一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机及其控制方法，无人机包括：飞行平台、探测系统、控制系统以及外部系统；所述飞行平台具体包括运动机构、驱动机构和超声波测距模块；所述探测系统具体包括超宽带定位模块、探测模块和摄像模块；所述控制系统具体包括电源模块、主控模块和信号传输模块；所述外部系统具体包括上位机和人机交互模块；本发明专利技术利用无人机技术，能够进入到技术人员无法进入的核电站安全壳内进行探测，快速采集需要监测的区域的相关信息，并传输到上位机中；能够有效地实现对安全壳内安全性的监测和预警，进一步提高核电系统运行安全性。

An UAV and its control method for monitoring internal environment of nuclear power station containment

The invention provides an unmanned aerial vehicle and a control method for environmental monitoring in a nuclear power station. The UAV includes a flying platform, a detection system, a control system, and an external system. The flying platform specifically includes a motion mechanism, a driving mechanism and an ultrasonic distance measuring module; the detection system specifically includes the ultra wide range. The control system includes the power supply module, the main control module and the signal transmission module. The external system includes the upper computer and the human-computer interaction module, and the invention can use the UAV technology to enter the nuclear power station safety shell which the technical personnel can not enter. It can quickly collect relevant information from the area that needs to be monitored and transmit it to the upper computer. It can effectively monitor and warn the security of the containment, and further improve the security of the nuclear power system.

【技术实现步骤摘要】
一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机及其控制方法
本专利技术涉及无人机技术，尤其涉及一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机及其控制方法。
技术介绍
发展依赖于能源的支持，核能在未来能源结构中正备受青睐。在2016年，世界各国签订《巴黎协定》，这也成为核能进一步发展的促进因素。未来，核能很有可能成为世界上很多国家的能源发展选择。“智慧核电运营系统研究及示范项目”共分为核电高危区域运行智能探测机器人系统、核电维修期间智能辐射防护监控系统、便携式智能核电运行巡检闪测系统等七个研究课题。这标志着核电系统的运行朝着智能化方向迈进。由于目前技术的局限性，同时为实现核电运行系统的智能化，各种相关课题开始受到研究人员的关注。2015年4月，徐文福等人提出了《用于核电站安全壳内环境监测的小型爬壁机器人》。该项技术提出用小型爬壁机器人监控安全壳内环境，实现无人探测，有利于核电智能化运行。但同时，该项技术也存在相关问题。比如，依赖于机器人技术，导致有很多地方机器人无法到达；机器人探测效率并不高，移动速度缓慢等缺点。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足之处，本专利技术提供了一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机，该无人机利用无人机技术，能够灵活迅速地实现安全壳内的环境监测，实现对安全壳内安全性的监测及预警，进一步地提高核电系统运行的安全性。本专利技术的另一目的在于提供一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机的控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机，包括：飞行平台、探测系统、控制系统以及外部系统。所述飞行平台具体包括运动机构、驱动机构和超声波测距模块；所述探测系统具体包括超宽带定位模块、探测模块和摄像模块；所述控制系统具体包括电源模块、主控模块和信号传输模块；所述外部系统具体包括上位机和人机交互模块。所述飞行平台通过运动机构和驱动机构实现无人机的飞行、降落和悬停动作，并且在飞行过程中借助超声波测距模块进行障碍物的探测，避免和安全壳内的设备发生碰撞。所述探测系统的超宽带定位模块，用于定位无人机在安全壳内的准确位置。所述探测系统的探测模块，用于探测安全壳内的温度、湿度以及剂量率。所述探测系统的摄像模块，用于安全壳内视频的采集和传输。所述控制系统的电源模块，用于为各种装置提供不同的电压。所述控制系统的主控模块，用于控制无人机的动作行为。所述控制系统的信号传输模块，用于克服安全壳的屏蔽作用，实现信号的稳定传输。所述外部系统的上位机，用于接收探测的信息并进行处理，实现安全壳内的环境监测。所述外部系统的人机交互模块，用于方便用户对系统进行操控，实现信息的有效处理。所述主控模块分别与驱动机构、超声波测距模块、超宽带定位模块、探测模块、摄像模块以及信号传输装置连接。所述信号传输装置与上位机连接。所述上位机与人机交互模块连接。所述驱动机构与运动机构连接。所述电源模块与飞行平台、探测系统、控制系统连接。进一步地，所述飞行平台的运动机构具体包括两个正螺旋桨和两个反螺旋桨组成的四旋翼；所述飞行平台的驱动机构具体包括四个电子调速器和四个电机，电子调速器和主控模块相连接，用于接收控制信号，电机和电子调速器相连接，电子调速器调节电机转速；每个电机上安装有一个螺旋桨；所述超声波测距模块具体包括超声波测距传感器。进一步地，所述探测系统中的超宽带定位模块包括定位标签、定位基站、定位引擎以及呈现装置，定位方式具体为：所述定位标签，用于发射超短时脉冲，由无人机飞行平台携带，实现无人机设备的定位；所述定位基站，用于接收由定位标签发射的脉冲信号，并通过信号传输设备传输到定位引擎；所述定位引擎，用于进行定位计算，定位计算采用TDOA算法；所述呈现装置，用于呈现定位引擎处理得到的定位信息。进一步地，所述探测系统中的探测模块具体包括温度传感器、湿度传感器和以GM计数管为主的γ辐射探测器。进一步地，所述探测系统中的摄像模块具体包括图像采集装置及图像信息转换和传输装置。进一步地，所述控制系统中的电源模块具体包括电池和DC/DC升压装置。进一步地，所述控制系统中的主控模块具体包括飞行主控芯片。进一步地，所述控制系统中的信号传输模块具体包括无线传输装置和有线传输装置。飞行平台和探测系统探测的信息通过无线传输装置传输给核电站安全壳内的信号接收装置，信号接收装置再通过有线传输装置传输给上位机，克服了安全壳的屏蔽作用，实现信号的稳定传输。本专利技术的另一目的可以通过以下方案实现：一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机的控制方法，所述方法包括：人机交互模块输入监测安全壳内某一区域的指令到上位机，上位机通过信号传输模块发送指令到主控模块；主控模块根据指令通过控制驱动机构，使得驱动机构控制运动机构，来控制无人机飞行至指令中所要监测的区域；在无人机飞行过程中，超声波测距模块进行障碍物的探测并将探测信息发送到主控模块，然后传输到上位机；人机交互模块根据接收的信息，实时发出指令来控制无人机，使得无人机能够避免和安全壳内的设备发生碰撞，准确地到达所需监测的区域；到达所需监测区域后，主控模块控制无人机悬停在该区域；探测系统中的超宽带定位模块、探测模块以及摄像模块探测该区域中的位置信息、温度数据、湿度数据、剂量率数据和视频信息，通过无线传输将信息发送到核电站安全壳内的信号接收装置，信号接收装置将接收到的信息进行打包，通过信号传输模块传输到上位机，上位机再对接收到的信息进行处理并发送返回指令到主控模块，主控模块控制无人机返回降落处降落，结束对所需监测区域的监测；在整个监测过程中，电源模块为各种装置提供不同的电压。本专利技术相比于现有技术，具有以下的有益效果：1、本专利技术利用探测技术，能够实现对安全壳内湿度、温度以及辐射剂量率的测量，并实时传输到上位机；2、本专利技术利用无人机技术，能够迅速灵活地实现核电站安全壳内的环境监测；3、本专利技术采用视频联控技术，能够实时了解无人机所处环境，便于操作与监控；4、本专利技术采用超宽带(UWB)定位技术，具有定位精度高、穿透能力强、抗多径干扰、成本低、能耗小的优点；5、本专利技术采用了超声波探测技术，可以避免与安全壳内的设备发生碰撞，减轻无人机操作人员的工作量。附图说明图1为本专利技术一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机的结构示意图；图2为本专利技术一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机的系统组成图；图3为本专利技术中超宽带(UWB)定位模块示意图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示为一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机，具体包括：四旋翼、机身、支撑架以及摄像设备；机身内部包括：超声波测距模块、超宽带定位模块、探测模块、电源模块、主控模块、无线传输模块以及摄像模块。如图2所示为一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机的系统组成图，具体包括：飞行平台、探测系统、控制系统以及外部系统。所述飞行平台具体包括运动机构、驱动机构和超声波测距模块。所述探测系统具体包括超宽带定位模块、探测模块和摄像模块。所述控制系统具体包括电源模块、主控模块和信号传输模块。所述外部模块具体包括上位机和人机交互模块。所述运动机构包括：由两个正螺旋桨和两个反螺旋桨组成的四旋翼；所述驱动机构包括：四个电子调速器和四个电机；所述超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机，其特征在于：包括飞行平台、探测系统、控制系统以及外部系统；所述飞行平台具体包括运动机构、驱动机构和超声波测距模块；所述探测系统具体包括超宽带定位模块、探测模块和摄像模块；所述控制系统具体包括电源模块、主控模块和信号传输模块；所述外部系统具体包括上位机和人机交互模块；所述主控模块分别与驱动机构、超声波测距模块、超宽带定位模块、探测模块、摄像模块以及信号传输模块连接；所述信号传输模块与上位机连接；所述上位机与人机交互模块连接；所述驱动机构与运动机构连接；所述电源模块与飞行平台、探测系统、控制系统连接；所述飞行平台通过与主控模块连接来控制驱动机构，驱动机构控制运动机构，实现无人机的飞行、降落和悬停动作，并且在飞行过程中借助超声波测距模块进行障碍物探测；所述探测系统的超宽带定位模块，用于定位无人机在安全壳内的准确位置；所述探测系统的探测模块，用于探测安全壳内的温度、湿度以及辐射剂量；所述探测系统的摄像模块，用于安全壳内视频的采集和传输；所述控制系统的电源模块，用于为各种装置提供不同的电压；所述控制系统的主控模块，用于控制无人机的行为；所述控制系统的信号传输模块，用于克服安全壳的屏蔽作用，实现信号的稳定传输；所述外部系统的上位机，用于接收探测的信息并进行处理，实现安全壳内的环境监测；所述外部系统的人机交互模块，方便用户对系统进行操控，实现信息的有效处理。...

【技术特征摘要】
1.一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机，其特征在于：包括飞行平台、探测系统、控制系统以及外部系统；所述飞行平台具体包括运动机构、驱动机构和超声波测距模块；所述探测系统具体包括超宽带定位模块、探测模块和摄像模块；所述控制系统具体包括电源模块、主控模块和信号传输模块；所述外部系统具体包括上位机和人机交互模块；所述主控模块分别与驱动机构、超声波测距模块、超宽带定位模块、探测模块、摄像模块以及信号传输模块连接；所述信号传输模块与上位机连接；所述上位机与人机交互模块连接；所述驱动机构与运动机构连接；所述电源模块与飞行平台、探测系统、控制系统连接；所述飞行平台通过与主控模块连接来控制驱动机构，驱动机构控制运动机构，实现无人机的飞行、降落和悬停动作，并且在飞行过程中借助超声波测距模块进行障碍物探测；所述探测系统的超宽带定位模块，用于定位无人机在安全壳内的准确位置；所述探测系统的探测模块，用于探测安全壳内的温度、湿度以及辐射剂量；所述探测系统的摄像模块，用于安全壳内视频的采集和传输；所述控制系统的电源模块，用于为各种装置提供不同的电压；所述控制系统的主控模块，用于控制无人机的行为；所述控制系统的信号传输模块，用于克服安全壳的屏蔽作用，实现信号的稳定传输；所述外部系统的上位机，用于接收探测的信息并进行处理，实现安全壳内的环境监测；所述外部系统的人机交互模块，方便用户对系统进行操控，实现信息的有效处理。2.根据权利要求1所述的一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机，其特征在于：所述运动机构包括由两个正螺旋桨和两个反螺旋桨组成的四旋翼；所述驱动机构包括四个电子调速器和四个电机，电子调速器和主控模块相连接，电子调速器调节电机转速，每个电机对应控制一个螺旋桨。3.根据权利要求1所述的一种用于核电站安全壳内环境监测的无人机，其特征在于：所述超宽带定位模块包括定位标签、定位基站、定位引擎和呈现装置；定位方式具体为：所述定位标签，用于发射超短时脉冲，由无人机飞行平台携带；所述定位基站，用于接收由定位标签发射的脉冲信号，并通过信号传输设备将信号传输到定位引擎；所述定位引擎，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡杰进，王壮，李志峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44