CN115779299A - 无人机自动灭火系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机自动灭火系统，飞行控制装置电连接于摄影云台，通讯装置电连接于飞行控制装置和/或摄影云台，投弹装置具有朝飞行器下方方向设置的投弹口，摄影云台用于拍摄投弹口下方的图像并瞄准地面的预计着弹点，为精准投弹提供参考，地面控制设备通过通讯装置向飞行控制装置发送目标追踪指令，飞行控制装置根据目标追踪指令控制飞行器运动并使预计着弹点瞄准摄影云台拍摄的图像中的目标点，操控人员通过对地面控制设备进行操控，以在摄影云台拍摄的图像中设定目标点，地面控制设备向飞行器发送目标追踪指令，飞行器的飞行控制装置根据该目标追踪指令自动控制飞行器运动并使预计着弹点瞄准目标点，实现自动化瞄准投弹。

Description

无人机自动灭火系统及方法

技术领域

本发明涉及航空器技术领域，尤其涉及一种无人机自动灭火系统及方法。

背景技术

消防无人机是一种携带灭火剂或灭火弹并用于扑灭森林、城市火灾的无人机，当消防无人机飞临火灾地点上空时，可投下其携带的灭火剂或灭火弹。然而，消防无人机投弹完全依靠远端控制无人机的操控人员的经验及感觉，即操控人员根据消防无人机回传的图像，凭经验进行投弹，投弹时没有明确的目标参照物，灭火弹精确命中目标物的概率偏低，而且消防无人机在瞄准目标物时需操控人员手动驾驶无人机，对操控人员的无人机驾驶技巧要求较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无人机自动灭火系统及方法，以解决目前的消防无人机难以将灭火弹精准并快速地投放至目标物上的问题。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种无人机自动灭火系统，包括飞行器和地面控制设备；

所述飞行器上设有飞行控制装置、通讯装置、摄影云台和投弹装置，所述飞行控制装置电连接于所述摄影云台，所述通讯装置电连接于所述飞行控制装置和/或摄影云台，所述投弹装置具有朝所述飞行器下方方向设置的投弹口，所述摄影云台用于拍摄所述投弹口下方的图像并瞄准地面的预计着弹点，所述通讯装置无线通信连接于所述地面控制设备，所述地面控制设备通过所述通讯装置向所述飞行控制装置发送目标追踪指令，所述飞行控制装置根据所述目标追踪指令控制所述飞行器运动并使所述预计着弹点瞄准所述摄影云台拍摄的图像中的目标点。

在某些可选地实施例中，所述摄影云台设有视觉处理模块，所述视觉处理模块根据所述目标追踪指令获得所述目标点并生成运动指令，所述飞行控制装置根据所述运动指令控制所述飞行器运动并使所述预计着弹点瞄准所述目标点。

在某些可选地实施例中，所述投弹装置内设有与所述投弹口相连通的储存空腔，所述储存空腔具有投弹控制机构以及与水平面倾斜设置的投弹斜面，所述投弹控制机构与投弹口相邻设置以用于阻止所述投弹斜面上的灭火弹运动至所述投弹口。

在某些可选地实施例中，所述投弹控制机构包括相邻设置的第一投弹板和第二投弹板，所述第一投弹板和第二投弹板均可活动地连接于所述储存空腔。

在某些可选地实施例中，所述投弹斜面的数量和所述投弹控制机构的数量均设有多个，每个所述投弹斜面对应一个所述投弹控制机构，多个所述投弹斜面层叠设置。

在某些可选地实施例中，摄影云台包括三轴云台和相机，所述三轴云台的两端分别连接于所述弹仓和相机。

在某些可选地实施例中，所述摄影云台位于所述投弹装置的底部。

在某些可选地实施例中，所述地面控制设备具有显示屏，所述摄影云台将其拍摄的图像通过所述通讯装置发送至所述地面控制设备，所述显示屏用于显示所述是摄影云台拍摄的图像。

在某些可选地实施例中，所述地面控制设备具有与所述显示屏电连接的交互装置，所述交互装置用于在所述显示屏所显示的图像中点选所述目标点以生成目标追踪指令。

为了解决相同的技术问题，本发明还提供了一种无人机自动灭火方法，包括以下步骤：

步骤S10、云台运动以使相机的光轴瞄准预计着弹点，并将所述相机拍摄的图像发送至地面控制设备；

步骤S20、接收所述地面控制设备发送的目标追踪指令，所述目标追踪指令在所述相机拍摄的图像中标记有目标点；

步骤S30、根据所述目标点和预计着弹点得到飞行控制指令并控制飞行器运动，使所述目标点和预计着弹点重合。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

摄像云台能够瞄准地面的预计着弹点，为精准投弹提供参考，操控人员通过对地面控制设备进行操控，以在摄影云台拍摄的图像中设定目标点，地面控制设备向飞行器发送目标追踪指令，飞行器的飞行控制装置根据该目标追踪指令自动控制飞行器运动并使预计着弹点瞄准目标点，实现自动化瞄准投弹。

附图说明

图1为发明的无人机自动灭火系统的预计着弹点的获取原理示意图；

图2为发明的无人机自动灭火系统的整体结构示意图；

图中：10、飞行器；20、摄影云台；30、投弹装置；31、投弹口；32、储存空腔；33、投弹斜面；34、第一投弹板；35、第二投弹板；40、灭火弹。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

结合图1至图2所示，示意性地显示了本发明的一种无人机自动灭火系统，包括飞行器10和地面控制设备；

飞行器10上设有飞行控制装置、通讯装置、摄影云台20和投弹装置30。飞行控制装置用于对飞行器10的航向、飞行姿态进行控制，飞行控制装置电连接于飞行器10的多个动力电机，以对动力电机的动力输出进行调节。

飞行控制装置电连接于摄影云台20，通讯装置电连接于飞行控制装置和/或摄影云台20，在本实施例中，通讯装置优选电连接于摄影云台20。投弹装置30具有朝飞行器10下方方向设置的投弹口31，投弹装置30内的灭火弹40可通过投弹口31投掷到投弹装置30的下方。

摄影云台20用于拍摄投弹口31下方的图像并瞄准地面的预计着弹点，预计着弹点位于过投弹口31中心点的铅垂线上，在摄影云台20所拍摄的图像中虚拟出预计着弹点，可为精准投弹提供参考。

通讯装置无线通信连接于地面控制设备，通讯装置能够将摄影云台20拍摄的图像发送至地面控制设备，操控人员可在地面控制设备接收的图像上设定目标点，地面控制设备以此生成目标追踪指令，地面控制设备通过通讯装置向飞行控制装置发送目标追踪指令，飞行控制装置根据目标追踪指令控制飞行器10运动并使预计着弹点瞄准摄影云台20拍摄的图像中的目标点，以实现自动瞄准，降低操控人员的工作量，并降低对操控人员的无人机驾驶技巧的依赖。

具体地，飞行器10上还设有测高装置，测高装置的检测方向对着飞行器10的下方，测高装置用于为摄影云台20瞄准地面的预计着弹点提供硬件基础，其中，测高装置可以是毫米波雷达，也可以是激光雷达。摄影云台20瞄准预计着弹点的原理：首先，调节摄影云台20的航向角以使其相机的光轴与过投弹口31的中心线的铅垂线相交，这样继续调节摄影云台20的俯仰角，使相机的光轴、过投弹口31的中心线的铅垂线与地面相交于同一点，该点即是预计着弹点P。由于摄影云台20与投弹口31的中心点在水平方向上的距离是固定的，记为参考距离V。而且，通过测高装置可测量出投弹口31的中心点与地面之间的高度，记为高度距离H。当飞行器10稳定悬停于空中时，投弹口31所在平面与过投弹口31中心点的铅垂线之间的夹角为90°，故根据参考距离V和高度距离H即可计算得到摄影云台20的目标俯仰角a，当摄影云台20的俯仰角调节至a时，预计着弹点P位于地面，此时从投弹口31处下落的灭火弹40会自由落体至预计着弹点P处。

当然，在飞行器10稳定悬停于空中时，测高装置、摄影云台20和投弹口31并不处于同一水平面上，但由于测高装置、摄影云台20和投弹口31两两之间的位置是固定且已知的，因此，测高装置所测得的高度距离H经过现有的几何计算后，是能够得到投弹口31所在平面与地面之间的高度距离H的。

进一步的，摄影云台20设有视觉处理模块，视觉处理模块根据目标追踪指令获得目标点并生成运动指令，飞行控制装置根据运动指令控制飞行器10运动并使预计着弹点瞄准目标点。视觉处理模块是用于进行图像识别的硬件，能够于本地进行视觉识别，且不占用飞行器10的处理器算力。

投弹装置30内设有与投弹口31相连通的储存空腔32，储存空腔32具有投弹控制机构以及与水平面倾斜设置的投弹斜面33，若干灭火弹40储存于储存空腔32内，且灭火弹40放置在投弹斜面33，投弹控制机构与投弹口31相邻设置以用于阻止投弹斜面33上的灭火弹40运动至投弹口31，当投弹控制机构未阻挡灭火弹40时，灭火弹40在重力的作用下沿投弹斜面33滚动，并落入投弹口31，实现对灭火弹40的自动投放。

而为了实现多个灭火弹40的逐一投放，投弹控制机构包括相邻设置的第一投弹板34和第二投弹板35，第一投弹板34和第二投弹板35均可活动地连接于储存空腔32，第一投弹板34和第二投弹板35之间能够容纳一颗灭火弹40，第二投弹板35位于第一投弹板34和投弹口31之间，当多个灭火弹40置于投弹斜面33上时，开启第二投弹板35并关闭第一投弹板34，可单次释放一颗灭火弹40，关闭第二投弹板35并开启第一投弹板34，使第一投弹板34和第二投弹板35之间补充一颗灭火弹40，重复上述步骤即可实现多个灭火弹40的逐一投放。

为了提高灭火弹40的投放量，投弹斜面33的数量和投弹控制机构的数量均设有多个，每个投弹斜面33对应一个投弹控制机构，多个投弹斜面33层叠设置。这使得储存空腔32内能够容纳更多的灭火弹40，每个投弹控制机构都能控制投放一组灭火弹40。

在本实施例中摄影云台20包括三轴云台和相机，三轴云台的两端分别连接于弹仓和相机。而且，摄影云台20位于投弹装置30的底部，以免投弹装置30遮挡摄影云台20的视线。

地面控制设备具有显示屏和交互装置，摄影云台20将其拍摄的图像通过通讯装置发送至地面控制设备，显示屏用于显示是摄影云台20拍摄的图像，交互装置与显示屏电连接，交互装置用于在显示屏所显示的图像中点选目标点以生成目标追踪指令。

实施例2

为了解决相同的技术问题，本实施例提供了一种无人机自动灭火方法，包括以下步骤：

步骤S10、云台运动以使相机的光轴瞄准预计着弹点，并将相机拍摄的图像发送至地面控制设备；

步骤S20、接收地面控制设备发送的目标追踪指令，目标追踪指令在相机拍摄的图像中标记有目标点；

步骤S30、根据目标点和预计着弹点得到飞行控制指令并控制飞行器10运动，使目标点和预计着弹点重合。

其中，在步骤S10的云台运动以使相机的光轴瞄准预计着弹点的步骤中，还包括：

步骤S11、调节摄影云台20的航向角，使摄影云台20的相机的光轴与过投弹口31的中心点的铅垂线相交。

步骤S12、获取相机与投弹口31的中心点之间的参考距离V，检测投弹口31的中心点与地面之间的高度距离H，其中，当飞行器10稳定悬停于空中时，投弹口31所在平面与过投弹口31的中心点的铅垂线之间的夹角为90°，即投弹口31所在平面为水平面。

步骤S13、根据参考距离V和高度距离H，计算出摄影云台20的目标俯仰角度信息(目标俯仰角)，以飞行器10稳定悬停于空中为例，投弹口31所在平面与过投弹口31的中心点的铅垂线之间的夹角为90°，即投弹口31所在平面为水平面，已知参考距离V和高度距离H，为直角三角形的两个直角边，因此可以经几何计算求得摄影云台20的目标俯仰角度信息(目标俯仰角)。

需要注意的是，在飞行器10稳定悬停于空中时，测高装置、摄影云台20和投弹口31并不处于同一水平面上，但由于测高装置、摄影云台20和投弹口31两两之间的位置是固定且已知的，因此，测高装置所测得的高度距离H经过现有的几何计算后，是能够得到投弹口31所在平面与地面之间的高度距离H的。

步骤S14、摄影云台20根据目标俯仰角度信息调节相机的俯仰角，使相机的光轴、过投弹口31中心点的铅垂线和地面交于一预计着弹点P。在相机所拍摄的图像的正中心显示虚拟的十字准星，该十字准星瞄准的即是上述的预计着弹点P。

综上所述，摄像云台能够瞄准地面的预计着弹点，为精准投弹提供参考，操控人员通过对地面控制设备进行操控，以在摄影云台20拍摄的图像中设定目标点，地面控制设备向飞行器10发送目标追踪指令，飞行器10的飞行控制装置根据该目标追踪指令自动控制飞行器10运动并使预计着弹点瞄准目标点，实现自动化瞄准投弹。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机自动灭火系统，其特征在于，包括飞行器和地面控制设备；

所述飞行器上设有飞行控制装置、通讯装置、摄影云台和投弹装置，所述飞行控制装置电连接于所述摄影云台，所述通讯装置电连接于所述飞行控制装置和/或摄影云台，所述投弹装置具有朝所述飞行器下方方向设置的投弹口，所述摄影云台用于拍摄所述投弹口下方的图像并瞄准地面的预计着弹点，所述通讯装置无线通信连接于所述地面控制设备，所述地面控制设备通过所述通讯装置向所述飞行控制装置发送目标追踪指令，所述飞行控制装置根据所述目标追踪指令控制所述飞行器运动并使所述预计着弹点瞄准所述摄影云台拍摄的图像中的目标点。

2.根据权利要求1所述的无人机自动灭火系统，其特征在于，所述摄影云台设有视觉处理模块，所述视觉处理模块根据所述目标追踪指令获得所述目标点并生成运动指令，所述飞行控制装置根据所述运动指令控制所述飞行器运动并使所述预计着弹点瞄准所述目标点。

3.根据权利要求1所述的无人机自动灭火系统，其特征在于，所述投弹装置内设有与所述投弹口相连通的储存空腔，所述储存空腔具有投弹控制机构以及与水平面倾斜设置的投弹斜面，所述投弹控制机构与投弹口相邻设置以用于阻止所述投弹斜面上的灭火弹运动至所述投弹口。

4.根据权利要求3所述的无人机自动灭火系统，其特征在于，所述投弹控制机构包括相邻设置的第一投弹板和第二投弹板，所述第一投弹板和第二投弹板均可活动地连接于所述储存空腔。

5.根据权利要求4所述的无人机自动灭火系统，其特征在于，所述投弹斜面的数量和所述投弹控制机构的数量均设有多个，每个所述投弹斜面对应一个所述投弹控制机构，多个所述投弹斜面层叠设置。

6.根据权利要求1所述的无人机自动灭火系统，其特征在于，摄影云台包括三轴云台和相机，所述三轴云台的两端分别连接于所述弹仓和相机。

7.根据权利要求1所述的无人机自动灭火系统，其特征在于，所述摄影云台位于所述投弹装置的底部。

8.根据权利要求1所述的无人机自动灭火系统，其特征在于，所述地面控制设备具有显示屏，所述摄影云台将其拍摄的图像通过所述通讯装置发送至所述地面控制设备，所述显示屏用于显示所述是摄影云台拍摄的图像。

9.根据权利要求8所述的无人机自动灭火系统，其特征在于，所述地面控制设备具有与所述显示屏电连接的交互装置，所述交互装置用于在所述显示屏所显示的图像中点选所述目标点以生成目标追踪指令。

10.一种无人机自动灭火方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10、云台运动以使相机的光轴瞄准预计着弹点，并将所述相机拍摄的图像发送至地面控制设备；

步骤S20、接收所述地面控制设备发送的目标追踪指令，所述目标追踪指令在所述相机拍摄的图像中标记有目标点；

步骤S30、根据所述目标点和预计着弹点得到飞行控制指令并控制飞行器运动，使所述目标点和预计着弹点重合。

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