WO2022000526A1 - 消防无人机控制系统及灭火方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种消防无人机控制系统及灭火方法，包括地面控制单元、无人机信号控制单元、消防绳绕线装置控制单元、抛投器控制单元及载荷爬行装置控制单元，地面控制单元用于向无人机信号控制单元、消防绳绕线装置控制单元、抛投器控制单元及载荷爬行装置控制单元发送控制信号；无人机信号控制单元用于控制无人机的飞行；消防绳绕线装置控制单元用于控制收放消防绳；抛投器控制单元用于控制抛投器的释放；消防绳一端固定在地面端，另一端随着无人机飞过高层建筑的楼顶后，随着抛投器下降至地面后固定，消防绳在高层建筑的两侧绷直；本发明还提供一种消防无人机灭火方法，全程智能控制，能够保证消防员在灭火时人身安全，节约人力，实时高效。

Description

消防无人机控制系统及灭火方法 技术领域

本发明涉及消防救援技术领域，特别涉及消防无人机控制系统及灭火方法。

背景技术

近年来，随着社会经济的飞速发展，设备繁多、人口密度大的高层建筑拔地而起，高层火灾是不容忽视的潜在安全隐患。消防员无法靠近或进入到高层建筑火灾和易燃易爆危险品灾害事故现场，现有的消防水枪无法达到位置较高的楼层，导致消防人员无法及时进行灭火救援，消防救援工作很难开展，严重威胁人民群众的生命及财产安全。

由于无人机技术的不断发展成熟和自身的多项优点，用途广泛、成本低、效率费用比高、生存能力强且没有人员伤亡风险、机动性能好、使用方便等，使得无人机应用在越来越多的领域，比如，消防、监控、安防、侦查等领域。

现有技术中，当火灾现场的火苗较小时，可以通过操作无人机进行灭火，但是无人机不能太靠近火源，使无人机容易因为水压大小不足，从而导致无法将火源扑灭，使用较为不便；当火灾现场的火苗较大时，无人机因载荷局限，不能承载消防水枪进行灭火。

技术问题

本发明的目的在于提供消防无人机控制系统，旨在解决现有技术中无人机因载荷局限不能承载消防水枪进行灭火技术问题。

技术解决方案

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种消防无人机控制系统，包括地面控制单元、无人机信号控制单元、消防绳绕线装置控制单元、抛投器控制单元及载荷爬行装置控制单元，所述地面控制单元用于向无人机信号控制单元、消防绳绕线装置控制单元、抛投器控制单元及载荷爬行装置控制单元发送控制信号；无人机信号控制单元用于控制无人机的飞行；消防绳绕线装置控制单元用于控制收放消防绳；抛投器控制单元用于控制抛投器的释放；消防绳一端通过抛投器后固定在地面端，另一端绕接在消防绳绕接装置上随着无人机飞过高层建筑的楼顶后，消防绳随着抛投器下降至高层建筑的另一侧，与地面端绷直固定；所述载荷爬行装置控制单元用于接收地面控制单元信号并向载荷爬行装置发送信号，载荷爬行装置在消防绳上爬行。

进一步的，所述消防绳穿过抛投器后固定在地面端，无人机上设有投放件，抛投器设有配重箱，所述抛投器控制单元接收地面控制单元发送的指令后，所述投放件抛下抛投器，抛投器带着消防绳落至目标地点。

进一步的，消防绳绕线装置上设有可调节阻尼机构，用于调节消防绳绕线装置绞盘的阻尼，使飞行时消防绳处于张紧状态，使投放时绞盘处于自由旋转状态。

进一步的，无人机上设有红外热像仪，所述红外热像仪与地面控制单元通信连接，红外热像仪拍摄的图片回传至地面控制单元。

进一步的，所述载荷爬行装置上设有连接件，所述连接件与消防水枪连接，当载荷爬行装置沿着消防绳爬行时，带着消防水枪运动。

进一步的，所述载荷爬行装置控制单元还包括消防水枪开关控制单元，所述消防水枪开关控制单元用于控制消防水枪的打开与关闭，当载荷爬行装置沿着消防绳爬行至指定位置时，消防水枪开关控制单元接收地面控制单元指定，打开消防水枪阀门。

进一步的，所述地面端为消防车，所述消防车上设有固定件，所述消防绳固定在固定件上。

本发明还包括一种消防无人机灭火方法，包括如下步骤：

S10,根据着火高层建筑的体量选择绕接相应消防绳长度的消防绳绕线装置；

S20,将消防绳绕线装置固定在无人机上，消防绳一端通过抛投器后固定在地面端；

S30,地面控制单元向无人机信号控制单元发出指令，无人机带着消防绳绕线装置起飞；

S40,当无人机飞过高层建筑的楼顶后，消防绳随着抛投器降落至高层建筑另一侧，将消防绳绷直固定在地面端；

S50,将载荷爬行装置安装至绷直的消防绳上，将消防水枪固定在载荷爬行装置上；

S60,地面控制单元向载荷爬行装置控制单元发送信号，消防水枪随着载荷爬行装置沿着绷直的消防绳爬行至指定高度；

S70,地面控制单元发送打开消防水枪阀门指令，消防水枪阀门打开进行喷射灭火。

进一步的，所述S20步骤中，还包括在消防绳绕线装置上设有可调节阻尼机构，在所述S30步骤中，调节消防绳绕线装置绞盘的阻尼，使无人机飞行时消防绳处于张紧状态；在所述S40步骤中，调节消防绳绕线装置绞盘的阻尼，使抛投器下降时绞盘处于自由旋转无阻尼状态，放完全部消防绳。

进一步的，所述S30步骤中，地面控制单元根据着火高层建筑的体量制定无人机飞行航线，无人机根据设定航线自动飞行。

有益效果

本发明采用无人机进行消防绳的布线，载荷爬行装置携带消防水枪及水带沿着绷直的消防绳爬行到着火高度，喷射水流进行灭火。全程智能控制，能够保证消防员在灭火时的人身安全，节约了人力，降低了救援成本，且实时高效，将人们财产及生命安全损失降到最低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明消防无人机控制系统结构框图；

图2为本发明消防无人机控制系统另一实施例结构框图；

图3为本发明消防无人机控制系统无人机牵引消防绳示意图；

图4为本发明消防无人机控制系统载荷爬行装置消防水枪灭火示意图；

图5为本发明消防无人机控制系统载荷爬行装置消防水枪灭火另一示意图；

图6为本发明消防无人机灭火方法流程图。

标号说明：

1、地面端；        2、消防绳；   3、无人机；   4、消防绳绕线装置；

5、载荷爬行装置；  6、高层建筑； 7、水带；

11、无人机信号控制单元； 12、消防绳绕线装置控制单元；

13、抛投器控制单元；     14、红外热像仪；

20、地面控制单元；       30、载荷爬行装置控制单元；

31、消防水枪开关控制单元。

本发明的最佳实施方式

在此处键入本发明的最佳实施方式描述段落。

本发明的实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1~5所示，本发明实施例提供一种消防无人机控制系统，包括地面控制单元20、无人机信号控制单元11、消防绳绕线装置控制单元12、抛投器控制单元13及载荷爬行装置控制单元30，所述地面控制单元20用于向无人机信号控制单元11、消防绳绕线装置控制单元12、抛投器控制单元13及载荷爬行装置控制单元30发送控制信号；所述无人机信号控制单元11设于无人机上控制无人机的飞行，用于接收地面控制单元20信号，；消防绳绕线装置控制单元12用于控制消防绳绕线装置释放消防绳，消防绳绕线装置4置于无人机3上，消防绳2一端通过抛投器后固定在地面端1，另一端绕接在消防绳绕线装置4上；当地面控制单元20发送信号，无人机3起飞带着消防绳绕线装置4运动并逐渐释放消防绳2；消防绳2随着无人机飞过高层建筑6的楼顶后，另一端固定在高层建筑的另一侧使消防绳2绷直；所述载荷爬行装置控制单元30用于接收地面控制单元信号20并向载荷爬行装置5发送信号，载荷爬行装置5在消防绳2上爬行。

具体的，当有高层建筑发生火灾时，消防中心接到报警出动消防车进行灭火救援。消防车上装载有为执行救灾任务提供的多种工具，其中也搭载了本发明的消防无人机控制系统。在前往救援途中，计算机数据中心收集发生火灾的高层建筑的基本信息，如体量等，地面控制单元可以为遥控器或PC、手机端。地面控制单元根据发生火灾的高层建筑的基本信息制定相应的无人机自动飞行航线，亦可自动飞行与人工操作相结合或人工操作，为救援行动争分夺秒。当到达救援现场后，根据发生火灾的高层建筑的体量，选定已绕有相应长度的消防绳绕线装置安装到无人机上，如100米、200米、300米、500米、800米等，其中消防绳可以选凯芙拉绳 ，耐高温且非常牢固。消防绳可以事先缠绕在消防绳绕线装置上，并标识好消防绳的尺寸， 使用时直接选用相应尺寸的消防绳绕线装置安装到无人机上。消防绳的一端系在地面端2之后， 地面控制单元即刻向无人机信号控制单元发送起飞信号，无人机载着消除绳绕线装置一边放线向高层建筑楼顶飞行，绕过高层建筑楼顶后再降落。本发明一实例中，无人机的机桨可以设有保护装置，如将机桨设在环形网状内，防止无人机下降的过程中，消防绳碰到无人机机桨。当无人机降落到地面后，将消防绳的另一端绷直固定在高层建筑的另一侧地面端，从而完成消防绳的布线工作。本发明通过无人机载着消防绳绕过高层建筑进行消防绳的布线，解决了消防绳布线存在的难题且也保证了消防员的人身安全。消防绳布好后，将载荷爬行装置与消防绳连接，本实施例中，将消防水枪固定在载荷爬行装置上，地面控制单元向载荷爬行装置控制单元发送信号，载荷爬行装置沿着消防绳向上爬行，直至爬到高层建筑着火点附近，消防水枪开始工作，喷射密集充实的水流进行灭火。本发明在收到火灾报警后，即可开始部署，争分夺秒，节省时间，提高效率，通过无人机进行消防绳的布线，载荷爬行装置携带消防水枪沿着消防绳爬行至着火点，消防水枪与水带7连接， 水通过水带7为灭火提供源源不断的水。全程自动化控制作业，消防人员远离着火点，保证人身安全。同时也极大了减少了人们财产的损失及人员伤亡。所述抛投器控制单元13用于当无人机3飞过高层建筑的楼顶后，接收地面控制单元20发送的指令，抛投器与无人机分离，向目标地点降落。本发明另一实施例为消防绳穿过抛投器固定在高层建筑的一端，无人机在飞过高层建筑楼顶后需要下降时，接收地面控制单元发送的指令，释放抛投器，抛投器携带消防绳与无人机分离，在自身重力作用下有节奏地向目标地点降落。保证消防绳下落过程快速、顺畅。可以进一步避免消防绳对无人机机桨进行干扰。只需远程由地面控制单元向抛投器控制单元发送指定，抛下抛投器即可，操作十分方便，在高层建筑消防救火中，更加高效地进行消防绳的布线。

进一步的，消防绳绕线装置上设有可调节阻尼机构，用于调节消防绳绕线装置绞盘的阻尼，使飞行时消防绳处于张紧状态，使投放时绞盘处于自由旋转状态。其目的在于调节消防绳绕线装置上的绞盘的阻尼，使飞行时消防绳处于一定的张紧状态，不会导致绳索过放产生缠绕发生危险；当无人机飞过高层建筑楼顶后，使绞盘处于自由旋转无阻尼状态，消防绳绕线装置可以放完全部消防绳，消防绳随着抛投器下降至目标地点后，固定在地面端。

进一步的，在无人机3上设有红外热像仪14，所述红外热像仪14与所述地面控制单元通信连接，红外热像仪拍摄的图片回传至地面控制单元。本实施例中，无人机在完成消防绳的布线工作后，因其还搭载红外热像仪，可以对火情进行侦察，如着火面积、燃烧区域、找出高温火点、勘测火场危险源等并将实时收集拍摄的图片回传至地面控制单元，消防员可以通过对图片的处理，精准、直观、全面的火灾现场分析数据，收集火情信息，制定实时用效的救援方案。充分发挥无人机的功能，为救援行动提供保障。

进一步的，所述载荷爬行装置上设有连接件，所述连接件与消防水枪连接，当载荷爬行装置沿着消防绳爬行时，带着消防水枪运动。 消防水枪与水带连接，通过载荷爬行装置将消防水枪及水带沿着绷直的消防绳爬行，将消防水枪运送至高层建筑着火点附近进行灭火，消防人员无需直接操作。保障了人身安全。

进一步的，所述载荷爬行装置控制单元还包括消防水枪开关控制单元31，所述消防水枪开关控制单元31用于控制消防水枪阀门的打开与关闭，当载荷爬行装置沿着消防绳爬行至指定位置时，消防水枪开关控制单元接收地面控制单元指令，打开消防水枪阀门。优选的，还可以通过高速手柄与枪体夹角的大小，来调整防消水枪的射程，流量的大小。

进一步的，所述地面端为消防车，所述消防车上设有固定件，所述消防绳固定在固定件上。将消防绳一端固定在消防车上，亦可将两端均固定在消防车上。消防车留动作业，其重量足够承受消防绳的拉力，亦可方便绷直消防绳，当消防绳未绷直时，开动消防车移动即可。无需在高层建筑周边查找固定点，提高效率。

如图6所示，本发明还提供一种消防无人机灭火方法，包括如下步骤：

S10,根据着火高层建筑的体量选择绕接相应消防绳长度的消防绳绕线装置；

S20, 将消防绳绕线装置固定在无人机上，消防绳一端通过抛投器后固定地面端；

S30,地面控制单元向无人机信号控制单元发出指令，无人机带着消防绳绕线装置起飞；

S40, 当无人机飞过高层建筑的楼顶后，消防绳随着抛投器降落至高层建筑另一侧，将消防绳绷直固定在地面端；

S50,将载荷爬行装置安装至绷直的消防绳上，将消防水枪固定在载荷爬行装置上；

S60,地面控制单元向载荷爬行装置控制单元发送信号，消防水枪随着载荷爬行装置沿着绷直的消防绳爬行至指定高度；

S70,地面控制单元发送打开消防水枪阀门指令，消防水枪阀门打开进行喷射灭火。

本发明消防无人机灭火方法采用无人机进行消防绳的布线，节省时间，快速高效，采用智能控制，保障了消防员的人身安全。

进一步的，所述S20步骤中，还包括在消防绳绕线装置上设有可调节阻尼机构，在所述S30步骤中，调节消防绳绕线装置绞盘的阻尼，使无人机飞行时消防绳处于张紧状态；在所述S40步骤中，调节消防绳绕线装置绞盘的阻尼，使抛投器下降时绞盘处于自由旋转无阻尼状态，放完全部消防绳。防止绳索过放产生缠绕发生危险，提高工作效率。

进一步的，所述S30步骤中，地面控制单元根据着火高层建筑的体量制定无人机飞行航线，无人机根据设定航线自动飞行。在前往救援途中，计算机数据中心收集发生火灾的高层建筑的基本信息，如体量，设定自动飞行航线，当到达目的地后，无人机可以一键起飞，降落。实时高效，为救援行动节省了保贵的时间，保障人们的人身及财产安全。

综上所述，本发明提供的消防无人机控制系统及灭火方法，通过无人机进行消防绳的布线工作，全程采用智能控制，保障了消防员的人身安全及救援行动实时高效，争分夺秒，节省了保贵的时间 。

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同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

工业实用性

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序列表自由内容

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Claims (10)

1. 一种消防无人机控制系统，其特征在于，包括地面控制单元、无人机信号控制单元、消防绳绕线装置控制单元、抛投器控制单元及载荷爬行装置控制单元，所述地面控制单元用于向无人机信号控制单元、消防绳绕线装置控制单元、抛投器控制单元及载荷爬行装置控制单元发送控制信号；无人机信号控制单元用于控制无人机的飞行；消防绳绕线装置控制单元用于控制收放消防绳；抛投器控制单元用于控制抛投器的释放；消防绳一端通过抛投器后固定在地面端，另一端绕接在消防绳绕接装置上随着无人机飞过高层建筑的楼顶后，消防绳随着抛投器下降至高层建筑的另一侧，与地面端绷直固定；所述载荷爬行装置控制单元用于接收地面控制单元信号并向载荷爬行装置发送信号，载荷爬行装置在消防绳上爬行。
2. 根据权利要求1所述的消防无人机控制系统，其特征在于，所述消防绳穿过抛投器后固定在地面端，无人机上设有投放件，抛投器设有配重箱，所述抛投器控制单元接收地面控制单元发送的指令后，所述投放件抛下抛投器，抛投器带着消防绳落至目标地点。
3. 根据权利要求1所述的消防无人机控制系统，其特征在于，消防绳绕线装置上设有可调节阻尼机构，用于调节消防绳绕线装置绞盘的阻尼，使飞行时消防绳处于张紧状态，使投放时绞盘处于自由旋转状态。
4. 根据权利要求1所述的消防无人机控制系统，其特征在于，无人机上设有红外热像仪，所述红外热像仪与地面控制单元通信连接，红外热像仪拍摄的图片回传至地面控制单元。
5. 根据权利要求1所述的消防无人机控制系统，其特征在于，所述载荷爬行装置上设有连接件，所述连接件与消防水枪连接，当载荷爬行装置沿着消防绳爬行时，带着消防水枪运动。
6. 根据权利要求5所述的消防无人机控制系统，其特征在于，所述载荷爬行装置控制单元还包括消防水枪开关控制单元，所述消防水枪开关控制单元用于控制消防水枪的打开与关闭，当载荷爬行装置沿着消防绳爬行至指定位置时，消防水枪开关控制单元接收地面控制单元指定，打开消防水枪阀门。
7. 根据权利要求1所述的消防无人机控制系统，其特征在于，所述地面端为消防车，所述消防车上设有固定件，所述消防绳固定在固定件上。
8. 一种消防无人机灭火方法，其特征在于，包括如下步骤：

         S10,根据着火高层建筑的体量选择绕接相应消防绳长度的消防绳绕线装置；

         S20,将消防绳绕线装置固定在无人机上，消防绳一端通过抛投器后固定在地面端；

         S30,地面控制单元向无人机信号控制单元发出指令，无人机带着消防绳绕线装置起飞；

       S40,当无人机飞过高层建筑的楼顶后，消防绳随着抛投器降落至高层建筑另一侧，将消防绳绷直固定在地面端；

      S50,将载荷爬行装置安装至绷直的消防绳上，将消防水枪固定在载荷爬行装置上；

   S60,地面控制单元向载荷爬行装置控制单元发送信号，消防水枪随着载荷爬行装置沿着绷直的消防绳爬行至指定高度；

   S70,地面控制单元发送打开消防水枪阀门指令，消防水枪阀门打开进行喷射灭火。
9. 根据权利要求8所述的消防无人机灭火方法，其特征在于，所述S20步骤中，还包括在消防绳绕线装置上设有可调节阻尼机构，在所述S30步骤中，调节消防绳绕线装置绞盘的阻尼，使无人机飞行时消防绳处于张紧状态；在所述S40步骤中，调节消防绳绕线装置绞盘的阻尼，使抛投器下降时绞盘处于自由旋转无阻尼状态，放完全部消防绳。
10. 根据权利要求8所述的消防无人机灭火方法，其特征在于，所述S30步骤中，地面控制单元根据着火高层建筑的体量制定无人机飞行航线，无人机根据设定航线自动飞行。