本發(fā)明涉及煤礦災(zāi)變時期環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于四軸飛行器的礦井災(zāi)害時期探測裝置。

背景技術(shù)：

目前無人機(jī)已經(jīng)在航拍、農(nóng)林、火災(zāi)、監(jiān)測預(yù)警中廣泛投入使用，無人機(jī)的小型化，高機(jī)動性、便攜性，在以上領(lǐng)域展現(xiàn)出了非常高的適應(yīng)性。煤礦井下災(zāi)害包括煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸、突水等事故，一旦事故發(fā)生通信設(shè)施受到破壞，井下斷電措施，井下的巷道、設(shè)備損壞情況和空氣環(huán)境無法獲知，給災(zāi)后救援方案的制定和救援人員的安全保障帶來巨大挑戰(zhàn)。目前的井下事故救援一般靠專家的專業(yè)知識和經(jīng)驗進(jìn)行判斷，對井下的環(huán)境及可能發(fā)生的次生災(zāi)害進(jìn)行評估，然后再決定采取救援的時機(jī)。

目前危險作業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人的一個新的發(fā)展方向，世界上許多國家研制出消防機(jī)器人、反恐防爆機(jī)器人、掃雷機(jī)器人等，煤礦井下探測救援機(jī)器人也有少量的研究實例。煤礦巷道有多種類型，不同巷道面受類型不同，巷道形狀、截面大小、穩(wěn)定程度大不相同，尤其在災(zāi)害期，狹窄的巷道面充斥大量障礙物，機(jī)器人在井下前進(jìn)困難。

將危險作業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)移植到礦井救援探測機(jī)器人，并根據(jù)井下特點特化機(jī)器人。煤礦井下探測機(jī)器人能夠分析井下氣體成分，測量井下溫度及壓力，并將探測得到的環(huán)境參數(shù)存入機(jī)器人儲存器內(nèi)，并通過無線系統(tǒng)將井下環(huán)境狀態(tài)傳回井外的上位機(jī)，專家及決策者利用得到的信息做出救援方案及決策。現(xiàn)有的救援機(jī)器人多采用履帶作為移動方式，采用履帶式移動可以在復(fù)雜的路況下使機(jī)器人穩(wěn)定前進(jìn)，收集大量井下環(huán)境信息。但是，在井下事故災(zāi)害情況下，機(jī)器人可能遇到無法翻越的大型障礙物，導(dǎo)致探測機(jī)器人無法繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)而無法對井下環(huán)境進(jìn)行全面的探測。

目前，尚沒有人將無人機(jī)用于井下探測。無人機(jī)具有小型化、高機(jī)動性、便攜性的特點，在發(fā)生礦井事故時，可以迅速的將無人機(jī)送往巷道內(nèi)。并且，無人機(jī)的前進(jìn)方式也避免了因無法翻越障礙物而無法繼續(xù)前進(jìn)的弊端。履帶式機(jī)器人因其本身結(jié)構(gòu)限制，難以同一位置多角度、全方位攝影，無人機(jī)憑借其飛行特征可以簡單完成該功能。通過預(yù)先將巷道信息錄入 無人機(jī)，利用紅外輔助系統(tǒng)及避障系統(tǒng)可以躲避沿線上的障礙物，到達(dá)指定的目的地。并將沿線探測到的環(huán)境參數(shù)通過無線系統(tǒng)傳輸?shù)骄馍衔粰C(jī)。

目前井下無線通信性能較差，尤其在煤礦災(zāi)害期，井下原有通信系統(tǒng)難以使用，巷道內(nèi)障礙物進(jìn)一步縮短機(jī)器人通信距離。因此提出一種利用四軸飛行器攜帶微型自帶電源無線中繼單元，沿巷道布置中繼單元。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述井下災(zāi)害的實際情況，提出一種基于四軸飛行器的礦井災(zāi)害時期環(huán)境探測裝置。無人機(jī)具備放置無線中繼單元的能力。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明為一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測的技術(shù)及方法，包括無人機(jī)飛行器、遠(yuǎn)程上位機(jī)，該無人機(jī)上搭載有主控制器、飛行控制器、避障系統(tǒng)、紅外輔助系統(tǒng)、微型紅外攝像頭、多參數(shù)微型氣體傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、中繼單元放置元件等部分組成?？梢酝瓿擅旱V井下災(zāi)害期的探測過程。

所述的一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測的技術(shù)及方法，主控制器的作用是控制無人機(jī)上的元件，并能與井外上位機(jī)進(jìn)行信息交換。

所述的一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測的技術(shù)及方法，飛行控制模塊的作用是控制無人機(jī)的飛行方向，并具有自主飛行功能。

所述的一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測的技術(shù)及方法，參數(shù)監(jiān)測模塊的作用是控制多參數(shù)型微型氣體傳感器(2)和溫度、壓力傳感器(3)，并將信息存儲在儲存器內(nèi)。

所述的一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測的技術(shù)及方法，影像處理模塊的作用是處理紅外攝像頭(5)拍攝的影像，并將影像數(shù)據(jù)存儲在儲存器內(nèi)。

所述的一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測的技術(shù)及方法，中繼單元放置模塊的作用是控制中繼單元放置裝置(4)，將微型含電源無線中繼單元在沿線放置。

所述的一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測的技術(shù)及方法，遠(yuǎn)程上位機(jī)的作用是供井外專家和決策者查看井下情況，并發(fā)送控制無人機(jī)的指令。

所述的一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測的技術(shù)及方法，紅外夜視模塊的作用是控制紅外輔助系統(tǒng)發(fā)射紅外線，根據(jù)紅外線接收管接收到的高低電平判斷周圍是否有障礙物。

所述的一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測的技術(shù)及方法，避障系統(tǒng)的作用是利用紅外輔助系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)，自行優(yōu)化飛行路線，保證無人機(jī)順利到達(dá)指定地點。

附圖說明

圖1為一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測裝置的整體框圖，由主控制器、飛行控制模塊、參數(shù)監(jiān)控模塊、影像處理模塊、中繼單元放置模塊、遠(yuǎn)程上位機(jī)、避障模塊、紅外夜視模塊組成。

圖2、圖3為無人機(jī)的俯視圖、正視圖，由無人機(jī)機(jī)身、旋轉(zhuǎn)翼、旋翼保護(hù)裝置(1)、多參數(shù)微型氣體傳感器(2)、溫度、壓力傳感器(3)、微型中繼單元放置裝置(4)、紅外攝像頭(5)、紅外輔助系統(tǒng)(6)等組成。

具體實施方式

根據(jù)上述的一種利用四軸飛行器進(jìn)行井下探測，包括無人機(jī)飛行器、遠(yuǎn)程上位機(jī)，該無人機(jī)上搭載有主控制器、飛行控制器、避障系統(tǒng)、紅外輔助系統(tǒng)、微型紅外攝像頭、多參數(shù)微型氣體傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器，主控制器分別連接紅外攝像頭、紅外輔助系統(tǒng)、中繼單元放置模塊及各類傳感器；考慮到礦井巷道內(nèi)通信效果差，本設(shè)計加入中繼單元放置模塊，可以攜帶微型中繼單元并在航線中放置中繼單元，增加井下探測距離。考慮到災(zāi)害期井下巷道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本設(shè)計加入避障系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)錄入巷道信息及利用紅外輔助系統(tǒng)探測數(shù)據(jù)，可以自主飛往目的地。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種礦井災(zāi)害時期基于無人機(jī)的環(huán)境探測技術(shù)及方法。礦井發(fā)生瓦斯突出、瓦斯爆炸、火災(zāi)、突水等災(zāi)害時期，人員無法進(jìn)入，救援搶險指揮部無法對井下環(huán)境進(jìn)行評估，現(xiàn)利用四旋翼飛行器和井下的無線定位系統(tǒng)結(jié)合實現(xiàn)對無人機(jī)的飛行控制和數(shù)據(jù)傳輸，飛行器上攜帶微型紅外攝像頭、多參數(shù)微型氣體傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器。機(jī)載攝像頭和多種傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)可記錄在內(nèi)置儲存器中，無人機(jī)在探測沿線布置微型自帶電源中繼單元，中繼單元兼容井下通信系統(tǒng)及無人機(jī)通信系統(tǒng)，從而延長無人機(jī)的通信傳輸距離，將儲存器內(nèi)的數(shù)據(jù)通過無線通信系統(tǒng)傳回地面，從而提供救災(zāi)基本參數(shù)。

技術(shù)研發(fā)人員：聶百勝;楊龍龍;許騰;蘇小強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
技術(shù)研發(fā)日：2016.03.01
技術(shù)公布日：2017.09.08