详情

原文传递基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集装置与方法

专利名称：	基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集装置与方法
摘要：	本发明公开了一种基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集装置与方法。包括四旋翼无人机、放线装置、采集平台和地面监控系统；四旋翼无人机悬停于烟囱中心的顶端，放线装置将采集平台以遥控方式匀速放入烟囱内部进行内壁图像采集工作，烟囱内部的采集平台将采集的数据传输给中继器，中继器再将数据传输至地面监控系统进行监控从而实现烟囱内壁图像的采集工作。本发明降低了烟囱内壁图像采集的成本，降低了传统人工进入烟囱内部作业的风险，提高了烟囱内壁图像采集的效率，给工业生产带来更高的安全性可靠性和高效性，同时也将四旋翼无人机的应用领域扩展至烟囱内壁图像采集的领域。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	中国计量大学
发明人：	郑恩辉;郑书潺
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910316535.2
公开号：	CN110040244A
代理机构：	杭州求是专利事务所有限公司
代理人：	林超
分类号：	B64C27/08(2006.01);B;B64;B64C;B64C27
申请人地址：	310018 浙江省杭州市江干经济开发区学源街258号
主权项：	1.一种基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集装置，其特征在于，包括四旋翼无人机、放线装置和采集平台，四旋翼无人机底部搭载有放线装置，放线装置正下方通过凯夫拉线(15)连接有采集平台；四旋翼无人机包括多轴飞行器机架(1)、电调Ⅰ(3)、陀螺仪Ⅰ(4)、飞行控制单元(5)、机载处理器(6)、中继器(8)、锂电池Ⅰ(10)、PMU电源管理单元Ⅰ(7)及配套的遥控器Ⅰ，陀螺仪Ⅰ(4)、飞行控制单元(5)、机载处理器(6)、中继器(8)、锂电池(10)和PMU电源管理单元(7)均安装于多轴飞行器机架(1)上；陀螺仪Ⅰ(4)、电调Ⅰ(3)均与飞行控制单元(5)相连，飞行控制单元(5)经机载处理器(6)与中继器(8)相连；放线装置包括支撑架、无线遥控直流电机调速器(19)、有刷直流电机(12)、电机连接杆(18)、滚筒(17)、滚筒支撑杆(13)、凯夫拉线15及其配套的遥控器Ⅱ，支撑架主要由上、中、下三块支撑板由上至下依次连接组成，支撑架通过上支撑板整体搭载于多轴飞行器机架(1)底部中间位置，上支撑板和中支撑板之间安装有无线遥控直流电机调速器(19)，中支撑板和下支撑板之间安装有有刷直流电机(12)和滚筒(17)，中支撑板和下支撑板之间固定有两根垂直于支撑板的滚筒支撑杆(13)，两根滚筒支撑杆(13)之间连接有滚筒(17)，电机连接杆(18)一端与有刷直流电机(12)的电机输出轴相连，电机连接杆(18)另一端与滚筒(17)中心轴相连，滚筒(17)上缠绕有凯夫拉线(15)；下支撑板靠近滚筒(17)位置处开有放线孔(14)，凯夫拉线(15)穿出放线孔(14)与正下方的采集平台相连，下支撑板底部安装有相机模块(16)；无线遥控直流电机调速器(19)与有刷直流电机(12)相连，遥控器Ⅱ通过无线遥控直流电机调速器(19)控制有刷直流电机(12)转动，有刷直流电机(12)通过电机连接杆(18)带动滚筒(17)转动；锂电池Ⅰ(10)经PMU电源管理单元Ⅰ(7)分别与飞行控制单元(5)、无线遥控直流电机调速器(19)连接供电；采集平台包括采集平台机架(21)、锂电池Ⅱ(20)、电调Ⅱ(23)、陀螺仪Ⅱ(24)、平台控制单元(25)、PMU电源管理单元Ⅱ(26)、气压计(27)、光源模块(29)和雷达装置，光源模块(29)、锂电池Ⅱ(20)、电调Ⅱ(23)、陀螺仪Ⅱ(24)、平台控制单元(25)、PMU电源管理单元Ⅱ(26)、气压计(27)均安装于采集平台机架(21)上；雷达装置包括云台摄像机(32)、环线激光雷达(33)和激光雷达支撑架(24)，雷达装置通过激光雷达支撑架(24)安装于采集平台机架(21)底部，激光雷达支撑架(24)上搭载有环线激光雷达(33)，激光雷达支撑架(24)底部安装有云台摄像机(32)；陀螺仪Ⅱ(24)、电调Ⅱ(23)、气压计(27)、光源模块(29)、云台摄像机(32)和环线激光雷达(33)均与平台控制单元(25)相连，锂电池Ⅱ(20)经PMU电源管理单元Ⅱ(26)与平台控制单元(25)连接供电。 2.根据权利要求1所属的基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集装置，其特征在于，还包括地面监控装置，中继器(8)直接与地面监控装置连接，采集平台上的平台控制单元(25)经四旋翼无人机上的中继器(8)连接地面监控装置，遥控器Ⅰ和遥控器Ⅱ均与地面监控装置连接。 3.根据权利要求1所属的基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集装置，其特征在于，所述陀螺仪Ⅰ(4)用于采集四旋翼无人机的姿态角信息和GPS信息；陀螺仪Ⅱ(24)用于采集采集平台的姿态角信息；所述环线激光雷达(33)用于采集采集平台的水平位置信息。 4.根据权利要求1所属的基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集装置，其特征在于，所述多轴飞行器机架(1)的各个机臂上均安装有与无刷电机Ⅰ(9)相连的螺旋桨(2)，每个无刷电机Ⅰ(9)均连接有电调Ⅰ(3)；所述采集平台机架(21)的各个平台臂上均安装有与无刷电机Ⅱ(28)相连的螺旋桨Ⅱ(22)，每个无刷电机Ⅱ(28)均连接有电调Ⅱ(23)。 5.采用权利要求1～4任一所述装置的基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：初始状态下放线装置未放线，采集平台紧靠放线装置；根据GPS信息，通过遥控器Ⅰ遥控飞行控制单元(5)，飞行控制单元(5)控制四旋翼无人机在烟囱上方悬停；步骤2：放线装置的相机模块(16)采集烟囱顶部圆形端口的图像，机载处理器(6)对图像依次进行灰度化处理、二值化处理以及滤波处理，然后采用霍夫变换圆检测判断图像中的圆形烟囱的中心位置，机载处理器(6)将烟囱中心位置传输至飞行控制单元(5)，飞行控制单元(5)根据烟囱中心位置调控四旋翼无人机稳定悬停于烟囱顶部正中心；步骤3：遥控器Ⅱ通过无线遥控直流电机调速器(19)控制有刷直流电机(12)旋转，有刷直流电机(12)从而带动滚筒(17)转动，滚筒(17)转动的同时匀速放线，使得与凯夫拉线(15)相连的采集平台向下匀速进入烟囱内，放线的同时地面监控装置开始计时；步骤4：云台摄像机(32)、环线激光雷达(33)、气压计(27)以及陀螺仪(24)将采集的数据传输至平台控制器(25)，采集平台的平台控制器(25)将获得的采集数据传输至四旋翼无人机的中继器(8)，再由中继器(8)传输到地面监控装置进行实时监测；步骤5：采集平台的平台控制器(25)通过环线激光雷达(33)监测采集平台到烟囱内壁的距离，采集平台到烟囱内壁的距离小于安全距离时平台控制器(25)利用位置的偏差信息对采集平台进行姿态调整，使得采集平台向烟囱中心平移以避开烟囱内壁；步骤6：地面监控装置根据采集平台的实际高度信息监测到采集平台靠近烟囱底部时，地面监控装置通过遥控器Ⅱ控制放线装置匀速收线，采集平台在凯夫拉线(15)的带动下匀速上升至四旋翼无人机正下方，四旋翼无人机搭载采集平台和放线装置飞回地面，结束图像采集任务。 6.根据权利要求5所述的基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集方法，其特征在于，所述步骤4中，云台摄像机(32)、环线激光雷达(33)、气压计(27)以及陀螺仪(24)采集的数据分别为云台摄像机(32)采集的图像信息、环线激光雷达(33)采集的采集平台的水平位置信息、气压计(27)获得的采集平台的高度信息以及陀螺仪(24)获得的采集平台的姿态角信息。 7.根据权利要求5所述的基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集方法，其特征在于，所述步骤4中，当地面监控装置根据云台摄像机(32)采集的图像信息监测到图像亮度未达到采集亮度阈值时，地面监控装置通过中继器(8)控制平台控制单台(25)打开光源模块。 8.根据权利要求5所述的基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集方法，其特征在于，所述地面监控装置根据平台控制器(25)的采集数据监测到采集平台未处于烟囱中心位置时，地面监控装置可通过中继器(8)控制平台控制器(25)向烟囱中心平移。 9.根据权利要求5所述的基于无人机悬挂平台的烟囱内壁图像采集方法，其特征在于，所述步骤6中采集平台的实际高度信息由气压计(27)获得的高度信息和放线装置的放线长度结合计算得到，计算公式如下： hc＝(h1+h2)/2 h2＝hg-L L＝vt 其中，hc为采集平台实际高度；h1为气压计测得的采集平台的高度；h2为通过凯夫拉线测得的采集平台的高度；hg为凯夫拉线起点的高度，由GPS信息提供；L为放线长度；v为1米/秒；t为放线装置的放线时间，由地面监控装置计时得到。
所属类别：	发明专利