[发明专利]一种用于洞穴三维建模的飞行器及建模方法

摘要

本发明公开了一种用于洞穴三维建模的飞行器，包括安装在飞行器主体上的舵机转动平台、激光扫描传感器、三轴加速度传感器、陀螺仪传感器、飞行器主控制器、无线数据发送模块，其中：两个舵机转动平台分别安装在飞行器主体的上下端面；每个舵机转动平台包括第一舵机及第二舵机，第一舵机与飞行器主体固定连接，第一舵机的第一舵机转动轴通过舵机连接臂与第二舵机连接，第二舵机通过第二舵机转动轴与激光扫描传感器连接，第一舵机转动轴与第二舵机转动轴垂直。本发明能够在不需人类进入危险洞穴，且不受洞穴内部光线条件约束、不依靠GPS的情况下探测整个测区洞穴的空间分布情况、实现飞行器的自我空间定位并构造出目标洞穴的三维空间模型。

主权项

1.一种用于洞穴三维建模的建模方法，其特征在于，使用用于洞穴三维建模的飞行器进行洞穴探测，用于洞穴三维建模的飞行器包括飞行器主体，以及安装在飞行器主体上的舵机转动平台、激光扫描传感器、三轴加速度传感器、陀螺仪传感器、飞行器主控制器、无线数据发送模块，其中：两个舵机转动平台分别安装在飞行器主体的上下端面；每个舵机转动平台包括第一舵机及第二舵机，第一舵机与飞行器主体固定连接，第一舵机的第一舵机转动轴通过舵机连接臂与第二舵机连接，第二舵机通过第二舵机转动轴与激光扫描传感器连接，第一舵机转动轴与第二舵机转动轴垂直；用于洞穴三维建模的飞行器的前端还安装有超声波传感器；还包括安装在飞行器主体上的无线数据接收模块；所述用于洞穴三维建模的建模方法包括如下步骤：飞行器由初始位置出发，由飞行器主控制器控制飞行器向目标洞穴内飞行；三轴加速度传感器采集加速度信号，陀螺仪传感器采集角度信号，飞行器主控制器基于加速度信号及角度信号生成飞行器的位置信息，无线数据发射模块将飞行器的位置信息发送至设置在洞穴外部的处理器；激光扫描传感器扫描目标洞穴的切面数据，无线数据发射模块发送目标洞穴的切面数据至处理器，处理器基于切面数据及飞行器的位置信息对目标洞穴进行三维建模；基于切面数据及飞行器的位置信息对目标洞穴进行三维建模的方法包括：激光扫描传感器扫描的目标洞穴的切面数据包括切面的离散点数据，将离散点数据连续化得到封闭曲线，获得两个间隔一个时间段ΔT的封闭曲线之间的对应关系，设两个封闭曲线的时间点分别为t₁和t₂，t₁和t₂对应的封闭曲线分别为p₁和p₂，以t₁时刻的扫描面为投影面将两条封闭曲线投影在同一坐标系下，p₁在m轴和n轴投影的最小、最大坐标分别为m₁₁、m₁₂和n₁₁、n₁₂，p₂在m轴和n轴投影的最小、最大坐标分别为m₂₁、m₂₂和n₂₁、n₂₂，则直线段m₁₁m₁₂上的任一点m₁和直线段m₂₁m₂₂上的对应点m₂的对应关系为：m₁＝m₁₁+k₁(m₂‑m₂₁)，其中直线段n₁₁n₁₂上的任一点n₁和直线段n₂₁n₂₂上的任一点n₂的对应关系为：n₁＝n₁₁+k₂(n₂‑n₂₁)，其中根据以上求出的点对应关系找出p₁上的任一点(m₁,n₁)在p₂上的对应点(m₂,n₂)，将对应点一一相连，即能够将两个封闭曲线串联起来，将所有封闭曲线按照目标洞穴走向串联起来就能够构建出目标洞穴三维模型。