一種煤礦、隧道環(huán)境下的八旋翼飛行機(jī)器人的制作方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種煤礦、隧道環(huán)境下的八旋翼飛行機(jī)器人，通過傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)檢測(cè)煤礦里的各種數(shù)據(jù)信息，分析傳感器傳回的數(shù)據(jù)判斷，然后做出相應(yīng)的動(dòng)作；基于場(chǎng)景-拓?fù)涞淖灾鞫ㄎ环椒ǖ娘w行機(jī)器人飛行導(dǎo)航環(huán)境重建，為礦上人員提供各類信息集合，并使報(bào)警裝置發(fā)出聲音等信號(hào)提醒，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦下信息進(jìn)行的有效監(jiān)控和報(bào)警以及信息采集。
[0002]【背景技術(shù)】:
中國(guó)是礦藏豐富，隨著礦藏的大量開發(fā)，礦難事故也時(shí)有發(fā)生。面對(duì)與日俱增的應(yīng)急需求，特別是面對(duì)日趨復(fù)雜的安全生產(chǎn)指揮調(diào)度應(yīng)用，還都不能滿足安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀。近年來，采礦安全生產(chǎn)問題引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。在災(zāi)害發(fā)生前如何對(duì)隱患進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的檢測(cè)與預(yù)防，災(zāi)后如何盡最大可能的進(jìn)行施救。同時(shí)，有關(guān)礦難預(yù)防工作主要體現(xiàn)在安全規(guī)范的落實(shí)，礦洞環(huán)境變化的監(jiān)測(cè)，安全區(qū)域的檢測(cè)，重要信息的報(bào)警。
[0003]近年來，隨著嵌入式處理器，微傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人逐步向高效，準(zhǔn)確，多功能化方向發(fā)展。采用機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)的不間斷檢測(cè)，能擴(kuò)大檢測(cè)的區(qū)域和發(fā)現(xiàn)人工無法發(fā)現(xiàn)的危險(xiǎn)信息，并且能及時(shí)自動(dòng)報(bào)警，降低災(zāi)害發(fā)生的機(jī)率，為人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供有利的保障。礦難發(fā)生后，探測(cè)機(jī)器人可以第一時(shí)間獲得井下受災(zāi)情況，進(jìn)行信息的反饋，為制定救援方案提供有效依據(jù)，通常需要大量的巡邏人員不時(shí)地檢查該環(huán)境的各個(gè)角落，以保障整個(gè)大的環(huán)境中人員及財(cái)產(chǎn)安全，需要進(jìn)行救援時(shí)有會(huì)面臨井下環(huán)境不明的情況，這個(gè)時(shí)候派出機(jī)器人對(duì)井內(nèi)情況進(jìn)行探查，確定環(huán)境無危險(xiǎn)后，派出救護(hù)人員進(jìn)行救援。
[0004]在各種控制理論和控制方案日益成熟的情況下，飛行機(jī)器人的控制問題由傳統(tǒng)的手動(dòng)無線電遙控飛行逐漸轉(zhuǎn)化為自主控制飛行。目前，飛行機(jī)器人憑借結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，高度靈活性和適應(yīng)性等特點(diǎn)，使其在無人機(jī)學(xué)術(shù)研宄領(lǐng)域成為新的前沿和熱點(diǎn)。
[0005]但現(xiàn)今，對(duì)煤礦信息探測(cè)的研發(fā)，我國(guó)基本主要專注于陸地機(jī)器人的研究。由于煤礦環(huán)境復(fù)雜，地面常有積水、石頭以及凸凹不平等地面狀況，發(fā)生事故的煤礦環(huán)境非常復(fù)雜，地面有積水、存在大量可燃易爆和有毒氣體。同時(shí)對(duì)防爆還有很高的要求，地面探測(cè)機(jī)器人，對(duì)于越過障礙和防爆裝置都提出了較高的要求。而兩者之間，又存在相互制約和矛盾的狀態(tài)。
本發(fā)明提出了煤礦搜救八旋翼飛行機(jī)器人，可以裝載不同的設(shè)備，應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，大大擴(kuò)展了其實(shí)用性，在各種工作中，承擔(dān)各種信息采集和勘探的任務(wù)，提高工作效率、替代人工作業(yè)，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)可產(chǎn)生具大經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。
[0006]煤礦搜救八旋翼飛行機(jī)器人如果能夠合理利用無人飛行器的自主飛行及視頻監(jiān)控功能，不僅可大量減少巡邏人員在大環(huán)境中的工作量，同時(shí)利用無人飛行器對(duì)場(chǎng)地的小要求，可以使無人飛行器到達(dá)該環(huán)境的各個(gè)角落，提高監(jiān)控力度，擴(kuò)大監(jiān)控范圍。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種煤礦、隧道環(huán)境下的八旋翼飛行機(jī)器人。
[0008]上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
I) 一種煤礦、隧道環(huán)境下的八旋翼飛行機(jī)器人，其組成包括:以八旋翼小型飛行器作為基礎(chǔ)系統(tǒng)，搭載激光測(cè)距機(jī)、可見光攝像頭、超聲波傳感器、風(fēng)力傳感器、氣體傳感器、生命探測(cè)器、壓力傳感器、讀寫器、溫度傳感器
以及機(jī)載處理器等設(shè)備，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的可視導(dǎo)航驗(yàn)證系統(tǒng)如何在環(huán)境信息有限且復(fù)雜的情況下獲得煤礦下各類數(shù)據(jù)信息的機(jī)械載體。該系統(tǒng)主要由微控制器、傳感器模塊、電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、支撐單元等組成。在環(huán)境信息有限且復(fù)雜的情況下獲得高精度環(huán)境建模和自定位結(jié)果，與飛控系統(tǒng)提供的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)融合，進(jìn)而提出局部估計(jì)與全局校正相結(jié)合的優(yōu)化框架，利用機(jī)載處理器與地面站協(xié)同運(yùn)算，最終達(dá)到了厘米級(jí)別的定位精度。
[0009]2)根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦、隧道環(huán)境下的八旋翼飛行機(jī)器人，其特征是:所述的微控制器為基于16位CPU處理芯片擴(kuò)展板。
[0010]3)根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種煤礦、隧道環(huán)境下的八旋翼飛行機(jī)器人，其特征是:所述的各類傳感器為分別與16位CPU處理芯片擴(kuò)展板連接。
[0011]4)根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種煤礦、隧道環(huán)境下的八旋翼飛行機(jī)器人，其特征是:由于防爆無刷直流電機(jī)采用隔爆的防爆形式，自動(dòng)變速器內(nèi)的電磁離合器和電磁制動(dòng)器電氣參數(shù)滿足本質(zhì)安全防爆形式的要求。
[0012]5)基于場(chǎng)景-拓?fù)涞淖灾鞫ㄎ环椒ǖ娘w行機(jī)器人飛行導(dǎo)航環(huán)境重建，其特征是:飛行機(jī)器人利用場(chǎng)景-拓?fù)涞臅r(shí)空不變特征對(duì)圖像的比例縮放、旋轉(zhuǎn)、三維視角、噪聲、光強(qiáng)的變化具有較好的不變性，飛行機(jī)器人的自主定位問題可以簡(jiǎn)化為特征匹配問題。即通過當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)景與地圖庫中的場(chǎng)景匹配，可以實(shí)現(xiàn)飛行機(jī)器人在拓?fù)涞貓D中的定位。能夠代替操作人員執(zhí)行定時(shí)巡檢任務(wù)，在遇到設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)能及時(shí)報(bào)警，并能在技術(shù)人員的遠(yuǎn)程操控下與調(diào)控中心現(xiàn)有固定方位監(jiān)控系統(tǒng)組成全方位移動(dòng)感知系統(tǒng)，能夠使技術(shù)人員根據(jù)需求獲取想要的現(xiàn)場(chǎng)信息，做出合理、科學(xué)的應(yīng)急決策，為調(diào)控中心飛行機(jī)器人的推廣應(yīng)用提供重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
[0013]6)為保障飛行器飛行和進(jìn)近著陸過程中高效的環(huán)境信息采集、高速飛行條件下實(shí)現(xiàn)采集信息與飛行器位置的高精度配準(zhǔn)以及準(zhǔn)確重建飛行環(huán)境，生成實(shí)時(shí)、可信的合成視景系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。無人機(jī)具有零傷亡、費(fèi)效比低、部署靈活等鮮明特點(diǎn)，在軍用和民用領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。
[0014]7)八旋翼飛行器通過控制八個(gè)旋翼的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)垂直起降、定點(diǎn)懸停、旋轉(zhuǎn)、側(cè)飛、倒飛等功能。其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、低廉的成本、靈活的機(jī)動(dòng)性以及特殊的控制方式等優(yōu)勢(shì)。
[0015]8)控制平臺(tái)主要由運(yùn)動(dòng)控制卡與帶PCI總線插槽的PC機(jī)構(gòu)成。PC機(jī)通過PCI接口向運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令，并獲取運(yùn)動(dòng)控制卡的當(dāng)前狀態(tài)量以及相關(guān)控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制功能。各種傳感器數(shù)據(jù)，通過DSP內(nèi)部算法融合處理后，通過WIFI數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。本發(fā)明中主要的電氣設(shè)備為防爆無刷直流電機(jī)和行星自動(dòng)變速器內(nèi)的電磁離合器和電磁制動(dòng)器。
[0016]發(fā)明的有益效果:
與普通的固定翼飛行器、單旋翼飛行器相比，八旋翼無人飛行器擁有許多獨(dú)特應(yīng)用優(yōu)勢(shì):
(I)機(jī)動(dòng)性強(qiáng):八旋翼飛行器可控性強(qiáng)，能在非常狹小的空間中直接起飛，也能很方便實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)懸停、低速飛行、側(cè)飛、倒飛及定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)等，機(jī)動(dòng)靈活。
[0017](2)能源利用率高:八旋翼飛行器組件都是電動(dòng)設(shè)備，直接采用電能供電，比油動(dòng)型直升機(jī)及固定翼飛行器能源利用率要高很多，且更為環(huán)保。
[0018](3)安全性高:八旋翼飛行器由八個(gè)旋翼同時(shí)旋轉(zhuǎn)提供升力，較普通直升機(jī)而言，有效降低了每個(gè)旋翼的最高轉(zhuǎn)速。
[0019](4)通過飛機(jī)攜帶的讀寫器，實(shí)現(xiàn)自定位和人員定位的功能。
[0020](5)通過自身攜帶的傳感器獲得各類數(shù)據(jù)信息，通過無線通信的發(fā)式傳送給礦上人員。
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