CN211060826U - 一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置，包括飞行在现场用于实现盘煤动作的无人机、用于控制无人机动作的手动遥控器以及位于室内地面上的室内定位基站单元，所述手动遥控器和室内定位基站单元均通过无线网络与无人机通信；本实用新型应用于室内煤场中对煤场煤量进行测量，通过无人机的高机动性来扫描整个煤场，具有机动灵活、测量精确度较高的优点，且能够自动完成盘煤作业，大大缩短了盘煤时间和工作量；减少人员劳动量，同时，本实用新型还可以同时给多个煤场使用，无需安装，灵活性强，节约了煤场盘煤成本。

Description

一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置

技术领域

本实用新型涉及信息采集技术领域，尤其涉及一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置。

背景技术

火电厂、港口码头、煤矿等企业存在露天堆放散煤的现象，在遇到大风天气时会产生扬尘现象，不仅会造成物料的损失，也会对周边的环境造成污染。近年来，国家重视环境的治理并大力倡导室内煤场，这样做可以有效地解决扬尘问题。由于火电厂的燃煤管理是生产管理的重要环节，且对电厂的经济指标有着直接影响，根据有关“节煤节电条例”的要求，火电厂的发电煤耗率以火电厂月末煤场的储煤量为基准。因此，火电厂每月必须对月末煤场储量进行一次全面的测量，测量结果准确与否，直接影响该电厂的发电煤耗率和经济运行指标，因此火电厂的燃料管理己成为生产经营和生产管理的一项重要工作，引起了各电厂的高度重视。

目前，室内煤场大都通过人工便携式盘煤仪或斗轮机定点激光盘煤仪来进行室内盘煤作业。使用人工便携式盘煤仪时，需要工作人员爬到煤堆顶部进行煤堆测量，由于目前火电装机容量偏大，屯煤较多，采用人工便携式盘煤仪进行盘煤作业，不仅浪费大量人力，而且测量结果也不准确；另外，如遇夜晚，同时还存在较大人身安全隐患。斗轮机定点激光盘煤仪是将自带云台的激光扫描装置安装于斗轮机上，斗轮机在煤场中心上匀速横向移动时，激光盘煤仪对煤堆进行扇形扫描，形成二维图形来获得煤量；此方法必须由斗轮机配合完成盘煤，存在以下弊端：

1）由于斗轮机受到行进速度的限制，使得对单一煤场盘量时耗费时间太长，造成斗轮机无法进行堆取料作业，影响配煤上仓，最终可能影响电厂负荷，造成不必要的经济损失；

2）斗轮机受臂长限制无法满足煤场中点位置，造成精度不准；

3）斗轮机受悬臂限位限制，在遇到较高的煤堆时无法继续进行盘煤；

4）斗轮机受轨道限制在盘煤过程中两端存在一定盲区；

5）斗轮机定点激光盘煤仪长期在室外裸露，且煤场环境恶略，造成设备较难进行维护。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置，能够对室内煤场煤量进行精确测量，进一步减少作业人员的工作量以及劳动强度。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置，包括飞行在现场用于实现盘煤动作的无人机、用于控制无人机动作的手动遥控器以及位于室内地面上的室内定位基站单元，所述手动遥控器和室内定位基站单元均通过无线网络与无人机通信；

所述无人机包括设置在机体顶部的天线以及分别开设在机体表壁的网口、串口、SD卡口、飞行控制模块调试口、遥控器接收模块信号输入口、电源正极和电源负极，所述无人机还包括搭载在机体上的运动控制单元、实现煤场内储煤量检测的测量单元、实现数据处理的微处理器以及存储信息的SD储存卡，运动控制单元与室内定位基站单元以及手动遥控器之间通过无线信号通讯，运动控制单元与微处理器之间通过数传模块实现通信，测量单元经接口模块与微处理器进行通信，微处理器与SD存储卡之间通过SPI口进行通信。

优选的，所述运动控制单元包括遥控器接收模块、自稳云台、无刷电机动力机构、室内定位标签模块、激光定高模块以及飞行控制模块，所述手动遥控器的输出端连接遥控器接收模块的输入端，遥控器接收模块的输出端连接飞行控制模块的输入端，室内定位标签模块和激光定高模块的输出端连接飞行控制模块的输入端，飞行控制模块的输出端连接无刷电机动力系统和自稳云台的受控端，所述飞行控制模块输出端还连接数传模块的输入端。

优选的，所述飞行控制模块内嵌装有惯性传感器、磁场传感器以及气压传感器，所述惯性传感器包括陀螺仪和加速度计，磁场传感器为磁罗盘，气压传感器为高精度气压计。

优选的，所述测量单元包括对煤垛进行扫描的激光雷达，激光雷达通过接口模块向微处理器输送采集的储煤量信息。

优选的，所述接口模块采用网线与激光雷达连接。

优选的，所述室内定位基站单元包括设置在室内的三个基站。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型应用于室内煤场中对煤场煤量进行测量，通过无人机的高机动性来扫描整个煤场，具有机动灵活、测量精确度较高的优点。无人机中设置的室内定位标签模块的精度可以达到厘米级别，激光雷达的扫描误差在厘米级别，因此覆盖范围广，能够有效减少测量死角，从而使得本实用新型能够满足不同煤场盘煤测量的工作需求。

2、本实用新型在无人机盘煤过程中能够自动完成盘煤作业，测量一次仅需要十五分钟，大大缩短了盘煤时间和工作量；并且只需要一名工作人员进行测量和维护，减少人员劳动量。同时，本实用新型还可以同时给多个煤场使用，即室内和室外均可运用，无需安装，灵活性强，节约了煤场盘煤成本。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置的系统结构示意图；

图2为本实用新型的数据处理流程图；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为本实用新型中微处理器的电路图；

图5为本实用新型中接口模块的电路图；

图6为本实用新型中数传模块的电路图；

图7为本实用新型中SD储存卡的电路图。

图例说明：

1-天线，2-网口，3-串口，4-SD卡口，5-飞行控制模块调试口，6-遥控器接收模块信号输入口，7-电源正极，8-电源负极。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1-3，一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置，包括飞行在现场用于实现盘煤动作的无人机、用于控制无人机动作的手动遥控器以及位于室内地面上的室内定位基站单元，其中，手动遥控器通过无线网络与无人机通信，室内定位基站单元与无人机通过无线网络通讯以确定无人机的精确位置；

无人机包括设置在机体顶部的天线1以及分别开设在机体表壁的网口2、串口3、SD卡口4、飞行控制模块调试口5、遥控器接收模块信号输入口6、电源正极7和电源负极8，其中，天线1与室内定位标签模块连接，实现室内定位标签模块与室内定位基站单元的通信，遥控器接收模块信号输入口6用于接收手动遥控器发出的遥控指令；飞行控制模块调试口5用于在飞行器飞行前对飞行控制模块进行调试；网口2用于接入连接接口模块与激光雷达的网线；串口3用于接入连接激光定高模块与飞行控制模块的数据线；SD卡口4用于插入SD储存卡；电源正极7和电源负极8用于为飞行器的电源充电，为其他部件供电。

本实施例中，无人机还包括搭载在机体上的运动控制单元、实现煤场内储煤量检测的测量单元、实现数据处理的微处理器以及存储信息的SD储存卡，运动控制单元与室内定位基站单元以及手动遥控器之间通过无线信号通讯，运动控制单元与微处理器之间通过数传模块实现通信，测量单元经接口模块与微处理器进行通信，微处理器与SD存储卡之间通过SPI口通信；

其中，微处理器实现数据的处理，SD储存卡用于存储信息，本实施例中，微处理器采用STM32F427VIT6微处理器，微处理器的电路图如图4所示，SD储存卡的电路图如图7所示。

实施例1

运动控制单元包括遥控器接收模块、自稳云台、无刷电机动力机构、室内定位标签模块、激光定高模块以及飞行控制模块，所述手动遥控器的输出端连接遥控器接收模块的输入端，遥控器接收模块的输出端连接飞行控制模块的输入端，室内定位标签模块和激光定高模块的输出端连接飞行控制模块的输入端，飞行控制模块的输出端连接无刷电机动力系统和自稳云台的受控端，所述飞行控制模块输出端还连接数传模块的输入端；

其中，遥控器接收模块用于接收手动遥控器无线信号，无刷电机动力机构用于控制无人机飞行，自稳云台用于调整无人机角度，飞行控制模块用于接收遥控器接收模块指令分别控制无刷电机动力机构和自稳云台，激光定高模块用于对无人机的高度进行定位，并将采集的无人机高度信息发送给飞行控制模块，本实施例中，激光定高模块采用激光测距模块LP40；室内定位标签模块与室内定位基站单元相互通信，实现对无人机位置进行定位，并将获取的坐标信息、目前所在的航点号、线性激光雷达距离原始数据发送给飞行控制模块，本实施例中，室内定位标签模块采用匿名科创的无线UWB室内定位模块。

本实施例中，运动控制单元用于根基手动遥控器的指令控制无人机动作，并采集无人机的姿态信息，运动控制单元与微处理器之间通过数传模块实现通信，用于将采集的信息传输给微处理器，无人机的姿态信息包括目前飞行姿态、俯仰角、横滚角以及偏航角等。

实施例2

飞行控制模块内嵌装有惯性传感器、磁场传感器以及气压传感器，所述惯性传感器包括陀螺仪和加速度计，磁场传感器为磁罗盘，气压传感器为高精度气压计，飞行控制模块与微处理器之间通过数传模块实现通信，本实施例中，飞行控制模块采用匿名科创的开源飞行控制模块，数传模块采用W5500模块，其电路图如图6所示。

实施例3

测量单元用于实现煤场内储煤量的检测，测量单元经接口模块与微处理器进行通信。测量单元包括对煤垛进行扫描的激光雷达，激光雷达通过接口模块向微处理器输送采集的储煤量信息，接口模块采用网线与激光雷达连接，本实施例中接口模块采用RJ45模块，其电路图如图5所示。

实施例4

室内定位基站单元采用3基站形式，包括设置在室内的三个基站，该形式可在室内环境下给无人机创造了二维平面环境，便于获取无人机的精确位置。

工作原理：

如图2所示，首先根据煤场的实际位置设计飞行航线，然后用户通过手动遥控器操作无人机起飞，此时手动遥控器和运动控制单元中的遥控器接收模块通讯，遥控器接收模块将收到的来自手动遥控器的运动控制指令发送给飞行控制模块，飞行控制模块解析遥控器接收模块的运动控制指令后，首先读取室内定位标签模块数据和激光定高模块数据，然后操控无刷电机动力系统使无人机按照该预定航线在室内煤场煤堆上空飞行。

无人机上搭载的激光雷达将采集到的距离原始数据通过网线经接口模块传输到微处理器，数传模块将飞行控制模块获取无人机的地理坐标信息、目前所在的航点号、无人机高度、无人机目前的飞行姿态、俯仰角、横滚角、偏航角信息通过串口通信的方式传输到微处理器，微处理器经过处理后将无人机的地理位置坐标信息数据通过SPI通信写入SD储存卡存储。

后期作业人员根据SD储存卡存储的内容计算室内的储煤量。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置，其特征在于，包括飞行在现场用于实现盘煤动作的无人机、用于控制无人机动作的手动遥控器以及位于室内地面上的室内定位基站单元，所述手动遥控器和室内定位基站单元均通过无线网络与无人机通信；

所述无人机包括设置在机体顶部的天线（1）以及分别开设在机体表壁的网口（2）、串口（3）、SD卡口（4）、飞行控制模块调试口（5）、遥控器接收模块信号输入口（6）、电源正极（7）和电源负极（8）；

所述无人机还包括搭载在机体上的运动控制单元、实现煤场内储煤量检测的测量单元、实现数据处理的微处理器以及存储信息的SD储存卡，运动控制单元与室内定位基站单元以及手动遥控器之间通过无线信号通讯，运动控制单元与微处理器之间通过数传模块实现通信，测量单元经接口模块与微处理器进行通信，微处理器与SD存储卡之间通过SPI口进行通信。

2.根据权利要求1所述的一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置，其特征在于，所述运动控制单元包括遥控器接收模块、自稳云台、无刷电机动力机构、室内定位标签模块、激光定高模块以及飞行控制模块，所述手动遥控器的输出端连接遥控器接收模块的输入端，遥控器接收模块的输出端连接飞行控制模块的输入端，室内定位标签模块和激光定高模块的输出端连接飞行控制模块的输入端，飞行控制模块的输出端连接无刷电机动力系统和自稳云台的受控端，所述飞行控制模块输出端还连接数传模块的输入端。

3.根据权利要求2所述的一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置，其特征在于，所述飞行控制模块内嵌装有惯性传感器、磁场传感器以及气压传感器，所述惯性传感器包括陀螺仪和加速度计，磁场传感器为磁罗盘，气压传感器为高精度气压计。

4.根据权利要求1所述的一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置，其特征在于，所述测量单元包括对煤垛进行扫描的激光雷达，激光雷达通过接口模块向微处理器输送采集的储煤量信息。

5.根据权利要求4所述的一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置，其特征在于，所述接口模块采用网线与激光雷达连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于室内煤场盘煤的无人机盘煤装置，其特征在于，所述室内定位基站单元包括设置在室内的三个基站。

Images