CN107985620A - 一种基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，包括主体和四个飞行单元，主体的上方设有拍摄机构，拍摄机构包括调向机构、第二相机和补光机构，调向机构包括第一电机、转盘和调向组件，补光机构包括外壳和两个调节盒，外壳内设有玻璃板、凸透镜、反光板、两个移动单元和至少两个灯珠，该基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机利用拍摄机构拍摄管廊顶部和高处的图像，在拍摄机构中，利用调向机构调节第二相机的角度，使第二相机能够从多个角度进行拍摄，不仅如此，通过补光机构在昏暗的环境中进行补光，提高拍摄亮度，保证图象拍摄清晰，从而使无人机能够适应于光线较暗的地区拍摄，从而提高了设备的实用性。

Description

一种基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机

技术领域

本发明涉及智慧管廊设备领域，特别涉及一种基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机。

背景技术

智慧管廊是以各类智能化监控设备为基础，数据融合分析应用为手段，结构智能传感、3S(GIS、GPS、RS)和三维建模等技术，实现对管廊各类信息的快速、准确、可靠的收集与处理，并在统一的信息管理平台上展现和操作。

为了对智慧管廊内部进行环境检测，保证管廊的安全，人们通常以智能轨道式巡检机器人为核心，携带各类环境传感器、热成像仪、摄像头、机械臂等装备，通过WIFI网络实时将数据传送至监控平台，视线内管廊环境与设备的监控。但是在管廊内部，还有车辆通行，使得智能机器人在巡检过程中影响管廊内部交通，不仅如此，由于智能机器人的高度有限，导致设备无法检测管廊的高处位置，从而降低了智能机器人巡检的实用性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，包括主体、第一相机和四个飞行单元，所述飞行单元周向均匀分布在主体的外周，所述第一相机固定在主体的下方，所述主体的上方设有拍摄机构，所述拍摄机构包括调向机构、平台、第二相机和补光机构，所述平台位于主体的上方，所述第二相机和补光机构分别设置在平台的上方的两侧，所述调向机构设置在平台和主体之间，所述调向机构与平台传动连接，所述主体内设有PLC和天线，所述天线与PLC电连接；

所述调向机构包括第一电机、第一驱动轴、转盘和调向组件，所述第一电机固定在主体上，所述第一电机通过第一驱动轴与转盘传动连接，所述调向组件设置在转盘的上方，所述调向组件包括支杆、驱动单元和两个调向单元，所述支杆的底端与转盘铰接，所述支杆的顶端与平台铰接，两个调向单元分别设置在支杆的两侧，所述调向单元包括滑块、连杆和铰接块，所述驱动单元与滑块传动连接，所述铰接块固定在平台的下方，所述滑块通过连杆与铰接块铰接；

所述补光机构包括外壳和两个调节盒，所述外壳固定在平台上，两个调节盒分别设置在外壳的两侧，所述外壳内设有玻璃板、凸透镜、反光板、两个移动单元和至少两个灯珠，所述玻璃板、凸透镜、灯珠和反光板从上而下依次设置在外壳内，两个移动单元分别位于凸透镜的两侧，所述移动单元与调节盒一一对应，所述移动单元包括移动块和齿条，所述移动块的一侧与凸透镜固定连接，所述移动块的另一侧与齿条固定连接，所述反光板的竖向截面的形状为圆弧形，所述圆弧形截面的圆心位于反光板的上方，所述灯珠均匀分布在反光板上；

所述调节盒内设有调节单元，所述调节单元包括第二电机、驱动齿轮和固定杆，所述第二电机通过固定杆固定在调节盒的远离外壳的一侧，所述第二电机与驱动齿轮传动连接，所述驱动齿轮与齿条啮合。

作为优选，为了实现无人机的飞行功能，所述飞行单元包括侧杆、第三电机、第三驱动轴和至少两个叶片，所述第三电机通过侧杆与主体固定连接，所述叶片周向均匀分布在第三驱动轴的外周，所述第三电机通过第三驱动轴与叶片传动连接。

作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了保证第三电机的驱动力，所述第三电机为直流伺服电机。

作为优选，为了驱动连杆转动，调节平台的角度，所述驱动单元包括第四电机、缓冲块和第四驱动轴，所述第四电机和缓冲块均固定在转盘上，所述第四驱动轴设置在第四电机和缓冲块之间，所述第四电机与第四驱动轴传动连接，两个滑块均套设在第四驱动轴上，所述第四驱动轴的外周设有外螺纹，所述滑块内设有内螺纹，所述滑块内的内螺纹与第四驱动轴上的外螺纹相匹配。

作为优选，为了辅助支撑转盘转动，所述第一电机的外周至少设有两个支柱，所述支柱周向均匀分布在第一电机的外周，所述支柱的一端固定在主体上，所述支柱的顶端位于转盘的下方。

作为优选，为了减小支柱的顶端和转盘之间的摩擦力，所述支柱的顶端设有凹口，所述凹口内设有钢珠，所述钢珠与凹口相匹配，所述钢珠的球心为与凹口内。

作为优选，为了提高无人机着陆的缓冲力，保证无人机安全降落，所述主体的下方设有两个支撑机构，两个支撑机构分别设置在第一相机的两侧，所述支撑机构包括弹簧和两个支撑单元，两个支撑单元分别位于弹簧的两侧，所述支撑单元包括支撑杆、铰接单元和支撑块，所述支撑杆通过铰接单元与主体连接，所述支撑块固定在支撑杆的底端，所述弹簧的两端分别与两个支撑杆连接，所述弹簧处于拉伸状态。

作为优选，为了便于固定支撑杆的转动方向，所述铰接单元包括转动杆和两个固定管，两个固定管分别位于转动杆的两侧，所述固定管固定在主体的下方，所述固定管套设在转动杆上，所述支撑杆的顶端与转动杆固定连接。

作为优选，为了限制支撑单元中两个支撑杆之间的最小夹角，所述支撑单元还包括连接块和横杆，所述横杆的中端通过连接块固定在主体的下方，所述横杆的两端与支撑杆抵靠。

作为优选，为了固定移动块的移动方向，所述移动单元还包括框架，所述框架的竖向截面的形状为U形，所述框架的两端固定在外壳的内壁上，所述移动块套设在框架上。

本发明的有益效果是，该基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机利用拍摄机构拍摄管廊顶部和高处的图像，在拍摄机构中，利用调向机构调节第二相机的角度，使第二相机能够从多个角度进行拍摄，与传统的调向机构相比，该调向机构能够带动第二相机进行大范围地角度调节，从而扩大了巡检范围，不仅如此，通过补光机构在昏暗的环境中进行补光，提高拍摄亮度，保证图象拍摄清晰，从而使无人机能够适应于光线较暗的地区拍摄，与传统的补光机构相比，该补光机构能够通过调节凸透镜的位置，改变补光范围和补光亮度，使设备能够根据拍摄需要灵活调节补光需要，从而提高了设备的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机的结构示意图；

图2是本发明的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机的调向机构的结构示意图；

图3是本发明的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机的补光机构的结构示意图；

图4是本发明的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机的支撑机构的结构示意图；

图中：1.主体，2.第一相机，3.平台，4.第一电机，5.第一驱动轴，6.转盘，7.支杆，8.滑块，9.连杆，10.铰接块，11.外壳，12.调节盒，13.玻璃板， 14.凸透镜，15.反光板，16.灯珠，17.移动块，18.齿条，19.第二电机，20.驱动齿轮，21.固定杆，22.侧杆，23.第三电机，24.第三驱动轴，25.叶片，26. 第四电机，27.缓冲块，28.第四驱动轴，29.支柱，30.钢珠，31.弹簧，32.支撑杆，33.支撑块，34.转动杆，35.固定管，36.连接块，37.横杆，38.框架，39.第二相机。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，包括主体1、第一相机2和四个飞行单元，所述飞行单元周向均匀分布在主体1的外周，所述第一相机2固定在主体1的下方，所述主体1的上方设有拍摄机构，所述拍摄机构包括调向机构、平台3、第二相机39和补光机构，所述平台3位于主体1的上方，所述第二相机39和补光机构分别设置在平台3的上方的两侧，所述调向机构设置在平台3和主体1之间，所述调向机构与平台3传动连接，所述主体1内设有PLC和天线，所述天线与PLC电连接；

该无人机在智慧管廊内部巡检时，由飞行单元带动主体1悬空飞行，并利用主体1下方的第一相机2进行俯拍，而主体1上方的拍摄机构对管廊的顶部和高处位置进行拍摄，执行巡检工作，由于无人机悬空飞行，从而使得设备在执行巡检工作时不影响智慧管廊内部车辆的行驶。在拍摄机构中，利用调向机构调节平板的角度位置，使第二相机39对无人机的上方的各处位置进行拍摄，而在补光机构内部，通过调节灯光亮度，使第二相机39能够采集清晰的图像，便于设备执行巡检工作。为了实现遥控通信，在无人机的主体1内部，由天线接收外部遥控设备如手机、遥控器发射的无线信号，PLC通过分析这些无线信号执行相应的操作。

如图2所示，所述调向机构包括第一电机4、第一驱动轴5、转盘6和调向组件，所述第一电机4固定在主体1上，所述第一电机4通过第一驱动轴5与转盘6传动连接，所述调向组件设置在转盘6的上方，所述调向组件包括支杆7、驱动单元和两个调向单元，所述支杆7的底端与转盘6铰接，所述支杆7的顶端与平台3铰接，两个调向单元分别设置在支杆7的两侧，所述调向单元包括滑块8、连杆9和铰接块10，所述驱动单元与滑块8传动连接，所述铰接块10 固定在平台3的下方，所述滑块8通过连杆9与铰接块10铰接；

调向机构运行时，由第一电机4通过第一驱动轴5带动转盘6转动，从而使平台3转动一定的角度，改变第二相机39的拍摄角度，而在调向组件内，由驱动单元带动两个滑块8滑动，通过连杆9带动平台3进行角度调节，从而改变平台3的角度，使第二相机39能够对智慧管廊的顶部从不同的角度进行拍摄，从而设备能够对管道顶部进行巡检工作。

如图3所示，所述补光机构包括外壳11和两个调节盒12，所述外壳11固定在平台3上，两个调节盒12分别设置在外壳11的两侧，所述外壳11内设有玻璃板13、凸透镜14、反光板15、两个移动单元和至少两个灯珠16，所述玻璃板13、凸透镜14、灯珠16和反光板15从上而下依次设置在外壳11内，两个移动单元分别位于凸透镜14的两侧，所述移动单元与调节盒12一一对应，所述移动单元包括移动块17和齿条18，所述移动块17的一侧与凸透镜14固定连接，所述移动块17的另一侧与齿条18固定连接，所述反光板15的竖向截面的形状为圆弧形，所述圆弧形截面的圆心位于反光板15的上方，所述灯珠16 均匀分布在反光板15上；

所述调节盒12内设有调节单元，所述调节单元包括第二电机19、驱动齿轮 20和固定杆21，所述第二电机19通过固定杆21固定在调节盒12的远离外壳 11的一侧，所述第二电机19与驱动齿轮20传动连接，所述驱动齿轮20与齿条 18啮合。

在外壳11内部，灯珠16发光，通过反光板15使照射到凸透镜14的光线与凸透镜14所在的平面垂直，由于凸透镜14具有聚光的能力，因此，光线通过凸透镜14后，传播方向发生改变，最后通过玻璃板13照射到外部对第二相机39的拍摄环境进行补光，使拍摄的图像更为清晰，为了能够调节光线传播反向，在调节盒12内的调节单元中，第二电机19带动驱动齿轮20转动，使齿条 18平移，进而带动移动块17移动，使凸透镜14的位置变化，从而改变光线的传播角度，对第二相机39周围的拍摄环境的光亮进行调节。

如图1所示，所述飞行单元包括侧杆22、第三电机23、第三驱动轴24和至少两个叶片25，所述第三电机23通过侧杆22与主体1固定连接，所述叶片 25周向均匀分布在第三驱动轴24的外周，所述第三电机23通过第三驱动轴24 与叶片25传动连接。

第三电机23通过第三驱动轴24使叶片25传动，产生向下的气流，从而使无人机悬空，通过调节叶片25的转速，改变向下的气流的大小，从而使无人机实现飞行功能。

作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了保证第三电机23的驱动力，所述第三电机23为直流伺服电机。

如图2所示，所述驱动单元包括第四电机26、缓冲块27和第四驱动轴28，所述第四电机26和缓冲块27均固定在转盘6上，所述第四驱动轴28设置在第四电机26和缓冲块27之间，所述第四电机26与第四驱动轴28传动连接，两个滑块8均套设在第四驱动轴28上，所述第四驱动轴28的外周设有外螺纹，所述滑块8内设有内螺纹，所述滑块8内的内螺纹与第四驱动轴28上的外螺纹相匹配。

第四电机26运行带动第四驱动轴28旋转，第四驱动轴28上的外螺纹与滑块8内的内螺纹作用，从而使两个滑块8同步移动，在滑动移动的同时改变了连杆9和支杆7的角度，从而调节了平台3的角度，使第二相机39能够从各个角度对智慧管廊的顶部进行拍摄。

作为优选，为了辅助支撑转盘6转动，所述第一电机4的外周至少设有两个支柱29，所述支柱29周向均匀分布在第一电机4的外周，所述支柱29的一端固定在主体1上，所述支柱29的顶端位于转盘6的下方。利用支柱29支撑，使转盘6平稳地转动。

作为优选，为了减小支柱29的顶端和转盘6之间的摩擦力，所述支柱29 的顶端设有凹口，所述凹口内设有钢珠30，所述钢珠30与凹口相匹配，所述钢珠30的球心为与凹口内。

如图1所述，所述主体1的下方设有两个支撑机构，两个支撑机构分别设置在第一相机2的两侧，所述支撑机构包括弹簧31和两个支撑单元，两个支撑单元分别位于弹簧31的两侧，所述支撑单元包括支撑杆32、铰接单元和支撑块 33，所述支撑杆32通过铰接单元与主体1连接，所述支撑块33固定在支撑杆 32的底端，所述弹簧31的两端分别与两个支撑杆32连接，所述弹簧31处于拉伸状态。

当无人机着陆时，支撑杆32的底端的支撑块33首先接触着陆面，随着无人机主体1位置的下降，两个支撑杆32的角度逐渐增大，从而使弹簧31渐渐拉伸，弹簧31的拉伸力增大，使支撑杆32产生向弹簧31转动的作用力，从而阻碍主体1继续下降，给无人机的着陆提供缓冲功能，从而保证了无人机安全降落。

作为优选，为了便于固定支撑杆32的转动方向，所述铰接单元包括转动杆 34和两个固定管35，两个固定管35分别位于转动杆34的两侧，所述固定管35 固定在主体1的下方，所述固定管35套设在转动杆34上，所述支撑杆32的顶端与转动杆34固定连接。通过固定管35固定了转动杆34的方向，从而使支撑杆32只能在固定的范围内进行转动，从而实现了对支撑杆32的转动方向的固定。

作为优选，为了限制支撑单元中两个支撑杆32之间的最小夹角，所述支撑单元还包括连接块36和横杆37，所述横杆37的中端通过连接块36固定在主体 1的下方，所述横杆37的两端与支撑杆32抵靠。通过横杆37使两个支撑杆32 之间存在着夹角，随着无人机的着陆，这个夹角逐渐增大，弹簧31逐渐被拉伸，随着拉伸程度的增加，使无人机下降所受的缓冲力逐渐增大，实现安全降落。

作为优选，为了固定移动块17的移动方向，所述移动单元还包括框架38，所述框架38的竖向截面的形状为U形，所述框架38的两端固定在外壳11的内壁上，所述移动块17套设在框架38上。利用框架38固定了移动块17的移动方向，从而使凸透镜14保持平稳地移动。

该无人机在执行巡检工作时，利用主体1上方的拍摄机构拍摄智慧管廊顶部和高处的位置，从而实现对管道顶部进行观察巡检。在观察巡检过程中，利用调向组件调节平板的角度，使无人机的第二相机39能够从不同的角度进行拍摄，从而扩大了巡检范围，不仅如此，由于管廊内部处于昏暗的环境，利用补光机构中调节单元带动凸透镜14移动，改变补光机构的补光范围，提高了补光范围内的光线亮度，从而有利于第二相机39拍摄出清晰的图像。

与现有技术相比，该基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机利用拍摄机构拍摄管廊顶部和高处的图像，在拍摄机构中，利用调向机构调节第二相机39的角度，使第二相机39能够从多个角度进行拍摄，与传统的调向机构相比，该调向机构能够带动第二相机39进行大范围地角度调节，从而扩大了巡检范围，不仅如此，通过补光机构在昏暗的环境中进行补光，提高拍摄亮度，保证图象拍摄清晰，从而使无人机能够适应于光线较暗的地区拍摄，与传统的补光机构相比，该补光机构能够通过调节凸透镜14的位置，改变补光范围和补光亮度，使设备能够根据拍摄需要灵活调节补光需要，从而提高了设备的实用性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，包括主体(1)、第一相机(2)和四个飞行单元，所述飞行单元周向均匀分布在主体(1)的外周，所述第一相机(2)固定在主体(1)的下方，所述主体(1)的上方设有拍摄机构，所述拍摄机构包括调向机构、平台(3)、第二相机(39)和补光机构，所述平台(3)位于主体(1)的上方，所述第二相机(39)和补光机构分别设置在平台(3)的上方的两侧，所述调向机构设置在平台(3)和主体(1)之间，所述调向机构与平台(3)传动连接，所述主体(1)内设有PLC和天线，所述天线与PLC电连接；

所述调向机构包括第一电机(4)、第一驱动轴(5)、转盘(6)和调向组件，所述第一电机(4)固定在主体(1)上，所述第一电机(4)通过第一驱动轴(5)与转盘(6)传动连接，所述调向组件设置在转盘(6)的上方，所述调向组件包括支杆(7)、驱动单元和两个调向单元，所述支杆(7)的底端与转盘(6)铰接，所述支杆(7)的顶端与平台(3)铰接，两个调向单元分别设置在支杆(7)的两侧，所述调向单元包括滑块(8)、连杆(9)和铰接块(10)，所述驱动单元与滑块(8)传动连接，所述铰接块(10)固定在平台(3)的下方，所述滑块(8)通过连杆(9)与铰接块(10)铰接；

所述补光机构包括外壳(11)和两个调节盒(12)，所述外壳(11)固定在平台(3)上，两个调节盒(12)分别设置在外壳(11)的两侧，所述外壳(11)内设有玻璃板(13)、凸透镜(14)、反光板(15)、两个移动单元和至少两个灯珠(16)，所述玻璃板(13)、凸透镜(14)、灯珠(16)和反光板(15)从上而下依次设置在外壳(11)内，两个移动单元分别位于凸透镜(14)的两侧，所述移动单元与调节盒(12)一一对应，所述移动单元包括移动块(17)和齿条(18)，所述移动块(17)的一侧与凸透镜(14)固定连接，所述移动块(17)的另一侧与齿条(18)固定连接，所述反光板(15)的竖向截面的形状为圆弧形，所述圆弧形截面的圆心位于反光板(15)的上方，所述灯珠(16)均匀分布在反光板(15)上；

所述调节盒(12)内设有调节单元，所述调节单元包括第二电机(19)、驱动齿轮(20)和固定杆(21)，所述第二电机(19)通过固定杆(21)固定在调节盒(12)的远离外壳(11)的一侧，所述第二电机(19)与驱动齿轮(20)传动连接，所述驱动齿轮(20)与齿条(18)啮合。

2.如权利要求1所述的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，其特征在于，所述飞行单元包括侧杆(22)、第三电机(23)、第三驱动轴(24)和至少两个叶片(25)，所述第三电机(23)通过侧杆(22)与主体(1)固定连接，所述叶片(25)周向均匀分布在第三驱动轴(24)的外周，所述第三电机(23)通过第三驱动轴(24)与叶片(25)传动连接。

3.如权利要求2所述的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，其特征在于，所述第三电机(23)为直流伺服电机。

4.如权利要求1所述的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，其特征在于，所述驱动单元包括第四电机(26)、缓冲块(27)和第四驱动轴(28)，所述第四电机(26)和缓冲块(27)均固定在转盘(6)上，所述第四驱动轴(28)设置在第四电机(26)和缓冲块(27)之间，所述第四电机(26)与第四驱动轴(28)传动连接，两个滑块(8)均套设在第四驱动轴(28)上，所述第四驱动轴(28)的外周设有外螺纹，所述滑块(8)内设有内螺纹，所述滑块(8)内的内螺纹与第四驱动轴(28)上的外螺纹相匹配。

5.如权利要求1所述的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，其特征在于，所述第一电机(4)的外周至少设有两个支柱(29)，所述支柱(29)周向均匀分布在第一电机(4)的外周，所述支柱(29)的一端固定在主体(1)上，所述支柱(29)的顶端位于转盘(6)的下方。

6.如权利要求5所述的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，其特征在于，所述支柱(29)的顶端设有凹口，所述凹口内设有钢珠(30)，所述钢珠(30)与凹口相匹配，所述钢珠(30)的球心为与凹口内。

7.如权利要求1所述的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，其特征在于，所述主体(1)的下方设有两个支撑机构，两个支撑机构分别设置在第一相机(2)的两侧，所述支撑机构包括弹簧(31)和两个支撑单元，两个支撑单元分别位于弹簧(31)的两侧，所述支撑单元包括支撑杆(32)、铰接单元和支撑块(33)，所述支撑杆(32)通过铰接单元与主体(1)连接，所述支撑块(33)固定在支撑杆(32)的底端，所述弹簧(31)的两端分别与两个支撑杆(32)连接，所述弹簧(31)处于拉伸状态。

8.如权利要求7所述的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，其特征在于，所述铰接单元包括转动杆(34)和两个固定管(35)，两个固定管(35)分别位于转动杆(34)的两侧，所述固定管(35)固定在主体(1)的下方，所述固定管(35)套设在转动杆(34)上，所述支撑杆(32)的顶端与转动杆(34)固定连接。

9.如权利要求7所述的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，其特征在于，所述支撑单元还包括连接块(36)和横杆(37)，所述横杆(37)的中端通过连接块(36)固定在主体(1)的下方，所述横杆(37)的两端与支撑杆(32)抵靠。

10.如权利要求1所述的基于物联网的用于智慧管廊的智能型巡检无人机，其特征在于，所述移动单元还包括框架(38)，所述框架(38)的竖向截面的形状为U形，所述框架(38)的两端固定在外壳(11)的内壁上，所述移动块(17)套设在框架(38)上。