[發(fā)明專利]一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機

在審

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• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110316376A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 聶士斌;管志文;張曦;金蝶;邢時超
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號: B64C39/02
• 分類號: B64C39/02;B64C27/08;G08B17/12;G05D1/10
• 代理公司: 北京同輝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 楊敬

1.一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機，其特征在于，包括飛行控制系統(tǒng)(3)，飛行控制(3)系統(tǒng)包括接收天線、電源(8)和總控制器，總控制器通過接收天線接收地面站發(fā)出的遙控指令；

所述無人機包括視覺導(dǎo)航系統(tǒng)(1)和圖像處理模塊(2)，視覺導(dǎo)航系統(tǒng)(1)包括紅外熱像儀，紅外熱像儀、圖像處理模塊(2)分別與飛行控制系統(tǒng)(3)的總控制器相連接，紅外熱像儀的輸出端和圖像處理模塊(2)的輸入端連接；

所述飛行控制系統(tǒng)(3)包括慣性測量單元(4)、處理器單元(5)和信號處理模塊(7)，處理器單元(5)連接兩個特制插口(10)；

所述無人機包括電機(6)和螺旋槳(9)，電機(6)控制螺旋槳(9)的轉(zhuǎn)動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機，其特征在于，所述視覺導(dǎo)航系統(tǒng)(1)包括機載紅外成像儀和實時圖像傳輸系統(tǒng)，機載紅外成像儀和實時圖像傳輸系統(tǒng)分別與飛行控制系統(tǒng)(3)相連接；

視覺導(dǎo)航系統(tǒng)(1)采用紅外熱像儀作為視覺傳感器，其紅外熱圖象是以不同的顏色顯示畫面中不同的溫度數(shù)值，有十字光標(biāo)始終自動捕捉畫面中溫度最高的物體并顯示溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)畫面中有超過設(shè)定溫度的便立即啟動聲光報警，事先可設(shè)定的報警靈敏度，能實現(xiàn)任意設(shè)定溫度段異常的精確報警，適合用作無人機機載傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機，其特征在于，所述實時圖像傳輸系統(tǒng)由微處理模塊、電源模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊構(gòu)成。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機，其特征在于，所述實時圖像傳輸系統(tǒng)還包括用于調(diào)節(jié)所述機載紅外成像儀俯仰角的俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)，該俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)與所述飛行控制系統(tǒng)(3)相連接，并與所述機載紅外成像儀相傳動連接，本發(fā)明在起飛前或起飛過程中，工作人員向本發(fā)明發(fā)送指令，通過俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)機載紅外成像儀的監(jiān)測角度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機，其特征在于，所述圖像處理模塊(2)包括圖像輸入部分、圖像處理分析部分、圖像輸出部分。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機，其特征在于，所述無人機采用機載飛行控制系統(tǒng)(3)與視覺導(dǎo)航系統(tǒng)(1)、圖像處理模塊(2)協(xié)同計算的方案，所述飛行控制系統(tǒng)(3)中的迭代就近點元件通過對圖像處理模塊(2)輸出的信息進(jìn)行分析，供無人機控制系統(tǒng)進(jìn)行位置和軌跡控制。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機，其特征在于，所述處理器單元(5)為集成電路陣列處理器，利用顯示核心進(jìn)行加速，采用高斯噪聲模型下的最優(yōu)估計來處理視覺導(dǎo)航系統(tǒng)(1)所收集到的數(shù)據(jù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機，其特征在于，所述處理器單元(5)使用迭代就近點算法就近點搜索法來匹配不同位置所觀測的點云數(shù)據(jù)，再輔以其搭載的機載傳感器以實現(xiàn)不借助GPS等外界設(shè)備來實現(xiàn)定位，所述無人機在飛行過程中，機載紅外成像儀實時檢測周圍溫度變化。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機，其特征在于，所述無人機采集到的移動數(shù)據(jù)包括相機第t幀所勘察到的畫面Zt：Ω→R⁺，Ω為像素集合、當(dāng)前勘察點云Vt，其中：已知相機的內(nèi)置矩陣可計算當(dāng)前觀測點云v_t(s)＝H^-1[s_x，s_y，1]^Tz_t(s)，

s＝[s_x，s_y]^T∈Ω，

t時刻相機的位姿T可用齊次坐標(biāo)變換表示為

其中R_t∈R³；

該位姿變換對應(yīng)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系，以符號g表示，點云坐標(biāo)也以齊次坐標(biāo)表示；

a時刻所觀測的點云投影至世界坐標(biāo)系下為：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測礦井火災(zāi)的無人機，其特征在于，所述信號處理模塊(7)包括可編程數(shù)據(jù)放大器、高共模抑制比隔離放大器模塊、集成調(diào)制解調(diào)器、模擬開關(guān)、采樣保持器、開關(guān)電容濾波器。