CN111846208A - 一种长航时地下隧洞三维建模无人机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种长航时地下隧洞三维建模无人机系统，该系统包括六旋翼长航时无人机载机模块、无人机飞控模块、机载激光雷达模块、机载计算机模块以及地面站模块。本发明采用上下层三个机臂的错层六旋翼布局，减小无人机的尺寸使得其可以工作在更加狭窄的环境，在运输过程中机臂折叠起来更加节省空间；机载激光雷达模块在大幅减轻重量的同时，保证三维点云建模的技术要求，使用挂载云台让机载激光雷达不断旋转扫描，可进行避障、扫描盲区，一次飞行即可获取所有数据；机载计算机模块能够保障无人机在整个作业过程中的控制稳定准确；并且本发明在代替人工遥控作业时，无需人员进入飞行场地，通过地面站与飞机进行通讯，具备一定的绕障能力。
Description
技术领域
本发明属于无人机机械设计领域，具体涉及一种长航时地下隧洞三维建模无人机系统。
背景技术
地下矿洞探查、估算任务面积，了解地下矿洞爆破后工作面高度和具体情况，是地下隧洞修建的必要步骤，人工修建的一些地下隧洞由于场地限制，定期的人工维护检查方式具有一定的难度以及危险性。例如长度较大的地下引水涵洞，由于空气稀薄、长期水流导致行走困难，在进行必要的结构性检测时需要人员带着氧气瓶进入，容易发生安全事故，并且可能检测不全，容易漏掉问题点。
使用无人机进行地下隧洞检测的方式，无人机搭载相关设备获取需要的数据，绘制洞穴点云模型，实现对其直观可视化展示，同时在有限的空间自主避障飞行，保护设备安全降低任务损失，在效率以及安全性上面大大优于人工方式。但是目前并没有专门用于此类隧洞的无人机。
因此，针对以上问题研制出一种适用于长航时地下隧洞的无人机系统是本领域技术人员所急需解决的难题。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种长航时地下隧洞三维建模无人机系统。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种长航时地下隧洞三维建模无人机系统，包括六旋翼长航时无人机载机模块、无人机飞控模块、机载激光雷达模块、机载计算机模块以及地面站模块；所述六旋翼长航时无人机载机模块为采用三个机臂的错层六旋翼布局，且机臂可折叠的无人机；所述无人机飞控模块为军工级无人机飞控；所述机载激光雷达模块挂载于六旋翼长航时无人机载机模块的下部，包括机载激光雷达与挂载云台，机载激光雷达随挂载云台不断旋转，以提供360°球形视野，并将实时扫描的数据同步传输至机载计算机模块；所述机载计算机模块内置有CPU与GPU，对机载激光雷达所传输的数据进行处理，并输出至无人机飞控模块实现障碍物自主避障，同时进行实时构建点模型或者存储激光数据，在飞行完成后进行建模；所述地面站模块用于实时控制六旋翼长航时无人机载机模块工作状态，同时通过数据接收将飞机建模数据进行可视化展示。
进一步地，所述六旋翼长航时无人机载机模块采用高压高密度无人机锂离子动力电池。
进一步地，所述无人机飞控模块为搭载有STM32位主控器的军工级无人机飞控，且包含有用于提供飞控传感器数据的输出口；所述输出口与机载计算机模块相连。
本发明于现有技术相比，具有以下优点：
1、六旋翼长航时无人机载机模块，相比于市面上同级别的无人机只有20-30分钟的续航时间，具备60分钟的续航，一次任务可以作业更大的区域，整体效率会更高；同时采用上下层三个机臂的错层六旋翼布局，减小了飞机的尺寸使得其可以工作在更加狭窄的环境，在运输过程中机臂折叠起来更加节省空间；
2、无人机飞控模块通过使用搭载有STM32位主控器，在满足多旋翼飞机基本飞行姿态的前提下，可拓展性与二次开发潜力巨大，可以自由定义飞行模式与功能；
3、机载激光雷达模块相比于传统的手持、车载激光雷达笨重的规格，不到500G的情况下还能保证三维点云建模的技术要求，相比于机载激光雷达固定于无人机上的方式，使用挂载云台让激光雷达不断旋转扫描，可以得到360°视野的环境信息，进行避障、扫描盲区，一次飞行即可获取所有数据；
4、实现无人机避障以及激光雷达点云建模的计算量十分巨大，机载计算机模块采取机载计算机并搭载高性能处理器，可以保障无人机在整个作业过程中的控制稳定准确；
5、无人机在代替人工遥控作业时，无需人员进入飞行场地，通过地面站模块与无人机进行通讯，具备一定的绕障能力。
附图说明
图1、本发明的总体框架图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本实施例提供了一种长航时地下隧洞三维建模无人机系统，包括六旋翼长航时无人机载机模块、无人机飞控模块、机载激光雷达模块、机载计算机模块以及地面站模块。
六旋翼长航时无人机载机模块为采用三个机臂的错层六旋翼布局，且机臂可折叠的无人机；同时该六旋翼长航时无人机载机模块采用高压高密度无人机锂离子动力电池
无人机飞控模块为搭载有STM32位主控器的军工级无人机飞控，且包含有用于提供飞控传感器数据的输出口；输出口与机载计算机模块相连。
机载激光雷达模块挂载于六旋翼长航时无人机载机模块的下部，包括机载激光雷达与挂载云台，机载激光雷达随挂载云台不断旋转，以提供360°球形视野，并将实时扫描的数据同步传输至机载计算机模块。
机载计算机模块内置有CPU与GPU，对机载激光雷达所传输的数据进行处理，并输出至无人机飞控模块实现障碍物自主避障，同时进行实时构建点模型或者存储激光数据，在飞行完成后进行建模。
地面站模块用于实时控制六旋翼长航时无人机载机模块工作状态，同时通过数据接收将飞机建模数据进行可视化展示。
本实施例中所提供的一种长航时地下隧洞三维建模无人机系统，其工作流程以及原理为：
1、六旋翼长航时无人机载机模块进入无GPS环境的地下人工或者自然形成的隧洞，隧洞内无电磁干扰，隧洞直径远大于飞机轴距；
2、六旋翼长航时无人机载机模块起飞后，机载激光雷达随着挂载云台旋转开始对地下隧洞进行360°全方位扫描，扫描的数据传输到机载计算机模块；
3、机载计算机模块根据机载激光雷达的数据可以选择实时进行三维点云建模、储存数据、通过数传发送数据给地面站模块三种工作模式；
4、机载计算机模块会不断得到无人机距离障碍物距离，当距离障碍物距离接近预设值时会发送指令给无人机飞控模块执行相应的避障程序，防止碰撞到障碍物导致坠机；
5、地面站模块内的无人机操作手飞行模式可以选择根据飞机图像回传操控或者实时生成的三维地图操控飞机。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种长航时地下隧洞三维建模无人机系统，其特征在于：包括六旋翼长航时无人机载机模块、无人机飞控模块、机载激光雷达模块、机载计算机模块以及地面站模块；所述六旋翼长航时无人机载机模块为采用三个机臂的错层六旋翼布局，且机臂可折叠的无人机；所述无人机飞控模块为军工级无人机飞控；所述机载激光雷达模块挂载于六旋翼长航时无人机载机模块的下部，包括机载激光雷达与挂载云台，机载激光雷达随挂载云台不断旋转，以提供360°球形视野，并将实时扫描的数据同步传输至机载计算机模块；所述机载计算机模块内置有CPU与GPU，对机载激光雷达所传输的数据进行处理，并输出至无人机飞控模块实现障碍物自主避障，同时进行实时构建点模型或者存储激光数据，在飞行完成后进行建模；所述地面站模块用于实时控制六旋翼长航时无人机载机模块工作状态，同时通过数据接收将飞机建模数据进行可视化展示。
2.根据权利要求1所述的一种长航时地下隧洞三维建模无人机系统，其特征在于：所述六旋翼长航时无人机载机模块采用高压高密度无人机锂离子动力电池。
3.根据权利要求1所述的一种长航时地下隧洞三维建模无人机系统，其特征在于：所述无人机飞控模块为搭载有STM32位主控器的军工级无人机飞控，且包含有用于提供飞控传感器数据的输出口；所述输出口与机载计算机模块相连。
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