一种载荷可快速更换的多功能消防无人机的制作方法

1.本发明涉及无人机救火技术领域，尤其涉及一种载荷可快速更换的多功能消防无人机。


背景技术：

2.消防部队面临着日益复杂的灭火救援和社会救助形势，对各类地震救援、抗洪抢险、山岳救助及大跨度或高层火灾等情况，传统现场侦查手段的局限性已日益凸显。如何有效实施消防预警和现场侦测，并迅速、准确处置灾情显得尤为重要。我国无人机应用技术及系统解决方案的成熟运用，使得无人机平台结合视频、无线图传等监控及传送设备，通过空中对复杂地形和复杂结构建筑进行火灾隐患巡查、现场救援指挥、火情侦测及防控成为消防部队新的选择。
3.大载重灭火无人机采用大载重无人机携带灭火罐进行高层建筑火灾扑救，该方法包括上集体分离结构件和下机体分离结构件，两部分通过分离锁扣、分离锁环实现两部分的分离，连接机构可靠性差，由于无人机在飞行过程中，振动较大，容易出现意外分离现象。灭火罐通过可伸缩管进行灭火剂的喷洒，伸缩过程需要手动进行，较长的伸缩管对无人机降落平台要求高，同时容易造成飞行过程中与楼体或其他障碍物发射碰撞，造成无人机坠毁。
4.高楼警用灭火无人机通过地面站控制三轴转台的方向，使得瞄具对准火源，之后发射灭火弹。无人机在悬停过程中容易出现位置偏移影响发射精度，同时通过瞄具瞄准火源，对飞手的要求高。
5.消防用多旋翼无人机的灭火器通过抱箍和挡板安装在无人机底板的下方，拆装不方便，无人机连续作战能力差。
6.针对以上不足，需要无人机的载荷在保证连接可靠性的前提下实现快速拆装。


技术实现要素：

7.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种载荷可快速更换的多功能消防无人机，用以解决现有无人机的载荷难以兼顾连接可靠性和快速拆装的问题。
8.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
9.本发明技术方案中，一种载荷可快速更换的多功能消防无人机，包括：
10.无人机平台；
11.飞行控制装置，与无人机平台固定连接，用于控制无人机平台飞行；
12.功能载荷装置，与无人机平台的下部可拆卸连接，用于无人机平台盛装载荷；
13.可伸缩喷管，与无人机平台固定连接，且与载荷装置的灭火组件连接，用喷出灭火药剂。
14.本发明技术方案中，功能载荷装置包括：
15.功能舱，固定安装于无人机平台的下部；
16.功能载荷，与功能舱通过快拆机构可拆卸连接。
17.本发明技术方案中，快拆机构包括：
18.连接座，与功能舱的底部固定连接；
19.旋转限位部，与连接座铰接，且铰接轴与参考平面垂直；
20.连接座的底部设有柱状凸起部；旋转限位部的铰接轴至少部分地从柱状凸起部中穿出，且穿出的部分设有限位结构；限位结构的横截面形状与柱状凸起部的横截面形状相同；
21.旋转限位部包括第一位置和第二位置：旋转限位部转至第一位置处时，限位结构在参考面的投影完全落入柱状凸起部在参考平面的投影；旋转限位部转至第二位置处时，至少部分的限位结构在参考面的投影位于柱状凸起部在参考平面的投影以外。
22.本发明技术方案中，铰接轴设有锁定杆；连接座设有第一锁定部和第二锁定部；
23.旋转限位部转至第一位置处时，锁定杆与第一锁定部卡接；旋转限位部转至第二位置处时，锁定杆与第二锁定部卡接。
24.本发明技术方案中，功能载荷还包括：
25.识别组件，用于拍摄并识别火场；
26.救援组件，用于盛装救援物资。
27.本发明技术方案中，可伸缩喷管包括：
28.第一直管，与载荷装置的灭火组件连接；
29.第二直管，与第一直管铰接；
30.电机，用于控制第二直管相对第一直管转动。
31.本发明技术方案中，无人机平台包括：
32.机架，设有多个悬臂，且机架旋转对称；
33.电机，固设于悬臂的端部；
34.桨叶，与电机的输出端固定连接；
35.供电部，固设于机架，用于为载荷可快速更换的多功能消防无人机提供电力。
36.本发明技术方案中，供电部包括：
37.电池单元，用于提供电力；
38.供电电路，用于调整电池单元的输出电压。
39.本发明技术方案中，飞行控制装置包括：
40.定位组件，用于确定载荷可快速更换的多功能消防无人机的位置；
41.图像获取组件，用于获取载荷可快速更换的多功能消防无人机的视野内图像；
42.通信装置，与载荷可快速更换的多功能消防无人机通信连接；
43.控制器，与定位组件、图像获取组件、通信装置和无人机平台电连接。
44.本发明技术方案中，图像获取组件包括：第一相机和第二相机；
45.第一相机和第二相机关于无人机平台的中心轴中心对称。
46.本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：
47.1.本发明采用快拆机构实现载荷的可靠连接与快速更换，通过自动伸缩喷管实现喷管的自动伸缩，提供无人机的飞行与降落安全性；
48.2.本发明通过利用双目摄像头实现火源的自主定位与锁定，提高命中精度，降低
操作难度。
49.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
50.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
51.图1为本发明实施例的部件布局示意图；
52.图2为本发明实施例的示意图；
53.图3为本发明实施例的快拆结构示意图；
54.图4为本发明实施例的可伸缩喷管示意图。
55.附图标记：
56.1、无人机平台；2、飞行控制装置；3、快拆机构；4、功能舱体；41、连接座；42、旋转限位部；43、柱状凸起部；44、限位结构；45、锁定杆；46、第一锁定部；47、第二锁定部；5、功能载荷；6、可伸缩喷管；61、第一直管；62、第二直管。
具体实施方式
57.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
58.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，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。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。
59.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
60.为了方便说明本发明实施例中，限定参考面，在本发明实施例的无人机进行飞行时，无人机平台1基本保持在一个平面上，此平面为参考面，示例性地，当无人机平台1悬停时，该平面与水平面平行。
61.如图1、图2所示，本发明实施例提供了一种载荷可快速更换的多功能消防无人机，包括：无人机平台1；飞行控制装置2，与无人机平台1固定连接，用于控制无人机平台1飞行，无人机平台1作为无人机的主要载体，其他部件安装在无人机平台1上；功能载荷装置与无人机平台1的下部可拆卸连接，用于无人机平台1盛装载荷，既能够实现载荷的快速拆装，还能保证载荷的连接可靠性；可伸缩喷管6，与无人机平台1固定连接，且与载荷装置的灭火组件连接，用喷出灭火药剂，在本发明实施例的无人机进行飞行时，可伸缩喷管6收起，防止与障碍物剐蹭，在需要进行灭火时，可伸缩喷管6伸出，喷出灭火药剂进行灭火。
62.本发明实施例中，功能载荷装置包括：功能舱，固定安装于无人机平台1的下部，功
能舱体4由外蒙皮以及内部骨架组成，功能舱体4安装在机架底部；功能载荷5，与功能舱通过快拆机构3可拆卸连接，快拆机构3用于将多功能载荷5固定在功能舱体4底板处，既保证连接可靠性，又实现快拆功能。
63.本发明实施例中，如图3所示，快拆机构3包括：连接座41，与功能舱的底部固定连接，作为快拆机构3的安装载体；旋转限位部42，与连接座41铰接，且铰接轴与参考平面垂直；连接座41的底部设有柱状凸起部43；旋转限位部42的铰接轴大部分都位于连接座41内部，至少部分地从柱状凸起部43中穿出，且穿出的部分设有限位结构44；限位结构44的横截面形状与柱状凸起部43的横截面形状相同。
64.本发明实施例的快拆机构3通过旋转限位部42的旋转来实现快速拆装，载荷设置连接孔。旋转限位部42包括第一位置和第二位置：旋转限位部42转至第一位置处时，限位结构44在参考面的投影完全落入柱状凸起部43在参考平面的投影，限位结构44和柱状凸起部43均能够插入载荷的连接孔内；旋转限位部42转至第二位置处时，至少部分的限位结构44在参考面的投影位于柱状凸起部43在参考平面的投影以外，与柱状凸起部43错开的限位结构44能够与连接孔形成限位，从而防止载荷脱落，保证连接的可靠性。在实际使用时只要将旋转限位部42在第一位置和第二位置之间来回旋转，即可实现载荷的快速拆装。
65.为了进一步保证连接的可靠性，防止无人机在飞行时旋转限位部42误触发旋转造成载荷脱落，本发明实施例中，铰接轴设有锁定杆45；连接座41设有第一锁定部46和第二锁定部47；旋转限位部42转至第一位置处时，锁定杆45与第一锁定部46卡接；旋转限位部42转至第二位置处时，锁定杆45与第二锁定部47卡接。
66.本发明实施例中，功能载荷5还包括：识别组件，用于拍摄并识别火场；救援组件，用于盛装救援物资；灭火组件，用于盛装灭火药剂。本发明实施例可根据不同的消防作战任务，选取不同的载荷载荷具有相同的结构接口，能够实现与快拆机构3的连接与卸载；载荷与飞行控制装置2的飞控板通过连接器进行快速连接，接收飞控板的指令，开展侦察、救援与灭火任务。
67.本发明实施例中，如图4所示，可伸缩喷管6包括：第一直管61，与载荷装置的灭火组件连接；第二直管62，与第一直管61铰接；电机，用于控制第二直管62相对第一直管61转动。在本发明实施例的无人机飞行时，电机控制第二直管62旋转，并与第一直管61重合成折叠管，实现可伸缩管的收回，防止可伸缩喷管6与障碍物剐蹭造成无人机损坏；在本发明实施例的无人机进行灭火时，电机控制第二直管62旋转，并与第一直管61伸直成直管，实现可回收喷管的伸出，提高可伸缩喷管6的灭火药剂喷洒范围。
68.本发明实施例中，无人机平台1包括：机架，设有多个悬臂，且机架旋转对称；电机，固设于悬臂的端部，设有电机电调，用于控制电机的旋转；桨叶，与电机的输出端固定连接；供电部，固设于机架，用于为载荷可快速更换的多功能消防无人机提供电力。供电部包括：电池单元，用于提供电力；供电电路，用于调整电池单元的输出电压为各设备所需的电压值。
69.本发明实施例中，飞行控制装置2包括：定位组件，用于确定载荷可快速更换的多功能消防无人机的位置，采用差分gps定位装置；图像获取组件，用于获取载荷可快速更换的多功能消防无人机的视野内图像，还设有图数一体装置，用于图像和数字信号的转换，还设有图像处理装置，用于提高图像的清晰程度；通信装置，与载荷可快速更换的多功能消防
无人机通信连接，采用遥控的形式，设有遥控收发装置；控制器，与定位组件、图像获取组件、通信装置和无人机平台1电连接，包括无人机的发控板。
70.本发明的图像获取组件用双目相机来拍摄图像，完成目标识别与测距功能，图像获取组件包括：第一相机和第二相机；第一相机和第二相机关于无人机平台1的中心轴中心对称。
71.本发明实施例的工作过程为：
72.根据消防作业任务选取多功能载荷5
73.根据消防作业现场需求，选取需要的任务载荷，开展侦察作业时，选择侦察组件，开展救援作业时，选取救援组件，开展灭火作业时，选取灭火组件。
74.功能载荷5快速安装
75.将选取的载荷通过快拆机构3快速安装在无人机上，可靠固定，将多功能载荷5与发控板进行连接。
76.无人机上电，飞抵作业现场
77.完成载荷安装后，无人机上电，飞抵作业现场。
78.火源自主识别与锁定
79.无人机到达作业现场后，通过机载的双目相机完成火源识别与测距，将火源位置信息通过总线发送至飞控板，飞控板控制无人机调整姿态，锁定目标点，等待地面消防作业指令。
80.开展消防作业
81.无人机通过图数传一体模块接收到地面发送的消防作业指令后，飞控模块通过总线给发控板发送消防作业指令，发控板控制喷管展开，发控板控制多功能载荷5进行消防作业。
82.无人机返航，载荷快速更换
83.完成消防作业后，无人机返航，降落地面后，通过快拆机构3，将空载荷拆卸，将新载荷安装，完成安装后，无人机再次起飞，重复以上步骤。
84.综上所述，本发明提供了载荷可快速更换的多功能消防无人机，本发明采用快拆机构3实现载荷的可靠连接与快速更换，通过自动伸缩喷管实现喷管的自动伸缩，提供无人机的飞行与降落安全性；本发明通过利用双目摄像头实现火源的自主定位与锁定，提高命中精度，降低操作难度。
85.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。