CN207518753U - 一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置，包括无人机本体，无人机本体包括机身、机臂和旋翼，机臂固定在机身上，旋转固定安装在机臂外端部，机身底部安装有喷涂装置和图像信息采集装置，机身内腔设置飞行控制系统，图像信息采集装置包括微型摄像头、高清相机、距离传感器、红外感应器，飞行控制系统和图像信息采集装置分别连接微处理器，图像信息采集装置和飞行控制系统分别通过通信设备连接后台监控终端，本实用新型结构原理简单，智能化程度高，能够实现对桥梁裂纹的精确定位，并且能够实现快速喷涂修复，能够提高维修人员作业效率，保障人身安全。

Description

一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置

技术领域

本实用新型涉及桥梁修复技术领域，具体为一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置。

背景技术

桥梁是铁路基础设施的重要组成部分。安全健康的桥梁状态，是保证我国铁路运输安全的基础保证。经历了桥梁的大规模新建后，我国在桥梁建设将逐渐转向新建与技术改造并重及对既有桥梁的现状评定和维护维修及加固改造阶段。对桥梁的进行外观检测是进行桥梁健康状态检验及评定的基础工作，也是对桥梁进行维修和加固作业的重要依据。

对于混凝土结构，桥梁裂缝是外观检测评价的重要指标之一。桥梁裂缝的检测与防治十分关键。钢筋混泥土桥梁在桥梁建设中占据重要地位，而桥梁裂缝病害是影响桥梁安全和寿命的重要因素。混凝土自身内部会产生间隙，在桥梁荷载作用及外界环境作用下，会催化间隙的产生，从而引发混凝土桥梁桥梁出现裂缝。桥梁裂缝给铁路的行车安全埋下了隐患，更为严重的会发生桥梁坍塌的事故。对于钢结构，表面锈蚀程度是外观检测评价最重要的依据。表征钢结构锈蚀劣化的特征包括铁锈颜色、锈蚀物形状、锈蚀物大小及表面致密程度等等。对钢结构桥梁后期防护处理以及部件更换作业具有重要的参考价值。

目前多采用传统人工检测和修复手段，依靠肉眼或者辅助工具（如桥检车、望远镜等）来检测桥梁主要构件是否出现裂缝、开裂破损、露筋锈蚀、支座脱空等病害。这种人工方式速度慢，效率低，漏检率高，实时性差，不能满足日益发展的桥梁检修要求。

基于无人机的桥梁检测系统已经能够较为客观准确地获取这些桥梁外观伤损信息。但是在获取信息后的损伤处理方式上，仍以人工方式为主，没有配套的基于无人机的桥梁外观修复方式。目前，铁路工务部门多采用人工结合桥检车方式，对桥梁外观进行检测、修复。这种方式所消耗的人力物力费用较高，而且效率太低，还存在“天窗点限制”，这对于一些桥梁高危地段监测效果难以保障。此外，人工检查方式，也易发生高空坠落事故，人身安全难以得到有效保障。

针对这种现状，结合无人机等新型视觉检测技术的发展，提出一种基于无人机平台的桥梁外观裂纹修复装置，可以实现对桥梁表面病害进行处理，如混凝土桥梁细微状态的早期裂缝裂纹进行封胶修补，钢结构桥梁锈蚀表面进行喷漆作业，从而有效避免已存在的桥梁外观伤损在自然风化等外力作用下进一步发展劣化，对于改善桥梁健康状况，延长结构使用寿命具有较为重大的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置, 包括无人机本体，所述无人机本体包括机身、机臂和旋翼，所述机臂固定在机身上，所述旋翼固定安装在机臂外端部，所述机身底部安装有起落架，所述机身底端面安装有喷涂装置和图像信息采集装置，所述机身内腔设置飞行控制系统，所述图像信息采集装置包括微型摄像头、高清相机、距离传感器、红外感应器，所述飞行控制系统和图像信息采集装置分别连接微处理器，所述图像信息采集装置和飞行控制系统分别通过通信设备连接后台监控终端；

所述飞行控制系统包括垂直陀螺仪、GPS导航仪和遥控设备；

所述喷涂装置包括遥控电磁开关、喷涂组件、压缩空气瓶和修复料存储罐，所述喷涂组件包括外壳体，所述外壳体上设有修复材料入口和高压空气入口，所述外壳体端部设有喷嘴，所述外壳体另一端部设有通孔，所述外壳体内腔设有活塞和撞针，所述撞针一端连接活塞中部，所述撞针另一端为半球形结构，所述撞针另一端靠近喷嘴，所述活塞与外壳体内壁之间设置两组弹簧，还包括杆轴和衔铁，所述衔铁设置在外壳体外部，所述杆轴一端固定在活塞中部，另一端穿过通孔连接衔铁。

优选的，所述遥控电磁开关包括电磁铁、线圈、遥控器和接收器，所述线圈绕制在电磁铁外部，且所述线圈通过电源连接接收器，所述接收器通过无线信号连接遥控器，所述电磁铁设置在衔铁一侧。

优选的，所述通信设备采用WIFI模块或4G模块。

优选的，所述微处理器采用型号为N76E003的 单片机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型结构原理简单，智能化程度高，能够实现对桥梁裂纹的精确定位，并且能够实现快速喷涂修复，能够提高维修人员作业效率，保障人身安全；同时，本实用新型能够降低桥梁检修人员劳动强度，提高桥梁外观修复效率：其中，无人机按每块电池升空作业时间20min，中途更换电池所需时间大约为3min，而且不受天窗点影响，理论上只要备用电池数量充足，可以实现全天候修复操作，非常适合裂缝比较集中的细微裂纹处理，而采用桥检车方式，需要考虑到铁路天窗点，在时间上不具有优势。同时，由于采用高压喷射装置，在修补质量上相比于人工涂抹有很大的保障，对于修补后的桥梁表面，可以用无人机进行定点拍摄修复效果，便于后续伤损差补和管理等。相比较于人工方式进行二次检查，在操作上更具灵活性。

附图说明

图1为本实用新型无人机本体结构示意图；

图2为本实用新型控制原理图；

图3为本实用新型喷涂装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置, 包括无人机本体，所述无人机本体包括机身1、机臂2和旋翼3，所述机臂2固定在机身1上，所述旋翼3固定安装在机臂2外端部，所述机身1底部安装有起落架4，所述机身1底端面安装有喷涂装置5和图像信息采集装置6，所述机身1内腔设置飞行控制系统7，所述图像信息采集装置6包括微型摄像头8、高清相机9、距离传感器10、红外感应器11，所述飞行控制系统7和图像信息采集装置6分别连接微处理器12，所述图像信息采集装置6和飞行控制系统7分别通过通信设备13连接后台监控终端14，通信设备13采用WIFI模块或4G模块；微处理器12采用型号为N76E003的 单片机，N76E003可运行在两种低功耗模式－空闲模式和掉电模式，可通过软件选择运行在哪种模式。空闲模式时，芯片主时钟关闭，但部分功能模块仍然运行。掉电模式下芯片全部时钟关闭确保芯片功耗达到最低。在正常工作模式下，也可选择主时钟除频方式工作，确保在功耗和性能之间灵活运用。高效能、丰富的功能模块及配置，N76E003可灵活用于各种应用场合。

所述飞行控制系统7包括垂直陀螺仪15、GPS导航仪16和遥控设备17；

所述喷涂装置5包括遥控电磁开关18、喷涂组件19、压缩空气瓶20和修复料存储罐21，所述喷涂组件19包括外壳体22，所述外壳体22上设有修复材料入口23和高压空气入口24，所述外壳体22端部设有喷嘴25，所述外壳体22另一端部设有通孔26，所述外壳体22内腔设有活塞27和撞针28，所述撞针28一端连接活塞27中部，所述撞针28另一端为半球形结构，所述撞针28另一端靠近喷嘴25，所述活塞27与外壳体22内壁之间设置两组弹簧29，还包括杆轴30和衔铁31，所述衔铁31设置在外壳体22外部，所述杆轴30一端固定在活塞27中部，另一端穿过通孔26连接衔铁31；遥控电磁开关18包括电磁铁32、线圈33、遥控器34和接收器35，所述线圈33绕制在电磁铁32外部，且所述线圈33通过电源连接接收器35，所述接收器35通过无线信号连接遥控器34，所述电磁铁32设置在衔铁31一侧。

飞行控制系统可操控性高，能在小区域范围内起飞、盘旋、飞行、着陆，具有人工遥控、航线飞行、定点悬停等功能。同时，针对不同的检测环境和需求，无人机上安装有微型摄像头8、高清相机9、距离传感器10、红外感应器等传感设备，使其可以准确获取特定桥梁结构状态信息。当发现桥梁裂纹后，通过对无人机空间位置信息记录，可以实现对裂纹所在位置进行准确定位。同时，根据无人机所摄录的高清晰画面和图像，检测人员可以对裂缝的范围，形态，等病害程度进行预估，从而确定压缩空气罐的气压大小和修补材料量的添加量。作业人员根据检测后准确定位的裂纹位置和状态，将裂纹修补装置搭载在无人机平台中，通过遥控电磁开关远程控制修补装置，对裂纹进行修补工作。

当无人机搭载喷射装置精确定位到待修补的裂缝处，通过遥控电磁开关，启动喷涂装置。当电磁铁接处于开合工作状态时，电磁铁对衔铁产生电磁吸引力，与衔铁通过杆轴相连的活塞产生位移，并带动撞针移动，撞针尾端的圆球部分与喷嘴之间产生圆形的空隙。此过程中，与活塞相连的弹簧处于压缩状态。当活塞位移达到一定的程度时，高压空气进气口被打开，腔体内会瞬间充满高压气体。裂缝修补材料在强大气压下，会瞬间从圆形空隙喷出，注入到桥梁裂缝深处和表面，完成喷胶过程。由于腔内气压足够大，可以在裂缝便面形成致密的喷涂层。相比于人工抹胶，更加致密均匀，大大提高修补的可靠性；遥控发射器里面内置无线电发射模块，电磁开关电路中相应地有无线电信号接收器。当接收器收到作业人员通过遥控器发射的无线电信号时，电路处于开合状态，电磁铁通电，对衔铁产生吸力，衔铁压缩弹簧，高压空气进入喷射腔，从而触发裂缝修补装置工作；当再次接收到电信号后，电路处于闭合状态，电磁铁失电，对衔铁不产生吸力，处于压缩状态的弹簧反弹，带动活塞移动，关闭高压空气入口，从而终止裂缝修补工作。

综上所述，本实用新型结构原理简单，智能化程度高，能够实现对桥梁裂纹的精确定位，并且能够实现快速喷涂修复，能够提高维修人员作业效率，保障人身安全；同时，本实用新型能够降低桥梁检修人员劳动强度，提高桥梁外观修复效率：其中，无人机按每块电池升空作业时间20min，中途更换电池所需时间大约为3min，而且不受天窗点影响，理论上只要备用电池数量充足，可以实现全天候修复操作，非常适合裂缝比较集中的细微裂纹处理，而采用桥检车方式，需要考虑到铁路天窗点，在时间上不具有优势。同时，由于采用高压喷射装置，在修补质量上相比于人工涂抹有很大的保障，对于修补后的桥梁表面，可以用无人机进行定点拍摄修复效果，便于后续伤损差补和管理等。相比较于人工方式进行二次检查，在操作上更具灵活性。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置, 包括无人机本体，其特征在于：所述无人机本体包括机身（1）、机臂（2）和旋翼（3），所述机臂（2）固定在机身（1）上，所述旋翼（3）固定安装在机臂（2）外端部，所述机身（1）底部安装有起落架（4），所述机身（1）底端面安装有喷涂装置（5）和图像信息采集装置（6），所述机身（1）内腔设置飞行控制系统（7），所述图像信息采集装置（6）包括微型摄像头（8）、高清相机（9）、距离传感器（10）、红外感应器（11），所述飞行控制系统（7）和图像信息采集装置（6）分别连接微处理器（12），所述图像信息采集装置（6）和飞行控制系统（7）分别通过通信设备（13）连接后台监控终端（14）；

所述飞行控制系统（7）包括垂直陀螺仪（15）、GPS导航仪（16）和遥控设备（17）；

所述喷涂装置（5）包括遥控电磁开关（18）、喷涂组件（19）、压缩空气瓶（20）和修复料存储罐（21），所述喷涂组件（19）包括外壳体（22），所述外壳体（22）上设有修复材料入口（23）和高压空气入口（24），所述外壳体（22）端部设有喷嘴（25），所述外壳体（22）另一端部设有通孔（26），所述外壳体（22）内腔设有活塞（27）和撞针（28），所述撞针（28）一端连接活塞（27）中部，所述撞针（28）另一端为半球形结构，所述撞针（28）另一端靠近喷嘴（25），所述活塞（27）与外壳体（22）内壁之间设置两组弹簧（29），还包括杆轴（30）和衔铁（31），所述衔铁（31）设置在外壳体（22）外部，所述杆轴（30）一端固定在活塞（27）中部，另一端穿过通孔（26）连接衔铁（31）。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置，其特征在于：所述遥控电磁开关（18）包括电磁铁（32）、线圈（33）、遥控器（34）和接收器（35），所述线圈（33）绕制在电磁铁（32）外部，且所述线圈（33）通过电源连接接收器（35），所述接收器（35）通过无线信号连接遥控器（34），所述电磁铁（32）设置在衔铁（31）一侧。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置，其特征在于：所述通信设备（13）采用WIFI模块或4G模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的桥梁裂纹修复装置，其特征在于：所述微处理器（12）采用型号为N76E003的 单片机。