一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统

1.本发明涉及游乐设施检测技术领域，特别涉及一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统。


背景技术：

2.目前，游乐设施检测主要依靠检测人员随身携带检测设备对低处的离散点进行现场检测，检测工作量大，劳动强度大，且检测水平易受检测人员水平和心态影响；同时，较高位置的检测点很难依靠人力达到，导致无法实现游乐设施的全面检测，检测数据分散，无法进行系统的数据分析，也就导致了对游乐设施风险分析的不全面和不完整；除此之外，游乐设施的尺寸规格也不尽相同，现有的检测车只能与一种规格的轨道管相匹配，通用性较差且操作难度大，同时，仅依靠检测车自身动力无法对立环和螺旋环等部位进行检测。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统，可实现无人机对各类游乐设施轨道高空不可达区域的全面连续检测功能。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.本发明提供一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统，包括旋翼无人机、机械臂、视觉引导系统、视觉检测系统及轨道检测传感器，其中机械臂设置于旋翼无人机上，机械臂的执行末端设置轨道检测传感器，轨道检测传感器用于对轨道进行检测；视觉引导系统和视觉检测系统均设置于旋翼无人机上，视觉引导系统用于旋翼无人机的自主避障，视觉检测系统用于对轨道宏观表面检测。
6.所述旋翼无人机包括机身、机臂、旋翼及动力系统，其中机身的四周发射状地设有多个机臂，各机臂的末端均设有旋翼，动力系统设置于机身的底部。
7.所述旋翼无人机的外侧设有桨叶防护罩，桨叶防护罩为环形结构，且与各所述机臂连接。
8.所述桨叶防护罩包括沿周向依次连接的多个涵道，各所述旋翼容置于相对应的涵道内。
9.所述桨叶防护罩采用碳纤维一体成型，具有流线型外形。
10.所述机身和机臂采用碳纤维一体成型。
11.所述机身的顶部设有坠落保护装置，坠落保护装置用于所述旋翼无人机意外坠落防护。
12.所述机械臂包括依次连接的固定基座、摆动电机、旋转大臂电机、旋转大臂、旋转中臂电机、旋转中臂、旋转小臂电机、旋转小臂及检测传感器接口，其中摆动电机和旋转大臂电机的输出轴相互垂直，旋转中臂电机和旋转小臂电机的输出轴与旋转大臂电机的输出轴平行。
13.所述机械臂为两组，且对称布置于所述旋翼无人机的两侧。
14.所述轨道检测传感器包括轨道裂纹、轨道间距、厚度和磨损程度检测传感器。
15.本发明的优点及有益效果是：
16.1.本发明提供的一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统，能与多规格的轨道管相匹配，通用性较强且操作简单，检测效率高，检测精准。
17.2.本发明通过采用碳纤维一体化成型机身和机臂，降低整机重量的同时提高整机强度；通过采用基于单目或双目视觉传感器的视觉引导系统，提高了无人机在游乐设施复杂构型约束下的自主避障和检测作业能力；通过采用双机械臂协同作业的方式实现游乐设施轨道裂纹、轨道间距、厚度和磨损程度等检测功能。
18.3.本发明通过采用基于单目或双目视觉传感器的视觉检测系统实现游乐设施轨道宏观表面检测功能；通过采用涵道式桨叶防护罩，提升了无人机旋翼安全运行的能力，提高了无人机旋翼提供升力的效率，降低了游乐设施复杂结构对旋翼安全运行的影响。
19.4.本发明采用降落伞式坠落保护装置，实现了无人机坠落防护，提高了无人机高空飞行检测作业生存能力。
附图说明
20.图1为本发明一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统的结构示意图；
21.图2为本发明中旋翼无人机的结构示意图；
22.图3为本发明中机械臂的结构示意图。
23.图中：1为旋翼无人机，101为机身，102为机臂，103为旋翼，104为动力系统，2为机械臂，201为固定基座，202为摆动电机，203为旋转大臂电机，204为旋转大臂，205为旋转中臂电机，206为旋转中臂，207为旋转小臂电机，208为旋转小臂，209为检测传感器接口，3为视觉引导系统，4为视觉检测系统，5为轨道检测传感器，6为坠落保护装置，7为桨叶防护罩。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
25.如图1所示，本发明提供一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统，包括旋翼无人机1、机械臂2、视觉引导系统3、视觉检测系统4及轨道检测传感器5，其中机械臂2设置于旋翼无人机1上，机械臂2的执行末端设置轨道检测传感器5，轨道检测传感器5用于对轨道进行检测；视觉引导系统3和视觉检测系统4均设置于旋翼无人机1上，视觉引导系统3用于旋翼无人机1的自主避障，视觉检测系统4用于对轨道宏观表面检测。本发明提供的一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统，能与多规格的轨道管相匹配，通用性较强且操作简单，检测效率高，检测精准。
26.如图2所示，本发明的实施例中，旋翼无人机1包括机身101、机臂102、旋翼103及动力系统104，其中机身101的四周发射状地设有多个机臂102，各机臂102的末端均设有旋翼103，动力系统104设置于机身101的底部。
27.本发明的实施例中，旋翼无人机1的外侧设有桨叶防护罩7，桨叶防护罩7为环形结构，且与各机臂102连接。具体地，桨叶防护罩7包括沿周向依次连接的多个涵道，各旋翼103容置于相对应的涵道内。
28.优选地，桨叶防护罩7采用碳纤维一体成型，具有流线型外形，降低飞行阻力。机身101和机臂102采用碳纤维一体成型，提高整机强度与稳定性。
29.进一步地，机身101的顶部设有坠落保护装置6，坠落保护装置6用于旋翼无人机1意外坠落防护。具体地，坠落保护装置6由安全降落伞装置组成，布置于机身101的正上方。坠落保护装置6可自主检测无人机系统的坠落加速度或速度，进而打开安全降落伞装置实现无人机坠落防护；同时，坠落保护装置6也可接收地面控制站或飞控手发送的保护指令，打开安全降落伞装置实现无人机坠落防护。
30.如图3所示，本发明的实施例中，机械臂2为多自由度机械臂系统。具体地，机械臂2包括依次连接的固定基座201、摆动电机202、旋转大臂电机203、旋转大臂204、旋转中臂电机205、旋转中臂206、旋转小臂电机207、旋转小臂208及检测传感器接口209，其中摆动电机202和旋转大臂电机203的输出轴相互垂直，旋转中臂电机205和旋转小臂电机207的输出轴与旋转大臂电机203的输出轴平行。
31.具体地，摆动电机202、旋转大臂电机203、旋转中臂电机205、和旋转小臂电机207均采用无刷伺服一体化关节大扭矩电机，连续旋转角度大于360度。检测传感器接口209具有统一的电气接口、机械接口和通信协议，通过检测传感器接口209实现与轨道检测传感器5即插即用。
32.本发明的实施例中，旋翼无人机1采用多旋翼构型，机械臂2为两组，且对称布置于旋翼无人机1的两侧。具体地，两组机械臂2安装在桨叶防护罩7上，视觉引导系统3设置于桨叶防护罩7的外缘四周。
33.本发明的实施例中，动力系统104吊装布置于机身101几何中心的正下方，动力系统104可采用纯电动力模式、油电混合动力模式或燃料电池动力模式，可根据作业时间和检测要求的不同进行选择。视觉引导系统3由多个视觉传感器组成，且均布设置于机身101的四周。视觉引导系统3通过多视觉传感器融合定位，实现旋翼无人机1自主避障功能，保障旋翼无人机1可在轨道上方或者下方进行检测作业。
34.本发明的实施例中，视觉检测系统4由多个视觉传感器组成，且对称设置于桨叶防护罩7的正下方。视觉检测系统4通过多视觉传感器实时在线进行轨道宏观表面检测，且可以实时回传轨道宏观表面检测视频至地面端。
35.本发明的实施例中，轨道检测传感器5包括轨道裂纹、轨道间距、厚度和磨损程度检测传感器。具体地，驱动机械臂2，使轨道检测传感器5持续接触游乐设施轨道表面，实现轨道裂纹检测；驱动两个机械臂2的末端，使两个轨道检测传感器5分别接触待检测轨道间距的两个表面，通过解算两个机械臂2的末端位置反算，实现轨道间距检测；驱动机械臂2的一个末端，通过轨道检测传感器5分别接触待检测轨道厚度的两个表面，通过解算机械臂2的不同末端位置反算实现轨道厚度检测；驱动机械臂2，使轨道检测传感器5接近待检测磨损表面，通过视觉传感器进行实时在线检测或回传检测视频至地面端。
36.本发明提供的一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其工作原理是：
37.本发明通过旋翼无人机1搭载机械臂2、视觉引导系统3、视觉检测系统4、轨道检测传感器5、坠落保护装置6以及桨叶防护罩7，实现轨道检测传感器5对游乐设施的轨道检测。视觉引导系统3通过多视觉传感器融合定位，实现旋翼无人机1自主避障功能，保障旋翼无人机1可在轨道上方或者下方进行检测作业；视觉检测系统4通过多视觉传感器实时在线进
行轨道宏观表面检测，且可以实时回传轨道宏观表面检测视频至地面端。
38.本发明提供的一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统，能够实现无人机对各类游乐设施轨道高空不可达区域的全面连续检测，实现无人机在视觉引导系统引导下的游乐设施轨道宏观表面、轨道裂纹、轨道间距、厚度和磨损程度等检测功能，减轻人力工作量，降低高空检测风险。
39.以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其特征在于，包括旋翼无人机(1)、机械臂(2)、视觉引导系统(3)、视觉检测系统(4)及轨道检测传感器(5)，其中机械臂(2)设置于旋翼无人机(1)上，机械臂(2)的执行末端设置轨道检测传感器(5)，轨道检测传感器(5)用于对轨道进行检测；视觉引导系统(3)和视觉检测系统(4)均设置于旋翼无人机(1)上，视觉引导系统(3)用于旋翼无人机(1)的自主避障，视觉检测系统(4)用于对轨道宏观表面检测。2.根据权利要求1所述的用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其特征在于，所述旋翼无人机(1)包括机身(101)、机臂(102)、旋翼(103)及动力系统(104)，其中机身(101)的四周发射状地设有多个机臂(102)，各机臂(102)的末端均设有旋翼(103)，动力系统(104)设置于机身(101)的底部。3.根据权利要求2所述的用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其特征在于，所述旋翼无人机(1)的外侧设有桨叶防护罩(7)，桨叶防护罩(7)为环形结构，且与各所述机臂(102)连接。4.根据权利要求3所述的用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其特征在于，所述桨叶防护罩(7)包括沿周向依次连接的多个涵道，各所述旋翼(103)容置于相对应的涵道内。5.根据权利要求4所述的用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其特征在于，所述桨叶防护罩(7)采用碳纤维一体成型，具有流线型外形。6.根据权利要求2所述的用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其特征在于，所述机身(101)和机臂(102)采用碳纤维一体成型。7.根据权利要求2所述的用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其特征在于，所述机身(101)的顶部设有坠落保护装置(6)，坠落保护装置(6)用于所述旋翼无人机(1)意外坠落防护。8.根据权利要求1所述的用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其特征在于，所述机械臂(2)包括依次连接的固定基座(201)、摆动电机(202)、旋转大臂电机(203)、旋转大臂(204)、旋转中臂电机(205)、旋转中臂(206)、旋转小臂电机(207)、旋转小臂(208)及检测传感器接口(209)，其中摆动电机(202)和旋转大臂电机(203)的输出轴相互垂直，旋转中臂电机(205)和旋转小臂电机(207)的输出轴与旋转大臂电机(203)的输出轴平行。9.根据权利要求2或8所述的用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其特征在于，所述机械臂(2)为两组，且对称布置于所述旋翼无人机(1)的两侧。10.根据权利要求1所述的用于游乐设施轨道检测的无人机系统，其特征在于，所述轨道检测传感器(5)包括轨道裂纹、轨道间距、厚度和磨损程度检测传感器。

技术总结
本发明涉及游乐设施检测技术领域，特别涉及一种用于游乐设施轨道检测的无人机系统。包括旋翼无人机、机械臂、视觉引导系统、视觉检测系统及轨道检测传感器，其中机械臂设置于旋翼无人机上，机械臂的执行末端设置轨道检测传感器，轨道检测传感器用于对轨道进行检测；视觉引导系统和视觉检测系统均设置于旋翼无人机上，视觉引导系统用于旋翼无人机的自主避障，视觉检测系统用于对轨道宏观表面检测。本发明能与多规格的轨道管相匹配，通用性较强且操作简单，检测效率高，检测精准。检测精准。检测精准。


技术研发人员：何玉庆 杨丽英 李思梁 常彦春 黄朝雄 张远航 于海涛 戚有利
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/6