一种用于矿道检测的无人机及其信号传输系统的制作方法

1.本发明涉及矿道检测领域，更具体地，涉及一种用于矿道检测的无人机及其信号传输系统。

背景技术：

2.煤炭是支持我国国民经济发展的主要能源，但是煤炭工业生产的安全状况却不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重。随着矿井开采强度和深度的增加，安全事故的出现概率也在不断增加，因此，及时掌握煤矿井下的矿道动态是十分重要的工作。
3.目前的煤矿井的日常矿道检测大多采用人工携带仪器进入矿道检测，矿道内部具体情况不清楚，贸然进入矿道检测危险系数大，容易危及检测人员的人身安全。而且人工检测的效率比较低，矿道复杂花费的人力物力成本高。
4.如专利一种煤矿井下用能自主避障的防爆型四旋翼无人机，公开了一种煤矿井下用能自主避障的防爆型四旋翼无人机，包括无人机机构、监测机构和平台，且其相互之间均通过无线方式连接。该无人机在煤矿井下飞行时可以通过其上端的超声传感模块对四周持续发射超声波信号，在遇到阻挡物时，再利用超声传感模块接收阻挡信号，并将其发送给电源控制模块，通过电源控制模块控制微型电源接通阻挡物那一侧的电磁铁中的电流，同时利用电磁铁吸引位于同一水平位置上的衔铁块，衔铁块向电磁铁一侧移动并带动复位弹性件和活动导杆向内侧移动，由于长条磁体和主磁块的磁性相反，在主磁块向长条磁体靠近的同时也产生一定的排斥力，促使无人机机构整体向着远离阻挡物的方向移动，也起到了一定的自主避障的作用。专利解决了自主避障的问题，但仍热存在无人机的旋翼没有保护装置，容易在矿井内的复杂环境碰撞坠机，以及无人机功能模块组件能够根据实际需要方便拆卸安装的问题。
5.如专利一种用于探测矿井火灾的无人机，公开了一种用于探测矿井火灾的无人机，以多旋翼无人机为载体，同时结合航拍技术实现对矿井全方位巡检，对矿井进行实时监测。采用机器视觉应用控制理论实现无人机自主飞行，无需人员操作，实现远距离飞行。通过井下建立中转站，实现无人机全矿井巡检。本发明通过改进机载传感器的搭配和视觉导航系统的算法，使得无人机可以实现不借助gps等外界设备实现无人自主定位以及自我路径规划在无人工干预下自动探测矿井巷道，提高了发现火灾的效率及准确性；同时，本发明处理器单元通过采用高斯噪声模型下的最优估计，可以很好的消除因无人机抖动等因素带来的测量误差。专利解决了矿井火灾监控装置功能单一，监控项目少，不利矿井火灾的监控和提前预防的缺陷，但无人机本体的旋翼仍然没有很好的保护装置，容易在矿井内部复杂的环境碰撞坠机，以及无人机功能模块组件能够根据实际需要方便拆卸安装的问题。
6.如专利一种煤矿井下防爆型四旋翼无人机，公开了一种煤矿井下防爆型四旋翼无人机，属于煤矿井下巡检救援领域。四旋翼无人机的飞控模块、数传图传模块、电池模块、动力系统和传感器系统均安装在机架内，摄像头模块安装在机架上；电池模块给无人机整体提供动力能源，电池模块位于第二中间层底部；数传图传模块的数传图传密封盒固定在机
架顶部，安装数传图传密封盒一侧的机架为机头位置；动力系统模块的无刷电机位于机架内，固定在第一中间层；传感器系统和飞控模块的输出通过数传图传模块无人机端与其地面端双向通信；摄像头模块的图像信号传输至数传图传地面端的视频设备。优点：结构稳定、牢固，体积小，反应灵敏，在井下无gps情况下完成巡检勘测任务，智能化操作，续航时间长；主体模块化构造。专利解决了无人机旋翼保护问题，但仍然存在无人机上旋翼保护装置方便拆卸安装问题，以及无人机功能模块组件能够根据实际需要方便拆卸安装的问题。

技术实现要素：

7.本发明为克服上述现有技术存在的技术缺陷，提供一种用于矿道检测的无人机。
8.本发明的另一目的在于提供一种用于矿道检测的无人机的信号传输系统。
9.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
10.一种用于矿道检测的无人机，包括无人机本体，无人机本体包括机体、横臂、旋翼、支座，机体通过横臂连接旋翼，支座设置于机体底部，其特征在于，无人机本体上设置有相应的飞控模块和wifi信号交互控制模块，无人机的旋翼下端连接的电机为防爆电机，无人机机体上表面设置有360度激光雷达，且360度激光雷达上端扫描部位周围无部件遮挡；无人机机体前端和后端固定设置有检测雷达，一个检测雷达朝向为朝上，另一个检测雷达朝向为朝上；无人机的旋翼周围设置有保护装置，包括保护部和固定部；无人机机体下端设置有滑槽，滑槽上滑动连接有可拆卸换装的相机模块组件。
11.进一步地，固定部固定设置于横臂相应的位置上，保护部与固定部可拆卸连接，固定部下端设置有与横臂平行的横向贯穿孔，横向贯穿孔下端设置有垂直于横臂的垂直通孔，并延伸穿过横向贯穿孔的上端一定距离形成有盲孔，盲孔与垂直通孔度设置有相同的内螺纹。
12.进一步地，保护部包括连接骨、加强肋、扇形部，上述三个部件均为一体连接，加强肋与连接骨的夹角为60度。
13.进一步地，连接骨上设置有可供螺栓穿过的通孔。
14.进一步地，扇形部上还设置有内螺纹盲孔和通过螺纹连接的缓冲装置。
15.进一步地，缓冲装置包括弹性连接柱和设置在弹性连接柱一端的矩形块，弹性连接柱一端设置有与扇形部上的内螺纹盲孔相对应的外螺纹。
16.进一步地，相机模块组件包括相机、探照灯、wifi信号模块、电池、控制器，相机模块组件上设置有与机体下端的滑槽相对应的扁平状凸块。
17.进一步地，相机模块组件的表面上还设置有若干滑槽。
18.进一步地，相机模块组件上还可拆卸安装有气体检测模块和语音通话模块，气体检测模块设置有甲烷检测传感器、一氧化碳检测传感器、二氧化碳检测传感器、氧气检测传感器。
19.一种用于矿井的信号传输系统，包括矿井内设置的无线和地面，其特征在于，还包括无人机上的wifi信号交互控制模块以及设置在无人机上的模块组件中的wifi信号模块，实现无人机以及设置在无人机上的模块组件通过矿井内的无线与地面信号传输。
20.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
21.本发明提供一种用于矿道检测的无人机，包括无人机本体、360度激光导航雷达和相机模块组件。在进行煤矿井矿道检测作业时，通过无人机上的wifi信号交互控制模块以及相机模块组件的wifi信号模块与煤矿井内设置的无线实现与地面的通信与无人机以及无人机模块组件的控制，使得检测人员在地面就能够实时控制无人机；无人机机体上端设置的360度激光雷达基于slam技术对煤矿井的矿道进行扫描并绘制点云，点云数据传输至地面分析调校后生成高精度的矿道三维地图，便于检测人员分析矿道的具体情况。相机模组实时录制矿道内部的视频，使得检测人员能够将视频与激光雷达生成的三维地图多维度的对比分析。即使在极端的情况下，地面无法控制无人机，相机模块组件无法提供实时视频信息，无人机也能通过激光雷达绘制的地图轨迹以及存储的飞行轨迹进行逆运算，控制无人机飞回地面。
22.360度激光导航雷达以及设置在无人机的机体前端和后端的检测雷达实现无人机的全方位避障，其中设置在无人机的机体前端的检测雷达能够探测无人机上方的障碍物，设置在无人机的机体后端的检测雷达能够探测无人机底部下方的障碍物；设置在无人机的机体顶部的360度激光雷达实现无人机的机体水平面周围的障碍物检测。
23.设置在无人机底部的可拆卸的相机模块组件以及设置在相机模块组件上的可拆卸的气体检测模块和语音通话模块，能够方便快捷地组装与拆卸，能够更好地实现保存和维护。
附图说明
24.图1为无人机正视图。
25.图2为无人机后视图。
26.图3为保护部的剖面视图。
27.图4为固定部的剖面视图。
28.其中：1、机体，2、横臂，3、旋翼，4、支座，5、360度激光雷达，6、保护装置，601、固定部，6011、盲孔，6012、横向贯穿孔，6013、垂直通孔，602、保护部，6021、连接骨，6022、加强肋，6023、扇形部，6024、弹性连接柱，6025、弹簧，6026、矩形块，6027、通孔，7、检测雷达，8、滑槽，9、相机模块组件，901、相机，902、探照灯，903、wifi信号模块，904、电池，905、控制器，10、飞控模块，11、wifi信号交互控制模块，12、防爆电机，13、气体检测模块，14、语音通话模块。
具体实施方式
29.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.除非另外定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件
及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
31.实施例1
32.如附图1至附图4所示，本实施例公开一种用于矿道检测的无人机，包括无人机本体，无人机本体包括机体1、横臂2、旋翼3、支座4，机体1通过横臂2连接旋翼3，支座4设置于机体1底部，其特征在于，无人机本体上设置有相应的飞控模块10和wifi信号交互控制模块11，无人机的旋翼3下端连接的电机为防爆电机12，无人机的机体1上表面设置有360度激光雷达5，且360度激光雷达5上端扫描部位周围无部件遮挡；无人机的机体1前端和后端固定设置有检测雷达7，一个检测雷达7朝向为朝上，另一个检测雷达7朝向为朝上；无人机的旋翼3周围设置有保护装置6，包括保护部602和固定部601；无人机的机体1下端设置有滑槽8，滑槽8上滑动连接有可拆卸换装的相机模块组件9。
33.固定部601固定设置于无人机的横臂2相应的位置上，保护部602与固定部601可拆卸连接，固定部601下端设置有与横臂2平行的横向贯穿孔6012，横向贯穿孔6012下端设置有垂直于横臂2的垂直通孔6013，并延伸穿过横向贯穿孔6012的上端一定距离形成有盲孔6011，盲孔6011与垂直通孔6013都设置有相同的内螺纹。
34.保护部602包括连接骨6021、加强肋6022、扇形部6023，上述三个部件均为一体连接，加强肋6022与连接骨6021的夹角为60度。
35.连接骨6021上设置有可供螺栓穿过的通孔6027。
36.扇形部6023上还设置有内螺纹盲孔6011和通过螺纹连接的缓冲装置。
37.缓冲装置包括弹性连接柱6024和设置在弹性连接柱6024一端的矩形块6026，弹性连接柱6024一端设置有与扇形部6023上的内螺纹盲孔6011相对应的外螺纹。
38.相机模块组件9包括相机901、探照灯902、wifi信号模块903、电池904，相机模块组件9上设置有与无人机的机体1下端的滑槽8相对应的扁平状凸块。
39.在具体实施过程中，无人机包括机体1、横臂2、旋翼3，无人机为四旋翼3无人机，无人机机体1内集成设置了相应的飞控模块10和wifi信号交互控制模块11，实现无人机的飞行控制和信号传输。无人机的旋翼3下端连接的电机为防爆电机12，避免因电机运行产生电火花引爆矿井内的甲烷等爆炸气体。
40.无人机的机体1上端设置的360度激光雷达5基于slam技术对煤矿井的矿道进行扫描并绘制点云，点云数据传输至地面分析调校后生成高精度的矿道三维地图，便于检测人员分析矿道的具体情况。无人机的机体1前端和后端安装的检测雷达7为微波雷达，也可以替换成高精度检测传感器，配合360度激光雷达5实现对无人机的自主避障；基于360度激光雷达5的slam技术的地图导航技术，使得无人机能够实现自主巡航检测，在特殊情况下，例如矿井磁场干扰或矿井通信损坏，导致无法控制无人机或者无人机的相机模块组件9视频信号断联，无人机也能通过自身存储的飞行轨迹和激光雷达扫描的地图信息进行逆向飞行，最终顺利飞回地面。
41.旋翼3周围设置有保护装置6，保护装置6为一个保护部602和一个固定部601，固定部601固定设置于无人机的横臂2上，固定部601下端设置能让保护部602的连接骨6021穿过
的横向贯穿孔6012，孔内设置垂直方向带有内螺纹的垂直贯穿孔，垂直贯穿孔延伸穿过横向贯穿孔6012的上端一定距离盲孔6011，盲孔6011内同样设置有内螺纹，配合保护部602上横臂2设置的通孔6027，通过带有外螺纹的螺栓就能将保护部602可拆卸连接至固定部601上，在使用完毕后，可将保护装置6拆卸下来，方便无人机的收储。
42.保护装置6上的保护件包括：连接骨6021、加强肋6022、扇形部6023，连接骨6021为扁平横杆状，连接骨6021与加强肋6022的夹角为60度设置，参考三角形的结构设置，起到强稳定结构作用；加强肋6022与扇形部6023连接，扇形部6023围绕包裹无人机的旋翼3，并扇形部6023的高度高于无人机的旋翼3的高度，防止来自无人机的旋翼3上方障碍物的干扰。
43.在扇形部6023上还设置有硬质材料制成的矩形块6026和弹性连接柱6024，弹性连接柱6024内设置有弹簧6025，进一步避免了碰撞产生的力传导影响无人机的飞行轨迹，能够极大地缓冲碰撞力。此结构也是可拆卸的螺纹连接，可根据实际状况安装或者不安装，拆卸和安装都方便。
44.无人机的机体1下端设置有滑槽8，相机模块组件9上设置有与滑槽8相应的扁平状凸块，使得相机模块组件9能够可拆卸式挂装在无人机的机体1上，相机模块组件9包括：相机901、探照灯902、wifi信号模块903、电池904、控制器905，使得相机模块组件9能够单独运行，只需做好封装设计就不再需要进行防爆处理，减少了成本支出；使用时，能够通过相机901实时录制并传输矿道内部视频信息，矿道较暗，可控制开启探照灯902提供光照，并且，相机模块组件为可拆卸设计，方便收储。
45.实施例2
46.本实施例与实施例1的结构基本相同，区别在于，如附图2所示，相机模块组件9的表面上还设置有若干滑槽8。
47.相机模块组件9上还可拆卸安装有气体检测模块13和语音通话模块14，气体检测模块13设置有甲烷检测传感器、一氧化碳检测传感器、二氧化碳检测传感器、氧气检测传感器。
48.在具体实施过程中，相机模块组件9上设置滑槽8，相机模块组件9上海可拆卸安装有气体检测模块13，气体检测模块13设置有甲烷检测传感器、一氧化碳检测传感器、二氧化碳检测传感器、氧气检测传感器，能够通过气体检测模块13检测矿道内的甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氧气的含量情况，便于矿道检测人员进一步分析矿井的矿道内的气体情况；可拆卸安装语音通话模块14，实现无人机与矿井内的信息交流，及时了解矿井内的情况。气体检测模块13和语音通话模块14都和相机模块组件9一样设置有独立供电的电池904，wifi信号模块903，控制器905，每个模块单独通信传输接收数据，每个模块均能方便拆卸和安装，能够根据实际需要挂装或拆卸。
49.实施例3
50.本实施例与实施例1的结构基本相同，区别在于，如附图2所示，一种用于矿井的信号传输系统，包括矿井内设置的无线和地面，其特征在于，还包括无人机以及设置在无人机上的模块组件中的wifi信号交互控制模块11，实现无人机以及设置在无人机上的模块组件通过矿井内的无线与地面信号传输。
51.在具体实施过程中，矿井内设置的无线为ktw138矿用本安型无线wifi，具备爆炸性气体环境用电设备的功能要求，并且环绕矿道间隔一定距离安装多个，实
现矿井信号的全覆盖。
52.无人机的wifi信号交互控制模块11以及各个模块上的wifi信号模块903单独通过矿井内的无线与地面进行通信和数据传输或接收。
53.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于矿道检测的无人机，包括无人机本体，无人机本体包括机体(1)、横臂(2)、旋翼(3)、支座(4)，机体(1)通过横臂(2)连接旋翼(3)，支座(4)设置于机体(1)底部，其特征在于，无人机的机体上设置有相应的飞控模块(10)和wifi信号交互控制模块(11)，无人机的旋翼(3)下端连接的电机为防爆电机(12)，无人机的机体(1)上表面设置有360度激光雷达(5)，且360度激光雷达(5)上端扫描部位周围无部件遮挡；无人机的机体(1)前端和后端固定设置有检测雷达(7)，一个检测雷达(7)朝向为朝上，另一个检测雷达(7)朝向为朝上；无人机的旋翼(3)周围设置有保护装置(6)，包括保护部(602)和固定部(601)；无人机的机体(1)下端设置有滑槽(8)，滑槽(8)上滑动连接有可拆卸换装的相机模块组件(9)。2.根据权利要求1所述的用于矿道检测的无人机，其特征在于，所述固定部(601)固定设置于无人机的横臂(2)相应的位置上，保护部(602)与固定部(601)可拆卸连接，固定部(601)下端设置有与横臂(2)平行的横向贯穿孔(6012)，横向贯穿孔(6012)下端设置有垂直于横臂(2)的垂直通孔(6013)，并延伸穿过横向贯穿孔(6012)的上端一定距离形成有盲孔(6011)，盲孔(6011)与垂直通孔(6013)都设置有相同的内螺纹。3.根据权利要求2所述的用于矿道检测的无人机，其特征在于，所述保护部(602)包括连接骨(6021)、加强肋(6022)、扇形部(6023)，上述三个部件均为一体连接，加强肋(6022)与连接骨(6021)的夹角为60度。4.根据权利要求2所述的用于矿道检测的无人机，其特征在于，所述连接骨(6021)上设置有可供螺栓穿过的通孔(6027)。5.根据权利要求3所述的用于矿道检测的无人机，其特征在于，所述扇形部(6023)上还设置有内螺纹盲孔(6011)和通过螺纹连接的缓冲装置。6.根据权利要求5所述的用于矿道检测的无人机，其特征在于，所述缓冲装置包括弹性连接柱(6024)和设置在弹性连接柱(6024)一端的矩形块(6026)，弹性连接柱(6024)一端设置有与扇形部(6023)上的内螺纹盲孔(6011)相对应的外螺纹。7.根据权利要求1所述的用于矿道检测的无人机，其特征在于，所述相机模块组件(9)包括相机(901)、探照灯(902)、wifi信号模块(903)、电池(904)、控制器(905)，相机模块组件(9)上设置有与无人机的机体(1)下端的滑槽(8)相对应的扁平状凸块。8.根据权利要求1所述的用于矿道检测的无人机，其特征在于，所述相机模块组件(9)的表面上还设置有若干滑槽(8)。9.根据权利要求1所述的用于矿道检测的无人机，其特征在于，所述相机模块组件(9)上还可拆卸安装有气体检测模块(13)和语音通话模块(14)，气体检测模块|(13)设置有甲烷检测传感器、一氧化碳检测传感器、二氧化碳检测传感器和/或氧气检测传感器。10.一种用于矿井的信号传输系统，包括矿井内设置的无线和地面，其特征在于，还包括权利要求1～9任意一项所述用于矿道检测的无人机上的wifi信号交互控制模块(11)以及设置在无人机上的模块组件中的wifi信号模块(903)，实现无人机以及设置在无人机上的模块组件通过矿井内的无线与地面信号传输。

技术总结

本发明属于矿道检测领域，公开了一种用于矿道检测的无人机及其信号传输系统，其包括无人机本体，无人机本体包括机体、横臂、旋翼、支座，无人机本体上设置有相应的飞控模块和WiFi信号交互控制模块，无人机的旋翼下端连接的电机为防爆电机，无人机机体上表面设置有360度激光雷达；无人机机体前端和后端固定设置有检测雷达，一个检测雷达朝向为朝上，另一个检测雷达朝向为朝上；无人机的旋翼周围设置有保护装置，包括保护部和固定部；无人机机体下端设置有滑槽，滑槽上滑动连接有可拆卸换装的相机模块组件。本发明能实现自主巡航监测，具有自动避障、断线自主返航功能，能够实时传输检测视频，能可拆卸挂装多种功能模块组件。能可拆卸挂装多种功能模块组件。能可拆卸挂装多种功能模块组件。