[發明專利]一種用于核電站安全殼內環境監測的無人機及其控制方法

在審

• 申請號: 201810033645.3
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108279702A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 蔡杰進;王壯;李志峰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01S15/93;G01S5/06;G01S5/00;G01D21/02;B64C39/02;H04N7/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

1.一種用于核電站安全殼內環境監測的無人機，其特征在于：包括飛行平臺、探測系統、控制系統以及外部系統；所述飛行平臺具體包括運動機構、驅動機構和超聲波測距模塊；所述探測系統具體包括超寬帶定位模塊、探測模塊和攝像模塊；所述控制系統具體包括電源模塊、主控模塊和信號傳輸模塊；所述外部系統具體包括上位機和人機交互模塊；

所述主控模塊分別與驅動機構、超聲波測距模塊、超寬帶定位模塊、探測模塊、攝像模塊以及信號傳輸模塊連接；

所述信號傳輸模塊與上位機連接；

所述上位機與人機交互模塊連接；

所述驅動機構與運動機構連接；

所述電源模塊與飛行平臺、探測系統、控制系統連接；

所述飛行平臺通過與主控模塊連接來控制驅動機構，驅動機構控制運動機構，實現無人機的飛行、降落和懸停動作，并且在飛行過程中借助超聲波測距模塊進行障礙物探測；

所述探測系統的超寬帶定位模塊，用于定位無人機在安全殼內的準確位置；所述探測系統的探測模塊，用于探測安全殼內的溫度、濕度以及輻射劑量；所述探測系統的攝像模塊，用于安全殼內視頻的采集和傳輸；

所述控制系統的電源模塊，用于為各種裝置提供不同的電壓；所述控制系統的主控模塊，用于控制無人機的行為；所述控制系統的信號傳輸模塊，用于克服安全殼的屏蔽作用，實現信號的穩定傳輸；

所述外部系統的上位機，用于接收探測的信息并進行處理，實現安全殼內的環境監測；所述外部系統的人機交互模塊，方便用戶對系統進行操控，實現信息的有效處理。

2.根據權利要求1所述的一種用于核電站安全殼內環境監測的無人機，其特征在于：所述運動機構包括由兩個正螺旋槳和兩個反螺旋槳組成的四旋翼；所述驅動機構包括四個電子調速器和四個電機，電子調速器和主控模塊相連接，電子調速器調節電機轉速，每個電機對應控制一個螺旋槳。

3.根據權利要求1所述的一種用于核電站安全殼內環境監測的無人機，其特征在于：所述超寬帶定位模塊包括定位標簽、定位基站、定位引擎和呈現裝置；定位方式具體為：

所述定位標簽，用于發射超短時脈沖，由無人機飛行平臺攜帶；

所述定位基站，用于接收由定位標簽發射的脈沖信號，并通過信號傳輸設備將信號傳輸到定位引擎；

所述定位引擎，用于通過采用TDOA算法進行定位計算；

所述呈現裝置，用于呈現定位引擎處理得到的定位信息。

4.根據權利要求1所述的一種用于核電站安全殼內環境監測的無人機，其特征在于：所述探測系統中的探測模塊具體包括溫度傳感器、濕度傳感器和以GM計數管為主的γ輻射探測器。

5.根據權利要求1所述的一種用于核電站安全殼內環境監測的無人機，其特征在于：所述探測系統中的攝像模塊具體包括圖像采集裝置及圖像信息轉換和傳輸裝置。

6.根據權利要求1所述的一種用于核電站安全殼內環境監測的無人機，其特征在于：所述控制系統中的電源模塊具體包括電池和DC/DC升壓裝置。

7.根據權利要求1所述的一種用于核電站安全殼內環境監測的無人機，其特征在于：所述控制系統中的信號傳輸模塊具體包括無線傳輸裝置和有線傳輸裝置；飛行平臺和探測系統探測的信息通過無線傳輸裝置傳輸給核電站安全殼內的信號接收裝置，信號接收裝置再通過有線傳輸裝置傳輸給安全殼外的上位機。

8.一種基于權利要求1‐7任一項所述的用于核電站安全殼內環境監測的無人機的控制方法，其特征在于：具體步驟包括：

人機交互模塊輸入監測安全殼內某一區域的指令到上位機，上位機通過信號傳輸模塊發送指令到主控模塊；主控模塊根據指令通過控制驅動機構，使得驅動機構控制運動機構，來控制無人機飛行至指令中所要監測的區域；在無人機飛行過程中，超聲波測距模塊進行障礙物的探測并將探測信息發送到主控模塊，然后傳輸到上位機；人機交互模塊根據接收的信息，實時發出指令來控制無人機，使得無人機能夠避免和安全殼內的設備發生碰撞，準確地到達所需監測的區域；

到達所需監測區域后，主控模塊控制無人機懸停在該區域；探測系統中的超寬帶定位模塊、探測模塊以及攝像模塊探測該區域中的位置信息、溫度數據、濕度數據、劑量率數據和視頻信息，通過無線傳輸將信息發送到核電站安全殼內的信號接收裝置，信號接收裝置將接收到的信息進行打包，通過信號傳輸模塊傳輸到上位機，上位機再對接收到的信息進行處理并發送返回指令到主控模塊，主控模塊控制無人機返回降落處降落，結束對所需監測區域的監測；在整個監測過程中，電源模塊為各種裝置提供不同的電壓。