CN107364578B - 一种用于林场的巡视无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于林场的巡视无人机，包括无人机能源停靠站和无人机，所述无人机停放在无人机能源停靠站的上侧，无人机能源停靠站包括太阳能板、第一蓄电池、能源停靠站架体、接触式充电板、停机平台和接触电极，无人机包括无人机机体、螺旋桨、卫星通讯模块、第二蓄电池、摄像头、液体泡沫爆炸灭火弹、灭火弹挂弹器、第一电机、伸展臂、超声波雷达、充电线、升降支持架、GPS定位器、丝杠、第二电机、导杆和灭火弹触发导线。本发明采用可收起的四旋翼抗风的无人机设计，飞行机翼带来的阻碍问题，同时可自主调整翼宽；采用GPS自主导航系统，通过卫星通讯进行自主定线航空飞行。

Description

一种用于林场的巡视无人机
技术领域
本发明涉及一种无人机，具体是一种用于林场的巡视无人机。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。
目前巡检森林，主要是靠森林防护人员进行巡视，森林巡视员在巡视森林过程中存在安全隐患，野生动物，地形复杂给森林巡视带来困难，给巡视员带来生命健康威胁。为了实现更好的保护管理好森林资源，同时为了森林火灾、虫灾、乱砍乱伐事件得到及时反馈，森林野生动物资源得到及时观察以及保护森林管护人员的人身安全，以无人机巡检代替人工巡检成为一种趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于林场的巡视无人机，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于林场的巡视无人机，包括无人机能源停靠站和无人机，所述无人机停放在无人机能源停靠站的上侧，无人机能源停靠站包括太阳能板、第一蓄电池、能源停靠站架体、接触式充电板、停机平台和接触电极，停机平台位于能源停靠站架体的右侧，停机平台的上侧设置有接触式充电板，接触式充电板通过接触电极与第一蓄电池电性连接，第一蓄电池设置在停机平台的左侧并且第一蓄电池通过导线与太阳能板电性连接，太阳能板设置在第一蓄电池的上侧，无人机包括无人机机体、螺旋桨、卫星通讯模块、第二蓄电池、摄像头、液体泡沫爆炸灭火弹、灭火弹挂弹器、第一电机、伸展臂、超声波雷达、充电线、升降支持架、GPS定位器、丝杠、第二电机、导杆和灭火弹触发导线，螺旋桨设置在无人机机体的顶部并且螺旋桨通过联轴器与第一电机的转轴相连，第一电机通过伸展臂固定在无人机机体上，第一电机的底部设置有升降支持架，升降支持架的侧面设置有充电线，充电线的一端与第二蓄电池相连，充电线的另一端设置在升降支持架的底部，第二蓄电池设置在无人机机体上侧的中间位置，卫星通讯模块设置在第二蓄电池的后侧，卫星通讯模块的后侧设置有GPS定位器，GPS定位器的后侧设置有超声波雷达，第二蓄电池的前侧设置有摄像头，灭火弹挂弹器设置在无人机机体的底部，灭火弹挂弹器的底部悬挂安装有液体泡沫爆炸灭火弹并且灭火弹挂弹器通过灭火弹触发导线与第二蓄电池电性连接，灭火弹触发导线通过线卡固定在灭火弹挂弹器的上侧，灭火弹挂弹器的上侧设置有丝杠并且丝杠上套装有丝杠螺母，第二电机的输出轴与丝杠相连，丝杠螺母固定在导杆的一端，导杆的另一端与伸展臂相连，第二蓄电池分别与卫星通讯模块、摄像头、第一电机、第二电机、超声波雷达和GPS定位器电性连接，液体泡沫爆炸灭火弹包括热引爆极、引爆弹、挡板、硫酸铝溶液容器、碳酸氢钠溶液容器、外壳、引爆电极和引爆电极固定架，热引爆极固定在引爆弹的右侧，引爆弹插接在硫酸铝溶液容器的内部，硫酸铝溶液容器插接在碳酸氢钠溶液容器的内部并且碳酸氢钠溶液容器的左侧面设置有挡板，碳酸氢钠溶液容器的外部包裹有外壳，碳酸氢钠溶液容器的右侧插接有引爆电极，引爆电极的最右端固定在引爆电极固定架的内部，引爆电极固定架包括架体、信号线、弹簧、电磁铁、衔铁和柱销，信号线、弹簧、电磁铁、衔铁和柱销均安装在架体内，信号线与电磁铁相连，衔铁位于电磁铁的右侧并且衔铁与电磁铁之间通过连杆相连，弹簧环绕在连杆上，连杆穿过衔铁并且连杆的最右侧与柱销的最左侧相连，柱销的最右侧与引爆电极相连。
作为本发明进一步的方案：碳酸氢钠溶液容器内部添加有发泡剂。
作为本发明进一步的方案：挡板和外壳均采用陶瓷材料制作。
作为本发明进一步的方案：摄像头采用2400万像素的红外摄像头。
作为本发明进一步的方案：超声波雷达的数量为四组。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用可收起的四旋翼抗风的无人机设计，飞行机翼带来的阻碍问题，同时可自主调整翼宽；采用GPS自主导航系统，通过卫星通讯进行自主定线航空飞行，当无人机自主定航线实现比较复杂，尤其是大片林区需要多台无人机进行巡视时，每台无人机需要与其他无人机进行通讯，以保证巡范围不会重叠；巡检中心后台监控人员通过控制台对多台无人机巡视范围进行设定，并在根据电池剩余电量情况确定停靠的能源补充站，利用此种装置可以实现对动物分布，森林搜救，火源检测；搭载有2400万像素的摄像头，实现对森林监控，同时该摄像头还具有红外成像功能，能实现火源侦测、动物分布、森林救援的功能。
附图说明
图1为用于林场的巡视无人机的结构示意图。
图2为用于林场的巡视无人机中无人机能源停靠站的结构示意图。
图3为用于林场的巡视无人机中无人机能源停靠站的剖视图。
图4为用于林场的巡视无人机中无人机野外停靠补充能源的示意图。
图5为用于林场的巡视无人机中无人机的整体结构示意图。
图6为用于林场的巡视无人机中无人机的局部结构示意图。
图7为用于林场的巡视无人机中液体泡沫灭火弹的爆炸图。
图8为用于林场的巡视无人机中引爆电极固定架的内部结构示意图。
图9为用于林场的巡视无人机中无人机之间相互沟通的示意图。
其中：1-无人机能源停靠站，2-无人机，3-太阳能板，4-第一蓄电池，5-能源停靠站架体，6-接触式充电板，7-停机平台，8-接触电极，9-螺旋桨，10-卫星通讯模块，11-第二蓄电池，12-摄像头，13-液体泡沫爆炸灭火弹，14-灭火弹挂弹器，15-第一电机，16-伸展臂，17-超声波雷达，18-充电线，19-升降支持架，20-GPS定位器，21-丝杠，22-丝杠螺母，23-导杆，24-灭火弹触发导线，25-热引爆极，26-引爆弹，27-挡板，28-硫酸铝溶液容器，29-碳酸氢钠溶液容器，30-外壳，31-引爆电极，32-引爆电极固定架，33-信号线，34-弹簧，35-电磁铁，36-衔铁，37-柱销，38-第二电机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-9，一种用于林场的巡视无人机，包括无人机能源停靠站1和无人机2，所述无人机2停放在无人机能源停靠站1的上侧，无人机能源停靠站1包括太阳能板3、第一蓄电池4、能源停靠站架体5、接触式充电板6、停机平台7和接触电极8，停机平台7位于能源停靠站架体5的右侧，停机平台7的上侧设置有接触式充电板6，接触式充电板6通过接触电极8与第一蓄电池4电性连接，第一蓄电池4设置在停机平台7的左侧并且第一蓄电池4通过导线与太阳能板3电性连接，太阳能板3设置在第一蓄电池4的上侧，无人机2包括无人机机体、螺旋桨9、卫星通讯模块10、第二蓄电池11、摄像头12、液体泡沫爆炸灭火弹13、灭火弹挂弹器14、第一电机15、伸展臂16、超声波雷达17、充电线18、升降支持架19、GPS定位器20、丝杠21、第二电机38、导杆23和灭火弹触发导线24，螺旋桨9设置在无人机机体的顶部并且螺旋桨9通过联轴器与第一电机15的转轴相连，第一电机15通过伸展臂16固定在无人机机体上，第一电机15的底部设置有升降支持架19，升降支持架19的侧面设置有充电线18，充电线18的一端与第二蓄电池11相连，充电线18的另一端设置在升降支持架19的底部，第二蓄电池11设置在无人机机体上侧的中间位置，卫星通讯模块10设置在第二蓄电池11的后侧，卫星通讯模块10的后侧设置有GPS定位器20，GPS定位器20的后侧设置有超声波雷达17，第二蓄电池11的前侧设置有摄像头12，灭火弹挂弹器14设置在无人机机体的底部，灭火弹挂弹器14的底部悬挂安装有液体泡沫爆炸灭火弹13并且灭火弹挂弹器14通过灭火弹触发导线24与第二蓄电池11电性连接，灭火弹触发导线24通过线卡固定在灭火弹挂弹器14的上侧，灭火弹挂弹器14的上侧设置有丝杠21并且丝杠21上套装有丝杠螺母22，第二电机38的输出轴与丝杠21相连，丝杠螺母22固定在导杆23的一端，导杆23的另一端与伸展臂16相连，第二蓄电池11分别与卫星通讯模块10、摄像头12、第一电机15、第二电机38、超声波雷达17和GPS定位器20电性连接，液体泡沫爆炸灭火弹13包括热引爆极25、引爆弹26、挡板27、硫酸铝溶液容器28、碳酸氢钠溶液容器29、外壳30、引爆电极31和引爆电极固定架32，热引爆极25固定在引爆弹26的右侧，引爆弹26插接在硫酸铝溶液容器28的内部，硫酸铝溶液容器28插接在碳酸氢钠溶液容器29的内部并且碳酸氢钠溶液容器29的左侧面设置有挡板27，碳酸氢钠溶液容器29的外部包裹有外壳30，碳酸氢钠溶液容器29的右侧插接有引爆电极31，引爆电极31的最右端固定在引爆电极固定架32的内部，引爆电极固定架32包括架体、信号线33、弹簧34、电磁铁35、衔铁36和柱销37，信号线33、弹簧34、电磁铁35、衔铁36和柱销37均安装在架体内，信号线33与电磁铁35相连，衔铁36位于电磁铁35的右侧并且衔铁36与电磁铁35之间通过连杆相连，弹簧34环绕在连杆上，连杆穿过衔铁36并且连杆的最右侧与柱销37的最左侧相连，柱销37的最右侧与引爆电极31相连。碳酸氢钠溶液容器29内部添加有发泡剂。挡板27和外壳30均采用陶瓷材料制作。摄像头12采用2400万像素的红外摄像头。超声波雷达17的数量为四组。
灭火弹工作原理：
硫酸铝和碳酸氢钠反应生成硫酸钠和请氧化铝和二氧化碳
Al2(SO4)3+6NaHCO3==3Na2SO4+2Al(OH)3↓+6CO2↑
离子方程式：
Al3+ + HCO3- == Al（OH）3↓+CO2↑
液体泡沫爆炸灭火弹原理及使用方法
Al2(SO4)3+6NaHCO3==3Na2SO4+2Al(OH)3↓+6CO2↑
液体泡沫爆炸灭火弹13内有两个容器，分别盛放两种液体，它们是硫酸铝和碳酸氢钠溶液，两种溶液互不接触，不发生任何化学反应。当需要泡沫灭火弹时，引爆弹引爆将
Al2(SO4)3+6NaHCO3==3Na2SO4+2Al(OH)3↓+6CO2↑
除了两种反应物外，碳酸氢钠溶液容器29中还加入了一些发泡剂；泡沫从灭火弹中炸出，覆盖在燃烧物品上，使燃着的物质与空气隔离，并降低温度，达到灭火的目的。
无人机能源停靠站1起到无人机2野外停靠的能源补充，以达到长时间不间断地野外森林巡航。无人机2具有GPS自主巡航，通过卫星通讯进行自主定线航空飞行，并在根据电池剩余电量情况确定停靠的能源补充站，并通过此种装置的传感器可以实现对动物分布，森林搜救，火源检测的功能，同时该机器设备还搭载有液体泡沫爆炸灭火弹13，实现火源的初期灭火，灭火弹用尽时，无人机2返回林场指挥中心补充灭火弹。太阳能板3为能源的来源，将太阳能转化为电能储存在第一蓄电池4中实现能源的储存，能源停靠站架体5起到支撑作用。接触式充电板6连通第一蓄电池4的电极，当无人机2停靠时，停机平台7下降，将接触式充电板6与接触电极8相连，实现电源接通，达到能源的野外补充。第一电机15将电源转换为动能通过螺旋桨9为飞行器的飞行提供动力，飞行器飞行时的数据通过卫星通讯模块10进行实时传输，第二蓄电池11为飞机所用的用电元件提供电力，无人机2对林场的巡视由摄像头12来完成，可以实现对动物分布、森林搜救、火源检测的功能，液体泡沫爆炸灭火弹13是一个重要的装置，该装置的启动机制为：当摄像头12发现火源异常，飞行器抵近灭火弹挂弹器14弹出液体泡沫爆炸灭火弹13，灭火弹爆炸，隔绝火源与空气实现灭火，伸展臂16实现飞机的起飞降落时升降支持架19的上下移动，超声波雷达17能够起到障碍物检测，实现自主避障。充电线18在升降支持架19上，当设备停靠在无人机能源停靠站1上接通电源，实现充电， GPS定位器20能够定位飞行器，为无人机2提供位置，飞行器巡检中心后台人员通过控制台规划路线。
林场巡视无人机具有无人机2的本领，采用可收起的四旋翼抗风的无人机设计，旋翼的工作方式是由丝杠21在第二电机38转动带动丝杠螺母22上下移动，在导杆23带动下使得伸展臂16上下移动，实现翼宽调节，这种设计可以应对在对森林巡检时，飞行机翼带来的阻碍问题，同时可自主调整翼宽，灭火弹引爆有两种方式，确保灭火弹能够引爆，起到火源初期灭火作用，一是在灭火弹挂弹器14将液体泡沫爆炸灭火弹13弹出之前通过引爆电极31将引爆弹26延时引爆，在到达火源点爆炸使得硫酸铝溶液容器28、碳酸氢钠溶液容器29在引爆弹26的爆炸下让两个溶液发生反应并溅射覆盖在燃烧物品上，使燃着的物质与空气隔离，并降低温度，达到灭火的目的。二是通过热引爆极25，在火源点通过火源的热量使得引爆弹26引爆。灭火弹触发导线24给定信号线信号，发出信号（同时给定引爆电极31信号，10秒后引爆灭火弹26，自由落体，距离为500米），电磁铁35动作使得衔铁36被吸引，弹簧34被压缩，柱销37回撤，引爆电极31在灭火弹重力下离开引爆电极固定架32。巡检机器人首先以无人机模式飞到空中对森林巡检，通过红外（勘测森林的发热问题，发现高温异常点）摄像头12检测可视项目，可以实现对动物分布，森林搜救，火源检测，当发现有火源存在时，向巡检中心发送坐标与现场视频、热成像图，同时无人机2根据火源，向火源投放液体泡沫爆炸灭火弹13，实现火源初期的灭火，及时扑灭火源，避免森林财产损失和后期的火源扩张的大规模救援行动，能从根本节省大量的人力物力和财力。当巡视林场面积较大时，可以采用多台无人机2通过巡检中心统一调度协同巡检，当突发火情较为迅猛，而消防人员不能及时赶到时，巡检中心通过调度，可将火灾附近若干架无人机2同时参与灭火。灭火弹消耗完时，无人机2自主返回最近停靠站自主补充。当有一架无人机2因故障需要维修却又无法自主移动时，巡检中心后台监控人员可以调度附近无人机2将其带回巡检中心进行巡检。各个无人机2之间通过无线电进行相互交流，从而判定停靠站的停靠优先权，各无人机之间信息相互分享，当一处有火灾隐患，单个无人机无法处理时便会发布集结指令，集结无人机，投放灭火弹。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种用于林场的巡视无人机，其特征在于，包括无人机能源停靠站和无人机，所述无人机停放在无人机能源停靠站的上侧，无人机能源停靠站包括太阳能板、第一蓄电池、能源停靠站架体、接触式充电板、停机平台和接触电极，停机平台位于能源停靠站架体的右侧，停机平台的上侧设置有接触式充电板，接触式充电板通过接触电极与第一蓄电池电性连接，第一蓄电池设置在停机平台的左侧并且第一蓄电池通过导线与太阳能板电性连接，太阳能板设置在第一蓄电池的上侧，无人机包括无人机机体、螺旋桨、卫星通讯模块、第二蓄电池、摄像头、液体泡沫爆炸灭火弹、灭火弹挂弹器、第一电机、伸展臂、超声波雷达、充电线、升降支持架、GPS定位器、丝杠、第二电机、导杆和灭火弹触发导线，螺旋桨设置在无人机机体的顶部并且螺旋桨通过联轴器与第一电机的转轴相连，第一电机通过伸展臂固定在无人机机体上，第一电机的底部设置有升降支持架，升降支持架的侧面设置有充电线，充电线的一端与第二蓄电池相连，充电线的另一端设置在升降支持架的底部，第二蓄电池设置在无人机机体上侧的中间位置，卫星通讯模块设置在第二蓄电池的后侧，卫星通讯模块的后侧设置有GPS定位器，GPS定位器的后侧设置有超声波雷达，第二蓄电池的前侧设置有摄像头，灭火弹挂弹器设置在无人机机体的底部，灭火弹挂弹器的底部悬挂安装有液体泡沫爆炸灭火弹并且灭火弹挂弹器通过灭火弹触发导线与第二蓄电池电性连接，灭火弹触发导线通过线卡固定在灭火弹挂弹器的上侧，灭火弹挂弹器的上侧设置有丝杠并且丝杠上套装有丝杠螺母，第二电机的输出轴与丝杠相连，丝杠螺母固定在导杆的一端，导杆的另一端与伸展臂相连，第二蓄电池分别与卫星通讯模块、摄像头、第一电机、第二电机、超声波雷达和GPS定位器电性连接，液体泡沫爆炸灭火弹包括热引爆极、引爆弹、挡板、硫酸铝溶液容器、碳酸氢钠溶液容器、外壳、引爆电极和引爆电极固定架，热引爆极固定在引爆弹的右侧，引爆弹插接在硫酸铝溶液容器的内部，硫酸铝溶液容器插接在碳酸氢钠溶液容器的内部并且碳酸氢钠溶液容器的左侧面设置有挡板，碳酸氢钠溶液容器的外部包裹有外壳，碳酸氢钠溶液容器的右侧插接有引爆电极，引爆电极的最右端固定在引爆电极固定架的内部，引爆电极固定架包括架体、信号线、弹簧、电磁铁、衔铁和柱销，信号线、弹簧、电磁铁、衔铁和柱销均安装在架体内，信号线与电磁铁相连，衔铁位于电磁铁的右侧并且衔铁与电磁铁之间通过连杆相连，弹簧环绕在连杆上，连杆穿过衔铁并且连杆的最右侧与柱销的最左侧相连，柱销的最右侧与引爆电极相连；所述碳酸氢钠溶液容器内部添加有发泡剂；所述摄像头采用2400万像素的红外摄像头。
2.根据权利要求1所述的用于林场的巡视无人机，其特征在于，所述挡板和外壳均采用陶瓷材料制作。
3.根据权利要求1所述的用于林场的巡视无人机，其特征在于，所述超声波雷达的数量为四组。
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