[发明专利]一种用于煤矿井环境的无人机

权利要求书

1.一种用于煤矿井环境的无人机，其特征在于，

所述无人机用于在所述煤矿井环境中飞行，以采集所述煤矿井环境的环境数据，并将所述环境数据发送至地面站，所述地面站用于根据所述环境数据对所述煤矿井环境进行实时监测。

2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机搭载有3D激光雷达、测高雷达、测顶雷达与机载计算机，

所述测顶雷达与所述3D激光雷达设置于所述无人机顶部，所述测高雷达设置于所述无人机底部，所述3D激光雷达用于测量所述无人机与所述煤矿井侧壁的距离；

所述测顶雷达用于测量所述无人机与所述煤矿井顶壁的距离；

所述测高雷达用于测量所述无人机与所述煤矿井底部的距离；

所述机载计算机，分别与所述3D激光雷达、所述测顶雷达、所述测高雷达进行通讯，以接收并根据所述无人机与所述煤矿井侧壁的距离、所述无人机与所述煤矿井顶壁的距离、所述无人机与所述煤矿井底部的距离进行路径规划。

3.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述机载计算机，具体用于根据所述无人机与所述煤矿井顶壁的距离、所述无人机与所述煤矿井底部的距离对所述无人机进行垂直方向的控制，根据所述无人机与所述煤矿井侧壁的距离对所述无人机进行水平方向的控制。

4.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述机载计算机，具体用于通过预置SLAM算法读取所述3D激光雷达测量到的点云数据，并将当前帧的点云数据与前一帧的点云数据进行配准，计算所述当前帧与所述前一帧相同特征的位姿变化，输出对应的坐标转换矩阵，并生成点云地图。

5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述机载计算机具体通过提取所述当前帧的点云数据与所述前一帧点云数据中的几何特征进行跟踪，以计算所述当前帧与前一帧相同特征的位姿变化。

6.根据权利要求5所述的无人机，其特征在于，

若所述无人机确定当前的位姿与所述点云地图中目标点的位姿相同，则所述无人机根据所述目标点的位姿进行路径规划。

7.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述无人机还搭载有红外热像仪、高清摄像头，

所述红外热像仪用于采集所述煤矿井环境中顺槽皮带机的热图像；

所述高清摄像头用于采集所述煤矿井环境中顺槽皮带机的高清图像；

所述机载计算机用于根据所述顺槽皮带机的热图像与所述顺槽皮带机的高清图像对所述顺槽皮带机的工作状态进行监测。

8.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述无人机还搭载有气体传感器，

所述气体传感器中设有电解液，且所述气体传感器下端具有供气体扩散至所述电解液的薄膜，所述电解液中包含负电极与参考电极，

所述气体传感器用于根据所述参考电极上的微电流确定所述煤矿井环境内有毒气体的浓度。

9.根据权利要求8所述的无人机，其特征在于，

所述气体传感器还具有探测可燃性气体的金属丝，所述气体传感器根据所述金属丝的电阻率确定所述煤矿井环境中是否存在可燃性气体。

10.根据权利要求9所述的无人机，其特征在于，所述机载计算机还具体用于：

S1、获取测顶雷达所测量的无人机顶部与煤矿井顶壁的向上垂直距离H_上；

S2、获取测高雷达所测量的无人机底部与煤矿井底部的向下垂直距离H_下；

S3、依据所述向上垂直距离H_上和所述向下垂直距离H_下获得所述无人机在上下方向上的相对于煤矿井顶壁/底部的安全距离H_安1，所述H_安1＝(H_上+H_下)/4；

S4、获取3D激光雷达所测量的无人机距离煤矿井侧壁的向前水平距离H_前、向后水平距离H_后、向左水平距离H_左和向右水平距离H_右；

S5、依据所述向前水平距离H_前、向后水平距离H_后获得所述无人机在前后方向上的安全距离H_安2，所述H_安2＝(H_前+H_后)/4；

S6、依据所述向左水平距离H_左、向右水平距离H_右获得所述无人机在左右方向上的安全距离H_安3，所述H_安3＝(H_左+H_右)/4；

S7、在空间坐标系中，依据所述H_安1＝(H_上+H_下)/4构建所述无人机在上下垂直方向上的安全坐标区段P1，所述安全坐标区段P1为所述无人机在上下垂直方向上距离煤矿井顶壁/底部大于等于安全距离H_安1的坐标区段；依据所述H_安2＝(H_前+H_后)/4构建所述无人机在前后水平方向上的安全坐标区段P2，所述安全坐标区段P2为所述无人机在前后水平方向上距离煤矿井侧壁大于等于安全距离H_安2的坐标区段；依据所述H_安3＝(H_左+H_右)/4构建所述无人机在左右水平方向上的安全坐标区段P3，所述安全坐标区段P3为所述无人机在左右水平方向上距离煤矿井侧壁大于等于安全距离H_安3的坐标区段；

S8、当所述无人机的当前位置存在一个方向上不在对应安全坐标区段时，调整所述无人机在该方向上飞行至该方向所对应的安全坐标区段内，所述一个方向为上下垂直方向、前后水平方向和左右水平方向中的任意一个方向；

S9、当所述无人机的当前位置存在至少两个方向上均不在对应安全坐标区段时，依据所述安全坐标区段P1、所述安全坐标区段P2、所述安全坐标区段P3，构建安全空间区域，所述安全空间区域是由所述安全坐标区段P1的两个端点、所述安全坐标区段P2的两个端点、所述安全坐标区段P3的两个端点顺次相连所构成的安全空间区域；调整所述无人机飞行至所述安全空间区域。