CN110316365A - 一种全自动灭火四轴无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全自动灭火四轴无人机，在四轴旋翼机身上设有控制器、检测组件、灭火夹持组件、供电组件；检测组件包括火灾检测单元和机身检测单元；火灾检测单元检测火灾状况并传输到控制器内，机身检测单元检测四轴旋翼机身状况并传输到控制器内，控制器对接收的火灾状况进行处理并结合机身状态控制灭火夹持组件和四轴旋翼机身上的无刷电机动作进行灭火。本发明能够自动识别火源位置，定位火源根部，通过可伸缩夹持组件抓取干粉灭火弹，飞到定位好的最佳位置进行空投。本发明灭火精度非常高，减少人员配备的同时，大大提高灭火精度和效率。并且无人机携带重量轻，循环飞行距离近，续航能力更高，效率更高。

Description

一种全自动灭火四轴无人机
技术领域
本发明涉及无人机消防领域，具体涉及一种全自动灭火四轴无人机。
背景技术
无人机技术在当今社会是一个非常有实用意义的技术，并且技术层面已经相当成熟。然而，无人机的使用却并不广泛。无人机的含义便是不需要人员特意进行干预，便可以自动飞行的装置。无人机始出现于二十世纪，随着科技的发展，无人机的发展也越来越迅速，目前无人机的概念产品非常多，但实际能够投入使用的产品并不多；新中国成立到现在为止，我国的消防领域仍是以人工灭火为主，但人工灭火的速度毕竟有限，并且在面对火势较大的场所，首先是灭火的难度大增，灭火速度较慢，更重要的是对消防人员的生命安全也是一个非常大的威胁，消防员因灭火牺牲的事件也是频频发生。
无人机在消防领域中的应用并不广泛，少数消防领域使用无人机的案例，也多是将无人机进行火情监测、高空投放救援物资等，并且许多灭火无人机仍需要遥控控制来操作，遥控器控制距离是一个很大的缺陷，并没有发挥无人机真正的科技水平。目前市面上出现的无人机，多数都是人工控制，将无人机飞到一个相对合适的位置投放灭火弹；有的灭火无人机可以自动飞到某个位置，但是灭火弹的放置和火灾的监控都需要人工来完成，浪费了很多人员配置，并且无法识别火焰高度，导致灭火精度不够。
发明内容
针对上述现有技术中灭火无人机技术不足等问题，提出了一种全自动灭火四轴无人机，灭火全程不需要人员参与。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种全自动灭火四轴无人机，包括四轴旋翼机身，所述四轴旋翼机身设有4个旋翼臂，在每个旋翼臂上均设有无刷电机，无刷电机的输出轴与螺旋桨连接，无刷电机，噪声小，使用寿命长，而且螺旋桨采用1045螺旋桨，并有螺旋桨保护罩且旋翼臂和螺旋桨均采用防火材料。
在四轴旋翼机身上设有控制器、检测组件、灭火夹持组件、供电组件；所述检测组件包括火灾检测单元和机身检测单元；火灾检测单元检测火灾状况并传输到控制器内，机身检测单元检测四轴旋翼机身状况并传输到控制器内，控制器对接收的火灾状况进行处理并结合机身状态控制灭火夹持组件和四轴旋翼机身上的无刷电机动作进行灭火，供电组件给控制器、无刷电机和灭火夹持组件供电。本发明中，所述控制器为STM32控制器。
具体地，所述灭火夹持组件，包括伸缩单元和夹持单元，伸缩单元带动夹持单元上下移动，夹持单元夹持灭火工具进行灭火，伸缩单元的舵机Ⅰ和夹持单元的舵机Ⅱ均与控制器的输出端连接，且舵机Ⅰ和舵机Ⅱ由锂电池经电子调速器调节后单独供电。
所述伸缩单元，包括舵机Ⅰ、伸缩连杆Ⅰ和伸缩连杆Ⅱ，舵机Ⅰ安装在四轴旋翼机身的下部，舵机Ⅰ的输出转轴与伸缩连杆Ⅰ的一端连接，伸缩连杆Ⅰ的另一端固定在舵机Ⅱ的壳体上，伸缩连杆Ⅱ的一端铰接在舵机Ⅰ壳体，伸缩连杆Ⅱ的另一端固定在舵机Ⅱ的壳体上，且伸缩连杆Ⅱ和伸缩连杆Ⅰ相对应的连杆相铰接。
所述夹持单元，包括舵机Ⅱ、齿轮Ⅰ、夹爪Ⅰ、齿轮Ⅱ、夹爪Ⅱ；舵机Ⅱ的输出轴与齿轮Ⅰ连接，齿轮Ⅰ与齿轮Ⅱ啮合，齿轮Ⅱ通过转动轴安装在舵机Ⅱ的壳体上；夹爪Ⅰ与齿轮Ⅰ固定连接，夹爪Ⅱ与齿轮Ⅱ固定连接，且夹爪Ⅰ和夹爪Ⅱ相对设置。
所述火灾检测单元，包括火焰传感器、摄像头、超声波测距传感器、热成像拓展板；所述摄像头为OPENMV摄像头；在四轴旋翼机身的每个旋翼臂下端均安装有火焰传感器，火焰传感器将检测信号传输给控制器；摄像头安装在四轴旋翼机身中心部位上部并通过双绞线将采集的信息经图传一体模块传输给控制器，超声波测距传感器和热成像拓展板分别安装在四轴旋翼机身中心部位下部，超声波测距传感器将检测的距离信息传输给控制器，便于距离的控制；热成像拓展板通过双绞线将检测信号传输给控制器。
所述机身检测单元，包括GPS定位模块、MPU6050模块；GPS定位模块安装在四轴旋翼机身中心部位上部并将机身实时位置信息传输给控制器，MPU6050模块安装在四轴旋翼机身中心部位下部并将检测的机身信号传输控制器，MPU6050模块集成了陀螺仪和加速度计，与STM32控制器通过IIC串口相连。
所述供电组件，包括锂电池、电子调速器，锂电池和电子调速器均安装在四轴旋翼机身中心部位下部，且锂电池通过电子调速器给控制器供电，所述电子调速器为带BEC的电子调速器，亦简称电调；BEC输出电源，向STM32控制器供电。所述锂电池采用12V/5200mAh的3S1P锂电池。
在四轴旋翼机身的每个旋翼臂下端均安装有电子调速器，锂电池通过各自的电子调速器给每个无刷电机供电，锂电池通过电子调速器给舵机Ⅰ和舵机Ⅱ供电。
本发明的效果有：无人机启动之后，可以自动起飞并且360°识别火灾发生地点，并迅速定位最佳空投灭火点，然后控制灭火组件在附近的干粉灭火弹放置点抓取干粉灭火弹，飞到最佳空投点进行空投灭火。如果火势并未完全灭掉，无人机会再次识别，并多次抓取干粉灭火弹，进行多次灭火。全程只需要消防人员给无人机通电，无人机便会自动识别进行多次灭火，灭火效果和成功率非常高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图。
图2为本发明灭火组件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种全自动灭火四轴无人机，包括四轴旋翼机身1，所述四轴旋翼机身1设有4个旋翼臂1-1，在每个旋翼臂1-1上均设有无刷电机3，无刷电机3的输出轴与螺旋桨1-2连接，无刷电机，噪声小，使用寿命长，而且螺旋桨采用1045螺旋桨，并有螺旋桨保护罩且旋翼臂和螺旋桨均采用防火材料。
在四轴旋翼机身1上设有控制器2、检测组件、灭火夹持组件10、供电组件；所述检测组件包括火灾检测单元和机身检测单元；火灾检测单元检测火灾状况并传输到控制器内，机身检测单元检测四轴旋翼机身状况并传输到控制器内，控制器对接收的火灾状况进行处理并结合机身状态控制灭火夹持组件和四轴旋翼机身1上的无刷电机3动作进行灭火，供电组件给控制器、无刷电机3和灭火夹持组件供电。本发明中，所述控制器为STM32控制器。
具体地，所述灭火夹持组件，包括伸缩单元和夹持单元，伸缩单元带动夹持单元上下移动，夹持单元夹持灭火工具进行灭火，伸缩单元的舵机Ⅰ15和夹持单元的舵机Ⅱ16均与控制器的输出端连接，且舵机Ⅰ15和舵机Ⅱ16由锂电池经电子调速器4调节后单独供电。
所述伸缩单元，包括舵机Ⅰ15、伸缩连杆Ⅰ18和伸缩连杆Ⅱ19，舵机Ⅰ15安装在四轴旋翼机身1的下部，舵机Ⅰ15的输出转轴与伸缩连杆Ⅰ18的一端连接，伸缩连杆Ⅰ18的另一端固定在舵机Ⅱ16的壳体上，伸缩连杆Ⅱ19的一端铰接在舵机Ⅰ15壳体，伸缩连杆Ⅱ19的另一端固定在舵机Ⅱ16的壳体上，且伸缩连杆Ⅱ19和伸缩连杆Ⅰ18相对应的连杆相铰接。
所述夹持单元，包括舵机Ⅱ16、齿轮Ⅰ17、夹爪Ⅰ20、齿轮Ⅱ21、夹爪Ⅱ22；舵机Ⅱ16的输出轴与齿轮Ⅰ17连接，齿轮Ⅰ17与齿轮Ⅱ21啮合，齿轮Ⅱ21通过转动轴安装在舵机Ⅱ16的壳体上；夹爪Ⅰ20与齿轮Ⅰ17固定连接，夹爪Ⅱ22与齿轮Ⅱ21固定连接，且夹爪Ⅰ20和夹爪Ⅱ22相对设置。
所述火灾检测单元，包括火焰传感器6、摄像头7、超声波测距传感器8、热成像拓展板9；所述摄像头7为OPENMV摄像头；在四轴旋翼机身1的每个旋翼臂下端均安装有火焰传感器6，火焰传感器6将检测信号传输给控制器；摄像头7安装在四轴旋翼机身1中心部位上部并通过双绞线将采集的信息经图传一体模块传输给控制器，超声波测距传感器8和热成像拓展板9分别安装在四轴旋翼机身1中心部位下部，超声波测距传感器8将检测的距离信息传输给控制器，便于距离的控制；热成像拓展板9通过双绞线将检测信号传输给控制器。
所述机身检测单元，包括GPS定位模块5、MPU6050模块12；GPS定位模块5安装在四轴旋翼机身1中心部位上部并将机身实时位置信息传输给控制器，MPU6050模块12安装在四轴旋翼机身1中心部位下部并将检测的机身信号传输控制器，MPU6050模块12集成了陀螺仪和加速度计，与STM32控制器通过IIC串口相连。
所述供电组件，包括锂电池13、电子调速器4，锂电池13和电子调速器4均安装在四轴旋翼机身1中心部位下部，且锂电池13通过电子调速器4给控制器供电，所述电子调速器4为带BEC的电子调速器，亦简称电调； BEC输出电源，向STM32控制器供电。所述锂电池采用12V/5200mAh的3S1P锂电池。
在四轴旋翼机身1的每个旋翼臂下端均安装有电子调速器4，锂电池13通过各自的电子调速器4给每个无刷电机3供电，锂电池13通过电子调速器4转换成5V电压给舵机Ⅰ15和舵机Ⅱ16供电。
一旦发生火灾，消防人员到达火源附近以后，只需要启动无人机，并在干粉灭火弹放置点放置若干干粉灭火弹14。无人机启动之后，经过5s的初始化，自动起飞并且360°旋转，通过OPENMV摄像头7识别火灾发生地点，然后抓取一枚干粉灭火弹14，迅速飞到火源附近，并迅速通过热成像拓展板定位火源根部，通过摄像头识别到的信号传送给STM32控制器2，STM32控制器2通过一系列算法及火焰传感器的协助，在火焰上方不远处定位空投干粉灭火弹14的最佳位置，然后飞到火源空投合适的位置直接向火源根部进行投放。如果投放之后火灾未被扑灭，无人机通过OPENMV摄像头7和热成像拓展板9的配合识别到火灾未被扑灭的信号，自动飞到火源不远处的干粉灭火弹放置点，重复灭火的流程，直到该火源被扑灭，然后无人机通过GPS最初定位，自动返航到起飞点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全自动灭火四轴无人机，包括四轴旋翼机身（1），其特征在于：在四轴旋翼机身（1）上设有控制器（2）、检测组件、灭火夹持组件（10）、供电组件；所述检测组件包括火灾检测单元和机身检测单元；火灾检测单元检测火灾状况并传输到控制器内，机身检测单元检测四轴旋翼机身状况并传输到控制器内，控制器对接收的火灾状况进行处理并结合机身状态控制灭火夹持组件和四轴旋翼机身（1）上的无刷电机（3）动作进行灭火，供电组件给控制器、无刷电机（3）和灭火夹持组件供电。
2.根据权利要求1所述的全自动灭火四轴无人机，其特征在于：所述四轴旋翼机身（1）设有4个旋翼臂（1-1），在每个旋翼臂（1-1）上均设有无刷电机（3），无刷电机（3）的输出轴与螺旋桨（1-2）连接。
3.根据权利要求1或2所述的全自动灭火四轴无人机，其特征在于：所述灭火夹持组件，包括伸缩单元和夹持单元，伸缩单元带动夹持单元上下移动，夹持单元夹持灭火工具进行灭火，伸缩单元的舵机Ⅰ（15）和夹持单元的舵机Ⅱ（16）均与控制器的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的全自动灭火四轴无人机，其特征在于：所述伸缩单元，包括舵机Ⅰ（15）、伸缩连杆Ⅰ（18）和伸缩连杆Ⅱ（19），舵机Ⅰ（15）安装在四轴旋翼机身（1）的下部，舵机Ⅰ（15）的输出转轴与伸缩连杆Ⅰ（18）的一端连接，伸缩连杆Ⅰ（18）的另一端固定在舵机Ⅱ（16）的壳体上，伸缩连杆Ⅱ（19）的一端铰接在舵机Ⅰ（15）壳体，伸缩连杆Ⅱ（19）的另一端固定在舵机Ⅱ（16）的壳体上，且伸缩连杆Ⅱ（19）和伸缩连杆Ⅰ（18）相对应的连杆相铰接。
5.根据权利要求3所述的全自动灭火四轴无人机，其特征在于：所述夹持单元，包括舵机Ⅱ（16）、齿轮Ⅰ（17）、夹爪Ⅰ（20）、齿轮Ⅱ（21）、夹爪Ⅱ（22）；舵机Ⅱ（16）的输出轴与齿轮Ⅰ（17）连接，齿轮Ⅰ（17）与齿轮Ⅱ（21）啮合，齿轮Ⅱ（21）通过转动轴安装在舵机Ⅱ（16）的壳体上；夹爪Ⅰ（20）与齿轮Ⅰ（17）固定连接，夹爪Ⅱ（22）与齿轮Ⅱ（21）固定连接，且夹爪Ⅰ（20）和夹爪Ⅱ（22）相对设置。
6.根据权利要求1所述的全自动灭火四轴无人机，其特征在于：所述火灾检测单元，包括火焰传感器（6）、摄像头（7）、超声波测距传感器（8）、热成像拓展板（9）；在四轴旋翼机身（1）的每个旋翼臂下端均安装有火焰传感器（6），火焰传感器（6）将检测信号传输给控制器；摄像头（7）安装在四轴旋翼机身（1）中心部位上部将采集的信息经图传一体模块传输给控制器，超声波测距传感器（8）和热成像拓展板（9）分别安装在四轴旋翼机身（1）中心部位下部，超声波测距传感器（8）将检测的距离信息传输给控制器；热成像拓展板（9）将检测信号传输给控制器。
7.根据权利要求1或6所述的全自动灭火四轴无人机，其特征在于：所述机身检测单元，包括GPS定位模块（5）、MPU6050模块（12）；GPS定位模块（5）安装在四轴旋翼机身（1）中心部位上部并将机身实时位置信息传输给控制器，MPU6050模块（12）安装在四轴旋翼机身（1）中心部位下部并将检测的机身信号传输控制器。
8.根据权利要求1所述的全自动灭火四轴无人机，其特征在于：所述供电组件，包括锂电池（13）、电子调速器（4），锂电池（13）和电子调速器（4）均安装在四轴旋翼机身（1）中心部位下部，且锂电池（13）通过电子调速器（4）给控制器供电；在四轴旋翼机身（1）的每个旋翼臂下端均安装有电子调速器（4），锂电池（13）通过各自的电子调速器（4）给每个无刷电机（3）供电，锂电池（13）通过电子调速器（4）给舵机Ⅰ（15）和舵机Ⅱ（16）供电。
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