CN107328344B - 用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机，它包括机架(1)，机架(1)上安装有摄像头(2)和螺旋桨(3)，机架(1)还安装有用于使得目标混凝土表面出现刻度的装置。该无人机能使得目标混凝土结构表面出现刻度。

Description

用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机

技术领域

本发明涉及钢筋混凝土监测领域，具体讲是一种用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机。

背景技术

建筑物或构筑物的混凝土结构表面因长期的风吹日晒雨淋或海水腐蚀等因素难免会出现裂缝。而一旦裂缝宽度大于某设定的临界值，就需要对混凝土结构进行修护，否则任由裂缝自由发展，就会破坏建筑物或构筑物的强度、耐久性和稳定性。所以，对混凝土结构表面裂缝宽度的监测，是混凝土结构养护中的重要课题。

然而，建筑物或构筑物的混凝土结构表面的某些位置，由于地形、结构、位置等原因，如高楼的外墙或是桥梁的桥墩等，很难进行人工监测。现有技术中，有人提出了利用无人机进行拍照，通过裂缝在照片上显示的宽度去进行换算，进而推出裂缝宽度的设想。然而上述设想最大的缺陷是，由于无人机拍摄的角度及与裂缝的距离不确定，且换算时还需要综合照片像素分辨率等因素，故最后推算出来的结果误差较大，推算出来的数据很不精确，根本无法作为是否需要养护的依据。

针对上述缺陷，本申请人创造性的提出另一个设想，即先用无人机携带某些特殊装置，当无人机飞到目标混凝土结构表面的裂缝附近时，被携带的装置动作，使得目标混凝土结构表面产生刻度；然后拍照，最后用电脑处理照片，用Photoshop软件将塑料膜上的刻度ps到裂缝上，然后从修改后的照片上直接读取其刻度。这样，由于刻度和裂缝均位于同一拍摄角度、同一距离的同一张照片，这就避免了拍摄角度及距离对结果的干扰，且宽度是在该照片上直接读取，这就省略了照片像素、分辨率等复杂的换算，故能精确的测量出裂缝的实际宽度，误差很小，足以作为是否需要养护的依据。

然而，要实现上述设想最大的难题是，现有技术中，没有能在目标混凝土结构表面如高楼外墙、桥梁桥墩等特殊位置产生刻度的无人机。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能使得目标混凝土结构表面出现刻度的用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机。

本发明的一种技术解决方案是，提供一种用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机，它包括机架，机架上安装有摄像头和螺旋桨，机架还安装有用于使得目标混凝土表面出现刻度的装置。

上述无人机的工作过程为，无人机在目标混凝土结构表面飞行，当摄像头发现裂缝后，悬停在裂缝前方，并触发装置动作，使得被监测的目标混凝土结构表面的裂缝附近出现刻度。

本发明用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机与现有技术相比，具有以下优点。

该无人机成功实现了将刻度标记在目标混凝土结构表面的裂缝附近，为后期精确测得裂缝的实际宽度提供了保障和前提。

所述的用于使得目标混凝土表面出现刻度的装置的一种优选为，机架上设有贴膜装置，贴膜装置与带刻度的薄膜的后表面可拆式连接，薄膜前表面涂有胶；该装置动作过程为，贴膜装置将带刻度的薄膜贴在混凝土墙面后，与薄膜脱离，使得墙面出现刻度。该方式结构合理，功能可靠。

贴膜装置与带刻度的薄膜的后表面可拆式连接是指，贴膜装置前部设有海绵顶头，海绵顶头与薄膜后表面由胶粘结，薄膜前表面的胶的粘性大于薄膜后表面的胶；这样，贴膜前，薄膜经海绵顶头稳定固定在贴膜装置上，确保无人机飞行过程中薄膜不掉落，而贴膜装置将薄膜推移按压到墙面后，薄膜前表面与混凝土结构表面由强胶更牢固粘结，而薄膜后表面与海绵顶头的弱胶自然脱离，即薄膜固定在墙面后，贴膜装置与薄膜自然脱离。

所述贴膜装置的一种优选为，机架还设有弓弩和用于触发弓弩扳机的装置，带刻度的薄膜的后表面可拆式连接在弓弩的弩箭头部；这样，无人机在目标混凝土结构表面飞行，当摄像头发现裂缝后，悬停在裂缝前方，然后飞机向垂直于混凝土结构表面的方向前进，触发装置动作，扳动扳机，弩箭射出，利用弩箭对墙面的撞击力，使得带刻度的薄膜粘结在混凝土结构表面的裂缝附近后，弩箭与薄膜脱离。上述结构的设计亮点为，粘结的动力由弩箭发出，发力时间短、发力速度快，无人机受到向后的反作用力较小，不会干涉到无人机的平衡，使无人机飞机平稳，避免无人机受力倾覆。

用于触发弓弩扳机的装置优选为，机架的顶部设有一个水平套筒，水平套筒内活动套合有一根触杆，触杆尾部与弓弩的扳机之间经一根拉索连接；弓弩上弦时，触杆前端前凸于弩箭前端，上述结构的动作过程为，无人机向混凝土结构表面垂直飞行，触杆轻微触碰到墙面后，后推触杆，带动拉索向后，触发扳机，使得弩箭射出；上述触发装置，结构简单，装配方便；而且，触杆与墙面轻微接触就能发射，接触过程时间短、反作用力小，不会破坏无人机的平衡；况且，上述装置均是纯机械式连接和传动，而无人机由于无线控制，客观上需要尽可能的减少电磁干扰，而机械式连接和传动，没有增加任何电器件，不会对无人机形成任何电磁干扰，进一步确保无人机的稳定性。

作为又进一步优选，弩箭后端与弓弩之间设有连接绳，这样，弩箭与薄膜分离之后，不会自由掉落造成意外，而是柔性连接在弓弩上，便于回收和再利用。

所述贴膜装置的另一种优选为，机架设有向前的顶推气缸和重心平衡装置，带刻度的薄膜的后表面可拆式连接在顶推气缸的活塞杆上；这样，当摄像头发现裂缝后，悬停在裂缝前方，启动顶推气缸，将带刻度的薄膜粘结在混凝土结构表面，顶推气缸前推薄膜时，重心平衡装置同时动作，防止飞机受到反作用力而倾覆。薄膜在混凝土结构表面粘结牢固后，顶推气缸回缩，与薄膜脱离。

重心平衡装置的优选为，它包括一个向后的平衡气缸，平衡气缸的活塞杆上设有配重块，平衡气缸的缸体固定在机架的两根横梁上；这样，当顶推气缸向前推移按压薄膜，平衡气缸也同步后推配重块，前后两端同步双向伸缩，确保无人机受到墙面反作用力时，仍然能保持平衡。

所述的用于使得目标混凝土表面出现刻度的装置的另一种优选为，机架上还设有墨盒和挡板，挡板上贯穿有多个平行的长通孔，墨盒前部设有一个喷射装置，挡板位于喷射装置的前部；这样，在目标混凝土结构表面飞行的无人机发现裂缝后，悬停在裂缝前，喷射装置向前喷墨，墨汁经过挡板的各个长通孔，在混凝土结构表面喷涂出多条宽度不同的墨迹，即刻度。该设计的亮点在于，无人机与混凝土结构表面始终无接触，自然不会受到任何反作用力，故飞机平衡性好，避免抵靠墙面时反作用力过大而倾覆的状况。

作为进一步改进，机架上设有一个向前的延展气缸，挡板固定在延展气缸活塞杆的前段，墨盒位于延展气缸活塞杆中段，延展气缸的存在，能使得喷射装置尽可能的接近目标混凝土表面，减少了喷墨距离，确保墙面上刻度的墨迹清晰，而且，避免了无人机为喷墨清晰而过于接近混凝土表面从而发生倾覆意外的状况，进一步增大安全性。

附图说明

图1是本发明用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机的一种实施例的结构示意图。

图2是本发明用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机的另一种实施例的结构示意图。

图3是本发明用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机的又一种实施例的结构示意图。

图中所示1、机架，1.1、横梁，2、摄像头，3、螺旋桨，4、薄膜，5、海绵顶头，6、弓弩，6.1、扳机，6.2、弩箭，7、套筒，8、触杆，9、拉索，10、顶推气缸，11、平衡气缸，12、配重块，13、墨盒，14、挡板，15、长通孔，16、喷嘴，17、延展气缸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机的一种实施例，它包括机架1，机架1上安装有摄像头2和螺旋桨3，螺旋桨3为四个，固定在机架1的顶部四角。机架1还设有用于使得目标混凝土表面出现刻度的装置。

所述的用于使得目标混凝土表面出现刻度的装置优选为，机架1上设有贴膜装置，贴膜装置与带刻度的薄膜4的后表面可拆式连接，薄膜4前表面涂有胶。具体的说，所述的贴膜装置是指，机架1还设有弓弩6和用于触发弓弩6扳机6.1的装置，带刻度的薄膜4的后表面可拆式连接在弓弩6的弩箭6.2头部。

上述的可拆式连接是指，弩箭6.2头部设有海绵顶头5，海绵顶头5与薄膜4后表面由胶粘结，薄膜4前表面的胶的粘性大于薄膜4后表面的胶。当然，可拆式连接还可以是，薄膜4后表面设有两弹片，弩箭6.2头部卡入两弹片之间，实现薄膜4后表面与弩箭6.2的临时可拆式连接，薄膜4前表面与墙面粘结后，一旦轻微拉动弩箭6.2尾部，又可以方便实现两者脱离。薄膜4还可以选择加入磁性材料，而弩箭6.2头部为磁铁，两者临时吸附连接，弩箭6.2发射后与墙面撞击可以实现两者分离。

用于触发弓弩6扳机6.1的装置是指，机架1的顶部设有一个水平套筒7，水平套筒7内活动套合有一根触杆8，触杆8尾部与弓弩6的扳机6.1之间经一根拉索9连接；本实施例中的水平套筒7为方块状且贯通有一个供触杆8穿过的孔。

弓弩6上弦时，触杆8前端前凸于弩箭6.2前端。当然，上述的触发装置不仅仅限于以上一种结构，还可以直接安装一个小气缸，而气缸的活塞杆与扳机3.1固定，靠活塞杆运动来扣扳机3.1实现发射，等等。

弩箭6.2后端与弓弩6之间设有连接绳。

图1因为是俯瞰的角度，故摄像头2看不到，但在图2、图3中可以清晰看到摄像头2。

如图2所示，本发明用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机的另一种实施例，该实施例与上一个实施例的区别在于贴膜装置具体结构不同。所述的贴膜装置还可以采用以下具体结构，机架1设有向前的顶推气缸10和重心平衡装置，带刻度的薄膜4的后表面可拆式连接在顶推气缸10的活塞杆上。薄膜4前表面涂胶，顶推气缸5的活塞杆前端设有海绵顶头8，海绵顶头8与薄膜4后表面由胶粘结，薄膜4前表面的胶的粘性大于薄膜4后表面的胶

重心平衡装置包括一个向后的平衡气缸11，平衡气缸11的活塞杆上设有配重块12，平衡气缸11的缸体固定在机架1的底部的两根横梁1.1上，顶推气缸10也固定在两根横梁1.1上，且上述的顶推气缸10和平衡气缸11左右相互错开。

如图3所示，本发明用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机的又一种实施例，该实施例与前两个实施例的区别在于用于使得目标混凝土表面出现刻度的装置的具体结构不同。

用于使得目标混凝土表面出现刻度的装置的具体结构为：机架1上还设有墨盒13和挡板14，墨盒13前部设有一个喷射装置，挡板14位于喷射装置的前部。

所述的喷射装置优选为一个带液压泵的喷嘴16，遥控器启动液压泵，喷嘴16喷墨。当然，喷射装置还可以是与墨盒13连通的喷枪，喷枪的扳机附近还可以设置微型气缸或电磁铁，通过微型气缸或电磁铁来推移扳机，使得喷枪喷墨。综上，喷射装置的具体结构可以是多种多样的，喷射装置本身不是发明点，把喷射装置安装于无人机才是本发明的发明点。

机架1底部的两横梁1.1上设有一个向前的延展气缸17，挡板14固定在延展气缸17活塞杆的前段，墨盒13位于延展气缸17活塞杆中段。

本实施例中，挡板14上贯穿有多个平行的长通孔15，这样，就在目标混凝土表面形成了粗细不同墨水横条，拍照并后期处理时，将不同宽度的墨水横条与裂缝进行比对，从而获得与裂缝宽度相吻合的墨水横条，该墨水横条对应的宽度就是裂缝实际宽度。当然，还可以在挡板14上设全部等宽度的长通孔15，这样，就形成了均等的刻度，通过刻度比对裂缝，也可以获得裂缝的实际宽度。

Claims (6)

1.一种用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机，它包括机架（1），机架（1）上安装有摄像头（2）和螺旋桨（3），其特征在于：机架（1）还安装有用于使得目标混凝土表面出现刻度的装置：

机架（1）上设有贴膜装置，贴膜装置与带刻度的薄膜（4）的后表面可拆式连接，薄膜（4）前表面涂有胶；

贴膜装置前部设有海绵顶头（5），海绵顶头（5）与薄膜（4）后表面由胶粘结，薄膜（4）前表面的胶的粘性大于薄膜（4）后表面的胶；或

机架（1）上设有墨盒（13）和挡板（14），挡板（14）上贯穿有多个平行的长通孔（15），墨盒（13）前部设有一个喷射装置，挡板（14）位于喷射装置的前部；

机架（1）上设有一个向前的延展气缸（17），挡板（14）固定在延展气缸（17）活塞杆的前段，墨盒（13）位于延展气缸（17）活塞杆中段；

无人机在目标混凝土结构表面飞行，当摄像头发现裂缝后，悬停在裂缝前方，并触发装置动作，使得被监测的目标混凝土结构表面的裂缝附近出现刻度；

然后拍照，最后用电脑处理照片，用Photoshop软件将刻度移动到裂缝上，然后从修改后的照片上直接读取其刻度；由于刻度和裂缝均位于同一拍摄角度、同一距离的同一张照片，这就避免了拍摄角度及距离对结果的干扰，且宽度是在该照片上直接读取，这就省略了照片像素、分辨率复杂的换算，故能精确的测量出裂缝的实际宽度，误差很小，足以作为是否需要养护的依据。

2.根据权利要求1所述的用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机，其特征在于：机架（1）还设有弓弩（6）和用于触发弓弩（6）扳机（6.1）的装置，带刻度的薄膜（4）的后表面可拆式连接在弓弩（6）的弩箭（6.2）头部。

3.根据权利要求2所述的用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机，其特征在于：机架（1）的顶部设有一个水平套筒（7），水平套筒（7）内活动套合有一根触杆（8），触杆（8）尾部与弓弩（6）的扳机（6.1）之间经一根拉索（9）连接；弓弩（6）上弦时，触杆（8）前端前凸于弩箭（6.2）前端。

4.根据权利要求2所述的用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机，其特征在于：弩箭（6.2）后端与弓弩（6）之间设有连接绳。

5.根据权利要求1所述的用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机，其特征在于：机架（1）设有向前的顶推气缸（10）和重心平衡装置，带刻度的薄膜（4）的后表面可拆式连接在顶推气缸（10）的活塞杆上。

6.根据权利要求5所述的用于监测混凝土结构表面裂缝宽度的无人机，其特征在于：重心平衡装置包括一个向后的平衡气缸（11），平衡气缸（11）的活塞杆上设有配重块（12），平衡气缸（11）的缸体固定在机架（1）的两根横梁（1.1）上。