CN109159895B - 一种煤矿灾区环境侦测无人机及侦测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。本发明设计合理重量轻、续航能力强，实现井下灾区环境的侦测。
Description
技术领域
本发明属于矿用无人机侦测技术领域，尤其是涉及一种煤矿灾区环境侦测无人机及侦测方法。
背景技术
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。
发明内容
本发明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，本发明采用的技术方案是：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，本发明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的坐标，并输入存储至本安电脑中；
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，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发送打开气囊命令至主控器，主控器控制所述第一供气组件为气囊供氦气，气囊打开；
步骤203、通过所述手持式遥控器发送垂直上升命令至主控器，主控器通过第一螺旋桨机构、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，下红外测距传感器对无人机的高度进行检测，并发送至主控器，主控器并将接收到的无人机高度发送至手持式遥控器；
步骤205、当手持式遥控器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，手持式遥控器发送飞行命令至主控器，主控器通过第一螺旋桨机构、第二螺旋桨机构、第三螺旋桨机构和第四螺旋桨机构控制所述无人机进入煤矿巷道飞行前进；
步骤206、所述无人机在煤矿巷道飞行前进的过程中，上红外测距传感器对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道顶部的上间距进行检测，下红外测距传感器对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道底部的下间距进行检测，左红外测距传感器对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道左侧壁的左间距进行检测，右红外测距传感器对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道右侧壁的右间距进行检测，并将检测到所述上间距、所述下间距、所述左间距和所述右间距发送至主控器，主控器根据所述上间距、所述下间距、所述左间距和所述右间距对所述无人机的飞行进行微调，具体过程如下：
当主控器接收到的所述下间距小于下间距设定值时，主控器控制下放气阀打开，使所述无人机上升，直至主控器接收到的所述下间距等于下间距设定值，主控器控制下放气阀关闭；
当主控器接收到的所述上间距小于上间距设定值时，主控器控制上放气阀打开，使所述无人机下降，直至主控器接收到的所述上间距等于上间距设定值，主控器控制上放气阀关闭；
当主控器接收到的所述左间距小于左间距设定值时，主控器控制左放气阀打开，使所述无人机向右移动，直至主控器接收到的所述左间距等于左间距设定值，主控器控制左放气阀关闭；
当主控器接收到的所述右间距小于右间距设定值时，主控器控制右放气阀打开，使所述无人机向左移动，直至主控器接收到的所述右间距等于右间距设定值，主控器控制右放气阀关闭；
步骤三、煤矿灾区环境的侦测：
步骤301、在所述无人机飞行前进的过程中，多个所述定位基站实时接收所述定位标签发射的无线电磁波信号并反馈至本安电脑，所述定位标签在t时刻发射无线电磁波信号时，本安电脑将相邻三个所述定位基站接收到无线电磁波信号的时间分别记作t1、t2和t3，并将三个所述定位基站的坐标分别记作D1(x1,y1,z1)、D2(x2,y2,z2)和D3(x3,y3,z3)；则主控器根据公式
得到所述无人机飞行前进中在t时刻所处的位置Wd(xd,yd,zd)；
步骤302、红外摄像仪对所述无人机飞行前进中在t时刻所处的煤矿巷道图像进行采集，并将采集到的煤矿巷道图像发送至主控器，主控器发送至本安电脑存储；
步骤303、人为对通过煤矿巷道图像进行视觉观察，当人为观察到所述煤矿巷道图像中存在灾害事故时，则所述无人机飞行当前所处的位置即为煤矿巷道内灾害事故所处的位置；
步骤304、环境检测传感器对所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的环境信息进行检测，并将检测到的环境信息发送至主控器，同时，本安型耳麦对所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的煤矿巷道语音进行采集，并将采集到的煤矿巷道语音发送至主控器；其中，所述环境信息包括煤矿巷道的温度、湿度、风速、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度和氧气浓度；
步骤305、主控器将接收到的环境信息和煤矿巷道语音发送至本安电脑存储。
上述的方法，其特征在于：所述下顶点放气阀包括设置在气囊前侧面与气囊右侧面连接的下顶点处的第一下顶点放气阀、设置在气囊前侧面与气囊左侧面连接的下顶点处的第二下顶点放气阀、设置在气囊后侧面与气囊左侧面连接的下顶点处的第三下顶点放气阀和设置在气囊后侧面与气囊右侧面连接的下顶点处的第四下顶点放气阀，所述上顶点放气阀包括设置在气囊前侧面与气囊右侧面连接的上顶点处的第一上顶点放气阀、设置在气囊前侧面与气囊左侧面连接的上顶点处的第二上顶点放气阀、设置在气囊后侧面与气囊左侧面连接的上顶点处的第三上顶点放气阀和设置在气囊后侧面与气囊右侧面连接的上顶点处的第四上顶点放气阀，所述第一下顶点放气阀、第二下顶点放气阀、第三下顶点放气阀、第四下顶点放气阀、第一上顶点放气阀、第二上顶点放气阀、第三上顶点放气阀和第四上顶点放气阀的输入端均与主控器的输出端相接；
在步骤303中当人为观察到所述煤矿巷道图像中存在灾害事故时，重复步骤302获取多张煤矿巷道灾害事故图像，在获取多张煤矿巷道灾害事故图像的过程中对所述无人机进行微调的过程如下：
当需要所述红外摄像仪向前靠近所述灾害事故时，主控器控制后放气阀打开，使所述无人机向前移动；
当需要所述红外摄像仪向后远离所述灾害事故时，主控器控制前放气阀打开，使所述无人机向后移动；
当需要所述红外摄像仪向前下方倾斜时，主控器控制第一下顶点放气阀、第二下顶点放气阀、第三上顶点放气阀和第四上顶点放气阀打开，使所述无人机向前下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪向前上方倾斜时，主控器控制第三下顶点放气阀、第四下顶点放气阀、第一上顶点放气阀和第二上顶点放气阀打开，使所述无人机向前上方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪向后下方倾斜时，主控器控制第三下顶点放气阀、第四下顶点放气阀、第一上顶点放气阀和第二上顶点放气阀打开，使所述无人机向后下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪向后上方倾斜时，主控器控制第一下顶点放气阀、第二下顶点放气阀、第三上顶点放气阀和第四上顶点放气阀打开，使所述无人机向后上方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪向左上方倾斜时，主控器控制第一下顶点放气阀、第四下顶点放气阀、第二上顶点放气阀和第三上顶点放气阀打开，使所述无人机向左上方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪向右下方倾斜时，主控器控制第一下顶点放气阀、第四下顶点放气阀、第二上顶点放气阀和第三上顶点放气阀打开，使所述无人机向右下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪向左下方倾斜时，主控器控制第二下顶点放气阀、第三下顶点放气阀、第一上顶点放气阀和第四上顶点放气阀打开，使所述无人机向左下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪向右上方倾斜时，主控器控制第二下顶点放气阀、第三下顶点放气阀、第一上顶点放气阀和第四上顶点放气阀打开，使所述无人机向右上方倾斜移动。
上述的方法，其特征在于：步骤101中所述间隔为80m～130m；
在步骤三中煤矿灾区环境侦测过程中，对所述第一供气组件和所述第二供气组件的检测，具体如下：
步骤A、在无人机飞行对煤矿灾区环境检测的过程中，氦气气体传感器对所述第一供气组件内的氦气浓度进行检测，并将检测到的第一氦气浓度发送至主控器，主控器将接收到的第一氦气浓度发送至手持式遥控器；
步骤B、手持式遥控器将接收到的第一氦气浓度进行判断，当手持式遥控器将接收到的第一氦气浓度趋于零时，手持式遥控器发送第一气瓶脱落命令至主控器，主控器控制脱落推动机构，使所述第一供气组件中储气瓶从所述无人机上脱落；
步骤C、手持式遥控器发送第二气瓶组件供气命令至主控器，主控器控制所述第二供气组件为气囊继续供氦气。
上述的方法，其特征在于：步骤三煤矿灾区环境侦测完成之后进入步骤四无人机的返航，具体过程如下：
步骤401、手持式遥控器发送返航命令至主控器，主控器通过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控制所述无人机进入煤矿巷道反向飞行返航，直至煤矿巷道入口；
步骤402、手持式遥控器发送气囊收缩命令至主控器，主控器控制所述第二供气组件停止供气，并控制上放气阀打开，气囊放气收缩；
步骤403、手持式遥控器发送垂直下降命令至主控器，主控器通过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控制所述无人机垂直下降，直至所述无人机平稳着地。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的煤矿灾区环境侦测无人机结构简单、设计合理，操作简便。
2、所采用的煤矿灾区环境侦测无人机搭载环境检测传感器、红外摄像仪和本安型耳麦，红外摄像仪对所述无人机飞行前进中所处的煤矿巷道图像进行采集，以判断煤矿巷道图像中存在灾害事故的位置，环境检测传感器对煤矿巷道内灾害事故所处位置的环境信息进行检测，本安型耳麦对煤矿巷道内灾害事故所处位置的煤矿巷道语音进行采集，从而获取井下灾害事故的位置和灾区环境的信息，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。
3、所采用的煤矿灾区环境侦测无人机搭载的动力机构包括螺旋桨机构和悬停微调机构，设置螺旋桨机构控制无人机的前进或者和返航，设置悬停微调机构配合螺旋桨机构为飞行机器人提供一部分动力节省电量，增加续航能力，且减轻无人机的重量，另外通过悬停微调机构微调无人机的位置，实现精确的飞行姿态控制，使煤矿灾区环境侦测无人机悬停在矿井灾害事故区域，对矿井灾情进行勘察，得到准确的环境信息数据，为救援措施提供准确依据。
4、所采用的煤矿灾区环境侦测无人机搭载的供气组件包括第一供气组件和第二供气组件，第二供气组件作为备用供气组件，是为了在第一供气组件中的氦气使用完毕时，通过脱落推动机构投放第一供气组件，减轻整机重量。
5、所采用的煤矿灾区环境侦测无人机搭的气囊设置下顶点放气阀、上顶点放气阀以及设置在气囊各个侧面上的放气阀，以实现无人机的前后左右、向前上方倾斜、向前下方倾斜、向后上方倾斜、向后下方倾斜、向左上方倾斜、向左下方倾斜、向右上方倾斜和向右下方倾斜的微调，从而实现无人机的姿态的微调，且调节便捷，减少耗能。
6、所采用的煤矿灾区环境侦测无人机搭载的避障机构包括前红外测距传感器、后红外测距传感器、左红外测距传感器、右红外测距传感器、下红外测距传感器和上红外测距传感器，通过左红外测距传感器、右红外测距传感器、下红外测距传感器、上红外测距传感器分别对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道的左间距、右间距、下间距和上间距离进行检测，避免无人机与煤矿巷道接触，造成无人机的碰撞损害，且避免碰撞障碍物；通过前红外测距传感器和后红外测距传感器检测无人机前进和后退过程中是否存在障碍物，以使无人机能够在无GPS信号的情况下越过障碍物，到达灾害环境地点。
7、所采用的利用煤矿灾区环境侦测无人机的侦测方法步骤简单，设计合理，投入成本低。
8、所采用的利用煤矿灾区环境侦测无人机的侦测方法步骤简单，首先是定位点的布设及定位基站的布设，然后控制无人机的飞行前进，在无人机的飞行前进的过程中，结合定位基站判断煤矿巷道内灾害事故所处的位置，并通过环境检测传感器和本安型耳麦获取煤矿巷道内灾害事故处的环境信息和语音，之后控制无人机返航，为救援措施提供准确依据，从而实现井下灾区环境的侦测。
综上所述，本发明设计合理、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。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明煤矿灾区环境侦测无人机(使用状态)的结构示意图。
图2为本发明煤矿灾区环境侦测无人机气囊(打开状态)的结构示意图。
图3为本发明煤矿灾区环境侦测无人机脱落推动机构与第一储气瓶的结构示意图。
图4为本发明煤矿灾区环境侦测无人机的电路原理框图。
图5为本发明煤矿灾区环境侦测无人机第一旋翼电机模块、第二旋翼电机模块、第三旋翼电机模块和第四旋翼电机模块与主控器的电路原理框图。
图6为本发明煤矿灾区环境侦测方法的流程图。
附图标记说明:
1—第一螺旋桨机构； 1-1—第一螺旋桨； 1-2—第一电子调速器；
1-3—第一电机； 1-4—第一护环； 2—第二螺旋桨机构；
2-1—第二螺旋桨； 2-2—第二电子调速器； 2-3—第二电机；
2-4—第二护环； 3—第三螺旋桨机构； 3-1—第三螺旋桨；
3-2—第三电子调速器； 3-3—第三电机； 3-4—第三护环；
4—第四螺旋桨机构； 4-1—第四螺旋桨； 4-2—第四电子调速器；
4-3—第四电机； 4-4—第四护环； 5-1—第一储气瓶；
5-1-1—瓶塞； 5-1-2—瓶口；
5-2—第一充气阀； 5-3—第一供气管；
6-1—第二储气瓶； 6-2—第二充气阀； 6-3—第二供气管
7—进气管； 8—气囊； 8-1—梯形部；
8-2—圆弧部； 9-1—前放气阀； 9-2—后放气阀；
9-3—左放气阀； 9-4—右放气阀； 9-5—上放气阀；
9-6—下放气阀； 9-7—第一下顶点放气阀；
9-8—第二下顶点放气阀； 9-9—第三下顶点放气阀；
9-10—第四下顶点放气阀； 9-11—第一上顶点放气阀；
9-12—第二上顶点放气阀； 9-13—第三上顶点放气阀；
9-14—第四上顶点放气阀； 10—长方体底座；
11—增稳支架； 11-1—竖直杆； 11-2—弹性减振件；
11-3—倒U形件； 11-4—回形底座； 11-5—第一支撑轴；
11-6—第二支撑轴； 12—滚轮； 12-1—气囊底板；
12-2—连接杆； 13—底板； 14—竖直板；
15—移动板； 16—固定板； 17—红外摄像仪；
18—弹簧； 18-1—前红外测距传感器；
18-2—后红外测距传感器； 18-3—左红外测距传感器；
18-4—右红外测距传感器； 18-5—下红外测距传感器；
18-6—上红外测距传感器； 19—手持式遥控器；
19-1—从控制器； 19-2—第三无线通信模块；
19-3—按键操作模块； 20—气缸；
21—支腿； 22—本安型耳麦；
23—气体传感器； 23-1—甲烷传感器；
23-2—一氧化碳传感器； 23-3—二氧化碳传感器；
23-4—氧气传感器； 24—温湿度传感器；
25—螺旋桨风速传感器； 26—主控器；
27—第一无线通信模块； 29—本安电脑；
30—显示屏； 31—耳机；
32—第二无线通信模块； 33—定位基站；
34—定位标签； 35—氦气气体传感器。
具体实施方式
如图1和图4所示的一种煤矿灾区环境侦测无人机，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。
如图1和图3所示，本实施例中，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。
本实施例中，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。
如图4所示，本实施例中，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。
如图1和图2所示，本实施例中，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。
本实施例中，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。
本实施例中，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，是为了余留气囊8的打开所占有的空间，且有效地合理利用无人机的左右空间，避免增加无人机的高度，适应于煤矿巷道有限的高度。
本实施例中，所述气囊8的底部设置有气囊底板12-1，所述气囊底板12-1通过连接杆12-2与长方体底座10的顶部固定连接。
如图5所示，本实施例中，所述第一旋翼电机模块包括第一电子调速器1-2和与第一电子调速器1-2输出端相接且带动第一螺旋桨1-1转动的第一电机1-3，所述第一电机1-3的输出轴与第一螺旋桨1-1传动连接，所述第二旋翼电机模块包括第二电子调速器2-2和与第二电子调速器2-2输出端相接且带动第二螺旋桨2-1转动的第二电机2-3，所述第二电机2-3的输出轴与第二螺旋桨2-1传动连接，所述第三旋翼电机模块包括第三电子调速器3-2和与第三电子调速器3-2输出端相接且带动第三螺旋桨3-1转动的第三电机3-3，所述第三电机3-3的输出轴与第三螺旋桨3-1传动连接，所述第四旋翼电机模块包括第四电子调速器4-2和与第四电子调速器4-2输出端相接且带动第四螺旋桨4-1转动的第四电机4-3，所述第四电机4-3的输出轴与第四螺旋桨4-1传动连接，所述第一电子调速器1-2、第二电子调速器2-2、第三电子调速器3-2、第四电子调速器4-2均由主控器26进行控制。
本实施例中，所述第一电子调速器1-2、第二电子调速器2-2、第三电子调速器3-2和第四电子调速器4-2均为BPBT-2×22/192X隔爆型电子调速器。
本实施例中，所述第一电机1-3、第二电机2-3、第三电机3-3和第四电机4-3均为无刷直流电机，是因为有刷直流电动机中的碳刷比较容易损害，另外，有刷直流电动机中的碳刷与有刷直流电动机中的换向器之间的接触不良会造成碳刷磨损块，产生的火花比较大，会引起瓦斯爆炸。
本实施例中，进一步地，所述第一电机1-3、第二电机2-3、第三电机3-3和第四电机4-3均为60BL103H119-3无刷直流电机。
本实施例中，所述第一螺旋桨1-1、第二螺旋桨2-1、第三螺旋桨3-1和第四螺旋桨4-1的圆周方向分别设置有第一护环1-4、第二护环2-4、第三护环3-4和第四护环4-4，是为了分别对第一螺旋桨1-1、第二螺旋桨2-1、第三螺旋桨3-1和第四螺旋桨4-1进行保护。
本实施例中，所述定位标签34为车载型Tb1000-C的LocalSense微定位标签。
本实施例中，所述定位基站33为工业型U2000p微定位基站。
本实施例中，所述本安型耳麦22为型号为FHE5的矿用本安型耳麦。
本实施例中，进一步地，所述甲烷传感器23-1为IRM-AT红外甲烷传感器，所述一氧化碳传感器23-2为CO-D4一氧化碳传感器，所述二氧化碳传感器23-3为IRC-AT红外二氧化碳传感器，所述氧气传感器23-4为O2-G2氧气传感器。
本实施例中，所述IRM-AT红外甲烷传感器采用非色散性红外NDIR技术来检测甲烷气体，不易受煤矿现场恶劣环境的影响，且体积小，具有抗干扰能力强、高精度、高可靠性和使用寿命长等特点；所述CO-D4一氧化碳传感器，尺寸较小，灵密度好，重量小，方便搭载，抗湿度强；所述IRC-AT红外二氧化碳传感器，采用非色散性红外NDIR技术来检测二氧化碳气体，不易受煤矿现场恶劣环境的影响，且体积小，具有抗干扰能力强、高精度、高可靠性和使用寿命长等特点；所述O2-G2氧气传感器广泛应用在煤矿，钢铁，石油化工，医疗，尺寸较小，重量小于7g，方便搭载，抗湿度强。因此，满足无人机搭载和煤矿灾区环境检测需求。
本实施例中，甲烷传感器23-1是为了对所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的甲烷浓度进行检测，一氧化碳传感器23-2是为了对所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的一氧化碳浓度进行检测，二氧化碳传感器23-3是为了对所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的二氧化碳浓度进行检测，氧气传感器23-4是为了对所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的氧气浓度进行检测，从而实现所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度和氧气浓度等气体环境检测。
本实施例中，所述螺旋桨风速传感器25为EL8-1螺旋桨风速风向传感器，其是测量风速和水平风向的仪器，抗风强度高，其输入、输出端均采用瞬变抑制二极管进行过载保护，外部零件选用耐腐蚀材料制造并有喷漆层保护，密封采用迷宫结构和o形环，保护仪器内部的敏感元件不受恶劣环境的影响，满足煤矿井下恶劣的环境。
本实施例中，所述温湿度传感器24为HTU11/HTU10温湿度传感器，该温湿度传感器具有微小的体积、极低的功耗，具有抗结露特性，满足煤矿井下恶劣的环境。
本实施例中，所述第一无线通信模块27、第二无线通信模块32和第三无线通信模块19-2均为无线2.4GHz射频模块。
本实施例中，所述主控器26和从控制器19-1均为ARM微主控器。
本实施例中，进一步地，所述主控器26和从控制器19-1均为AT91RM9200的ARM9微控制器，基于ARM920T核的32位微控制器，其主频为180MHz,处理速度快,功能强,性价比高，功耗低。
本实施例中，进一步地，所述前红外测距传感器18-1、后红外测距传感器18-2、左红外测距传感器18-3、右红外测距传感器18-4、下红外测距传感器18-5和上红外测距传感器18-6均为GP2Y3A003K0F外测距传感器。
本实施例中，进一步地，氦气气体传感器35为TCS208F氦气传感器。
本实施例中，设置定位基站33和定位标签34，是因为传统的用于地面救灾或侦察的无人机在工作时，可以用GPS进行定位和导航，而井下灾区巷道没有GPS信号，且原有的监测监控系统也呈瘫痪状态，无法为侦察无人机提供导航服务。
本实施例中，设置螺旋桨机构和悬停微调机构，是因为设置螺旋桨机构控制无人机的前进或者和返航，设置悬停微调机构配合螺旋桨机构为飞行机器人提供一部分动力节省电量和气体，增加续航能力，且减少无人机的重量；另外，通过悬停微调机构微调无人机的位置，实现精确的飞行姿态控制，使煤矿灾区环境侦测无人机悬停在矿井灾害事故区域，对矿井灾情进行勘察，得到准确的环境信息数据，为救援措施提供准确依据。
本实施例中，设置供气组件包括第一供气组件和第二供气组件为悬停微调机构提供氦气，是因为第二供气组件作为备用供气组件，配合第一供气组件，一方面是为了提高无人机的续航能力，另一方面，是为了在第一供气组件或者第二供气组件发生故障时，保证能有一个为气囊提供氦气时，提高了无人机中正常工作的稳定性；第三，是因为无人机整机自重的限制，不能再搭载大于两个的供气组件，避免无人机笨重，且避免过多的供气装置带来的节省电量而被增加的无人机重量而消耗，不能有效地保证续航能力。
本实施例中，气囊8上微调阀门机构的设置，第一是为了满足无人机的前后左右上下以及各个方位姿态的微调，减少通过所述螺旋桨机构调节无人机姿态的消耗的能量；第二是为了在煤矿巷道存在灾害事故时，因为部分区域的塌陷不能采集到需求的图像时，可以通过所述第一下顶点放气阀9-7、第二下顶点放气阀9-8、第三下顶点放气阀9-9、第四下顶点放气阀9-10、第一上顶点放气阀9-11、第二上顶点放气阀9-12、第三上顶点放气阀9-13和第四上顶点放气阀9-14配合前放气阀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，实现所述无人机向前后左右、向前下方倾斜、所述无人机向前上方倾斜、所述无人机向后上方倾斜、所述无人机向左上方倾斜、所述无人机向右下方倾斜、所述无人机向左下方倾斜和所述无人机向右上方倾斜；第三，是为了在煤矿巷道内遇到障碍物时，以使无人机越过障碍物；第四，是为了在适应于煤矿巷道狭窄的空间，避免无人机与煤矿巷道内壁接触，损坏无人机的损害；第五，是为了调节气囊体积的大小，以使适应于不同重量的无人机，实现无人机的悬停。
本实施例中，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的设置，是实现无人机的前进飞行、后退返航、垂直起升和垂直下降。
本实施例中，移动板15的设置，是为了安装在第一储气瓶5-1瓶口直径较小的地方，移动板15延伸至第一储气瓶5-1瓶身的侧面，这样移动板15受力作用下带动第一储气瓶5-1远离瓶塞方向移动；同时，套设在所述瓶塞上的固定板16与长方体底座10的底部固定连接而固定不动，在气缸20和弹簧18的推力作用下，使第一储气瓶5-1瓶身与安装在第一储气瓶5-1瓶口5-1-2与瓶塞5-1-1分离。
本实施例中，气缸20的设置，是为了给移动板15提供推力，当第一储气瓶5-1内的氦气使用完毕时，此时的第一储气瓶5-1的重量最轻，给移动板15提供较大的推力，推动移动板15带动第一储气瓶5-1瓶身向远离瓶塞5-1-1的方向移动；且设置弹簧18，第一是为了压缩后的弹簧18伸长为移动板15进一步提供推力；第二，是为了在气缸20推动移动板15移动的过程中，保证移动版15的受力均匀而水平移动，提高第一储气瓶5-1瓶身和瓶塞5-1-1分离的准确性；第三是为了在第一储气瓶5-1瓶身和瓶塞5-1-1分离时，带动移动板15缩回。
本实施例中，需要说明的是，所述移动板15套设在第一储气瓶5-1瓶口处，所述移动板15开口处的直径大于第一储气瓶5-1瓶口的直径，所述移动板15开口处的直径小于第一储气瓶5-1瓶身的直径。
本实施例中，在第一储气瓶5-1瓶身与安装在第一储气瓶5-1瓶口的瓶塞分离时，因为移动板15开口处的直径大于第一储气瓶5-1瓶口的直径，且因为第一储气瓶5-1的瓶身下部与滚轮12接触，减少第一储气瓶5-1的瓶身下部的摩擦力，所以在第一储气瓶5-1瓶身与所述瓶塞分离的过程中，第一储气瓶5-1瓶身受到气缸20和弹簧18的双重冲击力，进一步提高第一储气瓶5-1瓶身和瓶塞5-1-1分离的成功率。
本实施例中，增稳支架11的设置，第一是为了平衡无人机的重量，避免无人机顶部安装的第一螺旋桨机构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致使无人机的头重脚轻；第二，是为了搭载红外摄像仪17和所述避障机构；第三，是为了合理利用无人机机架的底部空间，减少无人机的体积，以适应于煤矿巷道有限的空间。
本实施例中，增稳支架11中弹性减振件11-2的设置，第一是为了在无人机接触到障碍物时，使增稳支架11有一定的缓冲，避免增稳支架11的折断；
本实施例中，气囊8的梯形部8-1和圆弧部8-2的设置，第一，梯形部8-1的横截面小是为了适应于靠近无人机的长方体底座10顶面有限的空间；第二，是为了避免气囊8打开过程与螺旋桨靠近，造成气囊8的损害；第三，圆弧部8-2的横截面大，是为了增大于与空气的接触面积，尽可能地提高气囊8产生的浮力，减少电量消耗。
如图6所示的一种煤矿灾区环境侦测方法，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控制第一充气阀5-2打开，第一储气瓶5-1通过第一供气管5-3和进气管7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通过第一电子调速器1-2、第二电子调速器2-2、第三电子调速器3-2、第四电子调速器4-2分别控制第一电机1-3、第二电机2-3、第三电机3-3和第四电机4-3转动，第一电机1-3、第二电机2-3、第三电机3-3和第四电机4-3转动分别带动第一螺旋桨1-1、第二螺旋桨2-1、第三螺旋桨3-1和第四螺旋桨4-1转动，所述无人机垂直上升；其中，所述第一电机1-3、第二电机2-3、第三电机3-3和第四电机4-3的转速相同；
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通过第一无线通信模块27与第三无线通信模块19-2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19发送飞行命令至主控器26，主控器26通过第一电子调速器1-2控制第一电机1-3的转速减少，主控器26通过第四电子调速器4-2控制第四电机4-3的转速减少，第一电机1-3的转速和第四电机4-3的转速相同；主控器26通过第二电子调速器2-2控制第二电机2-3的转速增大，主控器26通过第三电子调速器3-2控制第三电机3-3的转速增大，第二电机2-3的转速和第三电机3-3的转速相同，且第二电机2-3和第三电机3-3的转速大于第一电机1-3和第四电机4-3的转速，所述无人机进入煤矿巷道飞行前进；
步骤206、所述无人机在煤矿巷道飞行前进的过程中，上红外测距传感器18-6对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道顶部的上间距进行检测，下红外测距传感器18-5对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道底部的下间距进行检测，左红外测距传感器18-3对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道左侧壁的左间距进行检测，右红外测距传感器18-4对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道右侧壁的右间距进行检测，并将检测到所述上间距、所述下间距、所述左间距和所述右间距发送至主控器26，主控器26根据所述上间距、所述下间距、所述左间距和所述右间距对所述无人机的飞行进行微调，具体过程如下：
当主控器26接收到的所述下间距小于下间距设定值时，主控器26控制下放气阀9-6打开，使所述无人机上升，直至主控器26接收到的所述下间距等于下间距设定值，主控器26控制下放气阀9-6关闭；
当主控器26接收到的所述上间距小于上间距设定值时，主控器26控制上放气阀9-5打开，使所述无人机下降，直至主控器26接收到的所述上间距等于上间距设定值，主控器26控制上放气阀9-5关闭；
当主控器26接收到的所述左间距小于左间距设定值时，主控器26控制左放气阀9-3打开，使所述无人机向右移动，直至主控器26接收到的所述左间距等于左间距设定值，主控器26控制左放气阀9-3关闭；
当主控器26接收到的所述右间距小于右间距设定值时，主控器26控制右放气阀9-4打开，使所述无人机向左移动，直至主控器26接收到的所述右间距等于右间距设定值，主控器26控制右放气阀9-4关闭；
步骤三、煤矿灾区环境的侦测：
步骤301、在所述无人机飞行前进的过程中，多个所述定位基站33实时接收所述定位标签34发射的无线电磁波信号并反馈至本安电脑29，所述定位标签34在t时刻发射无线电磁波信号时，本安电脑29将相邻三个所述定位基站33接收到无线电磁波信号的时间分别记作t1、t2和t3，并将三个所述定位基站33的坐标分别记作D1(x1,y1,z1)、D2(x2,y2,z2)和D3(x3,y3,z3)；则主控器26根据公式
得到所述无人机飞行前进中在t时刻所处的位置Wd(xd,yd,zd)；
步骤302、红外摄像仪17对所述无人机飞行前进中在t时刻所处的煤矿巷道图像进行采集，并将采集到的煤矿巷道图像发送至主控器26，主控器26通过第一无线通信模块27和第二无线通信模块32发送至本安电脑29存储，并控制显示屏30显示；
步骤303、人为对通过显示屏30同步显示的煤矿巷道图像进行视觉观察，当人为观察到所述煤矿巷道图像中存在灾害事故时，则所述无人机飞行当前所处的位置即为煤矿巷道内灾害事故所处的位置；
步骤304、环境检测传感器对所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的环境信息进行检测，并将检测到的环境信息发送至主控器26，同时，本安型耳麦22对所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的煤矿巷道语音进行采集，并将采集到的煤矿巷道语音发送至主控器26；其中，所述环境信息包括煤矿巷道的温度、湿度、风速、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度和氧气浓度；
步骤305、主控器26将接收到的环境信息和煤矿巷道语音通过第一无线通信模块27和第二无线通信模块32发送至本安电脑29存储。
本实施例中，所述下顶点放气阀包括设置在气囊8前侧面与气囊8右侧面连接的下顶点处的第一下顶点放气阀9-7、设置在气囊8前侧面与气囊8左侧面连接的下顶点处的第二下顶点放气阀9-8、设置在气囊8后侧面与气囊8左侧面连接的下顶点处的第三下顶点放气阀9-9和设置在气囊8后侧面与气囊8右侧面连接的下顶点处的第四下顶点放气阀9-10，所述上顶点放气阀包括设置在气囊8前侧面与气囊8右侧面连接的上顶点处的第一上顶点放气阀9-11、设置在气囊8前侧面与气囊8左侧面连接的上顶点处的第二上顶点放气阀9-12、设置在气囊8后侧面与气囊8左侧面连接的上顶点处的第三上顶点放气阀9-13和设置在气囊8后侧面与气囊8右侧面连接的上顶点处的第四上顶点放气阀9-14，所述第一下顶点放气阀9-7、第二下顶点放气阀9-8、第三下顶点放气阀9-9、第四下顶点放气阀9-10、第一上顶点放气阀9-11、第二上顶点放气阀9-12、第三上顶点放气阀9-13和第四上顶点放气阀9-14的输入端均与主控器26的输出端相接；
在步骤303中当人为观察到所述煤矿巷道图像中存在灾害事故时，重复步骤302获取多张煤矿巷道灾害事故图像，在获取多张煤矿巷道灾害事故图像的过程中对所述无人机进行微调的过程如下：
当需要所述红外摄像仪17向前靠近所述灾害事故时，主控器26控制后放气阀9-2打开，使所述无人机向前移动；
当需要所述红外摄像仪17向后远离所述灾害事故时，主控器26控制前放气阀9-1打开，使所述无人机向后移动；
当需要所述红外摄像仪17向前下方倾斜时，主控器26控制第一下顶点放气阀9-7、第二下顶点放气阀9-8、第三上顶点放气阀9-13和第四上顶点放气阀9-14打开，使所述无人机向前下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪17向前上方倾斜时，主控器26控制第三下顶点放气阀9-9、第四下顶点放气阀9-10、第一上顶点放气阀9-11和第二上顶点放气阀9-12打开，使所述无人机向前上方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪17向后下方倾斜时，主控器26控制第三下顶点放气阀9-9、第四下顶点放气阀9-10、第一上顶点放气阀9-11和第二上顶点放气阀9-12打开，使所述无人机向后下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪17向后上方倾斜时，主控器26控制第一下顶点放气阀9-7、第二下顶点放气阀9-8、第三上顶点放气阀9-13和第四上顶点放气阀9-14打开，使所述无人机向后上方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪17向左上方倾斜时，主控器26控制第一下顶点放气阀9-7、第四下顶点放气阀9-10、第二上顶点放气阀9-12和第三上顶点放气阀9-13打开，使所述无人机向左上方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪17向右下方倾斜时，主控器26控制第一下顶点放气阀9-7、第四下顶点放气阀9-10、第二上顶点放气阀9-12和第三上顶点放气阀9-13打开，使所述无人机向右下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪17向左下方倾斜时，主控器26控制第二下顶点放气阀9-8、第三下顶点放气阀9-9、第一上顶点放气阀9-11和第四上顶点放气阀9-14打开，使所述无人机向左下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪17向右上方倾斜时，主控器26控制第二下顶点放气阀9-8、第三下顶点放气阀9-9、第一上顶点放气阀9-11和第四上顶点放气阀9-14打开，使所述无人机向右上方倾斜移动。
本实施例中，步骤101中所述间隔为80m～130m；
在步骤三中煤矿灾区环境侦测过程中，对所述第一供气组件和所述第二供气组件的检测，具体如下：
步骤A、在无人机飞行对煤矿灾区环境检测的过程中，氦气气体传感器35对第一储气瓶5-1内的氦气浓度进行检测，并将检测到的第一氦气浓度发送至主控器26，主控器26将接收到的第一氦气浓度通过第一无线通信模块27和第二无线通信模块32发送至手持式遥控器19；
步骤B、手持式遥控器19将接收到的第一氦气浓度进行判断，当手持式遥控器19将接收到的第一氦气浓度趋于零时，手持式遥控器19发送第一气瓶脱落命令至主控器26，主控器26控制气缸20的活塞杆伸长，气缸20的活塞杆伸长带动移动板15远离固定板16方向移动，使第一储气瓶5-1的瓶口5-1-2和瓶塞5-1-1分离，第一储气瓶5-1从所述无人机上脱落；
步骤C、手持式遥控器19发送第二气瓶组件供气命令至主控器26，主控器26控制第二充气阀6-2打开，第二储气瓶6-1通过进气管7为气囊8继续供氦气。
本实施例中，步骤三煤矿灾区环境侦测完成之后进入步骤四无人机的返航，具体过程如下：
步骤401、手持式遥控器19发送返航命令至主控器26，主控器26通过第一电子调速器1-2控制第一电机1-3的转速增大，主控器26通过第四电子调速器4-2控制第四电机4-3的转速增大，第一电机1-3的转速和第四电机4-3的转速相同；主控器26通过第二电子调速器2-2控制第二电机2-3的转速减少，主控器26通过第三电子调速器3-2控制第三电机3-3的转速减少，第二电机2-3的转速和第三电机3-3的转速相同，且第二电机2-3和第三电机3-3的转速小于第一电机1-3和第四电机4-3的转速，所述无人机进入煤矿巷道反向飞行返航，直至煤矿巷道入口；
步骤402、手持式遥控器19发送气囊收缩命令至主控器26，主控器26控制第二充气阀6-2关闭，并控制上放气阀9-5打开，气囊8放气收缩；
步骤403、手持式遥控器19发送垂直下降命令至主控器26，主控器26通过第一电子调速器1-2、第二电子调速器2-2、第三电子调速器3-2、第四电子调速器4-2分别控制第一电机1-3、第二电机2-3、第三电机3-3和第四电机4-3按照下降速度转动，使所述第一螺旋桨1-1、第二螺旋桨2-1、第三螺旋桨3-1和第四螺旋桨4-1产生的升力小于所述无人机的重量，所述无人机垂直下降，直至所述无人机平稳着地。
本实施例中，所述上间距设定值、所述下间距设定值、所述左间距设定值和所述右间距设定值距均为0.3m～0.5m，便于给无人机预留一定的能适应于姿态调节的空间，且便于无人机遇到障碍物时，便于调整。
本实施例中，所述无人机在煤矿巷道飞行前进的过程中，前红外测距传感器18-1对所述无人机飞行方向是否存在障碍物进行判断，当前红外测距传感器18-1检测到距离，说明所述无人机飞行方向存在障碍物，主控器26通过控制下放气阀9-6、上放气阀9-5、左放气阀9-3、右放气阀9-4、所述下顶点放气阀和所述上顶点放气阀打开或者关闭，以使所述无人机越过障碍物。所述无人机在煤矿巷道返航的过程中，后红外测距传感器18-2对所述无人机返航方向是否存在障碍物进行判断，当后红外测距传感器18-2检测到距离，说明所述无人机返航方向存在障碍物，主控器26通过控制下放气阀9-6、上放气阀9-5、左放气阀9-3和右放气阀9-4打开或者关闭，以使所述无人机越过障碍物。
综上所述，本发明重量轻、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。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
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；
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；
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；
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。
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。
3.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。
4.一种利用如权利要求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：
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(19)发送飞行命令至主控器(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)控制所述无人机进入煤矿巷道飞行前进；
步骤206、所述无人机在煤矿巷道飞行前进的过程中，上红外测距传感器(18-6)对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道顶部的上间距进行检测，下红外测距传感器(18-5)对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道底部的下间距进行检测，左红外测距传感器(18-3)对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道左侧壁的左间距进行检测，右红外测距传感器(18-4)对所述无人机在煤矿巷道内距离所述煤矿巷道右侧壁的右间距进行检测，并将检测到所述上间距、所述下间距、所述左间距和所述右间距发送至主控器(26)，主控器(26)根据所述上间距、所述下间距、所述左间距和所述右间距对所述无人机的飞行进行微调，具体过程如下：
当主控器(26)接收到的所述下间距小于下间距设定值时，主控器(26)控制下放气阀(9-6)打开，使所述无人机上升，直至主控器(26)接收到的所述下间距等于下间距设定值，主控器(26)控制下放气阀(9-6)关闭；
当主控器(26)接收到的所述上间距小于上间距设定值时，主控器(26)控制上放气阀(9-5)打开，使所述无人机下降，直至主控器(26)接收到的所述上间距等于上间距设定值，主控器(26)控制上放气阀(9-5)关闭；
当主控器(26)接收到的所述左间距小于左间距设定值时，主控器(26)控制左放气阀(9-3)打开，使所述无人机向右移动，直至主控器(26)接收到的所述左间距等于左间距设定值，主控器(26)控制左放气阀(9-3)关闭；
当主控器(26)接收到的所述右间距小于右间距设定值时，主控器(26)控制右放气阀(9-4)打开，使所述无人机向左移动，直至主控器(26)接收到的所述右间距等于右间距设定值，主控器(26)控制右放气阀(9-4)关闭；
步骤三、煤矿灾区环境的侦测：
步骤301、在所述无人机飞行前进的过程中，多个所述定位基站(33)实时接收所述定位标签(34)发射的无线电磁波信号并反馈至本安电脑(29)，所述定位标签(34)在t时刻发射无线电磁波信号时，本安电脑(29)将相邻三个所述定位基站(33)接收到无线电磁波信号的时间分别记作t1、t2和t3，并将三个所述定位基站(33)的坐标分别记作D1(x1,y1,z1)、D2(x2,y2,z2)和D3(x3,y3,z3)；则主控器(26)根据公式
得到所述无人机飞行前进中在t时刻所处的位置Wd(xd,yd,zd)；
步骤302、红外摄像仪(17)对所述无人机飞行前进中在t时刻所处的煤矿巷道图像进行采集，并将采集到的煤矿巷道图像发送至主控器(26)，主控器(26)发送至本安电脑(29)存储；
步骤303、人为对通过煤矿巷道图像进行视觉观察，当人为观察到所述煤矿巷道图像中存在灾害事故时，则所述无人机飞行当前所处的位置即为煤矿巷道内灾害事故所处的位置；
步骤304、环境检测传感器对所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的环境信息进行检测，并将检测到的环境信息发送至主控器(26)，同时，本安型耳麦(22)对所述煤矿巷道内灾害事故所处位置的煤矿巷道语音进行采集，并将采集到的煤矿巷道语音发送至主控器(26)；其中，所述环境信息包括煤矿巷道的温度、湿度、风速、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度和氧气浓度；
步骤305、主控器(26)将接收到的环境信息和煤矿巷道语音发送至本安电脑(29)存储。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：所述下顶点放气阀包括设置在气囊(8)前侧面与气囊(8)右侧面连接的下顶点处的第一下顶点放气阀(9-7)、设置在气囊(8)前侧面与气囊(8)左侧面连接的下顶点处的第二下顶点放气阀(9-8)、设置在气囊(8)后侧面与气囊(8)左侧面连接的下顶点处的第三下顶点放气阀(9-9)和设置在气囊(8)后侧面与气囊(8)右侧面连接的下顶点处的第四下顶点放气阀(9-10)，所述上顶点放气阀包括设置在气囊(8)前侧面与气囊(8)右侧面连接的上顶点处的第一上顶点放气阀(9-11)、设置在气囊(8)前侧面与气囊(8)左侧面连接的上顶点处的第二上顶点放气阀(9-12)、设置在气囊(8)后侧面与气囊(8)左侧面连接的上顶点处的第三上顶点放气阀(9-13)和设置在气囊(8)后侧面与气囊(8)右侧面连接的上顶点处的第四上顶点放气阀(9-14)，所述第一下顶点放气阀(9-7)、第二下顶点放气阀(9-8)、第三下顶点放气阀(9-9)、第四下顶点放气阀(9-10)、第一上顶点放气阀(9-11)、第二上顶点放气阀(9-12)、第三上顶点放气阀(9-13)和第四上顶点放气阀(9-14)的输入端均与主控器(26)的输出端相接；
在步骤303中当人为观察到所述煤矿巷道图像中存在灾害事故时，重复步骤302获取多张煤矿巷道灾害事故图像，在获取多张煤矿巷道灾害事故图像的过程中对所述无人机进行微调的过程如下：
当需要所述红外摄像仪(17)向前靠近所述灾害事故时，主控器(26)控制后放气阀(9-2)打开，使所述无人机向前移动；
当需要所述红外摄像仪(17)向后远离所述灾害事故时，主控器(26)控制前放气阀(9-1)打开，使所述无人机向后移动；
当需要所述红外摄像仪(17)向前下方倾斜时，主控器(26)控制第一下顶点放气阀(9-7)、第二下顶点放气阀(9-8)、第三上顶点放气阀(9-13)和第四上顶点放气阀(9-14)打开，使所述无人机向前下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪(17)向前上方倾斜时，主控器(26)控制第三下顶点放气阀(9-9)、第四下顶点放气阀(9-10)、第一上顶点放气阀(9-11)和第二上顶点放气阀(9-12)打开，使所述无人机向前上方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪(17)向后下方倾斜时，主控器(26)控制第三下顶点放气阀(9-9)、第四下顶点放气阀(9-10)、第一上顶点放气阀(9-11)和第二上顶点放气阀(9-12)打开，使所述无人机向后下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪(17)向后上方倾斜时，主控器(26)控制第一下顶点放气阀(9-7)、第二下顶点放气阀(9-8)、第三上顶点放气阀(9-13)和第四上顶点放气阀(9-14)打开，使所述无人机向后上方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪(17)向左上方倾斜时，主控器(26)控制第一下顶点放气阀(9-7)、第四下顶点放气阀(9-10)、第二上顶点放气阀(9-12)和第三上顶点放气阀(9-13)打开，使所述无人机向左上方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪(17)向右下方倾斜时，主控器(26)控制第一下顶点放气阀(9-7)、第四下顶点放气阀(9-10)、第二上顶点放气阀(9-12)和第三上顶点放气阀(9-13)打开，使所述无人机向右下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪(17)向左下方倾斜时，主控器(26)控制第二下顶点放气阀(9-8)、第三下顶点放气阀(9-9)、第一上顶点放气阀(9-11)和第四上顶点放气阀(9-14)打开，使所述无人机向左下方倾斜移动；
当需要所述红外摄像仪(17)向右上方倾斜时，主控器(26)控制第二下顶点放气阀(9-8)、第三下顶点放气阀(9-9)、第一上顶点放气阀(9-11)和第四上顶点放气阀(9-14)打开，使所述无人机向右上方倾斜移动。
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤101中所述间隔为80m～130m；
在步骤三中煤矿灾区环境侦测过程中，对所述第一供气组件和所述第二供气组件的检测，具体如下：
步骤A、在无人机飞行对煤矿灾区环境检测的过程中，氦气气体传感器(35)对所述第一供气组件内的氦气浓度进行检测，并将检测到的第一氦气浓度发送至主控器(26)，主控器(26)将接收到的第一氦气浓度发送至手持式遥控器(19)；
步骤B、手持式遥控器(19)将接收到的第一氦气浓度进行判断，当手持式遥控器(19)将接收到的第一氦气浓度趋于零时，手持式遥控器(19)发送第一气瓶脱落命令至主控器(26)，主控器(26)控制脱落推动机构，使所述第一供气组件中储气瓶从所述无人机上脱落；
步骤C、手持式遥控器(19)发送第二气瓶组件供气命令至主控器(26)，主控器(26)控制所述第二供气组件为气囊(8)继续供氦气。
7.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤三煤矿灾区环境侦测完成之后进入步骤四无人机的返航，具体过程如下：
步骤401、手持式遥控器(19)发送返航命令至主控器(26)，主控器(26)通过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)控制所述无人机进入煤矿巷道反向飞行返航，直至煤矿巷道入口；
步骤402、手持式遥控器(19)发送气囊收缩命令至主控器(26)，主控器(26)控制所述第二供气组件停止供气，并控制上放气阀(9-5)打开，气囊(8)放气收缩；
步骤403、手持式遥控器(19)发送垂直下降命令至主控器(26)，主控器(26)通过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)控制所述无人机垂直下降，直至所述无人机平稳着地。
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| CN110316376A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-10-11 | 安徽理工大学 | 一种用于探测矿井火灾的无人机 |
| CN110844095B (zh) * | 2019-11-28 | 2021-07-30 | 湖南库里斯智能科技有限公司 | 一种工厂废气采集用无人机 |
| CN112373693B (zh) * | 2020-11-12 | 2022-04-01 | 河南大学 | 一种煤矿井下用能自主避障的防爆型四旋翼无人机 |
| CN112373701B (zh) * | 2020-11-12 | 2022-04-01 | 河南大学 | 一种石油管道检测用5g即时通讯的四旋翼无人机 |
| CN112797974A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-14 | 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司 | 井下导航及照明装置、井下导航系统 |
| WO2022193156A1 (zh) * | 2021-03-16 | 2022-09-22 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 无人飞行器 |
| CN117041451B (zh) * | 2023-06-19 | 2024-04-26 | 广州科易光电技术有限公司 | 数据同步方法、装置、电子设备及存储介质 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000177695A (ja) * | 1998-12-14 | 2000-06-27 | Secom Co Ltd | 災害時空中撮影システム |
| JP2004242128A (ja) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 空中撮影用カメラ雲台 |
| CN102338792A (zh) * | 2011-10-25 | 2012-02-01 | 中煤科工集团重庆研究院 | 煤矿灾区环境远距离侦测系统 |
| CN102839988A (zh) * | 2012-09-19 | 2012-12-26 | 唐山智诚电气有限公司 | 一种煤矿救灾设备及方法 |
| KR20160094214A (ko) * | 2015-01-30 | 2016-08-09 | 광운대학교 산학협력단 | 무인 비행체 및 그 제어 방법 |
| CN107089319A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-08-25 | 中化舟山危化品应急救援基地有限公司 | 储罐火灾侦检系统 |
| CN107882593A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-06 | 河南理工大学 | 矿井水灾灾情无人机智能探测系统及探测方法 |
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000177695A (ja) * | 1998-12-14 | 2000-06-27 | Secom Co Ltd | 災害時空中撮影システム |
| JP2004242128A (ja) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 空中撮影用カメラ雲台 |
| CN102338792A (zh) * | 2011-10-25 | 2012-02-01 | 中煤科工集团重庆研究院 | 煤矿灾区环境远距离侦测系统 |
| CN102839988A (zh) * | 2012-09-19 | 2012-12-26 | 唐山智诚电气有限公司 | 一种煤矿救灾设备及方法 |
| KR20160094214A (ko) * | 2015-01-30 | 2016-08-09 | 광운대학교 산학협력단 | 무인 비행체 및 그 제어 방법 |
| CN107089319A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-08-25 | 中化舟山危化品应急救援基地有限公司 | 储罐火灾侦检系统 |
| CN107882593A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-06 | 河南理工大学 | 矿井水灾灾情无人机智能探测系统及探测方法 |
| CN209142389U (zh) * | 2018-10-27 | 2019-07-23 | 西安科技大学 | 一种煤矿灾区环境侦测无人机 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 煤矿井下远程灾区侦测系统研制;覃海明;吴燕清;肖勇;;煤矿安全(第11期) * |
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