CN105292451A - 用于火灾现场勘测的防火无人机系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行设备领域的用于火灾现场勘测的防火无人机系统，包括无人机和与无人机进行无线通讯控制的精密控制器，每个电子调速器分别安装在对应的每根机臂上，并在每个电子调速器与每根机臂之间设有半导体制冷片，防火无人机系统还包括两个以上独立设置且用于进行相互桥接的信号桥接装置，用于实现无人机与精密控制器之间的无线桥接;整体采用可耐高温的防火材料制作，确保无人机在进入高温的火场后能够正常运作进行勘测，设置半导体制冷片来对电子调速器进行散热，确保电子调速器即使在火灾现场内也不会超过最高额度温度，设置有多个信号桥接装置，用于对控制信号和数据信号进行桥接，使无人机与精密控制器之间实现持续通信。

Description

用于火灾现场勘测的防火无人机系统

技术领域

本发明涉及飞行设备领域，具体涉及一种无人机，特别涉及用于火灾现场勘测的防火无人机系统。

背景技术

目前发生火灾时都是出动消防车进行救火，但消防车救火的局限性很大，例如楼房的高层起火，而云梯和消防水枪喷水的高度都有限，会出现无法救援的情况，造成重大财产损失和人员伤亡，如果消防员进入到楼房内进行救人或救火，则会危及到消防员的生命安全，另外救助速度慢。再例如一些城市的老城区，巷道狭窄，交通堵塞，经常出现发生火灾时消防车进不去，无法及时抵达火灾现场的情况。

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。

上述高楼警用灭火无人机还存在以下缺陷：1）该无人机只是针对高楼灭火使用，而且这种结构的无人机根本无法进入火场，只是单纯升高至对应的楼层外面后，然后对准火灾现场后再发射灭火弹，其不能够进入火场内进行勘测，也不能够传输任何实时参数，对火灾现场的勘测没有任何作用，最终还是需要消防员进入到楼房内进行救人或救火;2）该无人机没有设置任何防火结构，无法进入到火场，同时也没有设置任何能够有效对电子调速器进行降温的结构，在进行灭火过程中，无人机温度会剧增，而且无人机内部的热量会慢慢积聚，不能够对外散发任何热量，当无人机的电子调速器的温度达到最大额定温度后，该无人机则不能够继续进行飞行作业，其作业时间非常短，影响灭火进度;3）该无人机只能够上升至对应的楼层外面进行灭火，当进入至楼层内时，无人机则会受到墙壁等阻隔物的影响，不能够正常传输控制信号，导致无人机失控。

另外，专利公开号为“CN102514715A”的国内发明专利，其公开了一种发动机冷却通道，包括无机人机身和冷却通道，在无人机机身上制有与发动机连通的冷却通道，利用空气的“虹吸效应”加强气流流动更助于发动机的散热，加速热量排出。然而，在现实的火灾现场中，参与灭火的无人机很少会制作成带发动机的结构，均采用旋翼升降结构，带发动机结构的无人机适用于比较宽阔的环境，而且其体积较大，在火灾现场内，内部空间极为狭窄，而且，假设旋翼升降结构的无人机也采用冷却通道的方式进行冷却，这种冷却方式在火灾现场内是不可能能够达到冷却效果的，因为火灾现场内的温度极高，现场内充满高温热气，通过这种风冷方式的气流均为热风，热风在火灾现场内对无人机没有起到任何的冷却作用，同时，火灾现场内的气流不稳定，严重影响无人机的正常运行。

专利公开号为“CN103017391A”的国内发明专利，其公开了一种大过载条件下容积式压缩机机载蒸发循环系统，该系统的蒸发循环制冷是利用制冷剂液体在气化时产生的吸热效应，达到制冷的目的，这种制冷方式能够起到良好的制冷效果，而且制冷过程源源不断，确保无人机能够持续运作，然而，这种制冷结构的整体体积较大，需要配备完整的一套制冷系统，包括压缩机、冷却器、热交换器、蒸发器、气液分离器等，同时制冷系统工作时还需要消耗大量的电能，浪费更多的能源;但是，在火灾现场内根本容纳不了体积较大的无人机，特别是不清楚火灾现场内部环境时，会影响其飞行操作，另外，制冷系统会消耗大量的电能，特别是在高温的火灾现场内，消耗的电能会更大，无人机的电源同时还需要给各种摄像头等电子设备供电，因此，配置这种制冷系统的无人机虽然制冷效果良好，但是不能够保证持续巡航时间，根本达不到勘测目的。

发明内容

本发明的目的是解决以上缺陷，提供用于火灾现场勘测的防火无人机系统，其具有防火耐高温功能，可长时间停留在火场内进行勘测。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

用于火灾现场勘测的防火无人机系统，包括无人机和与无人机进行无线通讯控制的精密控制器，无人机包括骨架本体及设置于骨架本体上的电路控制系统，该骨架本体的中端设有用于安装电路控制系统的飞控中心板，骨架本体的末端往外延伸形成四根以上的机臂，每根机臂的末端均安装有带旋翼的马达组件，该电路控制系统包括主控板、飞行控制器、摄像头组件、供电电池和GPS，飞行控制器、摄像头组件、供电电池、GPS和马达组件均与主控板连接。

主控板还连接有数据传输器和电子调速器，飞行控制器与数据传输器均与精密控制器进行无线通讯，每个马达组件均连接有用于调节转速的电子调速器，每个电子调速器分别安装在对应的每根机臂上，并在每个电子调速器与每根机臂之间设有半导体制冷片，半导体制冷片的一面为制冷面，半导体制冷片的另一面为发热面，发热面通过导热胶贴紧固定在机臂的表面，制冷面通过导热胶贴紧固定在电子调速器的表面，并在每根机臂上设有用于密封包裹住每个电子调速器的防火隔热层，防火隔热层主要是用来包裹住不耐火的电子调速器及半导体制冷片，而且要保证机臂的另外一面为裸露状态，同时在电路控制系统的外围也设有防火隔热层，使电路控制系统可密封防火，骨架本体与机臂均由耐高温轻质金属材料构成，马达组件的旋翼由耐高温金属材料构成。

半导体制冷片主要应用在一些空间受限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的，它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件，可靠性比较高。

本发明利用半导体制冷片的这一特性，将半导体制冷片运用到无人机领域，无人机的散热问题也是本领域的技术人员一直渴望解决的问题，本发明中通过半导体制冷片来对无机机进行散热的方式属于技术首创，对无人机的散热起显著的作用，在本发明的制冷散热结构中，半导体制冷片的制冷面紧贴着电子调速器，半导体制冷片的发热面紧贴着机臂的内侧面，通过这种贴合方式来实现热交换，整体热交换过程中，电子调速器产生的热量均通过热交换的方式从半导体制冷片的制冷面进行吸收，同时半导体制冷片的发热面会把吸收到的热量进行散发，同样是通过热交换的方式把发热面的热量传递至机臂上，同时机臂的表面是处于裸露状态，机臂再将热量散发至开来，机臂能够长时间承受火灾现场内的高温，抗热效果好，从而能够全面地将电子调速器所产生的所有热量均散发开来，确保电子调速器能够持续工作，由于电子调速器影响着无人机的持续巡航时间，当电子调速器积聚的热量过高时，将会影响无人机正常工作，因此，通过半导体制冷片以热交换的方式将电子调速器积聚的热量完全散发后，可确保无人机在进入火灾现场后能够进行长时间的勘测工作，而且无人机抗热效果良好。

本发明的所有导线均为防火导线，其具有止燃及耐高温的作用，防火隔热层分别包裹在一些易燃及不耐高温的零部件上，如电子调速器或者电路控制系统等，导热胶具有良好的导热效果，确保安装后使半导体制冷片的制冷面可对电子调速器进行快速降温，同时能够迅速将热量传递至机臂上进行均匀散热，不积聚任何热量。

上述说明中，作为优选择的方案，防火无人机系统还包括两个以上独立设置且用于进行相互桥接的信号桥接装置，信号桥接装置为无线通信连接设备，可采用多种无线连接结构，每个信号桥接装置的结构相同，均包括信号接收器和信号放大器，用于实现无人机与精密控制器之间的无线桥接，信号桥接装置包括控制信号桥接单元和数据信号桥接单元，控制信号桥接单元与数据信号桥接单元分别用于桥接控制信号及数据信号，使控制信号与数据信号均可实现不间断连接，操作时，可先在各个有可能产生信号阻隔的位置放置信号桥接装置，如转角位置或者长距离位置，以确保完成所有信号的桥接。

上述说明中，作为优选择的方案，所述主控板还连接有温度检测装置，该温度检测装置包括电调温度检测器和室温检测器，电调温度检测器用于检测电子调速器的表面温度，室温检测器用于检测火灾现场的温度，通过温度检测装置来探测出火灾现场的各个实时温度，可直接进行无线传输，通过精密控制器来实时监控无人机的正常工作温度及火灾现场的温度，以确保无人机能够正常获取火灾现场内更多的有用数据。

上述说明中，作为优选择的方案，所述室温检测器设置于骨架本体上，由可自由转动角度的红外感温探头构成。

上述说明中，作为优选择的方案，所述主控板还连接有烟雾探测器，可通过烟雾探测器来探测火灾现场的烟雾情况，另外还设置有烟雾分析仪，可分析火灾现场内的烟雾是否对人体有害，同时还可以通过烟雾分析仪来分析烟雾的主要成份，从而定制出最安全的救援方案。

上述说明中，作为优选择的方案，所述主控板还连接有高音喇叭，高音喇叭通过数据传输器与精密控制器实现无线传输，可通过精密控制器内置的麦克风将音频信号录入，并无线传输至高音喇叭进行播放，可将各种信息通过播放音频的方式来提醒火灾现场内的待救援人员，以配合救援人员的各项救援工作，以到最佳的救援效果。

上述说明中，作为优选择的方案，每根机臂的表面均设有用于安装半导体制冷片的散热槽，散热槽穿透机臂，半导体制冷片固定安装在机臂的底面且紧贴着散热槽底面，并在散热槽与半导体制冷片之间设置有导热胶，导热胶的顶面贴紧散热槽的底面且渗透进入散热槽内，导热胶的底面贴紧着半导体制冷片的顶面，导热胶具有良好的导热效果，确保及时传递热量，同时半导体制冷片采用面面贴合连接的方式固定方式，配合导热胶，以达到最大的导热面积，从而提高散热效率。

上述说明中，作为优选择的方案，所述散热槽纵向设置于机臂的中端。

上述说明中，作为优选择的方案，所述防火隔热层均由防火石棉布组合构成，防火石棉布包裹在电子调速器与半导体制冷片的外围，使每根机臂处于裸露状态。

上述说明中，作为优选择的方案，所述摄像头组件与电路控制系统均通过防震胶进行安装。

上述说明中，作为优选择的方案，所述半导体制冷片的表面由陶瓷材料构成，半导体制冷片的重量小于50g。传统的半导体制冷片整体体积较大，而且整体重量较高，不仅占用较多的位置，不能够进行全面的热交换，而且会增加无人机本身的整体重量，影响无人机的正常飞行工作。

本发明所产生的有益效果如下：

1）整体采用可耐高温的防火材料制作，同时还设置有防火隔热层对电路控制系统和电子调速器进行防火隔热保护，使无人机整体具有防火耐高温功能，确保无人机在进入高温的火场后能够正常运作进行勘测，从而能够完成火场勘测任务;

2）设置半导体制冷片来对电子调速器进行散热，其散热效果显著，半导体制冷片的制冷面与电子调速器的表面接触，制冷面用于对电子调速器进行持续降温，确保电子调速器即使在火灾现场内也不会超过最高额度温度，半导体制冷片的发热面与机臂接触，将产生的热量均传导至机臂及骨架本体上进行均匀散热，热量散发至表面后确保电子调速器能够持续稳定地工作，从而能够延长无人机在火灾现场内的停留时间，给现场勘测带来更充足的时间，以获取更多火灾现场内的有用信息，为灭火工作提供更多宝贵的信息;

3）设置有多个信号桥接装置，用于对控制信号和数据信号进行桥接，使无人机与精密控制器之间实现持续通信，可无线传输音频信号、视频信号、各种实时参数等，信号桥接装置分别设置于各个会阻隔无线信号传输的转角位置或者距离延长位置，以实现多个信号桥接装置的多级桥接，确保在各种恶劣环境或者信号受阻环境也能够正常控制无人机，同时能够正常传输各种实时参数，保证无人机能够在第一时间内进入火灾现场对内部环境进行持续勘测。

4）半导体制冷片整体体积较小，重量较轻，不影响无人机正常飞行，而且半导体制冷片可紧贴着机臂，与机臂大小完全匹配，可达到最佳的热交换效果，本领域中首次使用半导体制冷片对无人机进行散热，并通过热交换的方式将无人机内部的所有热量散发出来，以确保无人机有较长的持续巡航时间。

附图说明

图1为本发明实施例中无人机的立体结构示意图;

图2为本发明实施例中机臂安装电子调速器与半导体制冷片的示意图;

图中，1为骨架本体，2为电路控制系统，3为飞控中心板，4为旋翼，5为马达组件，6为防火石棉布，7为电子调速器，8为半导体制冷片，9为防火石棉布。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本实施例，参照图1和图2，其具体实施的用于火灾现场勘测的防火无人机系统包括无人机、与无人机进行无线通讯控制的精密控制器（未图示）和两个以上独立设置且用于进行相互桥接的信号桥接装置（未图示）,精密控制器用于对无人机进行实时监控与全程控制，并可传递音频及视频信号，以获取火灾现场内最有用的信息，信号桥接装置为无线通信连接设备，每个信号桥接装置的结构相同，均包括信号接收器和信号放大器，用于实现无人机与精密控制器之间的无线桥接，信号桥接装置包括控制信号桥接单元和数据信号桥接单元，控制信号桥接单元与数据信号桥接单元分别用于桥接控制信号及数据信号，使控制信号与数据信号均可实现不间断连接，操作时，可先在各个有可能产生信号阻隔的位置放置信号桥接装置，多个信号桥接装置配对桥接后，可避免受障碍物阻挡信号的正常传输，以确保完成所有信号的桥接。

其中，无人机包括骨架本体1及设置于骨架本体1上的电路控制系统2，该骨架本体1的中端设有用于安装电路控制系统2的飞控中心板3，本实施例中骨架本体1的末端往外延伸形成四根机臂，机臂与骨架本体1通过一体成型构成，每根机臂的末端均安装有带旋翼4的马达组件5，该电路控制系统2包括主控板、飞行控制器、摄像头组件（示图示）、供电电池和GPS，飞行控制器、摄像头组件、供电电池、GPS和马达组件5均与主控板连接。

主控板还连接有数据传输器和电子调速器7，飞行控制器与数据传输器均与精密控制器进行无线通讯，每个马达组件5均连接有用于调节转速的电子调速器7，每个电子调速器7分别安装在对应的每根机臂上，并在每个电子调速器7与每根机臂之间设有半导体制冷片8，半导体制冷片8的一面为制冷面，半导体制冷片8的另一面为发热面，发热面通过导热胶贴紧固定在机臂的表面，制冷面通过导热胶贴紧固定在电子调速器7的表面，并在每根机臂上设有用于密封包裹住每个电子调速器的防火隔热层，导热胶具有良好的导热效果，确保安装后使半导体制冷片8的制冷面可对电子调速器7进行快速降温，同时能够迅速将热量传递至机臂上进行均匀散热，不积聚任何热量。同时在电路控制系统2的外围也设有防火隔热层，本实施例中防火隔热层由防火石棉布96组合构成，防火石棉布96包裹在电子调速器与半导体制冷片8的外围，图中为防火石棉布96包裹在电路控制系统2的底部外围，图中电路控制系统2的顶部外围为未包裹状态，同时确保每根机臂处于裸露状态，防火石棉布96从机臂的底部包裹电子调速器与半导体制冷片8，使机臂的顶面可裸露进行散热，防火石棉布96安装方便，整体重量较轻，使电路控制系统2可密封防火，不影响正常飞行，另外，为了确保整台无人机具有防火耐高温功能，本实施例的所有导线均为防火导线，其具有止燃及耐高温的作用，骨架本体1与机臂均由耐高温轻质金属材料构成，马达组件5的旋翼4由耐高温金属材料构成，如采用铝合金制作骨架体或者旋翼4，整体材料较轻而且可耐高温。

另外，当无人机进入火灾现场后，为了能够获取更多的有用信息，主控板还连接有温度检测装置，其中，温度检测装置包括电调温度检测器和室温检测器，电调温度检测器用于检测电子调速器7的表面温度，室温检测器用于检测火灾现场的温度，室温检测器由可自由转动角度的红外感温探头构成,通过红外感温探头来探测出火灾现场的各个实时温度，可直接进行无线传输，通过精密控制器来实时监控无人机的正常工作温度及火灾现场的温度，以确保无人机能够正常获取火灾现场内更多的有用数据。同时，主控板还连接有烟雾探测器，可通过烟雾探测器来探测火灾现场的烟雾情况，另外还设置有烟雾分析仪，可分析火灾现场内的烟雾是否对人体有害，同时还可以通过烟雾分析仪来分析烟雾的主要成份，从而定制出最安全的救援方案。

整体采用可耐高温的防火材料制作，同时还设置有防火隔热层对电路控制系统2和电子调速器7进行防火隔热保护，使无人机整体具有防火耐高温功能，确保无人机在进入高温的火场后能够正常运作进行勘测，从而能够完成火场勘测任务;设置半导体制冷片8来对电子调速器7进行散热，其散热效果显著，半导体制冷片8的制冷面与电子调速器7的表面接触，制冷面用于对电子调速器7进行持续降温，确保电子调速器7即使在火灾现场内也不会超过最高额度温度，半导体制冷片8的发热面与机臂接触，将产生的热量均传导至机臂及骨架本体1上进行均匀散热，热量散发至表面后确保电子调速器7能够持续稳定地工作，从而能够延长无人机在火灾现场内的停留时间，给现场勘测带来更充足的时间，以获取更多火灾现场内的有用信息，为灭火工作提供更多宝贵的信息;设置有多个信号桥接装置，用于对控制信号和数据信号进行桥接，使无人机与精密控制器之间实现持续通信，可无线传输音频信号、视频信号、各种实时参数等，信号桥接装置分别设置于各个会阻隔无线信号传输的转角位置或者距离延长位置，以实现多个信号桥接装置的多级桥接，确保在各种恶劣环境或者信号受阻环境也能够正常控制无人机，同时能够正常传输各种实时参数，保证无人机能够在第一时间内进入火灾现场对内部环境进行持续勘测。

以上内容是结合具体的优选实施例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.用于火灾现场勘测的防火无人机系统，包括无人机和与无人机进行无线通讯控制的精密控制器，无人机包括骨架本体及设置于骨架本体上的电路控制系统，该骨架本体的中端设有用于安装电路控制系统的飞控中心板，骨架本体的末端往外延伸形成四根以上的机臂，每根机臂的末端均安装有带旋翼的马达组件，该电路控制系统包括主控板、飞行控制器、摄像头组件、供电电池和GPS，飞行控制器、摄像头组件、供电电池、GPS和马达组件均与主控板连接，该主控板还连接有数据传输器和电子调速器，飞行控制器与数据传输器均与精密控制器进行无线通讯，每个马达组件均连接有用于调节转速的电子调速器，其特征在于：每个电子调速器分别安装在对应的每根机臂上，并在每个电子调速器与每根机臂之间设有半导体制冷片，半导体制冷片的一面为制冷面，半导体制冷片的另一面为发热面，发热面通过导热胶贴紧固定在机臂的表面，制冷面通过导热胶贴紧固定在电子调速器的表面，并在每根机臂上设有用于密封包裹住每个电子调速器的防火隔热层，同时在电路控制系统的外围也设有防火隔热层，使电路控制系统可密封防火，骨架本体与机臂均由耐高温轻质金属材料构成，马达组件的旋翼由耐高温金属材料构成。

2.根据权利要求1所述用于火灾现场勘测的防火无人机系统，其特征在于：该防火无人机系统还包括两个以上独立设置且用于进行相互桥接的信号桥接装置，每个信号桥接装置的结构相同，均包括信号接收器和信号放大器，用于实现无人机与精密控制器之间的无线桥接，信号桥接装置包括控制信号桥接单元和数据信号桥接单元，控制信号桥接单元与数据信号桥接单元分别用于桥接控制信号及数据信号，使控制信号与数据信号均可实现不间断连接。

3.根据权利要求1或者2所述用于火灾现场勘测的防火无人机系统，其特征在于：所述主控板还连接有温度检测装置，该温度检测装置包括电调温度检测器和室温检测器，电调温度检测器用于检测电子调速器的表面温度，室温检测器用于检测火灾现场的温度。

4.根据权利要求3所述用于火灾现场勘测的防火无人机系统，其特征在于：所述室温检测器设置于骨架本体上，由可自由转动角度的红外感温探头构成。

5.根据权利要求1、2或者4所述用于火灾现场勘测的防火无人机系统，其特征在于：所述主控板还连接有烟雾探测器。

6.根据权利要求5所述用于火灾现场勘测的防火无人机系统，其特征在于：所述主控板还连接有高音喇叭，高音喇叭通过数据传输器与精密控制器实现无线传输。

7.根据权利要求1、2、4或者6所述用于火灾现场勘测的防火无人机系统，其特征在于：每根机臂的表面均设有用于安装半导体制冷片的散热槽，散热槽穿透机臂，半导体制冷片固定安装在机臂的底面且紧贴着散热槽底面，并在散热槽与半导体制冷片之间设置有导热胶，导热胶的顶面贴紧散热槽的底面且渗透进入散热槽内，导热胶的底面贴紧着半导体制冷片的顶面。

8.根据权利要求7所述用于火灾现场勘测的防火无人机系统，其特征在于：所述防火隔热层均由防火石棉布组合构成，防火石棉布包裹在电子调速器与半导体制冷片的外围，使每根机臂处于裸露状态。

9.根据权利要求1、2、4、6或者8所述用于火灾现场勘测的防火无人机系统，其特征在于：所述摄像头组件与电路控制系统均通过防震胶进行安装。

10.根据权利要求1、2、4、6或者8所述用于火灾现场勘测的防火无人机系统，其特征在于：所述半导体制冷片的表面由陶瓷材料构成，半导体制冷片的重量小于50g。