CN117163330B - 用于地下管网巡检的工业无人机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及旋翼机技术领域，尤其涉及一种用于地下管网巡检的工业无人机。该工业无人机包括：无人机本体；无人机基座，所述无人机基座在竖直方向上设有第一管道，所述第一管道上部分连通有第一通气口，第二管道的下部分连通有第二通气口；无人机本体设置在无人机基座的上方，无人机本体固定至连接杆的一端，连接杆的另一端固定有活塞，所述活塞滑动配合在所述第一管道的内部；无人机基座还包括支撑机构，所述支撑机构用于张开支撑腿，使得支撑腿与地下管体的管壁接触以向无人机基座提供支撑力。本申请提供的一种用于地下管网巡检的工业无人机，能够提高工业无人机在地下管道中飞行的可靠性和安全性。

Description

用于地下管网巡检的工业无人机

技术领域

本申请涉及旋翼机技术领域，尤其涉及一种用于地下管网巡检的工业无人机。

背景技术

无人机是一种小型的飞行器，具有灵活性高的优点。尤其是在地下管网的巡检中，常常会使用到无人机进行巡检。

当无人机在狭隘的地下管道中飞行时，环境因素对无人机飞行的影响会放大，导致无人机姿态容易失衡。若无人机飞手不能及时的对无人机的姿态进行调整，甚至会撞上墙壁导致无人机损毁，对无人机飞手的要求很高。

因此，如何提高无人机在地下管道中飞行的可靠性和安全性，是当前无人机技术领域亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种用于地下管网巡检的工业无人机，能够提高工业无人机在地下管道中飞行的可靠性和安全性。

本申请提供了一种用于地下管网巡检的工业无人机，所述工业无人机包括：

无人机本体；

无人机基座，所述无人机基座在竖直方向上设有第一管道，所述第一管道上部分连通有第一通气口，第二管道的下部分连通有第二通气口；

无人机本体设置在无人机基座的上方，无人机本体固定至连接杆的一端，连接杆的另一端固定有活塞，所述活塞滑动配合在所述第一管道的内部；

无人机基座的底部还固定有支撑机构，所述支撑机构用于张开支撑腿，使得支撑腿与地下管体的管壁接触以向无人机基座提供支撑力。

可选的，所述无人机基座还包括第二管道和气体检测装置；

所述第二管道用于连通第一管道和第一通气口；

所述第二管道中设有气体检测腔室，气体检测装置设置在所述气体检测腔室内。

可选的，所述活塞的顶部设有预设长度的弹簧，以使得无人机本体拉动活塞在第一管道中向上行进时，当活塞距离第一管道的顶部小于或等于预设长度时，使活塞受到额外的阻力从而进一步减小无人机本体向上移动的速度。

可选的，所述支撑机构包括：

支撑平台，所述支撑平台通过固定杆与无人机基座保持固定；

第一旋转电机，所述第一旋转电机固定在无人机基座内；

丝杆，所述丝杆固定至第一旋转电机的驱动端，丝杆上设置有与丝杆配合的螺母；

所述第一旋转电机用于驱动丝杆旋转，以使得所述螺母沿丝杆进行向上或向下的直线运动；

所述支撑平台底部转动固定有支撑腿，所述支撑腿通过连动杆转动固定至所述螺母上，以使得螺母沿丝杆运动时使支撑腿张开或收回。

可选的，所述支撑腿与地下管道的管壁接触的一端设有万向轮。

可选的，所述无人机本体上安装有相机。

可选的，所述无人机基座上设置有转动带，所述转动带设置有装备挂载位。

可选的，所述转动带包括第二旋转电机、环带和齿条，所述环带旋转固定在无人机基座上，所述环带内部固定有齿条，所述第二旋转电机与所述齿条啮合以驱动齿条在无人机基座上旋转。

可选的，所述装备挂载位能够挂载相机、雷达或探照灯。

本申请提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

地面效应是指飞行器在接近地面时，由于压缩空气的反作用，使得飞行器获得额外的升力。因此当无人机在狭隘的地下管道中飞行时，地面效应会给无人机飞行姿态带来比较大的影响，例如当无人机稍微下降时会有突然增大的升力使得无人机产生弹跳，导致无人机姿态失衡，若无人机飞手不能及时对无人机的姿态进行调整，甚至会撞上墙壁导致无人机损毁，对无人机飞手的要求很高。

本申请提供的用于地下管网巡检的工业无人机只需要无人机本体，在地下管道的入口处以比较大的功率携带无人机基座移动至地下管道内悬停，使支撑机构张开支撑腿接触到地下管道的内壁后。利用支撑腿为无人机基座和无人机本体提供支撑力，无人机不需要使无人机基座保持悬浮，只需要维持自身的悬浮状态，并且只需要向前或向后拉动无人机基座即可实现整体的移动，使得无人机基座内能够携带更多的负载设备，还能降低无人机本体内电量的消耗，提高巡检的范围。并且无人机仍然保持了良好的可操作性，仍然可以良好的进行上下移动来拍摄地下管道的管壁图像。

在无人机本体掉落高度时，突然增大的升力会使无人机本体通过连接杆拉动活塞沿第一管道向上移动，受限于第一管道所设的通气口的大小，配合无人机基座的自重，活塞向上或向下的移动速度会受到第一通气孔和第二通气孔气体流动速度的限制，避免了无人机本体掉落高度后无人机本体出现向上爆冲或者弹跳，降低了工作人员的操作难度。

因此，本申请提供的一种用于地下管网巡检的工业无人机，能够提高工业无人机在地下管道中飞行的可靠性和安全性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的用于地下管网巡检的工业无人机的应用示意图；

图2为本申请实施例提供的用于地下管网巡检的工业无人机的结构示意图之一；

图3为本申请实施例提供的用于地下管网巡检的工业无人机的结构示意图之二；

图4为本申请实施例提供的用于地下管网巡检的工业无人机的部分结构示意图之一；

图5为图4所示A-A方向的剖视图；

图6为本申请实施例提供的用于地下管网巡检的工业无人机的部分结构示意图之二。

其中，1、无人机本体；11、连接杆；12、活塞；13、弹簧；14、相机；

2、无人机基座；21、第一管道；22、第一通气口；23、第二通气口；24、第二管道；241、气体检测腔室；25、气体检测装置；

26、转动带；261、装备挂载位；262、第二旋转电机；263、环带；264、齿条；

3、支撑机构；31、支撑平台；32、固定杆；33、第一旋转电机；34、丝杆；35、螺母；36、支撑腿；37、连动杆；38、万向轮。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但本申请还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本申请实施例提供的用于地下管网巡检的工业无人机其应用场景在于地下管网的巡检。在使用时，首先通过升降机将该工业无人机通过地下管网的检修口放入地下管道入口旁，无人机飞手通过控制无人机本体1向旋翼输出比较大的功率以携带无人机基座2移动至地下管道内悬停之后。如图2所示，工业无人机通过支撑机构3张开支撑腿36，使得支撑腿36接触到地下管道的内壁后，无人机飞手即可降低无人机本体1向旋翼输出的功率，使得无人机基座2和无人机的重量大部分由支撑机构3承担。

由于无人机在移动至地下管道时，位于检修口附近，其无线信号较好，控制实时性较高，因此能够配合检修口外的服务器对无人机的姿态进行调整，对无人机飞手的要求较低，不容易发生碰撞。

在巡检过程中，即使在管道内无线信号不好，控制实时性较差的情况下，基于本申请实施例提供的工业无人机的结构，也能降低对无人机飞手的要求，提高工业无人机在地下管道中飞行的可靠性和安全性。本申请实施例将在以下详述其工作原理。

如图3所示，本申请实施例提供的用于地下管网巡检的工业无人机包括：

无人机本体1；

无人机基座2，所述无人机基座2在竖直方向上设有第一管道21，所述第一管道21上部分连通有第一通气口22，第二管道24的下部分连通有第二通气口23；

无人机本体1设置在无人机基座2的上方，无人机本体1固定至连接杆11的一端，连接杆11的另一端固定有活塞12，所述活塞12滑动配合在所述第一管道21的内部；

无人机基座2的底部还固定有支撑机构3，所述支撑机构3用于张开支撑腿36，使得支撑腿36与地下管体的管壁接触以向无人机基座2提供支撑力。

在本实施例中，所述无人机基座2还包括第二管道24和气体检测装置25；

所述第二管道24用于连通第一管道21和第一通气口22；

所述第二管道24中设有气体检测腔室241，气体检测装置25设置在所述气体检测腔室241内。

具体的，所述气体检测装置25为四合一扩散式气体检测仪，用于检测甲烷、硫化氢、一氧化碳和氨气的含量。

其有益效果在于，在地下管网巡检中地下管道的气体检测是一个重要的项目，一般是每间隔一段距离，打点式的对当前位置的气体进行检测分析，因此每隔一段距离需要无人机保持悬停直到当前位置的气体检测项目已经完成。

在本申请实施例中，通过使第二管道24作为连通第一管道21和第一通气口22的通道，并在第二管道24中设置气体检测腔室241。在工业无人机需要在特定点检测气体时。

无人机飞手只需要使无人机下沉，就能将该位置的气体从第一通气口22抽入气体检测腔室241中，从而完成该位置气体的采样。不需要一直停留在特定位置，能够降低在特定位置停留的时间，气体检测装置25可以在检测腔室内边移动边对气体进行检测，从而缩短整体巡检的时间和巡检的范围。

同时由于无人机基座2被无人机本体1拉动向前移动的，在无人机本体1向前移动时，不可避免的，旋翼机构造的无人机本体1会会向上移动，从而拉动连接杆11向上移动。使得第一管道21内的气体通过第二管道24经由第一通气口22排出。第一方面，能够使得气体检测腔室241内的气体能够流动起来，从而形成待检测气体在扩散式气体检测仪表面的吹扫和避免第二管道24的管壁聚集水珠并吸附气体成分，从而增加了检测的精度。第二方面，在无人机移动至下一定点采集气体的位置时，第一管道21内的气体也已经排空，使得无人机向下沉对该位置的气体进行抽样时，原本第二管道24的气体进入第一管道21内，使得新的气体进入气体检测腔室241内。

在本申请实施例中，所述活塞12的顶部设有预设长度的弹簧13，以使得无人机本体1拉动活塞12在第一管道21中向上行进时，当活塞12距离第一管道21的顶部小于或等于预设长度时，使活塞12受到额外的阻力从而进一步减小无人机本体1向上移动的速度。

具体的，第一管道21的长度为16厘米，则所述预设长度为8厘米。所述预设长度与第一管道21的长度一般为1:2，但工作人员可以根据实际应用情况对此长度或比例进行调整。

其有益效果在于，若仅通过通气孔的通气速度控制无人机向上或向下移动的速度，那么为了避免无人机冲顶，通气孔只能设置得比较小，无人机比较难向下移动，难以快速的进行气体的采样以及不便于无人机飞手的操控。

通过在活塞12的顶部设置预设长度的弹簧13，那么就可以将第一通气孔和第二通气孔设置的更大以利于无人机向下移动，并且在无人机略微向上移动时仍然能是顺畅的，同时也能抑制弹跳，从而利于无人机飞手的操控。但是在无人机姿态失衡，突发情况下向上爆冲冲顶时，通过加入弹簧13的弹力仍能确保更难的向上移动，从而防止无人机出现爆冲的现象。

因此在本申请实施例中，通过在活塞12的顶部设置预设长度的弹簧13，能够区分无人机向上移动和向下移动的情况，使得无人机的操纵性提高。

在本申请实施例中，所述支撑机构3包括：

支撑平台31，所述支撑平台31通过固定杆32与无人机基座2保持固定；

第一旋转电机33，所述第一旋转电机33固定在无人机基座2内；

丝杆34，所述丝杆34固定至第一旋转电机33的驱动端，丝杆34上设置有与丝杆34配合的螺母35；

所述第一旋转电机33用于驱动丝杆34旋转，以使得所述螺母35沿丝杆34进行向上或向下的直线运动；

所述支撑平台31底部转动固定有支撑腿36，所述支撑腿36通过连动杆37转动固定至所述螺母35上，以使得螺母35沿丝杆34运动时使支撑腿36张开或收回。

具体的，连动杆37通过转轴与该螺母35保持转动固定的连接，即连动杆37通过转轴实现与螺母35保持固定的同时能够绕螺母35进行旋转。

具体的，在本申请实施例中，螺母35沿丝杆34向下移动时，使得连动杆37张开从而使得支撑腿36张开，螺母35沿丝杆34向上移动时，使得连动杆37缩回从而使得支撑腿36缩回。在其他实施例中，可以通过控制丝杆34和连动杆37的长度从而控制支撑腿36张开的角度，从而适应不同的管道。

具体的，所述支撑腿36与地下管道的管壁接触的一端设有万向轮38。

具体的，所述无人机本体1上安装有相机14。

在本申请实施例中，所述无人机基座2上设置有转动带26，所述转动带26设置有装备挂载位261。

具体的，所述转动带26包括第二旋转电机262、环带263和齿条264，所述环带263旋转固定在无人机基座2上，所述环带263内部固定有齿条264，所述第二旋转电机262与所述齿条264啮合以驱动齿条264在无人机基座2上旋转。在本申请实施例中，所述装备挂载位261能够挂载相机14、雷达或探照灯。

具体的，所述第二电机固定在无人机基座2内。

具体的，环带263的顶面设有一圈环形凹槽，无人机基座2由于该环形凹槽配合环形凸起，使得环带263与无人机基座2保持固定的情况下能够被第二旋转电机262驱动旋转。

其有益效果在于，转动带26能够绕无人机基座2进行三百六十度的旋转，能够提高挂载在转动带26上的装备挂载位261上的装置的探测范围。

对于本申请提供的用于地下管网巡检的工业无人机而言，其有益效果在于，在利用支撑腿36为无人机基座2和无人机本体1提供支撑力后，无人机不需要使无人机基座2保持悬浮，只需要维持自身的悬浮状态，并且只需要向前或向后拉动无人机基座2即可实现整体的移动，使得无人机基座2内能够携带更多的负载设备，还能降低无人机本体1内电量的消耗，提高巡检的范围。并且无人机仍然保持了良好的可操作性，仍然可以良好的进行上下移动来拍摄地下管道的管壁图像。

在无人机本体1掉落高度时，突然增大的升力会使无人机本体1通过连接杆11拉动活塞12沿第一管道21向上移动，受限于第一管道21所设的通气口的大小，配合无人机基座2的自重，活塞12向上或向下的移动速度会受到第一通气孔和第二通气孔气体流动速度的限制，避免了无人机本体1掉落高度后无人机本体1出现向上爆冲或者弹跳，降低了工作人员的操作难度，提高了工业无人机在地下管道中飞行的可靠性和安全性。

应当知道的是，在本申请实施例中，还包括总线系统和电源，所述总线系统包括数据总线、控制总线和电源总线。对于本领域技术人员而言，由于并不会造成技术障碍以及需付出创造性的劳动，通过总线系统对上述实施例说明的各个部分进行必要的连接和布线应当是常规技术手段。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。另外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。而且，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。并且，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.用于地下管网巡检的工业无人机，其特征在于，所述工业无人机包括：

无人机本体；

无人机基座，所述无人机基座在竖直方向上设有第一管道，所述第一管道上部分连通有第一通气口，第一管道的下部分连通有第二通气口；

无人机本体设置在无人机基座的上方，无人机本体固定至连接杆的一端，连接杆的另一端固定有活塞，所述活塞滑动配合在所述第一管道的内部；

无人机基座的底部还固定有支撑机构，所述支撑机构用于张开支撑腿，使得支撑腿与地下管体的管壁接触以向无人机基座提供支撑力；

所述无人机基座还包括第二管道和气体检测装置；

所述第二管道用于连通第一管道和第一通气口；

所述第二管道中设有气体检测腔室，气体检测装置设置在所述气体检测腔室内；活塞向上或向下的移动速度会受到第一通气孔和第二通气孔气体流动速度的限制；

所述活塞的顶部设有预设长度的弹簧，以使得无人机本体拉动活塞在第一管道中向上行进时，当活塞距离第一管道的顶部小于或等于预设长度时，使活塞受到额外的阻力从而进一步减小无人机本体向上移动的速度；

所述无人机本体上安装有相机。

2.根据权利要求1所述的用于地下管网巡检的工业无人机，其特征在于，所述支撑机构包括：

支撑平台，所述支撑平台通过固定杆与无人机基座保持固定；

第一旋转电机，所述第一旋转电机固定在无人机基座内；

丝杆，所述丝杆固定至第一旋转电机的驱动端，丝杆上设置有与丝杆配合的螺母；

所述第一旋转电机用于驱动丝杆旋转，以使得所述螺母沿丝杆进行向上或向下的直线运动；

所述支撑平台底部转动固定有支撑腿，所述支撑腿通过连动杆转动固定至所述螺母上，以使得螺母沿丝杆运动时使支撑腿张开或收回。

3.根据权利要求2所述的用于地下管网巡检的工业无人机，其特征在于，所述支撑腿与地下管道的管壁接触的一端设有万向轮。

4.根据权利要求1所述的用于地下管网巡检的工业无人机，其特征在于，所述无人机基座上设置有转动带，所述转动带设置有装备挂载位。

5.根据权利要求4所述的用于地下管网巡检的工业无人机，其特征在于，所述转动带包括第二旋转电机、环带和齿条，所述环带旋转固定在无人机基座上，所述环带内部固定有齿条，所述第二旋转电机与所述齿条啮合以驱动齿条在无人机基座上旋转。

6.根据权利要求4所述的用于地下管网巡检的工业无人机，其特征在于，所述装备挂载位能够挂载相机、雷达或探照灯。