基于舵机控制的无人机机载桥梁挠度变化测量装置及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115265968A(43)申请公布日2022.11.01(21)申请号202210935351.6(22)申请日2022.08.05(71)申请人广西大学地址530004广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学东路100号(72)发明人苏国韶李战许华杰刘鑫梁金福侯攀秦远卓(51)Int.Cl.G01M5/00(2006.01)B64C39/02(2006.01)B64D47/00(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称基于舵机控制的无人机机载桥梁挠度变化测量装置及方法(57)摘要本发明公开了一种基于舵机控制的无人机机载桥梁挠度变化测量装置及方法，所述装置包括安装支架、控制及数据处理模块、测量模块、供电及数据传输模块。采用将激光测距传感器同伺服舵机输出轴连接，通过沿顺桥长方向相对飞行水平面竖向夹角为45°、90°、135°三个指向对梁底三点进行激光测距；然后采用所述方法，根据所采集测量数据的几何关系进行运算，将测量坐标系转换至跨中坐标系，得到桥梁底曲线方程，由两次测量所得桥梁底曲线方程与飞行高度差根据挠度变化方程得到梁底任意位置挠度变化值。本发明对操作人员、无人机平台等条件要求较低，无需预设靶点，有效提高桥梁挠度变化测量的灵活性和效率。CN115265968ACN115265968A权利要求书1/2页1.一种基于舵机控制的无人机机载桥梁挠度变化测量装置，其包括：安装支架、控制及数据处理模块、测量模块、供电及数据传输模块；所述安装支架用于将该装置安装至无人机设备顶面，所述安装支架上部安装有控制及数据处理模块，所述的测量模块安装于控制及数据处理模块上部，且与控制及数据处理模块卡扣连接，所述供电及数据传输模块安装于控制及数据处理模块的下部。2.根据权利要求1所述的一种基于舵机控制的无人机机载桥梁挠度变化测量装置，其特征在于，所述的安装支架包括下部支架、球形减震器和上部支架，所述下部支架边条上开有连接槽，使用螺丝连接安装固定至无人机顶面，支架四角开有圆孔，安装球形减震器；球形减震器为硅胶材质，中段球体两端为用于安装至下部支架与支架顶板开孔的凹槽；上部支架与下部支架通过球形减震器连接，目的是降低无人机设备平台震动对装置测量造成的影响，上部支架边条上开有连接槽，目的是降低支架重量以及为控制及数据处理模块提供安装卡槽，四角开有供球形减震器安装的圆孔。3.根据权利要求1所述的一种基于舵机控制的无人机机载桥梁挠度变化测量装置，其特征在于，所述的控制及数据处理模块包括安装板、单片机和伺服舵机，所述的安装板用于为单片机、伺服舵机、部分测量模块和供电模块提供安装平台；所述的单片机通过螺丝固定于安装板的前部，由供电及数据传输模块供电并接受来自无人机设备的测量指令，发送控制指令至伺服舵机进行测量角度控制，发送测量指令至测量模块进行各项参数测量，接收测量结果，计算挠度变化，储存上述数据至装置并传递给无人机机身备份；所述的伺服舵机通过接受单片机所发送的电信号进行45°、90°、135°三个固定角度的往复转动，控制测量模块中激光测距传感器的测距指向角度。4.根据权利要求1所述的一种基于舵机控制的无人机机载桥梁挠度变化测量装置，其特征在于，所述的测量模块包括激光测距传感器、大气压强传感器，所述的激光测距传感器通过与伺服舵机输出轴相连接，沿顺桥长方向对梁底任意三点，由伺服舵机控制进行相对飞行水平面竖向夹角为45°、90°、135°三个指向绕输出轴往复转动，由单片机发送测量指令进行激光测距；大气压强传感器安装于控制及数据处理模块中安装板的末端，接受单片机的控制，通过大气压强变化测量此处飞行高度。5.一种应用于权利要求1所述基于舵机控制的无人机机载桥梁挠度变化测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：无人机搭载本测量装置至待检测桥梁段底；步骤S2：舵机控制传感器测量角度，测量所需数据；步骤S3：计算梁底曲线参数；步骤S4，遥控无人机保持飞行高度进行任意平移，重复步骤S2、S3，根据公式，校正跨中平面直角坐标系C中下梁底曲线方程；步骤S5，存储记录本次测量结果；步骤S6，桥梁正常运营承受荷载或进行车辆加载试验；步骤S7，重复步骤S1至S5，获取桥梁承载后测量结果，根据公式计算桥梁挠度变化方程；步骤S8，储存记录桥梁挠度变化测量结果至装置机身储存，传输挠度变化测量结果至无人机机身，通过无线信号传输至检测人员遥控器上，显示挠度变化测量信息。2CN115265968A权利要求书2/2页6.根据权利要求5所述的一种基于舵机控制的无人机机载桥梁挠度变化测量方法，其特征在于，还包括：所述的计算梁底曲线参数方程y中，根据下式计算：2y中＝ax+H测其中，a为梁底曲线开口尺寸参数，H测为桥梁