一种用于基坑检测的无人机的制作方法

本实用新型涉及无人机技术领域，特别地，涉及一种用于基坑检测的无人机。

背景技术：

在大型土建基坑工程中，地质构造和土质的不稳定(例如渗水、裂缝等)会引起支护结构的内力变化，从而产生位移危及施工人员和基坑设施的安全，也会危及邻近的建筑物、桥梁道路和各种地下设施，带来严重的经济损失和社会影响。所以，需要基坑内部环境进行勘察检测。传统的基坑检测多为人工巡检，在进行地铁或大型建筑的基坑检测时，不但效率较低、作业难度较大，可靠性低，而且无法直观的展示各种问题点的位置。

随着无人机应用技术的飞速发展，无人机在建筑领域的应用也逐渐被开发出来。但是传统无人机无gps或弱gps信号的情况下，会有极大的飞行风险，尤其在基坑的特殊环境(例如无或弱gps信号、复杂磁场环境等)下很难进行安全的飞行并进行基坑检测，更难进行精准的拍照定位。

而采用无人机进行基坑检测，不但可以减少人工的作业强度，减少人为误差，提高作业效率，而且基于无人机载荷的高精度的三维建模，可以配合直观的展现出各种问题点的位置与大小，便于决策者做出处理判断。

因此，业内急需一种用于基坑检测的无人机的新型技术。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种用于基坑检测的无人机，实现在大型基坑的应用环境下的安全检测飞行及各种数据采集，尤其是在基坑内弱gps信号或无gps信号环境下的安全检测飞行和数据采集。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于基坑检测的无人机，包括机体、载荷安装板、机臂、电动螺旋桨、起落架、gps天线、避障雷达、激光雷达和相机组件，所述载荷安装板位于机体底部，所述相机组件设置在载荷安装板上，所述电动螺旋桨通过机臂与机体连接，gps天线设置在机体上部，起落架设置在机体下部，避障雷达设置在机体周围无遮挡处；所述激光雷达为旋转棱镜式激光雷达，且竖直安装在载荷安装板上。

进一步的，所述电动螺旋桨至少有两个以上；每个电动螺旋桨包括电机以及与电机相连的螺旋桨。

进一步的，多根机臂两两成对、对称安装在机体上，每个机臂的末端安装有一个电动螺旋桨。

进一步的，所述机臂上设置有用于对螺旋桨进行物理防护的防撞圈。

进一步的，所述避障雷达包括左向避障雷达、右向避障雷达、前向避障雷达、后向避障雷达和顶部避障雷达，所述左向避障雷达、右向避障雷达、前向避障雷达、后向避障雷达和顶部避障雷达均为毫米波避障雷达。

进一步的，左向避障雷达和右向避障雷达分别设置在机体左侧和右侧，前向避障雷达和后向避障雷达分别设置在机体前侧和后侧，顶部避障雷达设置在机体顶部的舱盖上。

进一步的，所述gps天线有两个；两个gps天线方向均竖直向上且间距大于0.5米。

进一步的，所述起落架为拱形结构，起落架拱顶的位置与机体下部固定连接。

进一步的，所述相机组件包括单反相机与补光灯，所述单反相机与补光灯平行布置，且均与载荷安装板呈30-45°夹角。

进一步的，所述相机组件有两个，所述激光雷达设置在载荷安装板中间，两个相机组件设置在激光雷达两侧，且指向相反。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供一种用于基坑检测的无人机，包括机体、载荷安装板、机臂、电动螺旋桨、起落架、gps天线、避障雷达、激光雷达和相机组件。在进行基坑检测作业时，无人机起飞前在地表通过gps天线获取准确位置信息，当旋翼飞入大型基坑内部后，gps信号减弱，或消失，激光雷达给无人机提供详细的实时路径规划导航，帮助无人机在无gps信号环境下正常飞行。所述避障雷达可保障无人机在基坑底部与各障碍物的安全距离，作为电子围栏使用。当完成作业后，无人机飞出基坑后，再次获取gps精确位置信息，基于起飞前后的两次gps位置信息为基准，修订在无gps信号环境下激光雷达基于slam技术重建的三维模型坐标。最后结合相机组件拍摄到的高清图像pos位置信息，给出基坑内部的问题点的精确位置信息。本实用新型提供一种用于基坑检测的无人机不但降低了人工巡检的工作强度，避免了巡检过程中的人为失误。同时，基于大型基坑弱gps信号或无gps信号环境下进行了细致的优化，保障了无人机的飞行安全。而且基于无人机载荷的高精度的三维建模，可以配合直观的展现出各种问题点的位置与大小，便于决策者做出处理判断。

2、本实用新型提供一种用于基坑检测的无人机，所述避障雷达包括左向避障雷达、右向避障雷达、前向避障雷达、后向避障雷达和顶部避障雷达，左右向避障雷达、前后向避障雷达和顶部避障雷达均为毫米波避障雷达。左右向避障雷达、前后向避障雷达、顶部避障雷达可全方位保障无人机在基坑底部飞行时与障碍物的安全距离。另外，所述机臂上对应电动螺旋桨的位置还设置有防撞圈，可提供在紧急情况下对螺旋桨的物理防护，避免产生伤害事故，极大地保障了无人机的飞行安全。

3、本实用新型提供一种用于基坑检测的无人机，所述相机组件包括单反相机与补光灯，可进行拍照采集图像数据。同时，补光灯的存在，可保证无人机在基坑弱光或无光环境下可正常采集照片信息。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例一种用于基坑检测的无人机的整体结构示意图；

图2是本实用新型优选实施例一种用于基坑检测的无人机的载荷部分的仰视图；

图3是本实用新型优选实施例一种用于基坑检测的无人机的作业过程示意图；

其中，1、机体，2、机臂，3、电机，4、螺旋桨，5、起落架，6、防撞圈，7、gps天线，8、相机组件，9、单反相机，10、补光灯，11、激光雷达，12、载荷安装板，13、顶部避障雷达，14、左向避障雷达，15、右向避障雷达，16、前向避障雷达，17、后向避障雷达。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1至图2，一种用于基坑检测的无人机，包括机体1、载荷安装板12、机臂2、电动螺旋桨、起落架5、gps天线7、避障雷达、激光雷达11和相机组件8，所述载荷安装板12位于机体1底部，所述相机组件8设置在载荷安装板12上，所述电动螺旋桨通过机臂2与机体1连接，gps天线7设置在机体1上部，起落架5设置在机体1下部，避障雷达设置在机体1周围无遮挡处；所述激光雷达11为旋转棱镜式激光雷达，且竖直安装在载荷安装板12上。优选的，所述激光雷达11采用±30°散射角的旋转棱镜式激光雷达，激光雷达内部设有棱镜，所述棱镜可绕其旋转轴旋转±30°。所述激光雷达还包括雷达底座和安装在雷达底座上的雷达主机，所述雷达主机负责实时处理激光雷达点云数据，并输出矢量路径反馈给飞机控制系统。为了保证扩大成±30°散射角的旋转棱镜式激光雷达的精度，无人机在作业时降低飞行速度至3米/秒以下，保证足够的激光雷达点云密度，使激光雷达精度不变。

所述电动螺旋桨至少有两个以上；每个电动螺旋桨包括电机3以及与电机3相连的螺旋桨4，电机3驱动螺旋桨4旋转而产生升力。多根机臂2两两成对、对称安装在机体1上，每个机臂2的末端安装有一个电动螺旋桨。所述机臂2上设置有用于对螺旋桨4进行物理防护的防撞圈6。所述防撞圈6为扇形支架结构，安装在机臂2远离机体1的一端的正下方。多个防撞圈6一起形成一个保护圈，可提供在紧急情况下对螺旋桨4的物理防护，避免产生伤害事故，极大地保障了无人机的飞行安全。

在一个具体实施方式中，电动螺旋桨有六个，电动螺旋桨与机体1之间通过机臂2连接，六根机臂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，每个电动螺旋桨正下方设置有一个防撞圈6。

所述gps天线7有两个且均位于机体1上部；两个gps天线7方向均竖直向上且间距大于0.5米，这样可以有效减少两个gps天线7差分系统信号之间互相干扰，进行精准定位。

在一个具体实施方式中，所述起落架5为拱形结构，起落架5拱顶的位置与机体1下部固定连接。所述避障雷达包括左向避障雷达14、右向避障雷达15、前向避障雷达16、后向避障雷达17和顶部避障雷达13，左右向避障雷达、前后向避障雷达和顶部避障雷达13均为毫米波避障雷达。避障雷达用于无人机在基坑附近飞行时的紧急避障，避免无人机基坑内的障碍物发生碰撞，有效的提高无人机在使用中的安全性。左向避障雷达14和右向避障雷达15分别设置在机体1左侧和右侧，前向避障雷达16和后向避障雷达17分别设置在机体1前侧和后侧，顶部避障雷达13设置在机体1顶部的舱盖上。优选的，左右向避障雷达可以设置在与机体1固定连接的起落架5左右两侧，前后向避障雷达设置在与左右避障雷相对应的机体1的前后两侧，这样便于避障雷达全方位最大限度的保障无人机在基坑底部飞行时与障碍物的安全距离，保障了无人机的飞行安全。所述相机组件8包括单反相机9与补光灯10，所述单反相机9与补光灯10平行布置，且均与载荷安装板呈30-45°夹角，用于进行拍照采集图像数据。在一个具体实施方式中，所述相机组件8有两个，所述激光雷达11设置在载荷安装板12中间，两个相机组件8设置在激光雷达11两侧，且指向相反，便于多方位进行图像采集。同时，补光灯10的存在，可保证无人机在基坑弱光或无光环境下可正常采集照片信息。

具体检测过程如图3所示：在进行基坑检测作业时，无人机起飞前在地表a位置通过gps天线7获取准确位置信息。

当本旋翼无人机沿着飞行路径飞入大型基坑内部飞到b位置时，gps信号减弱，或消失，激光雷达11基于slam技术(即同步定位与建图技术)开始对坑底进行实时三维建模，同时给无人机提供详细的实时路径规划导航，帮助无人机在无gps信号环境下知道自己的相对位置，进行正常飞行。所述左右向避障雷达、前后向避障雷达、顶部避障雷达保障无人机在基坑底部与各障碍物的安全距离，作为电子围栏使用。所述防撞圈6提供在紧急情况下对螺旋桨4的物理防护，避免产生伤害事故。

在b位置飞行时，由单反相机9与补光灯10组成的两个相机组件8进行拍照采集图像数据。补光灯10的存在，保证在基坑弱光或无光环境下可正常采集照片信息。拍照的同时，由无人机系统飞控记录拍照pos点，便于后期数据处理。其中，pos点是由相机拍照时，利用热靴线反馈给飞控，飞控记录下拍照的瞬间飞机本身的位置与姿态的信息，具体包括一个三维坐标和无人机当时的三个姿态角。

当完成作业后，无人机飞出基坑，在c位置再次获取gps精确位置信息，无人机基于起飞前后的2次gps位置信息为基准点，修订在无gps信号环境下激光雷达11基于slam技术重建的三维模型坐标。最后结合相机组件8拍摄到的高清图像pos位置信息，给出各张照片位于基坑内部的精确位置。具体为利用起点和落点两个gps精确已知点，无人机从起点飞往终点的过程中，因为无gps信号或者弱gps信号，位置信息是依靠slam技术依据起点已知坐标推算的相对坐标，是有累积误差的，当获得第二点的已知坐标后，与实际飞行中的推算坐标之间是有误差的，飞行完毕后，利用数学方式将坐标信息反算平差，修订之前所提过的pos点的坐标信息，降低整体系统的误差。例如本身系统误差可能是0.2米，但是通过第二个gps精确点对比系统本身的坐标，可以后期修正到0.1米。对于有问题的照片部分(如渗水，裂缝等)，可以精确定位其位置信息，便于施工方及时处置。

综上所述，本实用新型提供的一种用于基坑检测的无人机，不但降低了人工巡检的工作强度，避免了巡检过程中的人为失误；同时，可在基坑的特殊环境(无或弱gps信号、复杂磁场环境等)下安全飞行，并可以对基坑内进行各种数据采集和安全检测。而且基于无人机载荷的高精度的三维建模，可以更直观的展现出基坑中各种问题点的位置与大小，便于决策者做出处理判断。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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