CN112977825A - 一种弹射固定翼飞行机器人 - Google Patents

一种弹射固定翼飞行机器人 Download PDF

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毛科力
张帅
吕轶群
梁昊文
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Abstract

一种弹射固定翼飞行机器人，属于远距离无人侦察灭火领域，发明的目的是解决目前火场由于地形复杂，视野局限，没有可以适应复杂地形的侦查搜救设备，导致对于火场远距离侦查，灭火工作难度大的问题，本发明所述飞行机器人包括飞行机器人机身主体，摄像头，飞行机器人控制板，灭火头、顶部可拆卸机翼模块和两个侧部可拆卸机翼模块，摄像头识别模块用于目标识别，飞行机器人控制模块用于飞行过程中调整飞行机器人姿态，所述可拆卸机翼模块用于飞行过程中控制舵面调整姿态，灭火头可以用于灭火，灭火头本发明适用于侦查或救火等场景，经过特定发射架后可实现高精度投放，替代人员进入高危地区，实现目标侦测、环境检测和火情判断。

Description

一种弹射固定翼飞行机器人
技术领域
本发明属于远距离无人侦察灭火领域，具体涉及一种弹射固定翼飞行机器人。
背景技术
在生产生活中，远距离侦查，搜救或救火工作往往需要大量人员参与，增大了相关人员的生命财产威胁，对工作人员造成生命财产损失。同时，远距离侦查，搜救工作难度大，地形复杂，视野局限，需要能提供视野，适应复杂地形的侦查搜救设备。现实救火工作中往往遇到火情严重而救火设备或人员无法开展工作的情况。因此需要有能降低人员风险，提高工作效率，适合复杂火情，能触及火情死角区域的灭火设备。综上所述，研发一种可以适用复杂地形，适应性强，能覆盖中长距离，维护成本低，能提高侦查、灭火效率，实现远距离危险情况研判的灭火飞行机器人是很符合实际需求的。
发明内容
本发明的目的是解决目前火场由于地形复杂，视野局限，没有可以适应复杂地形的侦查搜救设备，导致对于火场远距离侦查，灭火工作难度大的问题，进而提供一种弹射固定翼飞行机器人；
一种弹射固定翼飞行机器人，所述飞行机器人包括飞行机器人机身主体，摄像头，飞行机器人控制板，灭火头、顶部可拆卸机翼模块和两个侧部可拆卸机翼模块，所述摄像头安装在飞行机器人机身主体的前端，灭火头套设在摄像头上，且灭火头与飞行机器人机身主体的前端固定连接，飞行机器人机身主体的顶部设有空腔，飞行机器人控制板设置在飞行机器人机身主体顶部的空腔中，顶部可拆卸机翼模块安装在飞行机器人机身主体的顶部，两个侧部可拆卸机翼模块相对安装在飞行机器人机身主体的两侧，且位于飞行机器人机身主体顶部的可拆卸机翼模块与位于飞行机器人机身主体两侧的可拆卸机翼模块均为垂直设置，飞行机器人控制板与摄像头、顶部可拆卸机翼模块和两个侧部可拆卸机翼模块均为信号连接；
进一步地，所述飞行机器人机身主体包括控制板段、尾部连接段和顶盖，尾部连接段的一端与控制板段的一端固定连接，控制板段的顶部设有空腔，飞行机器人控制板设置在控制板段顶部的空腔中，顶盖嵌装在控制板段顶部的空腔上，尾部连接段的顶部沿飞行机器人机身主体的长度延伸方向固接有顶部机翼固定槽，尾部连接段的两侧沿飞行机器人机身主体的长度延伸方向分别设有一个侧部机翼固定槽；
进一步地，所述顶部可拆卸机翼模块包括一号舵盘、一号舵机、一号活动舵面和一号机翼，所述一号机翼插装在尾部连接段上的顶部机翼固定槽中，一号舵机安装在一号机翼的尾部，一号舵机的输出轴上安装有一号舵盘，一号舵盘与一号活动舵面固定连接，一号舵机通过一号舵盘驱动一号活动舵面摆动；
进一步地，所述侧部可拆卸机翼模块包括二号舵盘、二号舵机、二号活动舵面、二号机翼和连杆机构，所述二号机翼插装在尾部连接段上的侧部机翼固定槽中，二号舵机设置在二号机翼的上方，且二号舵机的壳体安装在尾部连接段的侧壁上，二号舵机的输出轴的轴线与尾部连接段的轴线垂直设置，二号活动舵面设置在二号机翼的尾部，且二号活动舵面与二号机翼铰接，二号舵机的输出轴上安装有二号舵盘，二号舵盘通过连杆机构与二号活动舵面连接，二号舵机通过二号舵盘驱动二号活动舵面摆动；
进一步地，所述连杆机构包括连杆和舵角，舵角固接在二号活动舵面的上表面上，连杆的一端与舵角铰接，连杆的一端与二号舵盘铰接；
进一步地，所述摄像头为嵌入式摄像头，可以识别目标或火焰颜色的可见光波长；
进一步地，所述控制板段、尾部连接段和顶盖均为尼龙材质制成；
进一步地，所述控制板段和尾部连接段的外表面均为气动流线外形；
进一步地，所述飞行机器人控制板为一块集成电路板，内置芯片，陀螺仪和4G元件；
进一步地，所述灭火头的外层为绝热层，灭火头内包含干粉或砂石；
进一步地，所述灭火头的外表面为气动流线外形。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明提供的一种弹射固定翼飞行机器人，本身具有体积小和质量轻的特点，配合无动力飞行方式具有良好机动性和隐蔽性，对火场具有远距离侦查和火情查看功能，有效减少消防人员设备的生命财产损失，通过摄像头对火场环境的观测具有视觉导引能力，可自我调整飞行姿态，保障落点有效，而且本飞行机器人成本低，易携带，垂直障碍通过能力强，为视野盲区或不可达区提供视觉支持工作，可以有效勘测盲区危情。
附图说明
图1为本发明提供的飞行机器人的轴侧图；
图2为本发明提供的飞行机器人机身的结构图；
图3为本发明提供的飞行机器人可拆卸机翼模块的结构图；
图4为本发明提供的飞行机器人灭火头的俯视图；
图中：1飞行机器人机身主体、2摄像头、3飞行机器人控制板、4顶部可拆卸机翼模块，5灭火头、6侧部可拆卸机翼模块、11控制板段、12尾部连接段、13顶盖、41一号舵盘、42一号舵机、43一号活动舵面、44一号机翼、61二号舵盘、62二号舵机、63二号活动舵面、64二号机翼和65连杆机构。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式提供了一种弹射固定翼飞行机器人，所述飞行机器人包括飞行机器人机身主体1，摄像头2，飞行机器人控制板3，灭火头5、顶部可拆卸机翼模块4和两个侧部可拆卸机翼模块6，所述摄像头2安装在飞行机器人机身主体1的前端，灭火头5套设在摄像头2上，且灭火头5与飞行机器人机身主体1的前端固定连接，飞行机器人机身主体1的顶部设有空腔，飞行机器人控制板3设置在飞行机器人机身主体1顶部的空腔中，顶部可拆卸机翼模块4安装在飞行机器人机身主体1的顶部，两个侧部可拆卸机翼模块6相对安装在飞行机器人机身主体1的两侧，且位于飞行机器人机身主体1顶部的可拆卸机翼模块4与位于飞行机器人机身主体1两侧的可拆卸机翼模块4均为垂直设置，飞行机器人控制板3与摄像头2、顶部可拆卸机翼模块4和两个侧部可拆卸机翼模块6均为信号连接。
本发明提供一种弹射固定翼飞行机器人，本申请的无动力固定翼飞行机器人的飞行距离由出射速度及相关气动参数决定，此飞行机器人在可高速射出(18m/s)，出射速度能够保证无动力稳定远距离飞行(大于30m)，由于采用轻质材料和一体化成型部件，飞行机器人重量轻(小于150g)，总体尺寸紧凑(长宽高200mm*120mm*80mm)，可携带额外一定额外负载如灭火材料30g，高负载载重比达到20％，具有通过视觉监控、火场识别能力，通过控制机翼和活动舵面，具有自主寻的能力，实现有效落点。
具体实施方式二：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的飞行机器人机身主体1作进一步限定，本实施方式中，所述飞行机器人机身主体1包括控制板段11、尾部连接段12和顶盖13，尾部连接段12的一端与控制板段11的一端固定连接，控制板段11的顶部设有空腔，飞行机器人控制板3设置在控制板段11顶部的空腔中，顶盖13嵌装在控制板段11顶部的空腔上，尾部连接段12的顶部沿飞行机器人机身主体1的长度延伸方向固接有顶部机翼固定槽，尾部连接段12的两侧沿飞行机器人机身主体1的长度延伸方向分别设有一个侧部机翼固定槽。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中，控制板段11的前端用于和灭火头5的固定连接，同时，控制板段11内腔前端具有摄像头安装孔用于与摄像头2的固定连接，控制板段11内腔中部用于平行安装飞行机器人控制板3，尾部连接段12后部具有一长腔，用于和发射台插管配合发射，尾部提供两平行定位槽，控制板段11左右两侧设计有侧部机翼安装槽和舵机安装槽，侧部机翼安装槽具有9度迎角，保障平稳飞行和较强舵效，上部具有顶部机翼安装槽，顶盖13设计有插孔，插孔与安装飞行机器人控制板孔位上配合设置，方便飞行机器人控制板3调试与安装，飞行机器人整体以飞行机器人机身主体1为框架。
具体实施方式三：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的顶部可拆卸机翼模块4作进一步限定，本实施方式中，所述顶部可拆卸机翼模块4包括一号舵盘41、一号舵机42、一号活动舵面43和一号机翼44，所述一号机翼44插装在尾部连接段12上的顶部机翼固定槽中，一号舵机42安装在一号机翼44的尾部，一号舵机42的输出轴上安装有一号舵盘41，一号舵盘41与一号活动舵面43固定连接，一号舵机42通过一号舵盘41驱动一号活动舵面43摆动。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。
本实施方式中，飞行机器人控制板3与一号舵机42信号连接，一号舵机42工作带动一号舵盘41转动，一号舵盘41转动带动一号活动舵面43摆动，实现位姿调整。
具体实施方式四：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的侧部可拆卸机翼模块6作进一步限定，本实施方式中，所述侧部可拆卸机翼模块6包括二号舵盘61、二号舵机62、二号活动舵面63、二号机翼64和连杆机构65，所述二号机翼64插装在尾部连接段12上的侧部机翼固定槽中，二号舵机62设置在二号机翼64的上方，且二号舵机62的壳体安装在尾部连接段12的侧壁上，二号舵机62的输出轴的轴线与尾部连接段12的轴线垂直设置，二号活动舵面63设置在二号机翼64的尾部，且二号活动舵面63与二号机翼64铰接，二号舵机62的输出轴上安装有二号舵盘61，二号舵盘61通过连杆机构65与二号活动舵面63连接，二号舵机62通过二号舵盘61驱动二号活动舵面63摆动。其它组成及连接方式与具体实施方式三相同。
本实施方式中，飞行机器人控制板3与二号舵机62信号连接，二号舵机62工作带动二号舵盘61转动，二号舵盘61转动带动连杆组件进行工作，连杆组件的一端牵引二号活动舵面63摆动，实现位姿调整。
具体实施方式五：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的连杆机构65作进一步限定，本实施方式中，所述连杆机构65包括连杆和舵角，舵角固接在二号活动舵面63的上表面上，连杆的一端与舵角铰接，连杆的一端与二号舵盘61铰接。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的摄像头2作进一步限定，本实施方式中，所述摄像头2为嵌入式摄像头，可以识别目标或火焰颜色的可见光波长。其它组成及连接方式与具体实施方式五相同。
本实施方式中，摄像头识别采用嵌入式摄像头(如OV7725)，识别可以目标或火焰颜色的可见光波长，实现飞行航向定位，配置嵌入式飞行机器人控制板3，进行图像处理与分析和远距离传输，并根据分析后的数据，对整个飞行机器人起到目标跟踪的导航作用。
具体实施方式七：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的控制板段11、尾部连接段12和顶盖13作进一步限定，本实施方式中，所述控制板段11、尾部连接段12和顶盖13均为尼龙材质制成。其它组成及连接方式与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的控制板段11和尾部连接段12作进一步限定，本实施方式中，所述控制板段11和尾部连接段12的外表面均为气动流线外形。其它组成及连接方式与具体实施方式七相同。
如此设置，可以保证飞行机器人在18m/s出射速度下可稳定飞行，控制板段11前端设计有灭火头安装孔，用于控制板段11和灭火头5的固定连接，同时，控制板段11内腔前端具有摄像头安装孔用于与摄像头2的固定连接。
具体实施方式九：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的飞行机器人控制板3作进一步限定，本实施方式中，所述飞行机器人控制板3为一块集成电路板，内置芯片，陀螺仪和4G元件。其它组成及连接方式与具体实施方式八相同。
本实施方式中，飞行机器人控制板3为一块集成电路板，内置芯片，陀螺仪和4G元件，内置芯片处理摄像头返送的图像，实现当前位置定位，陀螺仪时刻记录姿态位置，向芯片返送数值控制舵机运动，实现实时位置姿态调整。
具体实施方式十：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的灭火头5作进一步限定，本实施方式中，所述灭火头5的外层为绝热层，灭火头5内包含干粉或砂石。其它组成及连接方式与具体实施方式九相同。
本实施方式中，所述灭火头5具有一定的气动流线外形，安装在飞行机器人的最前端，内含干粉或砂石，飞行机器人控制板发送延时爆炸信号，干粉或砂石爆炸实现灭火。灭火头5外层为绝热层，防止维护和储藏过程中爆炸失效。
具体实施方式十一：参照图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的灭火头5作进一步限定，本实施方式中，所述灭火头5的外表面为气动流线外形。其它组成及连接方式与具体实施方式十相同。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
工作原理
本发明提供的一种弹射固定翼飞行机器人，其中飞行机器人机身主体1为飞行机器人的主要框架，摄像头2用于采集火场中的图像，并将采集后的图像传送给飞行机器人控制板，飞行机器人控制板3处理摄像头返回图像，实现当前位置定位，飞行机器人控制板3中的陀螺仪时刻记录姿态位置，并向芯片返送数值控制舵机运动，实现实时位置姿态调整，如果控制飞行机器人进行灭火，则所述灭火头5在飞行机器人落地后受热爆炸，利用内部干粉灭火，飞行机器人控制板3具备视觉处理和控制活动舵面的功能，进行返回图像处理得到当前偏差位置，处理数值传输控制活动舵面进行姿态调整，目的高精度命中严重火情处。

Claims (11)

1.一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述飞行机器人包括飞行机器人机身主体(1)、摄像头(2)、飞行机器人控制板(3)、灭火头(5)、顶部可拆卸机翼模块(4)和两个侧部可拆卸机翼模块(6)，所述摄像头(2)安装在飞行机器人机身主体(1)的前端，灭火头(5)套设在摄像头(2)上，且灭火头(5)与飞行机器人机身主体(1)的前端固定连接，飞行机器人机身主体(1)的顶部设有空腔，飞行机器人控制板(3)设置在飞行机器人机身主体(1)顶部的空腔中，顶部可拆卸机翼模块(4)安装在飞行机器人机身主体(1)的顶部，两个侧部可拆卸机翼模块(6)相对安装在飞行机器人机身主体(1)的两侧，且位于飞行机器人机身主体(1)顶部的可拆卸机翼模块(4)与位于飞行机器人机身主体(1)两侧的可拆卸机翼模块(4)均为垂直设置，飞行机器人控制板(3)与摄像头(2)、顶部可拆卸机翼模块(4)和两个侧部可拆卸机翼模块(6)均为信号连接。
2.根据权利要求1中所述的一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述飞行机器人机身主体(1)包括控制板段(11)、尾部连接段(12)和顶盖(13)，尾部连接段(12)的一端与控制板段(11)的一端固定连接，控制板段(11)的顶部设有空腔，飞行机器人控制板(3)设置在控制板段(11)顶部的空腔中，顶盖(13)嵌装在控制板段(11)顶部的空腔上，尾部连接段(12)的顶部沿飞行机器人机身主体(1)的长度延伸方向固接有顶部机翼固定槽，尾部连接段(12)的两侧沿飞行机器人机身主体(1)的长度延伸方向分别设有一个侧部机翼固定槽。
3.根据权利要求2中所述的一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述顶部可拆卸机翼模块(4)包括一号舵盘(41)、一号舵机(42)、一号活动舵面(43)和一号机翼(44)，所述一号机翼(44)插装在尾部连接段(12)上的顶部机翼固定槽中，一号舵机(42)安装在一号机翼(44)的尾部，一号舵机(42)的输出轴上安装有一号舵盘(41)，一号舵盘(41)与一号活动舵面(43)固定连接，一号舵机(42)通过一号舵盘(41)驱动一号活动舵面(43)摆动。
4.根据权利要求3中所述的一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述侧部可拆卸机翼模块(6)包括二号舵盘(61)、二号舵机(62)、二号活动舵面(63)、二号机翼(64)和连杆机构(65)，所述二号机翼(64)插装在尾部连接段(12)上的侧部机翼固定槽中，二号舵机(62)设置在二号机翼(64)的上方，且二号舵机(62)的壳体安装在尾部连接段(12)的侧壁上，二号舵机(62)的输出轴的轴线与尾部连接段(12)的轴线垂直设置，二号活动舵面(63)设置在二号机翼(64)的尾部，且二号活动舵面(63)与二号机翼(64)铰接，二号舵机(62)的输出轴上安装有二号舵盘(61)，二号舵盘(61)通过连杆机构(65)与二号活动舵面(63)连接，二号舵机(62)通过二号舵盘(61)驱动二号活动舵面(63)摆动。
5.根据权利要求4中所述的一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述连杆机构(65)包括连杆和舵角，舵角固接在二号活动舵面(63)的上表面上，连杆的一端与舵角铰接，连杆的一端与二号舵盘(61)铰接。
6.根据权利要求5中所述的一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述摄像头(2)为嵌入式摄像头，可以识别目标或火焰颜色的可见光波长。
7.根据权利要求6中所述的一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述控制板段(11)、尾部连接段(12)和顶盖(13)均为尼龙材质制成。
8.根据权利要求7中所述的一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述控制板段(11)和尾部连接段(12)的外表面均为气动流线外形。
9.根据权利要求8中所述的一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述飞行机器人控制板(3)为一块集成电路板，内置芯片，陀螺仪和4G元件。
10.根据权利要求9中所述的一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述灭火头(5)的外层为绝热层，灭火头(5)内包含干粉或砂石。
11.根据权利要求10中所述的一种弹射固定翼飞行机器人，其特征在于：所述灭火头(5)的外表面为气动流线外形。
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