁用固定件固定在飞行器架（12）上；所述弹性部件为橡皮筋（3）。
2.根据权利要求1所述的桥梁检查用多轴视频电动飞行器，其特征是：所述折叠支撑梁（17）装有合页（14）和紧固螺栓（13）。
3.根据权利要求1所述的桥梁检查用多轴视频电动飞行器，其特征是：所述电源导线（11）的长度为50~200m。
4.根据权利要求1所述的桥梁检查用多轴视频电动飞行器，其特征是：所述摄录机（1）为高清摄录机。
5.根据权利要求1所述的桥梁检查用多轴视频电动飞行器，其特征是：所述飞行控制器（10）由控制芯片、三轴陀螺仪、加速度计、气压计和传感器构成。

一种桥梁检查用多轴视频电动飞行器\n技术领域\n[0001] 本发明属于飞行器技术领域，涉及一种带视频的电动飞行器，具体涉及一种用于桥梁检查的有线多轴视频电动飞行器。\n背景技术\n[0002] 随着我国交通事业的不断发展，桥梁的数量越来越多，为了桥梁的安全畅通，需要定期对桥梁进行检查，尽早发现桥梁故障隐患。\n[0003] 现有技术对桥梁检查多采用专门的桥梁检查车，将检查人员置于桥梁的下面进行检查，由于桥检车的购置费用昂贵，桥梁检查费用高。对桥梁检查作业时，常常需要过跨（越过桥墩）操作，桥检车的人行通道桁架（或支撑臂）必须回转至桥梁外侧才能实现过跨，受机械结构条件的限制和从桥检人员及设备的安全考虑，回转操作必须缓慢进行，因此降低了工作效率。另外，桥检车难于实现对宽幅桥梁或同跨的另一行驶方向的桥梁同时进行检查。\n[0004] 飞行器机动灵活，采用航拍（或视频）飞行器对桥梁进行检查，检测人员通过视频远程操作和控制设备进行桥梁检查，可以降低设备和桥梁检查费用，扩大桥梁检查范围，提高检查工作效率，改善检桥人员的工作条件。航拍（或视频）飞行器对桥梁进行检查，必须符合下面几项要求：⑴在桥下作业，检查梁体和桥梁支座，受到构造物的空间限制，需要满足飞行器飞行和拍摄条件，飞行螺旋桨距桥梁底部要有一定的距离，视频设备必须置于飞行桨叶的上方进行仰视和仰拍。⑵为提高桥梁检查工作的质量，飞行器必须有长时间的续航能力。⑶桥下风力较大，飞行器要飞行平稳，必须有较强的抗风能力。⑷为精准地发现桥梁故障病害，视频设备要有高清的分辨率，既能视频监控录像又能照相。\n[0005] 现有技术航拍飞行器的拍方式主要是俯拍或水平拍摄，拍摄设备置于飞行器的下方，并且分辨率较低，无法对检查桥梁梁体底部和桥梁支座进行检查作业。另外，飞行器都自带动力源（或汽油机或电池），受起飞重量的限制，不能多带燃油或大容量电池，所以飞行器不能长时间滞空，无法满足桥梁检查作业的要求。\n[0006] 申请号为201010529631.4的中国发明专利申请公开一种可折叠的六轴多旋翼飞行器，“包括机体、电机、六组电机安装罩、旋翼和六个支撑臂,电机安装罩里装有电机，旋翼放置在电机安装罩的外面并与电机相连，机体通过支撑臂与电机安装罩相连，机体内部装有飞行器控制系统、传感器、电池和供油系统,所说的六个支撑臂包括两个固定支撑臂和四个旋转支撑臂。” 该专利申请减小了飞行器的几何尺寸，便于存放，解决了多轴多旋翼飞行器不便于携带和运输的问题。但该专利申请尚未涉及航拍技术，不能解决上述现有技术存在的问题。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的是提供一种桥梁检查用多轴视频电动飞行器，以适应对各型桥梁的航拍检查，提高桥梁检查工作效率和安全性，降低劳动强度和桥检费用；同时采用有线方式为飞行器提供足够的电力，保证飞行器的飞行和滞空时间，满足桥梁检查作业的要求。\n[0008] 本发明一种桥梁检查用多轴视频电动飞行器，包括飞行器、航拍系统。飞行器包括飞行器架、飞行控制器、支腿和4～12根支撑梁。飞行控制器安装在飞行器架上，支腿和支撑梁与飞行器架连接。支撑梁上装有电机、调速器和螺旋桨，螺旋桨安装在电机上并位于飞行器架的下方。航拍系统安装在飞行器的上部，航拍系统包括摄录机、摄录机架、弹性部件、云台、陀螺稳定器和视频传输及摄录机云台控制器，摄录机架包括立柱和摄录机环架。立柱固定在飞行器架上，摄录机环架安装在立柱上，摄录机、云台和陀螺稳定器通过弹性部件固定在摄录机环架上，视频传输及摄录机云台控制器固定在飞行器架上或立柱上。电机的电源线连接到调速器的输出端，调速器的电源输入端通过飞行器的电源端子、电源导线与地面的电源连接。\n[0009] 支撑梁包括两根固定支撑梁和2～10根折叠支撑梁，固定支撑梁和折叠支撑梁用固定件固定在飞行器架上。折叠支撑梁装有合页和紧固螺栓。电源导线的长度为50~200m。\n摄录机为高清摄录机。飞行控制器由控制芯片、3个轴陀螺仪、加速度计、气压计和传感器构成。弹性部件优选为橡皮筋。橡皮筋和陀螺稳定器用以抵消飞行器震动对摄录机的影响，增加摄录机的稳定性，使图像质量更加清晰。\n[0010] 本发明飞行器控制和视频信号传输采用无线控制形式，飞行驱动电机的电源供给采用有线形式。电机驱动螺旋桨产生升力飞行，自身不带电池，用50~200m导线将飞行器与异处的电源相连接，既减少了电池载荷，又为飞行器提供源源不断的电源，使飞行器长时间在限定空域内滞空飞行。多轴为飞行器用两个以上的电机和螺旋桨组，围绕飞行器中央对称布置，多轴的目的是提高飞行器抗风能力和飞行平稳性，还可将视频系统布置于飞行器中央螺旋桨的上部。视频桥梁检查人员无线遥控高分辨率的拍摄系统对桥梁进行视频监视和拍照，并通过视频无线传输设备将信号实时传输给远处的视频终端，供桥检人员观察。\n[0011] 本发明利用多轴电动飞行器与航拍系统组成的多轴视频电动飞行器适应对各型桥梁的航拍检查，与现有技术相比具有的优点是：① 航拍系统安装在飞行器的上部，能够实现对桥梁梁体底部和桥梁支座进行检查，桥梁检查更为精确，有利于提高桥检工作的质量。②不受到桥梁结构的限制，飞行器能够飞抵指定位置进行检查，并能迅速转跨检查，提高了桥检的灵活性和可靠性。③桥检人员通过监视器对桥梁进行检查，无需进入桥底，降低了劳动强度，提高了桥检工作的安全性。④采用有线电源，电力供应充足，有利于能够长时间滞空进行检查，提高检查工作的效率，减少检查工作时间，同时减轻飞行器的重量，减少动力消耗。⑤电力驱动的飞行器比燃料发动机驱动的飞行器飞行平稳、噪声低，降低了飞行器振动给摄录设备带来的影响，摄录画面清晰，提供的影像资料质量好；同时改善了桥检人员的工作环境。⑥飞行器的支撑梁采用折叠式结构，减少飞行器的占用空间，方便设备的转运。本发明结构简单、重量轻，方便使用与运输，可用于桥梁航拍视频检查，也可用于其它领域结构物的空中视频检查。\n附图说明\n[0012] 图1为本发明桥梁检查用多轴视频电动飞行器的结构示意图；\n[0013] 图2为图1的C-C图。\n[0014] 1—摄录机、 2—摄录机环架、 3—橡皮筋、 4—云台、 5—陀螺稳定器、 6—视频传输及摄录机云台控制器、7—电机、 8—螺旋桨、 9—调速器、 10—飞行控制器、 11—电源导线、 12—飞行器架、13—紧固螺栓、 14—合页、15—固定支撑梁、16—支腿、17—折叠支撑梁、18—立柱。\n具体实施方式\n[0015] 下面结合附图对本发明进行详细的描述。\n[0016] 本发明桥梁检查用多轴视频电动飞行器如图1、图2所示，包括飞行器、航拍系统，航拍系统安装飞行器的上部。飞行器包括飞行器架12、飞行控制器10、支腿6、6根支撑梁，飞行控制器固定安装在飞行器架上，支腿和支撑梁与飞行器架连接。飞行控制器由控制芯片、3轴陀螺仪、加速度计、气压计和传感器构成。支撑梁包括两根固定支撑梁15和四根折叠支撑梁17， 6根支撑梁均匀分布，用固定件固定在飞行器架上。两根固定支撑梁分别安装在飞行器架的相对位置，位于同一直线，折叠支撑架分别位于两侧，每侧两根。折叠支撑梁装有合页14和紧固螺栓13，用于折叠支撑架的展开、折叠和固定。支撑梁上装有电机7、调速器9、螺旋桨8，位于支撑梁的下方，螺旋桨安装在电机上。电机的电源线连接到调速器的输出端，调速器的电源输入端通过飞行器电源端子、电源导线11与地面的电源连接。电源导线11的长度为100m。航拍系统包括摄录机1、摄录机架、橡皮筋3、云台4、3个陀螺稳定器5和视频传输及摄录机云台控制器6。摄录机架包括立柱18和摄录机环架2，立柱固定在飞行器架上，摄录机环架安装在立柱上，摄录机、云台和陀螺稳定器用橡皮筋固定在摄录机环架2上。视频传输及摄录机云台控制器固定安装在飞行器架上。摄录机1为高清摄录机。\n[0017] 六组电机和螺旋桨在同一平面内围绕中心均匀布置，相邻两螺旋桨一个采用正向桨，一个采用反向桨，相互抵消自转力矩，防止飞行器自旋。六组电机和螺旋桨布置在飞行器架的下方，摄录机则安装在飞行器架的上面，既保证了摄录机能够抵近梁体拍摄，又降低了构造物对飞行器的飞行干扰。\n[0018] 飞行器通过调节6个电机的输入电压改变电机的转速来调节升力和回转力矩，使飞行器完成爬升、降落、前进、后退，转向、悬停等各种功能。电机调速器由飞行控制器控制，其输入端连接电源，经过调速器调压后再输出到驱动电机。飞行控制器集合飞行遥控器指令和飞行传感器反馈的飞行状态，分别将控制指令输出给六个电机调速器，控制电机调速器的电压输出值，实现对飞行器的飞行姿态和位置的进行控制。\n[0019] 桥梁检查作业时，飞行控制人员控制飞行器飞抵指定位置，视频操控人员通过无线遥控器和视频传输及摄录机云台控制器，对摄录机和云台进行回转、变焦、照相及实时监控等操作，并通过无线视频发射机将视频画面实时地传输给视频监视器接收终端。\n[0020] 为减少飞行器的占用空间，方便设备的转运，飞行器架采用折叠式结构，检查作业完毕后，作业人员卸下紧固螺栓，将折叠支撑梁叠起来，到达另一作业现场后再打开折叠支撑梁并固定牢固。