CN220948586U - 一种水利工程uav搭载的机器视觉模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水利工程UAV搭载的机器视觉模块，包括无人机，所述无人机上搭载有宏动调节机构，所述宏动调节机构搭载有微动调节机构，所述微动调节机构搭载有机器视觉组件；所述宏动调节机构包括至少三个沿同轴环形阵列式排布的线性自由度，所述线性自由度连接作用于所述微动调节机构作万向角度调节；所述微动调节机构包括两个交错旋向的转动自由度，用于调节所述机器视觉组件作俯仰角度及水平角度调节；本实用新型的技术采用交错布置的多个调节组件，每个组件具有独立的线性自由度和转动自由度，使得机器视觉组件可以在多个方向上实现精准调节。这种多自由度的设计增加了调整的灵活性，可以满足复杂水利工程场景下多方向、多维度的调整。

Description

一种水利工程UAV搭载的机器视觉模块

技术领域

本实用新型涉及水利工程技术领域，特别涉及一种水利工程UAV搭载的机器视觉模块。

背景技术

无人机(UAV，Unmanned Aerial Vehicle)在水利工程中发挥着重要作用，能够提供高精度、高分辨率的空中数据，以支持水利工程的规划、设计、建设、监测和维护等多个阶段。一般来说，无人机搭载机器视觉装置，例如高分辨率相机，可以进行航测、地形地貌、土地利用、植被覆盖等方面的测绘，为工程勘察提供详细的空中影像和数据。

而在最新的现有技术中，UAV在水利工程的技术主要是通过采集大量高质量的空中数据，可以进行数字高程模型(DEM)和数字地形模型(DTM)的制作，为水利工程规划和设计提供精准的地形信息。无人机可定期飞行，实时采集水利工程现场数据，进行变化检测、病害监测、河流流量监测等，及时发现问题并进行评估。

因此综合来说，无人机技术在水利工程中的应用有助于提高工作效率、降低成本、提供更准确的数据，对水利工程的规划、建设和运营起到了积极的推动作用。

无人机搭载机器视觉装置时通常使用两轴云台进行搭载，即两个电机分别控制相机或传感器的俯仰(pitch)和偏航(yaw)方向的角度调整。这两个电机分布在垂直方向上，相互交错布置，以实现不同方向的角度调整。但是这种模式存在如下技术问题：

(1)有限的自由度：传统两轴云台技术只能实现俯仰和偏航的调节，在多方向调整方面受限，无法适应复杂的调整需求。

(2)限制精确度和灵活性：传统两轴云台技术的设计限制了精确度和灵活性，尤其是在多轴调整方面。

(3)适应性受限：传统两轴云台技术通常只适用于特定场景或特定类型的调整，如航拍摄影。用于更广泛的应用领域，如水利工程的视觉监测时可能会产生拍摄角度不佳的现象，为数字高程模型(DEM)和数字地形模型(DTM)的制作产生了一定的不确定性。

为此，提出一种水利工程UAV搭载的机器视觉模块。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例希望提供一种水利工程UAV搭载的机器视觉模块，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，即有限的自由度、限制精确度和灵活性和适应性受限，并对此至少提供一种有益的选择；

本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：一种水利工程UAV搭载的机器视觉模块，包括无人机，所述无人机上搭载有宏动调节机构，所述宏动调节机构搭载有微动调节机构，所述微动调节机构搭载有机器视觉组件；所述宏动调节机构包括至少三个沿同轴环形阵列式排布的线性自由度，所述线性自由度连接作用于所述微动调节机构作万向角度调节；所述微动调节机构包括两个交错旋向的转动自由度，用于调节所述机器视觉组件作俯仰角度及水平角度调节；所述机器视觉组件用于视觉检测。

在上述的实施方式中：该机器视觉模块的实施方式包括在无人机上安装宏动调节机构，宏动调节机构中安装微动调节机构，而微动调节机构上搭载机器视觉组件。宏动调节机构由至少三个沿同轴环形排列的线性自由度组成，用于整体角度调节。微动调节机构由两个交错旋向的转动自由度构成，用于微调机器视觉组件的角度。

其中在一种实施方式中：所述机器视觉组件包括机壳及安装于所述机壳上的摄像头、CCD工业视觉相机和传感器组件。

在上述的实施方式中：这些元件构成了机器视觉组件的主要部分，安装在微动调节机构上，实现了视觉检测功能。

其中在一种实施方式中：所述传感器组件包括红外传感器或/和光谱传感器。这些传感器安装于机器视觉组件中，为视觉检测提供多种感应元素。

其中在一种实施方式中：所述宏动调节机构包括两个盘体，两个所述盘体之间以环形阵列的形式安装有六个用于输出所述线性自由度的伺服电缸，所述伺服电缸的缸体和活塞杆分别均通过万向节联轴器万向铰接于两个所述盘体之间相互相对的各自一面上；一个所述盘体安装于所述无人机上，另一个所述盘体安装于所述宏动调节机构上。且宏动调节机构外搭载有一个用于防护的柔性套筒。

其中在一种实施方式中：所述每两两相邻的两个所述伺服电缸相互之间，以V形或者倒V形排布。

在上述的实施方式中：每两两相邻的伺服电缸以V形或倒V形排布，形成交叉布局。这种排布模式旨在将线性自由度相互之间交叠，进一步增加控制精度和极限控制点位，提高宏动调节机构的精确度和灵活性。

其中在一种实施方式中：所述微动调节机构包括两个交错布置的用于输出所述转动自由度的调节组件，一个所述调节组件上通过连接台搭载有所述机器视觉组件，另一个所述调节组件与所述宏动调节机构的所述盘体固定连接。

其中在一种实施方式中：所述调节组件包括第一机架和弧形滑动配合于所述第一机架的第二机架；所述第一机架上安装有伺服电机，所述伺服电机驱动旋转有蜗杆，所述蜗杆啮合有蜗轮板，所述蜗轮板与所述第二机架固定连接；所述第二机架上安装有另一个所述调节组件的第一机架或所述连接台。

其中在一种实施方式中：所述第一机架上开设有能够相互适配的滑轨和滑轨，每个所述调节组件的所述第一机架相互之间通过所述滑轨和所述滑轨建立所述弧形滑动配合的关系。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)多自由度和灵活调节：本实用新型的技术采用交错布置的多个调节组件，每个组件具有独立的线性自由度和转动自由度，使得机器视觉组件可以在多个方向上实现精准调节。这种多自由度的设计增加了调整的灵活性，可以满足复杂水利工程场景下多方向、多维度的调整需求。

(2)高精确度和稳定性：通过精心设计的伺服电机、蜗杆传动和交错布置的调节组件，本实用新型的技术实现了更高的精确度和稳定性。这种设计确保了机器视觉组件的精准定位和稳定运动，提高了视觉检测的准确性和可靠性。

(3)广泛适用性：该技术不仅可以用于水利工程视觉监测，还可以适用于其他领域，如地形地貌勘测、植被覆盖分析等。具有通用性和适应性，能够满足不同领域、不同场景下的视觉检测需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的立体示意图；

图2为本实用新型的微动调节机构、宏动调节机构和机器视觉组件的立体示意图；

图3为本实用新型的宏动调节机构立体示意图；

图4为本实用新型的微动调节机构的调节组件立体示意图；

图5为本实用新型的微动调节机构的调节组件立体示意图；

附图标记：1、无人机；2、微动调节机构；201、调节组件；2011、第一机架；2012、伺服电机；2013、蜗杆；2014、蜗轮板；2015、第二机架；2016、滑轨；2017、滑轨；202、连接台；3、宏动调节机构；301、盘体；302、伺服电缸；303、万向节联轴器；4、机器视觉组件；401、机壳；402、摄像头；403、CCD工业视觉相机；404、传感器组件；5、柔性套筒。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制；

需要指出的是，“自由度”类的术语均指代至少一个部件的连接关系及施加作用力的关系，例如“线性自由度”指代某部件通过该线性自由度与另一个或多个部件相连并对其施加作用力，使得其能够在一个直线方向上滑动配合或施加力；“转动自由度”指代某个部件至少能够绕一个旋转轴自由旋转，并且可以施加扭矩或承受扭矩。

实施例

在现有技术中，传统的两轴云台技术受限于有限的自由度，只能进行俯仰和偏航的调整，无法满足多方向、多自由度的精准调整需求。这种限制导致其精确度和灵活性受限，适应性不足，无法适应复杂的场景及多样的调整要求。为此，请参阅图1-5，本具体实施方式将提供相关技术方案以解决上述技术问题：一种水利工程UAV搭载的机器视觉模块，包括无人机1，无人机1上搭载有宏动调节机构3，宏动调节机构3搭载有微动调节机构2，微动调节机构2搭载有机器视觉组件4；宏动调节机构3包括至少三个沿同轴环形阵列式排布的线性自由度，线性自由度连接作用于微动调节机构2作万向角度调节；微动调节机构2包括两个交错旋向的转动自由度，用于调节机器视觉组件4作俯仰角度及水平角度调节；机器视觉组件4用于视觉检测。

在本方案中：该机器视觉模块的实施方式包括在无人机1上安装宏动调节机构3，宏动调节机构3中安装微动调节机构2，而微动调节机构2上搭载机器视觉组件4。宏动调节机构3由至少三个沿同轴环形排列的线性自由度组成，用于整体角度调节。微动调节机构2由两个交错旋向的转动自由度构成，用于微调机器视觉组件4的角度。

在本方案中，本装置整体的所有电器元件依靠市电进行供能；具体的，装置整体的电器元件与市电输出端口处通过继电器、变压器和按钮面板等装置进行常规电性连接，以满足本装置的所有电器元件的供能需求。

在本方案中，本装置整体的所有电器元件依靠无人机1内所安装的蓄电池进行供能；具体的，装置整体的电器元件与蓄电池输出端口处通过继电器、变压器和按钮面板等装置进行常规电性连接，以满足本装置的所有电器元件的供能需求。

具体的，无人机1内有一控制器，该控制器用于连接并控制本装置整体的所有电器元件按照预先设置的程序作为预设值及驱动模式进行驱动；需要指出的是，上述驱动模式即对应了下文中的相关电器元件之间对应的启停时间间距、转速、功率等输出参数，可以采用常规的PID控制器算法对本装置的微动调节机构2、宏动调节机构3进行相应的姿态调节，即满足了下文所述的相关电器元件驱动相关机械装置按其所描述的功能进行运行的需求。

优选的，控制器外还配置无线发射模块和无线接收模块，无线发射模块发出工作或暂停的指令信号经由介质传送至无线接收模块；必要时，工作人员可通过后台无线遥控装置对该无线收发模块输入指令，以远程控制控制器，并进而遥控本装置的所有电器元件按照相关驱动模式进行驱动；同时，无线收发模块还可传递本装置中相关传感元件，或伺服驱动元件的系统所检测的相关系数或其他信息于后台的工作人员。

具体的：宏动调节机构3通过多个同轴环形排列的线性自由度，能够实现较大范围的角度调节。微动调节机构2通过两个交错旋向的转动自由度，可以进行微调，实现更精细的俯仰角度和水平角度调节。这样的设计保证了机器视觉组件4能够灵活、精确地调整方向。

可以理解的是，在本具体实施方式中：机器视觉组件4作为该模块的核心部分，具有视觉检测功能，能够对水利工程进行视觉监测和分析。通过宏动调节机构3和微动调节机构2，机器视觉组件4可以调整俯仰角度和水平角度，以适应不同拍摄需求。这种灵活调节的功能性确保了模块在水利工程中能够获取所需的视觉数据，用于监测、分析和决策。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3～5：机器视觉组件4包括机壳401及安装于机壳401上的摄像头402、CCD工业视觉相机403和传感器组件404。

在本方案中：这些元件构成了机器视觉组件4的主要部分，安装在微动调节机构2上，实现了视觉检测功能。

具体的：机器视觉组件4是通过机壳401作为外部保护装置，内部安装摄像头402、CCD工业视觉相机403和传感器组件404来实现视觉检测。摄像头402负责普通图像捕捉，CCD工业视觉相机403用于高精度图像采集，传感器组件404用于获取特定参数或环境数据。这些组件的协同工作实现了全面的视觉感知。

可以理解的是，在本具体实施方式中：机器视觉组件4的功能性主要表现在视觉检测上。摄像头402负责拍摄常规图像，CCD工业视觉相机403能够进行高精度图像采集，传感器组件404则可以获取特定参数，如温度、湿度等。这些数据汇总后，可以用于水利工程的监测、分析和决策。机器视觉组件4的多元素设计保证了视觉检测的全面性和精准性。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3～5：传感器组件404包括红外传感器或/和光谱传感器。这些传感器安装于机器视觉组件4中，为视觉检测提供多种感应元素。

具体的：红外传感器和光谱传感器是用于采集特定波长范围内的光信号的设备。红外传感器主要用于探测物体的热辐射，适用于夜间或特定热信号监测。光谱传感器则可以分析物体反射、吸收或发射的光谱特征，用于特定物质的识别和分析。

可以理解的是，在本具体实施方式中：红外传感器和光谱传感器的加入丰富了机器视觉组件4的感知能力。红外传感器可以用于夜间或低光条件下的监测，为水利工程提供全天候的监测能力。光谱传感器可以用于特定物质的识别，例如水质分析或土壤成分检测，为水利工程的环境监测提供更多信息。这样，机器视觉组件4在水利工程中的应用更加多样化、全面化。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3～5：宏动调节机构3包括两个盘体301，两个盘体301之间以环形阵列的形式安装有六个用于输出线性自由度的伺服电缸302，伺服电缸302的缸体和活塞杆分别均通过万向节联轴器303万向铰接于两个盘体301之间相互相对的各自一面上；一个盘体301安装于无人机1上，另一个盘体301安装于宏动调节机构3上。且宏动调节机构3外搭载有一个用于防护的柔性套筒5。

具体的：该宏动调节机构采用环形阵列的六个伺服电缸302，通过各自的缸体和活塞杆运动来实现线性自由度的调节。万向节联轴器303实现了电缸与盘体之间的连接，允许相对运动，确保电缸的灵活性。柔性套筒5能够保护宏动调节机构免受外部环境的影响，保障机构的稳定性和寿命。

可以理解的是，在本具体实施方式中：这种设计使得宏动调节机构3具备多自由度的运动能力，可适应水利工程中多样的调节需求。伺服电缸302的线性运动能够使机器视觉组件4实现相对于无人机1的角度调节。柔性套筒5的存在保护了内部结构，确保了宏动调节机构3的可靠运行。这样的设计使得无人机能够灵活适应不同水利工程场景下的视觉检测任务。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3～5：每两两相邻的两个伺服电缸302相互之间，以V形或者倒V形排布。

在本方案中：每两两相邻的伺服电缸302以V形或倒V形排布，形成交叉布局。这种排布模式旨在将线性自由度相互之间交叠，进一步增加控制精度和极限控制点位，提高宏动调节机构3的精确度和灵活性。

具体的：V形或倒V形排布的伺服电缸302使得每个线性自由度之间交叉连接，这样的设计可最大程度地增加调节点位，提高了控制精度。这种排布方式可以更好地适应复杂多变的水利工程场景，通过多点控制实现对机器视觉组件4的精确调整。

可以理解的是，在本具体实施方式中：V形或倒V形排布模式优化了宏动调节机构3的设计，通过增加交叠点位，显著提高了控制精度和调整灵活性。这种设计使得机器视觉组件4可以更精准、更稳定地响应各种调整需求，满足水利工程中复杂环境下的视觉监测要求。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3～5：微动调节机构2包括两个交错布置的用于输出转动自由度的调节组件201，一个调节组件201上通过连接台202搭载有机器视觉组件4，另一个调节组件201与宏动调节机构3的盘体301固定连接。

具体的：两个交错布置的调节组件201实现了微动调节机构的转动自由度，通过这种布置方式可以实现对机器视觉组件4的俯仰角度及水平角度的调整。其中一个调节组件201上安装了机器视觉组件4，使其能够随调节而变动，而另一个调节组件201则通过固定连接到宏动调节机构3的盘体301上，以保证调节的稳定性和精确度。

可以理解的是，在本具体实施方式中：这种设计使得微动调节机构2可以实现对机器视觉组件4的精确调整，包括俯仰角度及水平角度。交错布置的调节组件201允许在水平方向上实现旋转，从而实现对机器视觉组件的角度调节，提高了视觉监测的灵活性和适用性。同时，固定连接到宏动调节机构3的盘体301保证了稳定的基础，使得微动调节机构2能够可靠地完成角度调整

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3～5：调节组件201包括第一机架2011和弧形滑动配合于第一机架2011的第二机架2015；第一机架2011上安装有伺服电机2012，伺服电机2012驱动旋转有蜗杆2013，蜗杆2013啮合有蜗轮板2014，蜗轮板2014与第二机架2015固定连接；第二机架2015上安装有另一个调节组件201的第一机架2011或连接台202。

具体的：伺服电机2012通过蜗杆2013带动蜗轮板2014的旋转，实现第一机架2011的转动。蜗轮板2014与第二机架2015固定连接，使得第二机架2015也随之转动。第二机架2015上的第一机架2011或连接台202可实现更复杂的运动，如旋转或平移，从而实现对机器视觉组件4的多维度调节。

可以理解的是，在本具体实施方式中：这种设计通过伺服电机2012和蜗杆传动机制，实现了第一机架2011的旋转，进而影响第二机架2015的位置。第二机架2015上安装的第一机架2011或连接台202可以实现更多自由度的调整，使得微动调节机构2能够在多个方向上精确调节机器视觉组件4的角度，为视觉检测提供更灵活、精准的调整能力。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3～5：第一机架2011上开设有能够相互适配的滑轨2017和滑轨2017，每个调节组件201的第一机架2011相互之间通过滑轨2017和滑轨2017建立弧形滑动配合的关系。

具体的：滑轨2017和滑轨2017的设计使得调节组件201的第一机架2011能够在相互适配的轨道上实现弧形滑动，这种滑动模式可以确保调节组件201的平稳移动。滑轨的适配设计可以使得第一机架2011沿着预定的轨迹进行移动，从而实现对机器视觉组件4的精准调整。

可以理解的是，在本具体实施方式中：滑轨2017和滑轨2017的设计使得调节组件201的第一机架2011能够在预设的轨道上进行弧形滑动，这种设计为机器视觉组件4的调整提供了精准的路径。通过这样的弧形滑动配合关系，微动调节机构2可以实现对机器视觉组件4更加精细的多维度调整，提高了调节的精度和稳定性。

总结性的，针对传统技术中的相关问题，本具体实施方式基于上述所提供的一种水利工程UAV搭载的机器视觉模块，采用了如下的技术手段或特征实现了解决：

(1)解决有限自由度问题：本实施例的技术采用了交错布置的多个调节组件，每个组件都具有独立的自由度，包括线性自由度和转动自由度。这样的设计增加了机器视觉组件的调整自由度，能够在多个方向上实现更丰富的运动，解决了传统技术有限自由度的问题。

(2)提高精确度和灵活性：通过交错布置的多个调节组件，本实施例的技术可以实现更加精确的角度调整。每个调节组件都可以独立调整，而且相互配合工作，使得调整更灵活、更精准。这种多自由度的设计提高了机器视觉组件的稳定性和灵活性，解决了传统技术在精确度和灵活性方面的不足。

(3)提升适应性：本实施例的技术设计更具通用性和适应性，可以适应不同的环境和任务需求。通过增加自由度和灵活的调整能力，该技术可以适用于多种应用场景，如水利工程视觉监测、地形勘测等，解决了传统技术适应性受限的问题。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的相关实际应用的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种水利工程UAV搭载的机器视觉模块，包括无人机(1)，其特征在于：所述无人机(1)上搭载有宏动调节机构(3)，所述宏动调节机构(3)搭载有微动调节机构(2)，所述微动调节机构(2)搭载有机器视觉组件(4)；

所述宏动调节机构(3)包括至少三个沿同轴环形阵列式排布的线性自由度，所述线性自由度连接作用于所述微动调节机构(2)作万向角度调节；

所述微动调节机构(2)包括两个交错旋向的转动自由度，用于调节所述机器视觉组件(4)作俯仰角度及水平角度调节；

所述机器视觉组件(4)用于视觉检测。

2.根据权利要求1所述的水利工程UAV搭载的机器视觉模块，其特征在于：所述机器视觉组件(4)包括机壳(401)及安装于所述机壳(401)上的摄像头(402)、CCD工业视觉相机(403)和传感器组件(404)。

3.根据权利要求2所述的水利工程UAV搭载的机器视觉模块，其特征在于：所述传感器组件(404)包括红外传感器或/和光谱传感器。

4.根据权利要求1所述的水利工程UAV搭载的机器视觉模块，其特征在于：所述宏动调节机构(3)包括两个盘体(301)，两个所述盘体(301)之间以环形阵列的形式安装有六个用于输出所述线性自由度的伺服电缸(302)，所述伺服电缸(302)的缸体和活塞杆万向铰接于两个所述盘体(301)之间相互相对的各自一面上；

一个所述盘体(301)安装于所述无人机(1)上，另一个所述盘体(301)安装于所述宏动调节机构(3)上。

5.根据权利要求4所述的水利工程UAV搭载的机器视觉模块，其特征在于：所述每两两相邻的两个所述伺服电缸(302)相互之间，以V形或者倒V形排布。

6.根据权利要求1所述的水利工程UAV搭载的机器视觉模块，其特征在于：所述微动调节机构(2)包括两个交错布置的用于输出所述转动自由度的调节组件(201)，一个所述调节组件(201)上通过连接台(202)搭载有所述机器视觉组件(4)。

7.根据权利要求6所述的水利工程UAV搭载的机器视觉模块，其特征在于：所述调节组件(201)包括第一机架(2011)和弧形滑动配合于所述第一机架(2011)的第二机架(2015)；

所述第一机架(2011)上安装有伺服电机(2012)，所述伺服电机(2012)驱动旋转有蜗杆(2013)，所述蜗杆(2013)啮合有蜗轮板(2014)，所述蜗轮板(2014)与所述第二机架(2015)固定连接；

所述第二机架(2015)上安装有另一个所述调节组件(201)的第一机架(2011)或所述连接台(202)。

8.根据权利要求7所述的水利工程UAV搭载的机器视觉模块，其特征在于：所述第一机架(2011)上开设有能够相互适配的滑轨(2017)和滑轨(2017)，每个所述调节组件(201)的所述第一机架(2011)相互之间通过所述滑轨(2017)和所述滑轨(2017)建立所述弧形滑动配合的关系。