CN114344762A - 一种用于投放灭火弹的消防无人机 - Google Patents

Abstract

本发明属于消防无人机技术领域，公开了一种用于投放灭火弹的消防无人机，设置有：无人机机身；无人机机身的下端面固定连接有固定顶板，固定顶板端面连接有固定连接柱；固定板下端固定缓冲装置，缓冲装置下端固定连接有安装板，安装板的下端设置有储弹箱，储弹箱的一侧设置有装弹孔；储弹箱的下端固定灭火弹传输箱，灭火弹传输箱内固定有传输装置，灭火弹传输箱下端固定有灭火弹传输通道，灭火弹传输通道下端固定有灭火弹发射箱通过灭火弹发射箱上的发射口发射灭火弹。本发明通过设置的灭火弹传输箱内部设有螺旋管道，所述螺旋管道连接出口的管道，可以使灭火弹在水平方向上投射出去，避免飞机在火源上端由于温度过高而产生爆炸的危险。

Description

一种用于投放灭火弹的消防无人机

技术领域

本发明属于消防无人机技术领域，尤其涉及一种用于投放灭火弹的消防无人机。

背景技术

目前，现有的无人机领域快速发展，无人机不仅仅是娱乐的玩具，同时在军事、民用等各个领域都具有良好的拓展性意义，无人机作为一种远程遥感装置，可以无视地域进行无差别飞行具有良好的易用性。近年来，随着城市市内建筑的数量也在不断攀升，城市建筑内的消防问题也逐渐重视，现有的投放灭火弹的消防无人机，大多采用悬挂灭火弹的方式进行装载灭火弹，再依靠灭火弹自身重力自上而下投放灭火弹，但现有城市中楼房较多，着火点和位置有太多的限制，不便于无人机自上而下投放灭火弹。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

现有的消防无人机不能自主的识别着火区域，同时需要人为参与无人机的控制，不能迅速的到达着火区域，并灭火。现有的用于投放灭火弹的消防无人机，大多采用悬挂灭火弹的方式进行装载灭火弹，再依靠灭火弹自身重力自上而下投放灭火弹，但现有城市中楼房较多，着火点大多是室内，不便于无人机自上而下投放灭火弹。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于投放灭火弹的消防无人机。

本发明是这样实现的，一种用于投放灭火弹的消防无人机控制系统，所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统包括：

定位模块，与中央控制模块连接，用于确定消防无人机的当前位置信息与数据；

着火点位置输入模块，与中央控制模块连接，用于获取或输入着火点的位置数据；

中央控制模块，与定位模块、着火点位置输入模块、路径规划模块、图像采集模块、图像数据预处理模块、火源识别模块、位姿调整模块、电机控制模块以及关闭模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

路径规划模块，与中央控制模块连接，用于基于消防无人机的当前位置结合着火点的位置进行消防无人机的路径规划；

所述路径规划模块基于消防无人机的当前位置结合着火点的位置进行消防无人机的路径规划包括：

(1)基于消防无人机的当前位置结合着火点的位置构建栅格化地图，并确定栅格初始权值；

(2)根据消防无人机的当前位置结合着火点的位置结合构建的栅格化地图确定搜索空间；并生成初始搜索群体；

(3)计算个体目标函数值，计算个体不同维度上的加速度和速度，更新新个体位置：

(i＝1，2，…，I；m＝1，2，…，M)；

其中，t表示当前时刻；t+1表示下一时刻；

表示粒子i的第m维上的速度；r_i表示区间[0，1]内的随机数；

表示粒子i的第m维上的加速度；

表示粒子i的第m维上的值；

(4)重复步骤(3)直至达到预设条件；输出规划结果；

图像采集模块，与中央控制模块连接，用于利用摄像设备采集相关图像数据；

图像数据预处理模块，与中烟控制模块连接，用于对采集的图像数据进行预处理；

火源识别模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的图像进行火源识别；

位姿调整模块，与中央控制模块连接，用于当消防无人机到达着火点且识别火源成功后，调整无人机的位姿；

电机控制模块，与中央控制模块连接，用于控制转动电机一次将储弹箱内的灭火弹依次发射出去；

关闭模块，与中央控制模块连接，用于完成灭火后转动电机带动皮带将底板关闭。

进一步，所述火源识别模块基于预处理后的图像进行火源识别包括：

利用基于Otsu阈值的图像分割法对预处理后的图像进行分割，初步获取火疑似着火区域的图像；

对初步获取的疑似着火区域的图像进行边缘检测以及特征提取，将提取的特征数据输入预先构建的基于神经网络的火源识别模型，得到火源识别的结果。

本发明的另一目的在于提供一种基于所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统控制的用于投放灭火弹的消防无人机，所述用于投放灭火弹的消防无人机设置有：

无人机机身；

所述无人机机身的下端面固定连接有固定顶板，所述固定顶板端面连接有固定连接柱；所述固定板下端固定缓冲装置，所述缓冲装置下端固定连接有安装板，所述安装板的下端设置有储弹箱，所述储弹箱的一侧设置有装弹孔；

所述储弹箱的下端固定灭火弹传输箱，所述灭火弹传输箱内固定有传输装置，所述灭火弹传输箱下端固定有灭火弹传输通道，所述灭火弹传输通道下端固定有灭火弹发射箱通过灭火弹发射箱上的发射口发射灭火弹。

进一步，所述缓冲装置包括第一缓冲板、第二缓冲板和定位柱；所述第一缓冲板与定位柱连接，所述第二缓冲板的一侧开设有通孔槽，所述定位柱下端位于通孔槽的内部，所述定位柱的上端与固定顶板固定连接，所述通孔槽的外侧设置有防滑凸点，第二缓冲板上靠近所述定位柱的一侧设置有橡胶垫片，所述橡胶垫片周围充满隔热涂层。

进一步，所述储弹箱上端一侧设有转动电机，底端设有平衡块，所述转动电机的输出轴上设有皮带轮；

进一步，所述储弹箱内部两侧设有转轴，所述转轴通过底板与平衡块的凸台连接，所述凸台焊接在平衡块上，所述平衡块与下端转轴连接，通过皮带控制储弹箱内的灭火弹左右依次放入到灭火弹传输箱内。

进一步，储弹箱外壳内部设有夹层，所述夹层内填充绝缘层。

进一步，所述灭火弹传输箱内部设有螺旋管道，所述螺旋管道连接出口的管道槽。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明通过设置的第二缓冲板的一侧开设有通孔槽，所述定位柱下端位于通孔槽的内部，所述定位柱的上端与固定顶板固定连接可以同时实现定位和减震双重功能，

本发明通过设置的灭火弹传输箱内部设有螺旋管道，所述螺旋管道连接出口的管道，可以使灭火弹在水平方向上投射出去，避免飞机在火源上端由于温度过高而产生爆炸的危险。

本发明能够通过定位、路径规划将消防无人机导航至着火区域，并基于图像的分析处理确定着火点的位置，通过调整无人机位姿，精准的进行着火区域的灭火，无需人为的参与，提高了消防无人机的智能化、安全化程度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于投放灭火弹的消防无人机结构示意图。

图2是本发明实施例提供的缓冲装置结构示意图。

图3是本发明实施例提供的储弹箱结构示意图。

图4是本发明实施例提供的灭火弹发射箱结构示意图。

图1-图4中：1、安装板；2、储弹箱；3、装弹孔；4、灭火弹传输箱；5、灭火弹发射箱；6、灭火弹传输通道；7、缓冲装置；8、固定板；9、定位柱；10、隔热涂层；11、橡胶垫片；12、防滑凸点；13、通孔槽；14、第一缓冲板；15、第二缓冲板；16、电机；17、出轴；18、绝缘层；19、夹层；20、灭火弹；21、底板；22、转轴；23、平衡块；24、管道槽；25、螺旋管道。

图5是本发明实施例提供的用于投放灭火弹的消防无人机控制系统的结构示意图；

图5中：21、定位模块；22、着火点位置输入模块；23、中央控制模块；24、路径规划模块；25、图像采集模块；26、图像数据预处理模块；27、火源识别模块；28、位姿调整模块；29、电机控制模块；30、关闭模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于投放灭火弹的消防无人机，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的用于投放灭火弹的消防无人机，设置有无人机机身，无人机机身的下端面固定连接有固定顶板8，所述固定顶板8端面连接有固定连接柱，所述固定板8下端固定缓冲装置7，所述缓冲装置7下端固定连接有安装板1，所述安装板1的下端设置有储弹箱2，所述储弹箱2的一侧设置有装弹孔3，所述储弹箱2的下端固定灭火弹传输箱4，所述灭火弹传输箱4内固定有传输装置，所述灭火弹传输箱4下端固定有灭火弹传输通道6，所述灭火弹传输通道6下端固定有灭火弹发射箱5通过灭火弹发射箱5上的发射口发射灭火弹。

如图2所示，本发明实施例提供的用于投放灭火弹的消防无人机缓冲装置7包括第一缓冲板14、第二缓冲板15和定位柱9，所述第一缓冲板14与定位柱9连接，所述第二缓冲板15的一侧开设有通孔槽13，所述定位柱9下端位于通孔槽13的内部，所述定位柱9的上端与固定顶板固定连接，所述通孔槽13的外侧设置有防滑凸点12，第二缓冲板15上靠近所述定位柱9的一侧设置有橡胶垫片11，所述橡胶垫片周围充满隔热涂层10。

如图3所示，本发明实施例提供的用于投放灭火弹的消防无人机，所述储弹箱上端一侧设有转动电机16，底端设有平衡块23，所述转动电机16的输出轴17上设有皮带轮，所储弹箱内部两侧设有转轴，所述转轴通过底板21与平衡块23的凸台连接，所述凸台焊接在平衡块23上，所述平衡块与下端转轴22连接，通过皮带控制储弹箱内的灭火弹左右依次放入到灭火弹20传输箱内，所述储弹箱外壳内部设有夹层19，所述夹层19内填充绝缘层18。

如图4所示，本发明实施例提供的用于投放灭火弹的消防无人机通过灭火弹传输箱后灭火弹进入灭火弹发射箱5内通过内部的螺旋管道25，使得灭火弹进行旋转得到一定的初速度，通过管道出口内的管道槽24灭火弹发射出去。

如图5所示，本发明实施例提供的用于投放灭火弹的消防无人机控制系统包括：

定位模块21，与中央控制模块23连接，用于确定消防无人机的当前位置信息与数据；

着火点位置输入模块22，与中央控制模块23连接，用于获取或输入着火点的位置数据；

中央控制模块23，与定位模块21、着火点位置输入模块22、路径规划模块24、图像采集模块25、图像数据预处理模块26、火源识别模块27、位姿调整模块28、电机控制模块29以及关闭模块30连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

路径规划模块24，与中央控制模块23连接，用于基于消防无人机的当前位置结合着火点的位置进行消防无人机的路径规划；

图像采集模块25，与中央控制模块23连接，用于利用摄像设备采集相关图像数据；

图像数据预处理模块26，与中烟控制模块23连接，用于对采集的图像数据进行预处理；

火源识别模块27，与中央控制模块23连接，用于基于预处理后的图像进行火源识别；

位姿调整模块28，与中央控制模块23连接，用于当消防无人机到达着火点且识别火源成功后，调整无人机的位姿；

电机控制模块29，与中央控制模块23连接，用于控制转动电机一次将储弹箱内的灭火弹依次发射出去；

关闭模块30，与中央控制模块23连接，用于完成灭火后转动电机带动皮带将底板关闭。

本发明实施例提供的路径规划模块基于消防无人机的当前位置结合着火点的位置进行消防无人机的路径规划包括：

(1)基于消防无人机的当前位置结合着火点的位置构建栅格化地图，并确定栅格初始权值；

(2)根据消防无人机的当前位置结合着火点的位置结合构建的栅格化地图确定搜索空间；并生成初始搜索群体；

(3)计算个体目标函数值，计算个体不同维度上的加速度和速度，更新新个体位置：

(i＝1，2，…，I；m＝1，2，…，M)；

其中，t表示当前时刻；t+1表示下一时刻；

表示粒子i的第m维上的速度；r_i表示区间[0，1]内的随机数；

表示粒子i的第m维上的加速度；

表示粒子i的第m维上的值；

(4)重复步骤(3)直至达到预设条件；输出规划结果；

本发明实施例提供的火源识别模块基于预处理后的图像进行火源识别包括：

利用基于Otsu阈值的图像分割法对预处理后的图像进行分割，初步获取火疑似着火区域的图像；

对初步获取的疑似着火区域的图像进行边缘检测以及特征提取，将提取的特征数据输入预先构建的基于神经网络的火源识别模型，得到火源识别的结果。

本发明工作原理：

灭火弹装入储弹箱内利用重力将灭火弹通过螺旋凹槽获得一定的水平速度，将灭火弹平抛到起火位置，避免飞机在火源上端由于温度过高而产生爆炸的危险。具体实施为以下步骤：

步骤一：首先将固定板通过螺栓固定在无人机机身的下端面，再储弹箱上端的转动电机电源接通，将灭火弹装入储弹箱内。

步骤二：完成步骤一后，消防无人机起飞后飞往着火点，当识别火源后，需要对火源投放灭火弹时，操控无人机靠近墙面，通过转动电机一次将储弹箱内的灭火弹依次发射出去。

步骤三：完成灭火后转动电机带动皮带将底板关闭，为下一次投放灭火弹做准备。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于投放灭火弹的消防无人机控制系统，其特征在于，所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统包括：

定位模块，与中央控制模块连接，用于确定消防无人机的当前位置信息与数据；

着火点位置输入模块，与中央控制模块连接，用于获取或输入着火点的位置数据；

中央控制模块，与定位模块、着火点位置输入模块、路径规划模块、图像采集模块、图像数据预处理模块、火源识别模块、位姿调整模块、电机控制模块以及关闭模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

路径规划模块，与中央控制模块连接，用于基于消防无人机的当前位置结合着火点的位置进行消防无人机的路径规划；

所述路径规划模块基于消防无人机的当前位置结合着火点的位置进行消防无人机的路径规划包括：

(1)基于消防无人机的当前位置结合着火点的位置构建栅格化地图，并确定栅格初始权值；

(2)根据消防无人机的当前位置结合着火点的位置结合构建的栅格化地图确定搜索空间；并生成初始搜索群体；

(3)计算个体目标函数值，计算个体不同维度上的加速度和速度，更新新个体位置：

其中，t表示当前时刻；t+1表示下一时刻；

表示粒子i的第m维上的速度；r_i表示区间[0，1]内的随机数；

表示粒子i的第m维上的加速度；

表示粒子i的第m维上的值；

(4)重复步骤(3)直至达到预设条件；输出规划结果；

图像采集模块，与中央控制模块连接，用于利用摄像设备采集相关图像数据；

图像数据预处理模块，与中烟控制模块连接，用于对采集的图像数据进行预处理；

火源识别模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的图像进行火源识别；

位姿调整模块，与中央控制模块连接，用于当消防无人机到达着火点且识别火源成功后，调整无人机的位姿；

电机控制模块，与中央控制模块连接，用于控制转动电机一次将储弹箱内的灭火弹依次发射出去；

关闭模块，与中央控制模块连接，用于完成灭火后转动电机带动皮带将底板关闭。

2.如权利要求1所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统，其特征在于，所述火源识别模块基于预处理后的图像进行火源识别包括：

利用基于Otsu阈值的图像分割法对预处理后的图像进行分割，初步获取火疑似着火区域的图像；

对初步获取的疑似着火区域的图像进行边缘检测以及特征提取，将提取的特征数据输入预先构建的基于神经网络的火源识别模型，得到火源识别的结果。

3.一种基于如权利要求1-2任意一项所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统控制的用于投放灭火弹的消防无人机，其特征在于，所述用于投放灭火弹的消防无人机设置有：

无人机机身；

所述无人机机身的下端面固定连接有固定顶板，所述固定顶板端面连接有固定连接柱；所述固定板下端固定缓冲装置，所述缓冲装置下端固定连接有安装板，所述安装板的下端设置有储弹箱，所述储弹箱的一侧设置有装弹孔；

所述储弹箱的下端固定灭火弹传输箱，所述灭火弹传输箱内固定有传输装置，所述灭火弹传输箱下端固定有灭火弹传输通道，所述灭火弹传输通道下端固定有灭火弹发射箱通过灭火弹发射箱上的发射口发射灭火弹。

4.如权利要求3所述用于投放灭火弹的消防无人机，其特征在于，所述缓冲装置包括第一缓冲板、第二缓冲板和定位柱；所述第一缓冲板与定位柱连接，所述第二缓冲板的一侧开设有通孔槽，所述定位柱下端位于通孔槽的内部，所述定位柱的上端与固定顶板固定连接，所述通孔槽的外侧设置有防滑凸点，第二缓冲板上靠近所述定位柱的一侧设置有橡胶垫片，所述橡胶垫片周围充满隔热涂层。

5.如权利要求3所述用于投放灭火弹的消防无人机，其特征在于，所述储弹箱上端一侧设有转动电机，底端设有平衡块，所述转动电机的输出轴上设有皮带轮；

所述储弹箱外壳内部设有夹层，所述夹层内填充绝缘层。

6.如权利要求3所述用于投放灭火弹的消防无人机，其特征在于，所述储弹箱内部两侧设有转轴，所述转轴通过底板与平衡块的凸台连接，所述凸台焊接在平衡块上，所述平衡块与下端转轴连接，通过皮带控制储弹箱内的灭火弹左右依次放入到灭火弹传输箱内。

7.如权利要求3所述用于投放灭火弹的消防无人机，其特征在于，所述灭火弹传输箱内部设有螺旋管道，所述螺旋管道连接出口的管道槽。

8.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求1-2任意一项所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统。

9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用如权利要求1-2任意一项所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统。

10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用如权利要求1-2任意一项所述用于投放灭火弹的消防无人机控制系统。

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