一种消防无人机

1.本发明属于无人机消防领域，特别涉及一种消防无人机。


背景技术：

2.近几年无人受限于信号和能源，无人机不能飞离操控手太远，否则会出现视频传输卡顿和电量不足等问题，使用效果受限。
3.随着5g的正式商用和传感技术和无人机技术的发展，消防救援无人机将适用于更多的消防救援任务上。5g系统搭载摄像头和消防救援设备，在5g控制下，将视频实时回传，通过后台ai智慧识别系统，实现火情的快速发现和预警。
4.公开号为cn112389648a的专利公开了一种消防无人机，包括上固定板，所述上固定板的上端外表面设置有信号处理器，所述上固定板的下端设置有下固定板，所述下固定板的下端外表面设置有固定套筒，所述固定套筒的侧端设置有摄像头。
5.上述现有技术缺少机臂折叠结构，在收置、搬运过程中存在不便。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种模块化多功能的消防无人机。
7.为了实现创新本发明的目的可通过下列技术方案来实现：本消防无人机，包括机身、机臂和螺旋桨机翼，所述的螺旋桨机翼转动连接于所述的机臂上，所述的机臂通过u型折叠结构与所述的机身可折叠连接，所述的机身上还设有用于投射消防弹的掷弹结构和用以检测火情的火焰检测系统。
8.本发明的机臂通过u型折叠结构实现可折叠，便于在收置时减小体积，在机身上设有掷弹结构用于投放消防弹，达到一定的灭火功能，火焰检测系统可尽早发现火情并向上汇报，以达到及时处置的目的。
9.在上述的消防无人机中，所述的u型折叠结构包括转动件和固定件，所述的固定件固定于所述的机身侧面，所述的转动件下部铰接于所述的固定件上，所述的转动件与所述的固定件通过锁扣结构形成锁止。
10.固定件固定在机身上，转动件下部铰接，实现了转动件可以以铰接位置为轴转动，在转动件与固定件之间设有锁扣结构，可以在转动件与固定件合拢时进行锁止限位。
11.在上述的消防无人机中，所述的锁扣结构包括设于所述的固定件上的按压销和锁止杆，以及设于转动件上的卡扣，所述的按压销穿设于所述的固定件上，所述的按压销与所述的固定件之间设有使按压销具有向上拔出趋势的锁止复位弹簧，所述的锁止杆垂直所述的按压销与其固定连接，所述的卡扣为勾状，位于所述的锁止杆上方并可与其形成卡锁配合。
12.按压销与锁止杆固定连接成一体结构，由于按压销与固定件之间设有锁止复位弹簧，按压销可以被按压及复位弹起，同时也实现了锁止杆的上下移动，在转动件上设有勾状
卡扣，可以勾住锁止杆实现限位，随着按压销的按下，锁止杆下移，使得锁止杆脱离卡扣的勾锁，解除卡锁。
13.在上述的消防无人机中，所述的固定件侧边设有让位孔，所述的锁止杆包括两根锁止螺栓，所述的锁止螺栓穿过所述的让位孔固定于所述的按压销上。
14.让位孔具有给锁止杆让位的作用，锁止杆具体为两根锁止螺栓，从让位孔位置插入旋于按压销上，连接成一体结构，在按压销按下、弹起时，锁止螺栓随之在让位孔中上下移动，不会被卡住。
15.在上述的消防无人机中，所述的转动件上设有环形卡套，所述的环形卡套上设有用于锁紧环形卡套的限位螺栓，所述的机臂端部插于所述的环形卡套中。
16.环形卡套用于插入机臂，其上的限位螺栓拧紧时，环形卡套发生一定的收缩，卡住机臂的插入部位，形成固定。
17.在上述的消防无人机中，所述的掷弹结构包括下方开设有掷弹口的储弹筒，所述的储弹筒固定于所述的机身下部，所述的储弹筒内部轴向设有可转动的中心转轴，在所述的中心转轴上固定有若干用于分隔出储弹位的分隔板，所述的储弹位两端包括用于夹住消防弹的弹簧夹板，所述的弹簧夹板通过夹板电磁阀控制夹合。
18.掷弹筒用于投掷消防弹，从其下方的掷弹口投出，在储弹筒内部设有中心转轴，中心转轴上固定有若干分隔板，将储弹筒内部分成若干储弹位，消防弹即放于储弹位中，在储弹位两端的弹簧夹板可以夹住消防弹，避免消防弹掉落，弹簧夹板的控制通过夹板电磁阀控制，当需要投弹时，储弹位转动至掷弹口位置时，夹板电磁阀控制弹簧夹板放开，消防弹即从掷弹口落下，完成投弹。
19.在上述的消防无人机中，所述的储弹筒上还设有用于控制中心转轴转动的旋转舵机。
20.旋转舵机用于控制中心转轴及其上分隔板转动，实现调整储弹位位置的功能，将消防弹转至掷弹口位置。
21.在上述的消防无人机中，所述的掷弹结构包括发射装置，所述的发射装置包括发射管、高压气室和支架，所述的发射管横向穿设于所述的支架内，所述的发射管一端通过套筒与所述的高压气室连接。
22.掷弹结构也可以配装发射装置，不同于投下消防弹，发射装置可以发射出消防弹，具体将消防弹放于发射管中，高压气室通过高压气体提供具体的推力，将消防弹推出。
23.在上述的消防无人机中，所述的高压气室中设有用于推出消防弹的推进活塞和用于开闭喷气口的开闭活塞，所述的开闭活塞封于所述的高压气室喷气口位置，所述的开闭活塞连接有开闭电磁阀，所述的开闭活塞和所述的推进活塞之间还设有活塞复位弹簧。
24.开闭活塞位于高压气室喷气口位置，可以阻止高压气体喷出，具体通过开闭电磁阀控制，推进活塞在高压气体作用下将向前推出，以发射出消防弹，当电磁阀通电打开时，开闭活塞打开，原充于高压气室中的高压气体冲出，推动推进活塞向外运动，形成推力，活塞复位弹簧可在发射完后将推进活塞拉回。
25.在上述的消防无人机中，所述的火焰检测系统包括热成像双光谱摄像机，所述的热成像双光谱摄像机对火焰圆形度、边界粗糙度、尖角个数、火焰面积变化率、火焰质心位移进行监测，并配合计算分析识别火焰。
26.热成像双光谱云台摄像机，具有红外摄像头和可见光照相机，红外热成像仪通过红外辐射探测物体，经过光电转换和电信号处理，把物体的温度分布图像转换成视频图像，通过对火焰圆形度、边界粗糙度、尖角个数、火焰面积变化率、火焰质心位移的分析，识别出火情，并及时发出信号，达到预警效果。
27.与现有技术相比，
28.1.本消防无人机机臂可折叠，在收置时大大缩小体积，便于携带和存放。
29.2.本消防无人机配置有两种掷弹结构，具体为发射方式和投落方式，适用于不同的应用场合。
30.3.本消防无人机配备有火焰检测系统，可以提前发现火情并作出预警，便于及时作出处置，具体通过热成像双光谱云台摄像机采集信息，并通过一系列分析计算实现检测功能，识别准确率高。
附图说明
31.图1是本发明消防无人机(配备消防弹发射装置)的整体结构示意图；
32.图2是本发明消防无人机u型折叠结构的本发明消防无人机结构示意图；
33.图3是图2的u型折叠结构的正视图；
34.图4是本发明消防无人机发射装置的剖视图；
35.图5是本发明消防无人机掷弹筒的结构示意图；
36.图6是本发明消防无人机掷弹筒的下视视角的结构示意图；
37.图7是本发明消防无人机掷弹筒内部结构示意图。
38.图中，机身1、机臂2、机翼21、消防弹3、u型折叠结构4、转动件41、固定件42、锁扣结构43、按压销44、锁止杆45、卡扣46、锁止复位弹簧47、锁止螺栓48、让位孔49、环形卡套50、限位螺栓51、掷弹结构6、储弹筒7、掷弹口71、中心转轴72、分隔板73、弹簧夹板74、夹板电磁阀75、旋转舵机76、发射装置8、发射管81、高压气室82、支架83、套筒84、开闭活塞85、推进活塞86、喷气口87、活塞复位弹簧88、火焰检测系统9、热成像双光谱摄像机91。
具体实施方式
39.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
40.具体实施例如图1-5所示，本消防无人机，包括机身1、机臂2和螺旋桨机翼21，螺旋桨机翼21转动连接于机臂2上，机臂2通过u型折叠结构4与机身1可折叠连接，机身1上还设有用于投射消防弹3的掷弹结构6和用以检测火情的火焰检测系统9。
41.具体而言，本实施例的六轴多旋翼无人机采用x字模式，六个电机对称分布在六个轴上，每相邻的轴角度相等，且相邻的电机旋向相反，桨在工作中可以有效的抵消反扭矩的影响。机臂2通过u型折叠结构4实现可折叠，便于在收置时减小体积，在机身1上设有掷弹结构6用于投放消防弹3，达到一定的灭火功能，火焰检测系统9可尽早发现火情并向上汇报，以达到及时处置的目的。
42.如图2所示，u型折叠结构4包括转动件41和固定件42，固定件42固定于机身1侧面，转动件41下部铰接于固定件42上，转动件41与固定件42通过锁扣结构43形成锁止，锁扣结
构43包括设于固定件42上的按压销44和锁止杆45，以及设于转动件41上的卡扣46，按压销44穿设于固定件42上，按压销44与固定件42之间设有使按压销44具有向上拔出趋势的锁止复位弹簧47，锁止杆45垂直按压销44与其固定连接，卡扣46为勾状，位于锁止杆45上方并可与其形成卡锁配合，固定件42侧边设有让位孔49，锁止杆45包括两根锁止螺栓48，锁止螺栓48穿过让位孔49固定于按压销44上，转动件41上设有环形卡套50，环形卡套50上设有用于锁紧环形卡套50的限位螺栓51，机臂2端部插于环形卡套50中。
43.具体而言，固定件42固定在机身1上，转动件41下部铰接，实现了转动件41可以以铰接位置为轴转动，在转动件41与固定件42之间设有锁扣结构43，可以在转动件41与固定件42合拢时进行锁止限位。锁扣结构43的按压销44与锁止杆45固定连接成一体结构，由于按压销44与固定件42之间还设有锁止复位弹簧47，按压销44可以被按压下并复位弹起，同时自然也实现了锁止杆45的上下移动，在转动件41上设有勾状卡扣46，可以勾住锁止杆45实现限位，当按压销44被按下时，锁止杆45下移，使得锁止杆45脱离卡扣46的勾锁，解除卡锁。让位孔49具有给锁止杆45让位的作用，锁止杆45具体为两根锁止螺栓48，从让位孔49位置插入旋于按压销44上，连接成一体结构，在按压销44按下、弹起时，锁止螺栓48随之在让位孔49中上下移动，不会被卡住。在旋转件的外部设有环形卡套50，用于插入机臂2以实现固定，其上的限位螺栓51拧紧时，环形卡套50会发生一定的收缩，卡住机臂2的插入连接部位，形成固定。
44.如图3所示，掷弹结构6包括下方开设有掷弹口71的储弹筒7，储弹筒7固定于机身1下部，储弹筒7内部轴向设有可转动的中心转轴72，在中心转轴72上固定有若干用于分隔出储弹位的分隔板73，储弹位两端包括用于夹住消防弹3的弹簧夹板74，弹簧夹板74通过夹板电磁阀75控制夹合，储弹筒7上还设有用于控制中心转轴72转动的旋转舵机76。
45.具体而言，本消防无人机配备有消防弹3投放装置，掷弹筒7用于投掷消防弹3，从其下方的掷弹口71投出，在储弹筒7内部设有中心转轴72，中心转轴72上固定有若干分隔板73，将储弹筒7内部分成若干储弹位，消防弹3即放于储弹位中，在储弹位两端的弹簧夹板74可以夹住消防弹3，避免消防弹3掉落，弹簧夹板74的控制通过夹板电磁阀75控制，当需要投弹时，储弹位转动至掷弹口71位置时，夹板电磁阀75控制弹簧夹板74放开，消防弹3即从掷弹口71落下，完成投弹。
46.此外，旋转舵机76用于控制中心转轴72及其上分隔板73转动，实现调整储弹位位置的功能，将消防弹3转至掷弹口71位置，具体为：电机输出动力，通过皮带带动分度盘和轴连接的基架旋转，把消防弹3旋转至掷弹口71。
47.本掷弹筒7一次可携带四枚消防弹3，具体的投放工作原理为，发射前，旋转至投放口，夹板电磁阀75通电，使弹簧夹板74松开，消防弹3依靠重力下落。旋转舵机76通过分度盘使中心转轴72和分隔板73旋转90度，夹板电磁阀75通电执行重复动作，一次投放任务可以根据火情需要，采用单枚投放或者连续投放，最多可四枚连续投放。
48.如图4所示，掷弹结构6包括发射装置8，发射装置8包括发射管81、高压气室82和支架83，发射管81横向穿设于支架83内，发射管81一端通过套筒84与高压气室82连接。高压气室82中设有用于推出消防弹3的推进活塞86和用于开闭喷气口87的开闭活塞85，开闭活塞85封于高压气室82喷气口87位置，开闭活塞85连接有开闭电磁阀，开闭活塞85和推进活塞86之间还设有活塞复位弹簧88。
49.具体而言，本消防无人机的掷弹结构6也可以配装发射装置8，不同于投下消防弹3，发射装置8可以发射出消防弹3，具体将消防弹3放于发射管81中，高压气室82通过高压气体提供具体的推力，将消防弹3推出。开闭活塞85位于高压气室82喷气口87位置，可以阻止高压气体喷出，具体由开闭电磁阀控制开闭，推进活塞86在高压气体作用下将向前推出，以发射出消防弹3。当电磁阀通电打开时，开闭活塞85打开，原充于高压气室82中的高压气体冲出，推动推进活塞86向外运动，形成推力，活塞复位弹簧88可在发射完后将推进活塞86拉回。
50.优化的，火焰检测系统9包括热成像双光谱摄像机91，热成像双光谱摄像机91对火焰圆形度、边界粗糙度、尖角个数、火焰面积变化率、火焰质心位移进行监测，并配合计算分析识别火焰。
51.具体而言，本实施例选用ds-2td9167-150ze2fl/w海康威视观测型热成像双光谱云台摄像机，具有红外摄像头和可见光照相机，红外热成像仪通过红外辐射探测物体，经过光电转换和电信号处理，把物体的温度分布图像转换成视频图像，形成热成像效果。本火焰检测系统9包括对火焰圆形度、边界粗糙度、尖角个数、火焰面积变化率、火焰质心位移进行提取计算分析，实现识别火情的效果。
52.在具体计算分析方式上来看，由于火焰是不稳定的、无规律的晃动，所以可以通过火焰的晃动频率区分是否为火情。也可以通过尖角特性，由于火焰在晃动中，具有很多尖角，与其他光源有很大的差异，所以通过尖角的识别也可以识别出火情火焰。
53.具体工作原理：本消防无人机可以根据需要配装消防弹3投放装置或者发射装置8，发射装置8的原理为：执行任务起飞前，向高压气室82注入一定压强的压缩空气，活塞复位弹簧88使开闭活塞85关闭喷气口87。执行任务发射消防弹3时，开闭电磁阀通电，开闭活塞85打开，高压气体通过喷气口87迅速进入气缸，推进活塞86受力向右滑动，推动消防弹3从发射管81口发射出去。发射后，电磁阀闭合，开闭活塞85在活塞复位弹簧88的作用下向右运动复位，喷气口87关闭。最多可连续发射四枚灭火弹。任务结束后降落，再次向高压气室82通入一定压缩空气并装弹即可循环进行下一次任务。
54.投放装置的原理为：发射前，旋转储弹位至掷弹口71，夹板电磁阀75通电，使弹簧夹板74松开，消防弹3依靠重力下落。旋转舵机76通过分度盘使分隔板73旋转90度，夹板电磁阀75通电执行重复动作，一次投放任务可以单枚投放或者连续投放，最多可四枚连续投放。
55.机臂2折叠原理：，执行任务展开机身1时，机臂2向上提，直至卡扣46勾住锁止杆45完成锁止。任务结束后放下机臂2时，向下按压按压销44，锁止杆45与卡扣46脱离接触松开，将机臂2放下，按压销44及锁止杆45在锁止复位弹簧47作用下复位。
56.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：
1.一种消防无人机，包括机身(1)、机臂(2)和螺旋桨机翼(21)，所述的螺旋桨机翼(21)转动连接于所述的机臂(2)上，其特征在于，所述的机臂(2)通过u型折叠结构(4)与所述的机身(1)可折叠连接，所述的机身(1)上还设有用于投射消防弹(3)的掷弹结构(6)和用以检测火情的火焰检测系统(9)。2.根据权利要求1所述的消防无人机，其特征在于，所述的u型折叠结构(4)包括转动件(41)和固定件(42)，所述的固定件(42)固定于所述的机身(1)侧面，所述的转动件(41)下部铰接于所述的固定件(42)上，所述的转动件(41)与所述的固定件(42)通过锁扣结构(43)形成锁止。3.根据权利要求2所述的消防无人机，其特征在于，所述的锁扣结构(43)包括设于所述的固定件(42)上的按压销(44)和锁止杆(45)，以及设于转动件(41)上的卡扣(46)，所述的按压销(44)穿设于所述的固定件(42)上，所述的按压销(44)与所述的固定件(42)之间设有使按压销(44)具有向上拔出趋势的锁止复位弹簧(47)，所述的锁止杆(45)垂直所述的按压销(44)与其固定连接，所述的卡扣(46)为勾状，位于所述的锁止杆(45)上方并可与其形成卡锁配合。4.根据权利要求3所述的消防无人机，其特征在于，所述的固定件(42)侧边设有让位孔(49)，所述的锁止杆(45)包括两根锁止螺栓(48)，所述的锁止螺栓(48)穿过所述的让位孔(49)固定于所述的按压销(44)上。5.根据权利要求4所述的消防无人机，其特征在于，所述的转动件(41)上设有环形卡套(50)，所述的环形卡套(50)上设有用于锁紧环形卡套(50)的限位螺栓(51)，所述的机臂(2)端部插于所述的环形卡套(50)中。6.根据权利要求1所述的消防无人机，其特征在于，所述的掷弹结构(6)包括下方开设有掷弹口(71)的储弹筒(7)，所述的储弹筒(7)固定于所述的机身(1)下部，所述的储弹筒(7)内部轴向设有可转动的中心转轴(72)，在所述的中心转轴(72)上固定有若干用于分隔出储弹位的分隔板(73)，所述的储弹位两端包括用于夹住消防弹(3)的弹簧夹板(74)，所述的弹簧夹板(74)通过夹板电磁阀(75)控制夹合。7.根据权利要求6所述的消防无人机，其特征在于，所述的储弹筒(7)上还设有用于控制中心转轴(72)转动的旋转舵机(76)。8.根据权利要求1所述的消防无人机，其特征在于，所述的掷弹结构(6)包括发射装置(8)，所述的发射装置(8)包括发射管(81)、高压气室(82)和支架(83)，所述的发射管(81)横向穿设于所述的支架(83)内，所述的发射管(81)一端通过套筒(84)与所述的高压气室(82)连接。9.根据权利要求8所述的消防无人机，其特征在于，所述的高压气室(82)中设有用于推出消防弹(3)的推进活塞(86)和用于开闭喷气口(87)的开闭活塞(85)，所述的开闭活塞(85)封于所述的高压气室(82)喷气口(87)位置，所述的开闭活塞(85)连接有控制其开闭的开闭电磁阀，所述的开闭活塞(85)和所述的推进活塞(86)之间还设有活塞复位弹簧(88)。10.根据权利要求1所述的消防无人机，其特征在于，所述的火焰检测系统(9)包括热成像双光谱摄像机(91)，所述的热成像双光谱摄像机(91)对火焰圆形度、边界粗糙度、尖角个数、火焰面积变化率、火焰质心位移进行监测，并配合计算分析识别火焰。

技术总结
本发明属于无人机消防领域，特别涉及一种消防无人机，他解决了收置不便、功能单一的问题。本消防无人机，包括机身、机臂和螺旋桨机翼，所述的螺旋桨机翼转动连接于所述的机臂上，所述的机臂通过U型折叠结构与所述的机身可折叠连接，所述的机身上还设有用于投射消防弹的掷弹结构和用以检测火情的火焰检测系统。实现了方便收纳与搬运，并且集合空中侦察、机载辅助灭火、机载辅助救援为一体，功能强大的效果。效果。效果。


技术研发人员：李凝 廖家楠 罗顶辉 陶德华 林祝亮
受保护的技术使用者：浙江师范大学行知学院
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/5/24