CN103869819B - 一种基于多旋翼无人机的带式输送机自动巡检方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于多旋翼无人机的带式输送机自动巡检方法，属于带式输送机故障巡检方法。自动巡检系统由多旋翼无人机，无人机地面工作站和导航标识构成；多旋翼无人机包括无人机本体、无人机导航系统、无人机巡检系统，机载电源和无线信号发射端；无人机地面工作站包含多功能计算机和无线信号接收端；导航系统可通过识别导航标识来确定无人机的飞行路径，巡检系统可对带式输送机任意位置的托辊进行监测，并将监测信号发送至无人机地面工作站。该巡检方法包括：导航方法和巡检方法。通过铺设导航标记就可以实现对带式输送机托辊的自动巡检，及时检测到托辊的异常状态，避免发生更严重的经济损失和人员伤亡。其结构简单、检测效果好、省时省力。
Description
技术领域
本发明涉及一种带式输送机故障巡检方法，尤其是一种基于多旋翼无人机的带式输送机自动巡检方法。
背景技术
带式输送机作为水平运输或倾斜运输工具目前已广泛应用于煤炭行业中。与其他运输工具相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等优点。托辊是带式输送机的重要部件，种类多，数量大。它占了一台带式输送机总成本的35%，产生了70%以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。由于煤矿生产现场的环境恶劣，托辊在工作过程中易出现各种故障，如轴承卡死、托辊管壁磨穿等。因此，针对托辊运行状态进行实时监测是十分必要的。
目前，国内带式输送机托辊故障检测的自动化水平较低，基本依赖于工作人员定期巡检。但由于煤矿生产现场工作环境恶劣，托辊数量庞大，导致人工巡检工作量大、检测精度低。如果托辊的故障不能及时发现，将会给煤矿的生产带来极大威胁，严重时会造成巨大经济损失甚至人员伤亡。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、检测效果好的基于多旋翼无人机的带式输送机自动巡检方法。
技术方案：本发明的基于多旋翼无人机的带式输送机自动巡检系统包括：多旋翼无人机，无人机地面工作站和无人机导航标识；
所述的多旋翼无人机包括无人机本体、无人机导航系统、无人机巡检系统、机载电源和无线信号发射端；无人机导航系统、无人机巡检系统、机载电源和无线信号发射端均安装在无人机本体上；
所述的无人机地面工作站包含多功能计算机和无线信号接收端；
所述的导航标识分为垂直导航标识和水平导航标识，均为反光条；垂直导航标识贴于带式输送机支架两侧，间距为1m；水平导航标识贴于与带式输送机平行，距离为0.5米的地面上，间距为1m；
所述的无人机导航系统分为水平导航和垂直导航两个部分；水平导航和垂直导航均包含图像传感器和轨迹控制器，所述的图像传感器能对预先设计的飞行路线即导航标识进行实时图像采集；所述的轨迹控制器能对导航标识进行图像处理并根据处理结果控制无人机水平、垂直飞行；
所述的无人机巡检系统包括视频巡检部件和传感器巡检部件，所述的视频巡检部件包含高清摄像头和能自动识别托辊运行状态并控制高清摄像头拍摄的图像处理器；所述的传感器巡检部件包括：红外线热成像仪、RFID读写器、瓦斯浓度传感器和氧气含量传感器；红外线热成像仪测量带式输送机托辊温度；RFID读写器读取安装在托辊支架上的RFID标签的托辊信息；瓦斯浓度传感器和氧气含量传感器采集瓦斯浓度和氧气含量。
使用上述系统的巡检方法包括导航方法和巡检方法：
所述导航方法：无人机导航采用基于路径识别的视觉导航方式，分为水平导航和垂直导航两个部分，水平导航通过水平图像传感器实时识别贴在地面上的导航标记，经过轨迹控制器的图像处理后，控制无人机的水平飞行轨迹，使无人机可以沿着带式输送机的运输路径飞行；垂直导航通过垂直图像传感器实时识别贴在输送机支架上的导航标记，经过轨迹控制器的图像处理后，控制无人机的垂直飞行轨迹，使无人机的巡检装置与带式输送机的托辊保持水平；此外，无人机地面工作站的导航模块可根据无人机传输过来的导航信息对无人机的飞行轨迹进行更高优先级的手动控制，以确保无人机安全；
所述巡检方法：无人机巡检系统分为视频巡检和传感器巡检两部分，视频巡检通过高清摄像头和图像处理器自动识别出托辊后，导航系统中的控制器会控制无人机悬停一段时间，图像处理器控制高清摄像头对托辊进行视频巡检，并将巡检情况实时传输至地面无人机工作站；传感器巡检在无人机悬停后，通过所安装的传感器采集托辊和环境信息，并所采集的信息实时传输至地面无人机工作站；巡检完成后，控制器控制无人机按导航标记继续飞行。
有益效果，由于采用了上述方案，本发明能够实现在恶劣工作条件下对带式输送机自动巡检的功能。无人机采用基于路径识别的视觉导航方式，通过导航图像传感器对水平、垂直导航标识进行识别，控制器根据导航标识调整无人机飞行姿态，使无人机能够检测到带式输送机任意位置托辊的运行状态。无人机通过高清摄像头和图像处理器自动识别出托辊后，导航系统中的控制器会控制无人机悬停一段时间，对托辊进行巡检，并将巡检情况实时传输至地面无人机工作站。通过铺设导航标记就可以实现对带式输送机托辊的自动巡检，及时检测到托辊的异常状态，避免发生更严重的经济损失和人员伤亡。其结构简单、检测效果好、省时省力，具有广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的系统组成结构图。
图2为带式输送机模型图。
图3为导航流程示意图。
图4为巡检流程示意图。
图中：1、上托辊；2、支架；3、底托辊；4、RFID标签；5、垂直导航标识；6、水平导航标识。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
实施例1：在图1中，本发明的基于多旋翼无人机的带式输送机自动巡检系统，适用于对带式输送机的运行状态进行实时监测。它主要由多旋翼无人机，无人机地面工作站和导航标识构成。多旋翼无人机包括无人机本体、无人机导航系统、无人机巡检系统，机载电源和无线信号发射端。无人机本体是由机身、固定于机身下方的起落架以及多个以对称方式分布并安装于机身周边的旋翼组成。无人机导航系统包含飞行导航控制部分、飞行避障控制部分。无人机巡检系统是由视频巡检部件、传感器巡检部件组成。机载电源内含电源管理芯片，可以对电源进行健康管理及缺电报警。无人机地面工作站包含多功能计算机和无线信号接收端。
在图2中，为带式输送机模型，支架2以及设置在支架2上的上托辊1和底托辊3，RFID标签4贴在上托辊支架上，垂直导航标识贴于支架2两侧，水平导航标记粘贴在与支架2走向平行并距离0.5米的地面上。
无人机导航系统中的飞行导航控制部件采用基于路径识别的视觉导航方式，分为水平导航和垂直导航两个部分。水平导航和垂直导航均包含能对预先设计的飞行路线即导航标识进行实时图像采集的图像传感器，以及能对导航标识进行图像处理并根据处理结果控制无人机水平、垂直飞行轨迹的轨迹控制器。
导航标识采用反光条。垂直导航的导航标识贴于带式输送机支架两侧，间距为1m；水平导航的导航标识贴于与带式输送机平行，距离为0.5米的地面上，间距为1m。
无人机巡检系统中的视频巡检部件包含高清摄像头和能自动识别托辊运行状态并控制高清摄像头拍摄的图像处理器。
无人机巡检系统中的传感器巡检部件包含测量带式输送机托辊温度的红外线热成像仪和通过安装在托辊上的RFID标签读取托辊信息的RFID读写器和采集瓦斯浓度、氧气含量的气体传感器。
使用上述系统的基于多旋翼无人机的带式输送机自动巡检方法包括导航方法和巡检方法：
所述导航方法：无人机导航采用基于路径识别的视觉导航方式，分为水平导航和垂直导航两个部分。在图3中，水平导航通过水平图像传感器实时识别贴在地面上的导航标记，经过轨迹控制器的图像处理后，控制无人机的水平飞行轨迹，使无人机可以沿着带式输送机的运输路径飞行；垂直导航通过垂直图像传感器实时识别贴在输送机支架上的导航标记，经过轨迹控制器的图像处理后，控制无人机的垂直飞行轨迹，使无人机的巡检装置与带式输送机的托辊保持水平。此外，无人机地面工作站的导航模块可根据无人机传输过来的导航信息对无人机的飞行轨迹进行更高优先级的手动控制，以确保无人机安全。
所述巡检方法：无人机巡检系统分为视频巡检和传感器巡检两部分。在图4中，视频巡检通过高清摄像头和图像处理器自动识别出托辊后，导航系统中的控制器会控制无人机悬停一段时间，图像处理器控制高清摄像头对托辊进行视频巡检，并将巡检情况实时传输至地面无人机工作站。传感器巡检在无人机悬停后，通过所安装的传感器采集托辊和环境信息，并所采集的信息实时传输至地面无人机工作站。巡检完成后，控制器控制无人机按导航标记继续飞行。
导航部分与巡检部分协调工作从而实现对带式输送机上托辊的自动巡检，及时发现异常工况，保证带式输送机的正常运行。
Claims (1)
1.一种基于多旋翼无人机的带式输送机自动巡检方法，其特征在于：该自动巡检方法包括导航方法和巡检方法：
所述导航方法：无人机导航采用基于路径识别的视觉导航方式，分为水平导航和垂直导航两个部分，水平导航通过水平图像传感器实时识别贴在地面上的导航标记，经过轨迹控制器的图像处理后，控制无人机的水平飞行轨迹，使无人机可以沿着带式输送机的运输路径飞行；垂直导航通过垂直图像传感器实时识别贴在输送机支架上的导航标记，经过轨迹控制器的图像处理后，控制无人机的垂直飞行轨迹，使无人机的巡检装置与带式输送机的托辊保持水平；此外，无人机地面工作站的导航模块可根据无人机传输过来的导航信息对无人机的飞行轨迹进行更高优先级的手动控制，以确保无人机安全；
所述巡检方法：无人机巡检系统分为视频巡检和传感器巡检两部分，视频巡检通过高清摄像头和图像处理器自动识别出托辊后，导航系统中的控制器会控制无人机悬停一段时间，图像处理器控制高清摄像头对托辊进行巡检，并将巡检情况实时传输至地面无人机工作站；传感器巡检是在无人机悬停后，通过所安装的传感器采集托辊和环境信息，并将所采集的信息实时传输至地面无人机工作站；巡检完成后，控制器控制无人机按导航标记继续飞行。
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