一种用于煤矿井环境的无人机制造技术

本发明专利技术提供了一种用于煤矿井环境的无人机，其特征在于，所述无人机用于在所述煤矿井环境中飞行，以采集所述煤矿井环境的环境数据，并将所述环境数据发送至地面站，所述地面站用于根据所述环境数据对所述煤矿井环境进行实时监测。行实时监测。行实时监测。

【技术实现步骤摘要】
一种用于煤矿井环境的无人机


[0001]本专利技术涉及煤矿井环境探测领域，尤其涉及一种用于煤矿井环境的无人机。

技术介绍

[0002]目前，我国煤炭资源的分布存在浅层埋藏量不足的特性，煤炭开采逐步向深部开发利用发展，开采难度越来越大，容易出现瓦斯冲突、冲击地压等灾害的可能性也随之升高。传统的开采方案都是通过人工下矿井的方式去开采，这样可能对于工人的人身和财产造成损失。而且人工巡检比较费时费力，难以高密度实施，巡检结果过度依赖人员经验，实时性较差。
[0003]无人机作为一款高度智能的机器人，是一种通过无线电技术、设备和自控程序实现远端智能调控的非载人飞行器。无人机具有远程操控或自主能力，不存在执行人员伤亡的隐患，可以作为有效地探测设备。但是如何将无人机技术运用到煤矿井巡检中是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种用于煤矿井环境的无人机。能够将无人机技术运用到矿井巡检中。
[0005]有鉴于此，本专利技术第一方面提供了一种用于煤矿井环境的无人机，其特征在于，所述无人机用于在所述煤矿井环境中飞行，以采集所述煤矿井环境的环境数据，并将所述环境数据发送至地面站，所述地面站用于根据所述环境数据对所述煤矿井环境进行实时监测。
[0006]可选的，结合第一方面，所述无人机搭载有3D激光雷达、测高雷达、测顶雷达与机载计算机，所述测顶雷达与所述3D激光雷达设置于所述无人机顶部，所述测高雷达设置于所述无人机底部，所述3D激光雷达用于测量所述无人机与所述煤矿井侧壁的距离；所述测顶雷达用于测量所述无人机与所述煤矿井顶壁的距离；所述测高雷达用于测量所述无人机与所述煤矿井底部的距离；所述机载计算机，分别与所述3D激光雷达、所述测顶雷达、所述测高雷达与进行通讯，以接收并根据所述无人机与所述煤矿井侧壁的距离、所述无人机与所述煤矿井顶壁的距离、所述无人机与所述煤矿井底部的距离进行路径规划。
[0007]可选的，结合第一方面，所述机载计算机，具体用于根据所述无人机与所述煤矿井顶壁的距离、所述无人机与所述煤矿井底部的距离对所述无人机进行垂直方向的控制，根据所述无人机与所述煤矿井侧壁的距离对所述无人机进行水平方向的控制。
[0008]可选的，结合第一方面，所述机载计算机，具体用于通过预置SLAM算法读取所述3D激光雷达测量到的点云数据，并将当前帧的点云数据与前一帧的点云数据进行配准，计算所述当前帧与所述前一帧相同特征的位姿变化，输出对应的坐标转换矩阵，并生成点云地图。
[0009]可选的，结合第一方面，所述机载计算机具体通过提取所述当前帧的点云数据与
所述前一帧点云数据中的几何特征进行跟踪，以计算所述当前帧与前一帧相同特征的位姿变化。
[0010]可选的，结合第一方面，若所述无人机确定当前的位姿与所述点云地图中目标点的位姿相同，则所述无人机根据所述目标点的位姿进行路径规划。
[0011]可选的，结合第一方面，所述无人机还搭载有红外热像仪、高清摄像头，所述红外热像仪用于采集所述煤矿井环境中顺槽皮带机的热图像；所述高清摄像头用于采集所述煤矿井环境中顺槽皮带机的高清图像；所述机载计算机用于根据所述顺槽皮带机的热图像与所述顺槽皮带机的高清图像对所述顺槽皮带机的工作状态进行监测。
[0012]可选的，结合第一方面，所述无人机还搭载有气体传感器，所述气体传感器中设有电解液，且所述气体传感器下端具有供气体扩散至所述电解液的薄膜，所述电解液中包含负电极与参考电极，所述气体传感器用于根据所述参考电极上的微电流确定所述煤矿井环境内有毒气体的浓度。
[0013]可选的，结合第一方面，所述气体传感器还具有探测可燃性气体的金属丝，所述气体传感器根据所述金属丝的电阻率确定所述煤矿井环境中是否存在可燃性气体。
[0014]可选的，结合第一方面，所述机载计算机还具体用于：
[0015]S1、获取测顶雷达所测量的无人机顶部与煤矿井顶壁的向上垂直距离H
上
；
[0016]S2、获取测高雷达所测量的无人机底部与煤矿井底部的向下垂直距离H
下
；
[0017]S3、依据所述向上垂直距离H
上
和所述向下垂直距离H
下
获得所述无人机在上下方向上的相对于煤矿井顶壁/底部的安全距离H
安1
，所述H
安1
＝(H
上
+H
下
)/4；
[0018]S4、获取3D激光雷达所测量的无人机距离煤矿井侧壁的向前水平距离H
前
、向后水平距离H
后
、向左水平距离H
左
和向右水平距离H
右
；
[0019]S5、依据所述向前水平距离H
前
、向后水平距离H
后
获得所述无人机在前后方向上的安全距离H
安2
，所述H
安2
＝(H
前
+H
后
)/4；
[0020]S6、依据所述向左水平距离H
左
、向右水平距离H
右
获得所述无人机在左右方向上的安全距离H
安3
，所述H
安3
＝(H
左
+H
右
)/4；
[0021]S7、在空间坐标系中，依据所述H
安1
＝(H
上
+H
下
)/4构建所述无人机在上下垂直方向上的安全坐标区段P1，所述安全坐标区段P1为所述无人机在上下垂直方向上距离煤矿井顶壁/底部大于等于安全距离H
安1
的坐标区段；依据所述H
安2
＝(H
前
+H
后
)/4构建所述无人机在前后水平方向上的安全坐标区段P2，所述安全坐标区段P2为所述无人机在前后水平方向上距离煤矿井侧壁大于等于安全距离H
安2
的坐标区段；依据所述H
安3
＝(H
左
+H
右
)/4构建所述无人机在左右水平方向上的安全坐标区段P3，所述安全坐标区段P3为所述无人机在左右水平方向上距离煤矿井侧壁大于等于安全距离H
安3
的坐标区段；
[0022]S8、当所述无人机的当前位置存在一个方向上不在对应安全坐标区段时，调整所述无人机在该方向上飞行至该方向所对应的安全坐标区段内，所述一个方向为上下垂直方向、前后水平方向和左右水平方向中的任意一个方向；
[0023]S9、当所述无人机的当前位置存在至少两个方向上均不在对应安全坐标区段时，依据所述安全坐标区段P1、所述安全坐标区段P2、所述安全坐标区段P3，构建安全空间区域，所述安全空间区域是由所述安全坐标区段P1的两个端点、所述安全坐标区段P2的两个端点、所述安全坐标区段P3的两个端点顺次相连所构成的安全空间区域；调整所述无人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于煤矿井环境的无人机，其特征在于，所述无人机用于在所述煤矿井环境中飞行，以采集所述煤矿井环境的环境数据，并将所述环境数据发送至地面站，所述地面站用于根据所述环境数据对所述煤矿井环境进行实时监测。2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机搭载有3D激光雷达、测高雷达、测顶雷达与机载计算机，所述测顶雷达与所述3D激光雷达设置于所述无人机顶部，所述测高雷达设置于所述无人机底部，所述3D激光雷达用于测量所述无人机与所述煤矿井侧壁的距离；所述测顶雷达用于测量所述无人机与所述煤矿井顶壁的距离；所述测高雷达用于测量所述无人机与所述煤矿井底部的距离；所述机载计算机，分别与所述3D激光雷达、所述测顶雷达、所述测高雷达进行通讯，以接收并根据所述无人机与所述煤矿井侧壁的距离、所述无人机与所述煤矿井顶壁的距离、所述无人机与所述煤矿井底部的距离进行路径规划。3.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述机载计算机，具体用于根据所述无人机与所述煤矿井顶壁的距离、所述无人机与所述煤矿井底部的距离对所述无人机进行垂直方向的控制，根据所述无人机与所述煤矿井侧壁的距离对所述无人机进行水平方向的控制。4.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述机载计算机，具体用于通过预置SLAM算法读取所述3D激光雷达测量到的点云数据，并将当前帧的点云数据与前一帧的点云数据进行配准，计算所述当前帧与所述前一帧相同特征的位姿变化，输出对应的坐标转换矩阵，并生成点云地图。5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述机载计算机具体通过提取所述当前帧的点云数据与所述前一帧点云数据中的几何特征进行跟踪，以计算所述当前帧与前一帧相同特征的位姿变化。6.根据权利要求5所述的无人机，其特征在于，若所述无人机确定当前的位姿与所述点云地图中目标点的位姿相同，则所述无人机根据所述目标点的位姿进行路径规划。7.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述无人机还搭载有红外热像仪、高清摄像头，所述红外热像仪用于采集所述煤矿井环境中顺槽皮带机的热图像；所述高清摄像头用于采集所述煤矿井环境中顺槽皮带机的高清图像；所述机载计算机用于根据所述顺槽皮带机的热图像与所述顺槽皮带机的高清图像对所述顺槽皮带机的工作状态进行监测。8.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述无人机还搭载有气体传感器，所述气体传感器中设有电解液，且所述气体传感器下端具有供气体扩散至所述电解液的薄膜，所述电解液中包含负电极与参考电极，所述气体传感器用于根据所述参考电极上的微电流确定所述煤矿井环境内有毒气体的浓度。9.根据权利要求8所述的无人机，其特征在于，
所述气体传感器还具有探测可燃性气体的金属丝，所述气体传感器根据所述金属丝的电阻率确定所述煤矿井环境中是否存在可燃性气体。10.根据权利要求9所述的无人机，其特征在于，所述机载计算机还具体用于：S1、获取测顶雷达所测量的无人机顶部与煤矿井顶壁的向上垂直距离H
上
；S2、获取测高雷达所测量的无人机底部与煤矿井底部的向下垂直距离H
下
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨澎，何东亮，
申请(专利权)人：苏州荷清智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：