CN104590562A - 一种防撞式定点消防无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防撞式定点消防无人机，属于无人机领域。本发明的防撞式定点消防无人机，包括无人机本体、投弹枪和防撞罩，所述投弹枪设置在无人机本体下方，该投弹枪上装有舵机，所述舵机控制投弹枪发射灭火弹；在并列设置的投弹枪上装有瞄准机构，提高了投弹精确度；所述防撞罩为笼形结构，该笼形结构围在无人机本体外周保护无人机本体不受碰撞，在螺旋桨支架上还设有防火罩，以抵御火苗喷袭。本发明能够不受地域环境限制对高层建筑及狭窄通道进行定点消防灭火，无人机本体不易被碰撞损坏，飞行速度快，动作灵敏，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，更具体地说，涉及一种防撞式定点消防无人机。
背景技术
随着城镇化推进，高楼建设速度加快，但应对高楼消防的设备发展相对滞后。同时，随着化工行业的迅速发展，各类容易爆炸不适合人类靠近处理的消防事件呈上升趋势。近年来，消防官兵因高楼消防设备滞后、消防过程中近距离处理易爆案件导致伤亡人数不断增多，这一消防上的难题一直未得到解决。目前多是采用云梯消防车来解决高楼消防问题，普通的云梯消防车的有效作业高度为30～50m，再高的可达60～70m。但消防车因体积较大，在出警消防时受到街道通畅度限制，难以在狭窄街道通行，常常不能在第一时间赶到火灾现场，导致火灾进一步恶化。
高层建筑一旦发生火灾，有一个显著的特征是“烟囱效应”，即：在低层发生的火灾形成的热空气，因为密度较低，经电梯槽或楼梯通道得以往上流动，就像一个巨大的烟囱中的气流，使高热气体不断在通道的顶部积聚，结果是使火势透过这种空气的对流在大厦的顶层制造另一个火场。而且随着热空气的排出，新鲜空气不断从底部楼层吸入，导致火势进一步加剧。这种火灾多是顺着电梯槽或楼道通道蔓延，消防员不能像处理一般建筑火灾那样从外部进行灭火，只能佩戴空气呼吸器进入火场，通过内部强攻扑救大火。但在这些狭窄区域，灭火设备无法有效作业，一旦火灾蔓延到高层楼层，消防员无法携带灭火设备进行扑救，给救援工作带来了很大的困难。
随着科技的发展，无人机技术日趋成熟，无人机以其速度快、操作灵活的特点被广泛应用，并被引入到消防灭火领域。如中国专利申请号：201410259474.8，发明创造名称为：高楼警用灭火无人机，该申请案公开了一种高楼警用灭火无人机，包括无人机和地面站两部分，无人机包括无人机主体、三轴云台、灭火弹发射筒和瞄具，无人机主体内装有GPS定位装置和雷达避让装置。地面站可以控制三轴云台的方向，使得瞄具对准火源，之后灭火弹发射筒发射灭火弹，扑灭火源。GPS定位装置可以将无人机的位置信息传到地面站，分享给其他多个无人机，共同扑灭火源。但该专利方案无人机的三轴云台本身质量较重，携带负荷极为有限，且瞄具无法移动，难以与指定发射筒配合瞄准，定位精度有限。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中消防设备难以在高层建筑或狭窄区域进行有效消防作业的不足，提供了一种防撞式定点消防无人机，采用本发明的技术方案，能够不受地域和环境限制对失火点进行定点扑救，并能抵御火苗喷袭，不易损坏。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种防撞式定点消防无人机，包括无人机本体，还包括投弹枪和防撞罩，所述投弹枪设置在无人机本体下方，该投弹枪上装有舵机，所述舵机控制投弹枪发射灭火弹；所述防撞罩为笼形结构，该笼形结构围在无人机本体外周保护无人机本体不受碰撞。
作为本发明更进一步的改进，所述的防撞罩包括固定轴、旋转网罩和弧形连接杆，所述固定轴横设在无人机本体上，两个旋转网罩对称设置在固定轴的两端，所述弧形连接杆与两个旋转网罩固连，且至少有3根弧形连接杆沿旋转网罩的周向间隔分布。
作为本发明更进一步的改进，所述的旋转网罩为凸弧面结构，且该旋转网罩以固定轴为轴转动。
作为本发明更进一步的改进，所述的投弹枪还包括发射筒、与发射筒相连通的置弹筒以及装于置弹筒尾端的拉杆，所述发射筒一端与无人机本体的底部支座铰接，该发射筒的另一端与牵引绳一端相连，所述牵引绳另一端缠绕在电机的转轴上，该电机与设置在两个相邻螺旋桨支架之间的横梁固连。
作为本发明更进一步的改进，所述的舵机设置在置弹筒上，该舵机连有发射控制板，该发射控制板与置弹筒内的弹簧发射机构相配合。
作为本发明更进一步的改进，所述投弹枪至少有两个，且该投弹枪并列设置，在投弹枪的发射筒上设有瞄准机构。
作为本发明更进一步的改进，所述瞄准机构包括摄像装置、齿条板和滑轨，所述摄像装置中装有微型齿轮，所述齿条板横向固定在并列设置的发射筒上，该齿条板上表面设有相互平行的滑轨，所述微型齿轮与齿条板上的齿条啮合传动，驱动摄像装置在滑轨上滑动。
作为本发明更进一步的改进，与横梁相连的两个螺旋桨支架上分别设有防火罩。
作为本发明更进一步的改进，无人机带有GPS和飞行记录仪，可记载飞行轨迹，当遇到较大火情，需要二次装弹对同一目标实施空中消防时，由无人机记录首次飞行高度、经纬度坐标，并记录发射灭火弹后人工操作其飞行返回地面的轨迹。当地面工作人员二次装载灭火弹后，启动重复灭火模式，无人机会依据飞行记录仪记录的飞行轨迹重新飞回至原飞行高度和经纬度，实现了二次快速智能化灭火。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种防撞式定点消防无人机，在无人机本体下方设有投弹枪，在投弹枪中装入灭火弹后，利用无人机的灵敏快速特性，10秒钟以内即可飞至100米高楼，不受地理环境影响，能够在第一时间对着火点进行消防灭火，所安装的防撞罩围在无人机本体外周，且防撞罩外框由钢丝制成，不但轻巧，还具有一定弹性，确保无人机不会被突发火情或爆炸造成的强烈气流撞向其他建筑物而损坏；
(2)本发明的一种防撞式定点消防无人机，防撞罩的旋转网罩可绕固定轴转动，无人机本体的飞行运动与防撞罩的转动互不影响，使无人机能够沿着地面、墙体飞行，且旋转网罩的凸弧面结构使无人机与地面、墙面的接触摩擦随着旋转网罩转动而转化为滚动摩擦，避免成为无人机飞行和前进的障碍，保证了无人机可以在狭窄通道内安全、快速的飞行；
(3)本发明的一种防撞式定点消防无人机，有多个投弹枪并列设置，利用电机驱动牵引绳来调节投弹枪的投射角度，并在投弹枪上设有可滑动的摄像装置，通过控制摄像装置的位置进而定位不同投弹枪的投射点，确保了投射灭火弹的准确性；
(4)本发明的一种防撞式定点消防无人机，在与横梁相连的两个螺旋桨支架上分别设有防火罩，该防火罩不仅能够保护螺旋桨叶片不被火苗喷袭，也避免爆炸等突发气流对无人机飞行造成的干扰，减少了火场环境对无人机的损害。
附图说明
图1为本发明的一种防撞式定点消防无人机的结构示意图；
图2为本发明中投弹枪的设置示意图；
图3为本发明中防撞罩的结构示意图；
图4为图1中A处的局部放大示意图；
图5为本发明中防火罩的结构示意图。
示意图中的标号说明：1、无人机本体；101、横梁；102、底部支座；2、电机；3、牵引绳；401、发射筒；402、置弹筒；403、拉杆；404、舵机；405、LED显示灯；501、摄像装置；502、齿条板；503、滑轨；601、防火罩体；602、固定板；603、连接板；701、固定轴；702、旋转网罩；703、弧形连接杆。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
参看图1和图3，本实施例的一种防撞式定点消防无人机，主要由无人机本体1、投弹枪和防撞罩等组成，本实施例中的防撞罩为圆笼形结构，该圆笼形结构围在无人机本体1外周，保护无人机本体1不受碰撞。具体而言，该防撞罩包括固定轴701、旋转网罩702和弧形连接杆703，固定轴701横设在无人机本体1上，且固定轴701与投弹枪垂直设置。两个旋转网罩702对称设置在固定轴701的两端，旋转网罩702通过轴承与固定轴701连接，使旋转网罩702可绕固定轴701转动，且不会影响无人机飞行的平稳性；在两个旋转网罩702之间固连有弧形连接杆703，有5根弧形连接杆703沿旋转网罩702的周向均匀间隔分布，以加强防撞罩的强度。上述的旋转网罩702和弧形连接杆703都由钢丝制成，这样的防撞罩不但结构轻巧，还具有一定弹性，使无人机可以经受一定程度的撞击，不会被突发火情或爆炸造成的强烈气流撞向其他建筑物而损坏。此外，当无人机在狭窄区域飞行时，防撞罩保护螺旋桨不与外部物体碰撞，无人机本体1的飞行运动与防撞罩的转动互不干涉，使无人机能够沿着墙体飞行，甚至可以在地面滚动，将旋转网罩702设置成凸弧面结构，保证在滚动过程中不会侧翻，也减小了旋转网罩702与地面、墙体接触时的摩擦力，使无人机与地面、墙面的接触摩擦随着旋转网罩702的转动而转化为滚动摩擦，避免成为无人机飞行和前进的障碍，同时该旋转网罩702的凸弧面结构起到缓冲作用，增加了对无人机侧飞碰撞的保护。
参看图2，本实施例中的投弹枪设置在无人机本体1下方，该投弹枪上装有舵机404，所述舵机404用于控制投弹枪发射灭火弹。投弹枪还包括发射筒401、与发射筒401相连通的置弹筒402以及装于置弹筒402尾端的拉杆403。其中的发射筒401一端与无人机本体1的底部支座102铰接，该发射筒401的另一端与牵引绳3一端相连，所述牵引绳3另一端缠绕在电机2的转轴上，该电机2与设置在两个相邻螺旋桨支架之间的横梁101固连。通过电机2的正转或反转运动可以控制牵引绳3的提升或下放，进而达到调整发射筒401倾斜角度进行瞄准的目的。
在置弹筒402上设置有舵机404，该舵机404连有发射控制板，该发射控制板插入置弹筒402，并与置弹筒402内的弹簧发射机构相配合，用于发射灭火弹。为了加大消防灭火能力，将4个投弹枪并列设置，按照每颗灭火弹可控制火域面积为60平方计算，4颗灭火弹可以有效消灭或控制200平方以下火域，适用于当前高层住宅及写字楼建设实际情况。同时，也避免了单个投弹枪因装弹量不足，需要飞行器二次加载弹药而浪费宝贵救援时间的问题。另外，根据实际火情的不同，4个投弹枪根据电能火源、化学能火源和灼热物体火源等不同火源，安装不同类型的灭火弹，或由地面人员根据火情调整发射顺序，以使灭火弹相互配合，进一步提升消防灭火的效果。
众所周知，消防员无法从外部观测到高层建筑内的火势及火源，更不能清晰的观测到投弹枪的定位及发射状况，因而在投弹枪的发射筒401上装了瞄准机构。参看图4，该瞄准机构包括摄像装置501、齿条板502和滑轨503，所述摄像装置501中装有微型齿轮，所述齿条板502横向固定在并列设置的发射筒401上，在齿条板502上表面设有相互平行的滑轨503，滑轨503与发射筒401垂直设置，摄像装置501与滑轨503相连接，微型齿轮与齿条板502上的齿条啮合传动，进而驱动摄像装置501在滑轨503上滑动到指定位置，确保投弹的准确性。此外，在发射筒401发射端装有LED显示灯405，在装弹情况下LED显示灯405显示为绿色，在空载时LED显示灯405为红色，摄像装置501在瞄准同时，可以观察当前发射筒401有无灭火弹可供发射。
值得说明的是，本实施例中与横梁101相连的两个螺旋桨支架上分别设有防火罩。参看图5，该防火罩包括防火罩体601、固定板602和连接板603，防火罩体601通过3块间隔设置的连接板603与固定板602固连，固定板602通过U型螺栓与螺旋桨支架固连。上述防火罩体601呈圆弧形围在无人机螺旋桨前侧，能够保护螺旋桨叶片不被火苗喷袭，减少了火场环境对无人机的损害。
此外，本实施例的无人机为四轴飞行器，其动作灵活，便于操控，并采用双电机双桨结构，不但增加了负载能力，飞行速度能够达到每小时60公里，10秒钟以内即可飞至100米高楼，且不受地理环境影响，能够在第一时间对着火点进行消防灭火，操作危险性小，解决了高层建筑的消防难题。
实施例2
本实施例的一种防撞式定点消防无人机，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：有两个投弹枪并列设置，弧形连接杆703有3个。
实施例3
本实施例的一种防撞式定点消防无人机，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：所述的投弹枪有6个，且6个投弹枪分成两排并列设置。
具体使用时，由地面控制系统遥控消防无人机飞至指定区域，摄像装置501将拍摄画面通过无线传输装置传送到地面控制系统，并可在显示器上观测，地面观测人员找到火灾隐患重点区域后，适当调整机身方向，根据观测画面遥控电机2转动，收紧或下放牵引绳3，使摄像装置501的镜筒瞄准火灾区域，然后操控舵机404打开发射控制板，弹簧发射机构迅速崩开，将灭火弹精确射向火灾区域。当LED显示灯405显示为红色时，通过遥控装置驱动微形齿轮转动，摄像装置501滑动至LED显示灯405为绿色的发射筒401位置，为下一次发射做准备。本实施例的无人机本体1可通过GPS进行定位，并携带有飞行记录仪，当遇到较大火情，需要二次装弹对同一目标实施空中消防时，地面人员在无人机首次弹射灭火弹后，可启动飞行记录仪，由无人机记录当前飞行高度、经纬度坐标，并记录发射灭火弹后人工操作其飞行返回地面的轨迹。当地面工作人员二次装载灭火弹后，启动重复灭火模式，无人机会依据飞行记录仪记录的飞行轨迹重新飞回至原飞行高度和经纬度，实现了二次快速智能化灭火。实践证明，重复灭火模式从100米高空返回装弹，再飞至首次发射灭火弹空中位置，整个过程仅需要1分钟，全程高效快捷。
需要说明的是，因为实施例中所讲述无人机主要是用于定点消防，所以在置弹筒402内装的是灭火弹，但该无人机也可以应用到其他场合，具体情况下只需将催泪弹、烟雾弹等装入置弹筒402即可。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种防撞式定点消防无人机，包括无人机本体(1)，其特征在于：还包括投弹枪和防撞罩，所述投弹枪设置在无人机本体(1)下方，该投弹枪上装有舵机(404)，所述舵机(404)控制投弹枪发射灭火弹；所述防撞罩为笼形结构，该笼形结构围在无人机本体(1)外周保护无人机本体(1)不受碰撞。
2.根据权利要求1所述的一种防撞式定点消防无人机，其特征在于：所述的防撞罩包括固定轴(701)、旋转网罩(702)和弧形连接杆(703)，所述固定轴(701)横设在无人机本体(1)上，两个旋转网罩(702)对称设置在固定轴(701)的两端，所述弧形连接杆(703)与两个旋转网罩(702)固连，且至少有3根弧形连接杆(703)沿旋转网罩(702)的周向间隔分布。
3.根据权利要求2所述的一种防撞式定点消防无人机，其特征在于：所述的旋转网罩(702)为凸弧面结构，且该旋转网罩(702)以固定轴(701)为轴转动。
4.根据权利要求1或3所述的一种防撞式定点消防无人机，其特征在于：所述的投弹枪还包括发射筒(401)、与发射筒(401)相连通的置弹筒(402)以及装于置弹筒(402)尾端的拉杆(403)，所述发射筒(401)一端与无人机本体(1)的底部支座(102)铰接，该发射筒(401)的另一端与牵引绳(3)一端相连，所述牵引绳(3)另一端缠绕在电机(2)的转轴上，该电机(2)与设置在两个相邻螺旋桨支架之间的横梁(101)固连。
5.根据权利要求4所述的一种防撞式定点消防无人机，其特征在于：所述的舵机(404)设置在置弹筒(402)上，该舵机(404)连有发射控制板，该发射控制板与置弹筒(402)内的弹簧发射机构相配合。
6.根据权利要求5所述的一种防撞式定点消防无人机，其特征在于：所述投弹枪至少有两个，且该投弹枪并列设置，在投弹枪的发射筒(401)上设有瞄准机构。
7.根据权利要求6所述的一种防撞式定点消防无人机，其特征在于：所述瞄准机构包括摄像装置(501)、齿条板(502)和滑轨(503)，所述摄像装置(501)中装有微型齿轮，所述齿条板(502)横向固定在并排设置的发射筒(401)上，该齿条板(502)上表面设有相互平行的滑轨(503)，所述微型齿轮与齿条板(502)上的齿条啮合传动，驱动摄像装置(501)在滑轨(503)上滑动。
8.根据权利要求7所述的一种防撞式定点消防无人机，其特征在于：与横梁(101)相连的两个螺旋桨支架上分别设有防火罩。
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