CN107472536A - 一种高空消防灭火无人机 - Google Patents

Abstract

一种高空消防灭火无人机，载荷平台的四个角处分别连接有起落架。8个机臂分别安装在载荷平台四个角上。8套动力系统分别位于各机臂的悬臂端，使所述的动力系统呈正四边形分布在所述载荷平台的外围，形成了多旋翼无人机动力系统。所述的灭火弹发射装置位于所述载荷平台的上表面。所述的供电电源与安装有控制系统的控制载荷平台均位于灭火弹发射装置的下方，并处于所述载荷平台的重心位置。本发明结合无人机和灭火弹的优势，能够有效的解决高层灭火的世界难题，实现了常规消防设备无法达到的高楼的灭火，提高了无人灭火系统的单次灭火能力，并具有成本低、机动性好的特点，适于广泛的普及应用。

Description

一种高空消防灭火无人机

技术领域

本发明属于无人机灭火技术领域，具体涉及一种高空消防灭火无人机。

背景技术

在消防领域中，高层灭火一直是一个世界难题，高层建筑的火灾危险性与灭火难度远远大于一般低层建筑。目前，在我国，高层建筑灭火的主要方法为：消防队采用登高消防车攀登到一定高度，再使用消防枪灭火。然而，消防队的攀登高度一般只有 25米，而消防枪一般能打到60米左右。即，现在的消防车灭火极限为100米左右。因此，对于100米以上的高楼火灾，只能采取预防和自救。

申请号为201610165872.2，名称为无人机灭火弹发射系统的发明专利提出一种无人机用的灭火弹发射系统。该专利重点在于灭火弹发射系统而不是无人机，与本发明侧重的无人机并无冲突，本发明采用的灭火弹发射装置与该发明类似。该灭火系统的优点是可以实时和地面保持通信，地面指挥中心可以依据图像等数据发射灭火弹实施灭火。但是该灭火系统的飞行平台载重能力有限只能携带一枚灭火弹，其次是飞行时间有限，灭一处火得多次往返，即该发明专利提出的无人机灭火弹发射系统的灭火能力有限难以有效灭火。

申请号为2016101419566.X，名称为一种高楼消防无人机的发明专利提出的灭火无人机包括无人机主体、摄像头和水枪。该专利提出使用无人机携带水枪后飞到空中，由水枪喷出的水进行灭火。该专利提出的方法存在受水枪及其水管的重量限制，无法飞至太高的高楼。由于现有多旋翼载重有限，该方法的无人机甚至难以飞至地面灭火设备可达的高度。

申请号为201510076222.6，名称为一种防撞式定点消防无人机的发明专利提出的灭火无人机包括无人机本体、投弹枪和防撞罩。该发明的重点在于采用防撞罩来保护无人机的飞行安全，并用投弹枪进行消防灭火。该发明的缺点是防撞罩极大的降低了无人机的飞行效率和抗风性能，其次投弹枪的灭火方式效率低，可携带的灭火载荷有限，因此该发明在实际中难以有效的在楼宇之间执行灭火任务。

发明内容

为克服现有技术中存在的载弹量少、飞行高度受限，以及飞行效率和抗风性能低的不足，本发明提出了一种高空消防灭火无人机。

本发明包括多旋翼无人机动力系统、灭火弹发射装置、载荷平台、供电电源、起落架和控制系统。

所述载荷平台的四个角处分别连接有呈起落架；在位于所述载荷平台前端的两根起落架之间有起落架加强管，在位于所述载荷平台后端的两根起落架之间亦有起落架加强管；电池盒通过电池支撑管安装在载荷平台内；8个机臂的固定端分别固定在所述载荷平台四个角上。

所述多旋翼无人机动力系统包括8套动力系统；各动力系统分别位于各机臂的悬臂端，使所述的动力系统呈正四边形分布在所述载荷平台的外围。

所述的灭火弹发射装置位于所述载荷平台的上表面；四根发射导轨平行的固定在所述灭火弹发射装置的支架横梁的下表面，并使各相邻的发射导轨之间的间距比灭火弹的直径大10mm；所述发射导轨的下表面有与灭火弹上的T形滑块配合的滑槽。

所述的供电电源与安装有控制系统的控制载荷平台均位于灭火弹发射装置的下方，并处于所述载荷平台的重心位置。

所述灭火弹发射装置包括四枚灭火弹、四根发射导轨、三个支架横梁、三对支架杆、六个支架固定件和四个瞄准相机。其中，所述灭火弹发射装置的三对支架杆的下端分别通过支架固定件安装在所述两根载荷平台中心梁及载荷平台前端的载荷平台主梁上。三个支架横梁平行的排布在所述各支架杆的上端，并使各支架横梁的两端分别插接固定在所述各支架杆的上端面；所述三个支架横梁与所述载荷平台中心梁之间相互平行。所述四根发射导轨与所述支架横梁之间相互垂直。在灭火弹外圆周表面的前部和后部分别固定有一个与发射导轨上的T形槽配合的T形滑块，并使T形滑块宽度方向的中心线与该灭火弹的中心线处于同一垂直平面。

各所述起落架加强管的两端分别通过起落架加强件与所述起落架固连，具体是，将所述起落架加强件套装在该起落架上，并使起落架加强件上的管孔与起落架上的管孔对应；将起落架加强管的两端分别装入所述的管孔内，并在该起落架加强管的两端安装管夹。通过起落架加强件将所述起落架加强管于起落架固连，并通过管夹防止该起落架加强管轴向移动。

分别位于所述载荷平台前端的起落架加强管于位于所述载荷平台后端的起落架加强管之间连接有两根电池支撑管，各所述电池支撑管的两端分别通过三通的转接件固定在各所述电池支撑管上。两根电池支撑管之间相互平行，用于安放电池盒。

各所述的动力系统分别包括碳纤维螺旋桨、无刷直流电机和电子调速器。所述的无刷直流电机分别通过电机座固定在各机臂的外端；8个碳纤维螺旋桨分别安装在各无刷直流电机的输出轴上，并位于所述各机臂的下方；在各电机座内安装有电子调速器。

所述的控制载荷平台为盒体，控制系统安放在该控制载荷平台的盒体内。所述的控制载荷平台的顶板的两端与底板的两端均长于该盒体的侧板，在盒体的两端形成了与所述载荷平台中心梁配合的安装夹板。安装时，将该盒体的两端分别卡装在各载荷平台中心梁上并用螺栓固定。

各所述的起落架加强管相互平行并处于同一水平面上；各所述的起落架加强管分别位于所述起落架高度的1/3处。

本发明结合无人机和灭火弹的优势，能够有效的解决高层灭火的世界难题。

本发明中的多旋翼无人机动力系统无人机提供飞行是所需的动力，并将该多旋翼无人机动力系统置于灭火弹发射装置的下方，以减小螺旋桨气流对灭火弹的影响，提高灭火弹的发射精度。

本发明提供的高空消防灭火无人机具体使用方式为：

当消防人员接到火灾报警后，消防人员迅速驾驶携带高空系留无人灭火系统的消防车辆到达着火高楼附近。到达火灾现场后消防人员在5分钟内迅速展开高空消防灭火无人机，并准备起飞工作。准备工作完成后由地面消防人员使用遥控器操纵无人机飞至高楼着火位置。飞行平台携带灭火系统飞至高楼着火位置后悬停在目标位置，之后由地面操纵人员通过飞行平台携带的瞄准系统瞄准目标窗口，瞄准目标窗口后地面操纵人员迅速通过地面站或遥控器依次发射灭火弹。或者通过机载发射系统自主瞄准和自主发射。灭火弹发射后沿着发射导轨滑行一段距离，然后以一定的离轨速度脱离发射导轨进入不可控飞行，直至灭火弹接触窗户玻璃。灭火弹接触玻璃后灭火弹破窗机构打破玻璃，灭火弹飞入着火房间。灭火弹破窗机构破窗的同时灭火弹内温度传感器开始工作，若传感器检测到温度高于设定值则引爆灭火弹内炸药使灭火剂散部周围以完成灭火任务，若是传感器检测到温度低于设定值则灭火弹不会爆炸。飞行平台发射完4枚灭火弹后由地面操纵人员操纵降落或者由地面站自主控制降落。飞行平台降落后在5分钟内补充完灭火弹并替换上新的电池后又可以进行新的一轮灭火任务。

本发明提供的高空消防灭火无人机具有以下优点：

1、实现了常规消防设备无法达到的高楼的灭火。

常规灭火弹一般由消防人员携带进入火场进行灭火或者由地面发射车从楼底瞄准发射，消防人员携带的方式受限于消防人员无法大范围和大量使用，而发射车发射则受限于发射车的发射角无法用于太高的楼层。本发明采用多旋翼无人机携带灭火弹飞至着火高楼进行灭火的方式可以进行视距外飞行，因此可以飞到现存高/超高楼的最高高度，不存在地面消防设备够不着着火楼层的问题

2、提高无人灭火系统的单次灭火能力。

本发明采用8旋翼大载重无人机，结合滑轨发射的灭火弹，有效的提高了无人机单次飞行可携带的灭火剂重量，从而提高了灭火无人机的单次灭火能力。

3、成本低。

常规的地面消防设备一般都造价昂贵，如101米的消防云梯车售价需几千万元，航天科工二院研制的投弹消防车需几百万元，地面消防设备的昂贵成本使其无法普及使用，而本发明提出的消防灭火无人机成本只需几十万元，能够广泛的普及使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的正视图；

图3为图2的侧视图；

图4为灭火弹发射装置和载荷平台的配合示意图；

图5为灭火弹与发射导轨的配合示意图；

图6为电机座的结构示意图；

图7为控制载荷平台的结构示意图；

图8为五通连接件的结构示意图；

图9为管夹的结构示意图；

图10为起落架加强件的结构示意图；

图11为圆管转接件的结构示意图；

图12为电池盒的结构示意图。图中：

1.动力系统；2.灭火弹发射装置；3.载荷平台；4.供电电源；5.起落架；6.控制系统；7.碳纤维螺旋桨；8.无刷直流电机；9.电子调速器；10.电机座；11.机臂；12. 载荷平台中心梁；13.载荷平台主梁；14.连接片；15.五通连接件；16.灭火弹；17. 支架横梁；18.发射导轨；19.支架杆；20.支架固定件；21.控制载荷平台；22.起落架； 23.起落架加强件；24.管夹；25.起落架加强管；26.圆管转接件；27.电池支撑管；28. 电池盒；29.电池；30.瞄准相机。

具体实施方式

本发明提供一种高空消防灭火无人机，包括多旋翼无人机动力系统1、灭火弹发射装置2、载荷平台3、供电电源4、起落架5和控制系统6。

本实施例中，灭火弹16的发射方向为无人机的飞行方向。

所述多旋翼无人机动力系统1包括8套动力系统；各动力系统分别位于各机臂的悬臂端，使所述的动力系统呈正四边形分布在所述载荷平台的外围。

所述的载荷平台为框架结构，由四根铝质的管通过五通连接件15连接成为水平方形框，该方形框即为载荷平台3。在该载荷平台的四个角处分别通过上述五通连接件15 连接有呈竖直状的起落架22；在位于所述载荷平台前端的两根起落架之间通过连接有起落架加强管25，在位于所述载荷平台后端的两根起落架之间亦连接有起落架加强管25；各所述的起落架加强管相互平行并处于同一水平面上；各所述的起落架加强管分别位于所述起落架22高度的1/3处。在所述分别位于载荷平台前端和载荷平台后端的两根起落架支撑管之间连接有两根相互平行的电池支撑管27，电池29安放在固定在所述电池支撑管上的电池盒28内，并通过管夹24定位。

各所述起落架加强管的两端分别通过起落架加强件23与所述起落架22固连，具体是，将所述起落架加强件套装在该起落架上，并使起落架加强件上的管孔与起落架上的管孔对应；将起落架加强管25的两端分别装入所述的管孔内，并在该起落架加强管的两端安装管夹24。通过起落架加强件23将所述起落架加强管于起落架固连，并通过管夹防止该起落架加强管轴向移动。

在所述载荷平台四个角上的各五通连接件15剩余的两个连接孔内分别通过可拆卸接头安装有机臂11。在该机臂的悬臂端的端头安装有电机座10；在各电机座上分别固定有无刷直流电机8；各碳纤维制作的螺旋桨7分别安装在各无刷直流电机的输出轴上，使得8个无刷直流电机均布在所述载荷平台的四个边上；各所述螺旋桨7均位于所述机臂的下方，采用恒力源公司的3095碳纤维螺旋桨。电子调速器9亦有8个，分别安装在各电机座上，并与固定在各电机座上的无刷直流电机通过导线连接。

在所述载荷平台的上表面通过连接片14固定有两根相互平行的载荷平台中心梁12，用于安装灭火弹发射装置。四根发射导轨18平行的固定在所述灭火弹发射装置的支架横梁的下表面，并使各相邻的发射导轨之间的间距比灭火弹的直径大10mm；所述发射导轨的下表面有与灭火弹上的T形滑块配合的滑槽。

分别位于所述载荷平台前端的起落架加强管25于位于所述载荷平台后端的起落架加强管之间连接有两根电池支撑管27，各所述电池支撑管27的两端分别通过三通的转接件26固定在各所述电池支撑管上。两根电池支撑管之间相互平行，用于安放电池盒 28。

在所述载荷平台中心位置固定有控制载荷平台21，该控制载荷平台为盒体，控制系统6安放在该控制载荷平台的盒体内。所述的控制载荷平台的顶板的两端与底板的两端均长于该盒体的侧板，在盒体的两端形成了与所述载荷平台中心梁12配合的安装夹板。安装时，将该盒体的两端分别卡装在各载荷平台中心梁上并用螺栓固定。

本实施例中，机臂11为碳纤维圆形管型材，直径为30mm，长度为500mm。载荷平台主梁13共有4根，通过五通连接件15连接组成一个载荷平台架结构，载荷平台主梁13 两端分别插入五通连接件15的方形孔中，并通过4个螺栓连接在一起。载荷平台主梁13 的中心线与机臂11的中心线重合。所述的载荷平台主梁13采用铝合金方形空心管型材，规格为35mm×35mm，壁厚为1.5mm，长度为760mm。

载荷平台中心梁12为碳纤维方形空心管型材，共有2根。载荷平台中心梁12的规格为35mm×35mm，壁厚1.5mm，长760mm。2根载荷平台中心梁之间相距290mm。

灭火弹发射装置包括四枚灭火弹16、四根发射导轨18、支架横梁17、三对支架杆19、六个支架固定件20和四个瞄准相机30。其中，所述灭火弹发射装置的三对支架杆 19的下端分别通过支架固定件20安装在所述两根载荷平台中心梁12及载荷平台前端的载荷平台主梁13上。三个支架横梁17平行的排布在所述各支架杆的上端，并使各支架横梁的两端分别插接固定在所述各支架杆19的上端面；所述三个支架横梁与所述载荷平台中心梁之间相互平行。四根发射导轨18平行的固定在所述三个支架横梁的下表面，并使各相邻的发射导轨之间的间距比灭火弹的直径大10mm；所述四根发射导轨与所述支架横梁之间相互垂直。

支架横梁17、支架杆19和支架固定件20均采用铝合金制成，发射导轨18采用高强度铝合金加工制成。

灭火弹16和发射导轨18分别有4个。灭火弹16采用现有的成品。在灭火弹16外圆周表面的前部和后部分别固定有一个与发射导轨上的T形槽配合的T形滑块，并使T形滑块宽度方向的中心线与该灭火弹的中心线处于同一垂直平面。

所述的瞄准相机30共有2个，分别安装在中间2个发射导轨18前端的上表面。瞄准相机30采用的是现有的成品设备，并通过安装外框用于安装在发射导轨的上表面，并在灭火弹的发射中二者之间无干涉。

各所述的动力系统分别包括碳纤维螺旋桨7、无刷直流电机8和电子调速器9。各所述的无刷直流电机8分别通过电机座10固定在各机臂11的外端；各碳纤维螺旋桨7分别安装在各无刷直流电机的输出轴上，并位于所述各机臂的下方；各电子调速器9分别安装在各所述电机座内。所述的动力系统呈正四边形分布在所述载荷平台的外围，形成了本实施例的多旋翼无人机动力系统。

所述的供电电源包括电池盒28和电池29。电池29为锂聚合物电池，用于提供无人机所需电能，采用现有的成品。

电池盒28为碳纤维材料制成的盒子，主要用于容纳电池29，并连接在电池支撑管27之上。6块30AH的电池放置在电池盒28之中，并用2根电池扎带将安放有电池的电池盒固定在电池支撑管27上，并用4个位于电池盒28两端的管夹24分别夹紧2根电池支撑管27限制电池盒28沿着碳管滑动。

所述的控制系统包括飞行控制系统和瞄准、发射系统以及数据传输系统其电子设备安装在控制载荷平台21之中，均采用的是现有的成品设备。

所述的管夹24有两个矩形夹块组成，在各夹块的一个侧表面分别有半圆形的凹槽，该凹槽的半径与所配合的管的外径相同。在各夹块的另一个侧表面分别有螺孔。使用时，将各夹块侧表面的凹槽对合成为一个圆形孔，并通过拧紧螺栓实现对管夹内的管的固紧和定位。。

所述电机座10的一端有管夹头，形成了该电机座的夹持端，该夹持端的端口有轴向的切口，切口两侧的管体外圆周表面分别有夹紧耳片。所述电机座10上有用于安装无刷直流电机的安装孔。

所述的起落架加强件23为方形筒件，其内腔为与所述起落架22的外形配合。在该起落架加强件对称的两侧筒壁上有同心的管孔。

Claims (7)

1.一种高空消防灭火无人机，其特征在于，包括多旋翼无人机动力系统1、灭火弹发射装置、载荷平台、供电电源、起落架和控制系统；其中：

所述载荷平台的四个角处分别连接有呈起落架；在位于所述载荷平台前端的两根起落架之间有起落架加强管，在位于所述载荷平台后端的两根起落架之间亦有起落架加强管；电池盒通过电池支撑管安装在载荷平台内；8个机臂的固定端分别固定在所述载荷平台四个角上；

所述多旋翼无人机动力系统包括8套动力系统；各动力系统分别位于各机臂的悬臂端，使所述的动力系统呈正四边形分布在所述载荷平台的外围；

所述的灭火弹发射装置位于所述载荷平台的上表面；四根发射导轨平行的固定在所述灭火弹发射装置的支架横梁的下表面，并使各相邻的发射导轨之间的间距比灭火弹的直径大10mm；所述发射导轨的下表面有与灭火弹上的T形滑块配合的滑槽；

所述的供电电源与安装有控制系统的控制载荷平台均位于灭火弹发射装置的下方，并处于所述载荷平台的重心位置。

2.如权利要求1所述高空消防灭火无人机，其特征在于，所述灭火弹发射装置包括四枚灭火弹、四根发射导轨、三个支架横梁、三对支架杆、六个支架固定件和四个瞄准相机；其中，所述灭火弹发射装置的三对支架杆的下端分别通过支架固定件安装在所述两根载荷平台中心梁及载荷平台前端的载荷平台主梁上；三个支架横梁平行的排布在所述各支架杆的上端，并使各支架横梁的两端分别插接固定在所述各支架杆的上端面；所述三个支架横梁与所述载荷平台中心梁之间相互平行；所述四根发射导轨与所述支架横梁之间相互垂直；在灭火弹外圆周表面的前部和后部分别固定有一个与发射导轨上的T形槽配合的T形滑块，并使T形滑块宽度方向的中心线与该灭火弹的中心线处于同一垂直平面。

3.如权利要求1所述高空消防灭火无人机，其特征在于，各所述起落架加强管的两端分别通过起落架加强件与所述起落架固连，具体是，将所述起落架加强件套装在该起落架上，并使起落架加强件上的管孔与起落架上的管孔对应；将起落架加强管的两端分别装入所述的管孔内，并在该起落架加强管的两端安装管夹；通过起落架加强件将所述起落架加强管于起落架固连，并通过管夹防止该起落架加强管轴向移动。

4.如权利要求1所述高空消防灭火无人机，其特征在于，分别位于所述载荷平台前端的起落架加强管于位于所述载荷平台后端的起落架加强管之间连接有两根电池支撑管，各所述电池支撑管的两端分别通过三通的转接件固定在各所述电池支撑管上；两根电池支撑管之间相互平行，用于安放电池盒。

5.如权利要求1所述高空消防灭火无人机，其特征在于，各所述的动力系统分别包括碳纤维螺旋桨、无刷直流电机和电子调速器；所述的无刷直流电机分别通过电机座固定在各机臂的外端；8个碳纤维螺旋桨分别安装在各无刷直流电机的输出轴上，并位于所述各机臂的下方；在各电机座内安装有电子调速器。

6.如权利要求1所述高空消防灭火无人机，其特征在于，所述的控制载荷平台为盒体，控制系统安放在该控制载荷平台的盒体内；所述的控制载荷平台的顶板的两端与底板的两端均长于该盒体的侧板，在盒体的两端形成了与所述载荷平台中心梁配合的安装夹板；安装时，将该盒体的两端分别卡装在各载荷平台中心梁上并用螺栓固定。

7.如权利要求1所述高空消防灭火无人机，其特征在于，各所述的起落架加强管相互平行并处于同一水平面上；各所述的起落架加强管分别位于所述起落架高度的1/3处。