一种煤矿灾区环境侦测无人机及侦测方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿灾区环境侦测无人机及侦测方法，该无人机包括无人机、煤矿灾区环境侦测装置和监控装置，所述无人机包括机架、动力机构和避障机构，所述煤矿灾区环境侦测装置包括环境检测传感器、红外摄像仪和本安型耳麦，所述动力机构包括螺旋桨机构和悬停微调机构，所述悬停微调机构包括气囊、第一供气组件和第二供气组件以及微调阀门机构，所述监控装置包括主控制模块、远程监控模块和手持式遥控器；该方法包括以下步骤：一、定位点的布设及定位基站的布设；步骤二、无人机的前进飞行；步骤三、煤矿灾区环境的侦测。本发明专利技术设计合理重量轻、续航能力强，实现井下灾区环境的侦测。

An Unmanned Aerial Vehicle and Detection Method for Environment Detection in Coal Mine Disaster Area

The invention discloses an unmanned aerial vehicle for environmental detection in coal mine disaster area and a detection method. The unmanned aerial vehicle includes an unmanned aerial vehicle, an environmental detection device and a monitoring device in coal mine disaster area. The unmanned aerial vehicle includes an aircraft frame, a power mechanism and an obstacle avoidance mechanism. The environmental detection device in coal mine disaster area includes an environmental detection sensor, an infrared camera and an intrinsic safe headset, and the power mechanism includes a propeller. The hovering fine-tuning mechanism comprises an airbag, a first and a second gas supply components, and a fine-tuning valve mechanism. The monitoring device comprises a main control module, a remote monitoring module and a hand-held remote controller. The method comprises the following steps: 1. the layout of the positioning point and the positioning base station; 2. the forward flight of the UAV; 3. Detection of environment in coal mine disaster area. The invention has the advantages of reasonable design, light weight, strong endurance, and realizes the detection of underground disaster area environment.

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿灾区环境侦测无人机及侦测方法
本专利技术属于矿用无人机侦测
，尤其是涉及一种煤矿灾区环境侦测无人机及侦测方法。
技术介绍
我国矿山事故造成大量的资源损失和人员伤亡，严重影响我国矿山的安全生产，造成严重的经济损失和社会影响。矿井事故发生后，能够及时掌握井下情况，对减少安全生产事故的损失具有重要意义。无人机在无人探测领域起着重要的作用，尤其在事故发生后对灾区的探查应用前景广泛。煤矿井下灾区通常会有瓦斯等爆炸性气体聚集，属于气体易爆区域，所有进入灾区的救灾设备都需要达到相关防爆标准，以免因设备故障引发灾区瓦斯爆炸。然而，如果无人机按防爆标准设计，会极大地增加飞行器重量，导致续航能力严重不足、电池和电机等部件防爆难度进一步增大。因此，需要设计一种煤矿灾区环境侦测无人机及侦测方法，重量轻、续航能力强，可侦测煤矿灾区环境的无人机设备，为矿山灾害救援提供准确可靠的信息，有效避免救援人员进入灾区侦察的风险。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矿灾区环境侦测无人机，其设计合理、操作简便，重量轻、续航能力强，实现井下灾区环境的侦测，为矿山灾害救援提供准确可靠的信息，有效避免救援人员进入灾区侦察的风险，实用性强。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于:包括无人机、安装在所述无人机上的煤矿灾区环境侦测装置和安装在所述无人机上的监控装置，所述无人机包括机架以及安装在所述机架上的动力机构和避障机构，所述煤矿灾区环境侦测装置包括环境检测传感器、红外摄像仪和本安型耳麦，所述机架的底部正下方设置有增稳支架，所述环境检测传感器和本安型耳麦安装在所述机架底部，所述红外摄像仪安装在增稳支架上，所述避障机构包括安装在增稳支架四周的前红外测距传感器、后红外测距传感器、左红外测距传感器与右红外测距传感器以及安装在增稳支架底部的下红外测距传感器和安装在所述机架上的上红外测距传感器，所述动力机构包括安装在所述机架顶面四角的螺旋桨机构和安装在所述机架顶面中部上方的悬停微调机构，所述悬停微调机构包括气囊、为气囊供氦气的第一供气组件和第二供气组件以及设置在气囊上的微调阀门机构，所述气囊上设置有进气管，所述微调阀门机构包括设置在气囊底部四个顶点的下顶点放气阀、设置在气囊顶部四个顶点的上顶点放气阀以及设置在气囊前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、上侧面和下侧面的中心位置处的前放气阀、后放气阀、左放气阀、右放气阀、上放气阀和下放气阀，所述机架的底部设置有使所述第一供气组件脱落的脱落推动机构；所述螺旋桨机构的数量为四个，四个所述螺旋桨机构分别为沿所述机架顶部逆时针依次布设的第一螺旋桨机构、第二螺旋桨机构、第三螺旋桨机构和第四螺旋桨机构，且所述第一螺旋桨机构、第二螺旋桨机构、第三螺旋桨机构和第四螺旋桨机构均延伸出所述机架外；所述监控装置包括主控制模块、远程监控模块和手持式遥控器，所述主控制模块包括主控器，所述主控器的输入端接有设置在所述第一供气组件中的氦气气体传感器，所述环境检测传感器、红外摄像仪和本安型耳麦均与主控器相接，所述下顶点放气阀、所述上顶点放气阀、前放气阀、后放气阀、左放气阀、右放气阀、上放气阀和下放气阀的输入端均与主控器的输出端相接，所述第一螺旋桨机构、第二螺旋桨机构、第三螺旋桨机构和第四螺旋桨机构均由主控器进行控制，所述远程监控模块包括本安电脑以及与本安电脑相接的显示屏和耳机，所述主控器与本安电脑进行数据通信，且所述主控器与手持式遥控器进行数据通信。上述的一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：所述第一供气组件和所述第二供气组件通过三通接头与进气管连接，所述第一供气组件包括第一储气瓶和与第一储气瓶连接的第一供气管，所述第二供气组件包括第二储气瓶和与第二储气瓶连接的第二供气管，所述第一供气管和所述第二供气管均与所述三通接头的两个进口相接，所述三通接头的出口与进气管连接，所述第一供气管上设置有第一充气阀，所述第二供气管上设置有第二充气阀，所述第一充气阀和第二充气阀的输入端与主控器的输出端相接；所述脱落推动机构包括设置在所述机架底部的底板、对称设置在底板上且与底板围成U形容纳槽的竖直板和驱动第一储气瓶的瓶口与安装在瓶口的瓶塞分离的气压驱动机构，所述底板上设置有多个滚轮，所述第一储气瓶位于所述滚轮上。上述的一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：所述气压驱动机构包括穿设在第一储气瓶的瓶口上的移动板、固定套设在所述瓶塞上且与所述机架底部固定连接的固定板和设置在底板上的气缸，所述气缸的活塞杆穿过固定板与移动板固定连接，所述气缸的活塞杆带动移动板移动，所述移动板与固定板之间设置弹簧，所述弹簧套设在瓶口上，所述弹簧处于压缩状态，所述弹簧的一端与固定板固定连接，所述弹簧的另一端与移动板固定连接。上述的一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：所述机架内设置有第一无线通信模块，远程监控室内设置有第二无线通信模块，所述第一无线通信模块与主控器相接，所述第二无线通信模块与本安电脑相接，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块无线连接；所述手持式遥控器包括从控制器和与从控制器相接的第三无线通信模块，所述从控制器的输入端接有按键操作模块，所述第一无线通信模块和第三无线通信模块无线连接。上述的一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：所述机架包括长方体底座和安装在长方体底座底部四角的支腿，所述支腿的底部低于所述增稳支架的底部，所述增稳支架包括安装在长方体底座底部且由上至下依次连接的竖直杆、弹性减振件、倒U形件和回形底座，所述倒U形件内设置有水平布设的第一支撑轴，所述回形底座内设置有穿过第一支撑轴且与第一支撑轴垂直布设的第二支撑轴；所述气囊包括下小上大的梯形部和设置在所述梯形部上部且与所述梯形部一体成型的圆弧部，所述前放气阀、后放气阀、左放气阀、右放气阀和下放气阀分别位于所述梯形部的前侧面、后侧面、左侧面、右侧面和下侧面的中心位置，所述上放气阀位于所述圆弧部的中心位置。上述的一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：所述第一螺旋桨机构包括第一螺旋桨和驱动第一螺旋桨转动的第一旋翼电机模块，所述第二螺旋桨机构包括第二螺旋桨和驱动第二螺旋桨转动的第二旋翼电机模块，所述第三螺旋桨机构包括第三螺旋桨和驱动第三螺旋桨转动的第三旋翼电机模块，所述第四螺旋桨机构包括第四螺旋桨和驱动第四螺旋桨转动的第四旋翼电机模块，所述第一旋翼电机模块、所述第二旋翼电机模块、所述第三旋翼电机模块和所述第四旋翼电机模块均由主控器进行控制；所述环境检测传感器包括气体传感器、温湿度传感器和螺旋桨风速传感器；所述气体传感器包括甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器和氧气传感器，所述温湿度传感器、螺旋桨风速传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器和氧气传感器的输出端均与主控器的输入端相接。同时，本专利技术还公开了一种方法步骤简单、设计合理的煤矿灾区环境侦测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、定位点的布设及定位基站的布设：步骤101、在煤矿巷道内，沿煤矿巷道长度方向间隔设置多个定位点；并在煤矿巷道的拐角处加设定位点；步骤102、分别在步骤101中设置的定位点和加设的定位点处安装定位基站；步骤103、在煤矿巷道进口处的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：包括无人机、安装在所述无人机上的煤矿灾区环境侦测装置和安装在所述无人机上的监控装置，所述无人机包括机架以及安装在所述机架上的动力机构和避障机构，所述煤矿灾区环境侦测装置包括环境检测传感器、红外摄像仪(17)和本安型耳麦(22)，所述机架的底部正下方设置有增稳支架(11)，所述环境检测传感器和本安型耳麦(22)安装在所述机架底部，所述红外摄像仪(17)安装在增稳支架(11)上，所述避障机构包括安装在增稳支架(11)四周的前红外测距传感器(18‑1)、后红外测距传感器(18‑2)、左红外测距传感器(18‑3)与右红外测距传感器(18‑4)以及安装在增稳支架(11)底部的下红外测距传感器(18‑5)和安装在所述机架上的上红外测距传感器(18‑6)，所述动力机构包括安装在所述机架顶面四角的螺旋桨机构和安装在所述机架顶面中部上方的悬停微调机构，所述悬停微调机构包括气囊(8)、为气囊(8)供氦气的第一供气组件和第二供气组件以及设置在气囊(8)上的微调阀门机构，所述气囊(8)上设置有进气管(7)，所述微调阀门机构包括设置在气囊(8)底部四个顶点的下顶点放气阀、设置在气囊(8)顶部四个顶点的上顶点放气阀以及设置在气囊(8)前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、上侧面和下侧面的中心位置处的前放气阀(9‑1)、后放气阀(9‑2)、左放气阀(9‑3)、右放气阀(9‑4)、上放气阀(9‑5)和下放气阀(9‑6)，所述机架的底部设置有使所述第一供气组件脱落的脱落推动机构；所述螺旋桨机构的数量为四个，四个所述螺旋桨机构分别为沿所述机架顶部逆时针依次布设的第一螺旋桨机构(1)、第二螺旋桨机构(2)、第三螺旋桨机构(3)和第四螺旋桨机构(4)，且所述第一螺旋桨机构(1)、第二螺旋桨机构(2)、第三螺旋桨机构(3)和第四螺旋桨机构(4)均延伸出所述机架外；所述监控装置包括主控制模块、远程监控模块和手持式遥控器(19)，所述主控制模块包括主控器(26)，所述主控器(26)的输入端接有设置在所述第一供气组件中的氦气气体传感器(35)，所述环境检测传感器、红外摄像仪(17)和本安型耳麦(22)均与主控器(26)相接，所述下顶点放气阀、所述上顶点放气阀、前放气阀(9‑1)、后放气阀(9‑2)、左放气阀(9‑3)、右放气阀(9‑4)、上放气阀(9‑5)和下放气阀(9‑6)的输入端均与主控器(26)的输出端相接，所述第一螺旋桨机构(1)、第二螺旋桨机构(2)、第三螺旋桨机构(3)和第四螺旋桨机构(4)均由主控器(26)进行控制，所述远程监控模块包括本安电脑(29)以及与本安电脑(29)相接的显示屏(30)和耳机(31)，所述主控器(26)与本安电脑(29)进行数据通信，且所述主控器(26)与手持式遥控器(19)进行数据通信。...

【技术特征摘要】
1.一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：包括无人机、安装在所述无人机上的煤矿灾区环境侦测装置和安装在所述无人机上的监控装置，所述无人机包括机架以及安装在所述机架上的动力机构和避障机构，所述煤矿灾区环境侦测装置包括环境检测传感器、红外摄像仪(17)和本安型耳麦(22)，所述机架的底部正下方设置有增稳支架(11)，所述环境检测传感器和本安型耳麦(22)安装在所述机架底部，所述红外摄像仪(17)安装在增稳支架(11)上，所述避障机构包括安装在增稳支架(11)四周的前红外测距传感器(18-1)、后红外测距传感器(18-2)、左红外测距传感器(18-3)与右红外测距传感器(18-4)以及安装在增稳支架(11)底部的下红外测距传感器(18-5)和安装在所述机架上的上红外测距传感器(18-6)，所述动力机构包括安装在所述机架顶面四角的螺旋桨机构和安装在所述机架顶面中部上方的悬停微调机构，所述悬停微调机构包括气囊(8)、为气囊(8)供氦气的第一供气组件和第二供气组件以及设置在气囊(8)上的微调阀门机构，所述气囊(8)上设置有进气管(7)，所述微调阀门机构包括设置在气囊(8)底部四个顶点的下顶点放气阀、设置在气囊(8)顶部四个顶点的上顶点放气阀以及设置在气囊(8)前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、上侧面和下侧面的中心位置处的前放气阀(9-1)、后放气阀(9-2)、左放气阀(9-3)、右放气阀(9-4)、上放气阀(9-5)和下放气阀(9-6)，所述机架的底部设置有使所述第一供气组件脱落的脱落推动机构；所述螺旋桨机构的数量为四个，四个所述螺旋桨机构分别为沿所述机架顶部逆时针依次布设的第一螺旋桨机构(1)、第二螺旋桨机构(2)、第三螺旋桨机构(3)和第四螺旋桨机构(4)，且所述第一螺旋桨机构(1)、第二螺旋桨机构(2)、第三螺旋桨机构(3)和第四螺旋桨机构(4)均延伸出所述机架外；所述监控装置包括主控制模块、远程监控模块和手持式遥控器(19)，所述主控制模块包括主控器(26)，所述主控器(26)的输入端接有设置在所述第一供气组件中的氦气气体传感器(35)，所述环境检测传感器、红外摄像仪(17)和本安型耳麦(22)均与主控器(26)相接，所述下顶点放气阀、所述上顶点放气阀、前放气阀(9-1)、后放气阀(9-2)、左放气阀(9-3)、右放气阀(9-4)、上放气阀(9-5)和下放气阀(9-6)的输入端均与主控器(26)的输出端相接，所述第一螺旋桨机构(1)、第二螺旋桨机构(2)、第三螺旋桨机构(3)和第四螺旋桨机构(4)均由主控器(26)进行控制，所述远程监控模块包括本安电脑(29)以及与本安电脑(29)相接的显示屏(30)和耳机(31)，所述主控器(26)与本安电脑(29)进行数据通信，且所述主控器(26)与手持式遥控器(19)进行数据通信。2.按照权利要求1所述的一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：所述第一供气组件和所述第二供气组件通过三通接头与进气管(7)连接，所述第一供气组件包括第一储气瓶(5-1)和与第一储气瓶(5-1)连接的第一供气管(5-3)，所述第二供气组件包括第二储气瓶(6-1)和与第二储气瓶(6-1)连接的第二供气管(6-3)，所述第一供气管(5-3)和所述第二供气管(6-3)均与所述三通接头的两个进口相接，所述三通接头的出口与进气管(7)连接，所述第一供气管(5-3)上设置有第一充气阀(5-2)，所述第二供气管(6-3)上设置有第二充气阀(6-2)，所述第一充气阀(5-2)和第二充气阀(6-2)的输入端与主控器(26)的输出端相接；所述脱落推动机构包括设置在所述机架底部的底板(13)、对称设置在底板(13)上且与底板(13)围成U形容纳槽的竖直板(14)和驱动第一储气瓶(5-1)的瓶口(5-1-2)与安装在瓶口(5-1-2)的瓶塞(5-1-1)分离的气压驱动机构，所述底板(13)上设置有多个滚轮(12)，所述第一储气瓶(5-1)位于所述滚轮(12)上。3.按照权利要求2所述的一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：所述气压驱动机构包括穿设在第一储气瓶(5-1)的瓶口(5-1-2)上的移动板(15)、固定套设在所述瓶塞(5-1-1)上且与所述机架底部固定连接的固定板(16)和设置在底板(13)上的气缸(20)，所述气缸(20)的活塞杆穿过固定板(16)与移动板(15)固定连接，所述气缸(20)的活塞杆带动移动板(15)移动，所述移动板(15)与固定板(16)之间设置弹簧(18)，所述弹簧(18)套设在瓶口(5-1-2)上，所述弹簧(18)处于压缩状态，所述弹簧(18)的一端与固定板(16)固定连接，所述弹簧(18)的另一端与移动板(15)固定连接。4.按照权利要求1所述的一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：所述机架内设置有第一无线通信模块(27)，远程监控室内设置有第二无线通信模块(32)，所述第一无线通信模块(27)与主控器(26)相接，所述第二无线通信模块(32)与本安电脑(29)相接，所述第一无线通信模块(27)和第二无线通信模块(32)无线连接；所述手持式遥控器(19)包括从控制器(19-1)和与从控制器(19-1)相接的第三无线通信模块(19-2)，所述从控制器(19-1)的输入端接有按键操作模块(19-3)，所述第一无线通信模块(27)和第三无线通信模块(19-2)无线连接。5.按照权利要求1所述的一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：所述机架包括长方体底座(10)和安装在长方体底座(10)底部四角的支腿(21)，所述支腿(21)的底部低于所述增稳支架(11)的底部，所述增稳支架(11)包括安装在长方体底座(10)底部且由上至下依次连接的竖直杆(11-1)、弹性减振件(11-2)、倒U形件(11-3)和回形底座(11-4)，所述倒U形件(11-3)内设置有水平布设的第一支撑轴(11-5)，所述回形底座(11-4)内设置有穿过第一支撑轴(11-5)且与第一支撑轴(11-5)垂直布设的第二支撑轴(11-6)；所述气囊(8)包括下小上大的梯形部(8-1)和设置在所述梯形部(8-1)上部且与所述梯形部(8-1)一体成型的圆弧部(8-2)，所述前放气阀(9-1)、后放气阀(9-2)、左放气阀(9-3)、右放气阀(9-4)和下放气阀(9-6)分别位于所述梯形部(8-1)的前侧面、后侧面、左侧面、右侧面和下侧面的中心位置，所述上放气阀(9-5)位于所述圆弧部(8-2)的中心位置。6.按照权利要求1所述的一种煤矿灾区环境侦测无人机，其特征在于：所述第一螺旋桨机构(1)包括第一螺旋桨(1-1)和驱动第一螺旋桨(1-1)转动的第一旋翼电机模块，所述第二螺旋桨机构(2)包括第二螺旋桨(2-1)和驱动第二螺旋桨(2-1)转动的第二旋翼电机模块，所述第三螺旋桨机构(3)包括第三螺旋桨(3-1)和驱动第三螺旋桨(3-1)转动的第三旋翼电机模块，所述第四螺旋桨机构(4)包括第四螺旋桨(4-1)和驱动第四螺旋桨(4-1)转动的第四旋翼电机模块，所述第一旋翼电机模块、所述第二旋翼电机模块、所述第三旋翼电机模块和所述第四旋翼电机模块均由主控器(26)进行控制；所述环境检测传感器包括气体传感器(23)、温湿度传感器(24)和螺旋桨风速传感器(25)；所述气体传感器(23)包括甲烷传感器(23-1)、一氧化碳传感器(23-2)、二氧化碳传感器(23-3)和氧气传感器(23-4)，所述温湿度传感器(24)、螺旋桨风速传感器(25)、甲烷传感器(23-1)、一氧化碳传感器(23-2)、二氧化碳传感器(23-3)和氧气传感器(23-4)的输出端均与主控器(26)的输入端相接。7.一种利用如权利要求1所述煤矿灾区环境侦测无人机进行煤矿灾区环境侦测的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、定位点的布设及定位基站的布设：步骤101、在煤矿巷道内，沿煤矿巷道长度方向间隔设置多个定位点；并在煤矿巷道的拐角处加设定位点；步骤102、分别在步骤101中设置的定位点和加设的定位点处安装定位基站(33)；步骤103、在煤矿巷道进口处的第一个定位点处建立东北天地理坐标系，获取各个所述定位基站(33)的坐标，并输入存储至本安电脑(29)中；步骤二、无人机的前进飞行：步骤201、在所述无人机上安装定位标签(34)，并将所述无人机放置在煤矿巷道进口处；步骤202、通过所述手持式遥控器(19)发送打开气囊命令至主控器(26)，主控器(26)控制所述第一供气组件为气囊(8)供氦气，气囊(8)打开；步骤203、通过所述手持式遥控器(19)发送垂直上升命令至主控器(26)，主控器(26)通过第一螺旋桨机构(1)、第二螺旋桨机构(2)、第三螺旋桨机构(3)和第四螺旋桨机构(4)控制所述无人机垂直上升；步骤204、在所述无人机垂直上升的过程中，下红外测距传感器(18-5)对无人机的高度进行检测，并发送至主控器(26)，主控器(26)并将接收到的无人机高度发送至手持式遥控器(19)；步骤205、当手持式遥控器(19)接收到的无人机高度等于所述无人机飞行初始设定高度时，手持式遥控器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑学召，郭军，王喜龙，文虎，邓军，张铎，费金彪，张嬿妮，许延辉，
申请(专利权)人：西安科技大学，西安天河矿业科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61