一种小型无人机空中精准发射救援物品的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种小型无人机空中精准发射救援物品的装置及方法，该装置包括：小型多旋翼无人机、遥控器、激光雷达、激光测距仪、单板机、单片机、电打火系统、发射系统、摄像头及图像传输接收模块、云台；本发明专利技术采用模型火箭的无后坐力发射，保证了小型飞行器姿态稳定性，配置滑块调重心的方法使发射平台重心不改变，对发射控制性能的影响降到了最低，空中发射定位精度组合性提高，实现小型无人机空中精准发射物品。与传统灭火方案相配合，可大幅度提高灭火速度并降低人员的伤亡风险。本发明专利技术具有不受高度及道路交通限制，具备灵活机动、精准度高，发射救援物品种类多等多重优势，并且发射成本低。

A device and method of small UAV precisely launching rescue items in the air

The invention discloses a device and method for precisely launching rescue items in the air of a small UAV, which includes a small multi-rotor UAV, a remote controller, a lidar, a laser rangefinder, a single board computer, a single chip computer, an electric lighting system, a launching system, a camera and an image transmission receiving module, and a cloud platform; the recoilless launching of a model rocket is adopted to ensure the small size. The attitude stability of the aircraft and the method of adjusting the center of gravity of the slider make the center of gravity of the launching platform unchanged. The impact on the launch control performance is minimized. The combination of the positioning accuracy of the aerial launch is improved, and the precise launching of the small UAV in the air is realized. Combining with the traditional fire extinguishing scheme, the speed of fire extinguishing can be greatly increased and the risk of casualties can be reduced. The invention is free from height and road traffic restrictions, has multiple advantages such as flexibility, high accuracy, multiple types of launch rescue items, and low launch cost.

【技术实现步骤摘要】
一种小型无人机空中精准发射救援物品的装置及方法
本专利技术涉及一种小型无人机空中精准发射救援物品的装置及方法。该装置及方法采用发射无后坐力的模型火箭，加调重心的配重滑块，再辅以SLAM激光定位和弹道控制的方法，解决了小型飞行器空中发射物品时其后坐力对飞行器稳定性影响、发射时因重心变化飞行器平衡性差和飞行器在空中发射定位精度不高的问题。属于小型无人机空中发射救援物资

技术介绍
高层建筑火灾救援是一个世界性的难题，消防部队火灾救援的难度很大，特别是受困于阳台门窗内的待救人员急需绳索、面具、切割等逃生器材和设备，但因楼层高，电梯停运，消防人员很难到达救援现场，50至上100米的消防云梯数量少、价格昂贵且在火灾现场受地面、火情等环境因素影响大，带来诸多受救援现场限制，影响了救援装备性能的发挥。在高楼密集的城市，采用大型无人机进行救援，受自身及环境等影响有诸多不便。采用小型飞行器对高层救援发射物资，要解决三大难题：稳定、平衡、精准。因“发射”这一任务动作在小型飞行器上并不常见，原因在于空中发射这一动作产生的后坐力将引起机体巨大的动量变化，极易造成飞行器失控，从而导致发射精度较低。目前利用小型多旋翼飞行器对高层救援取得一些应用成果。无人机主要任务载荷仍然是各类感知设备，利用自身携带各类感知设备进行非接触式应用，如光学摄像头、激光雷达、喊话照明，这类的应用已经比较成熟。小型多旋翼无人机在火灾救援领域，主要研究空中救援应用大致有四类：第一类为主要研究多旋翼飞行器(无人机)在高层火灾救援中的监测、侦检、侦察、监控追踪、强光照明和救援指挥，无人机通过音视频无线传输,使决策人员及时掌握灾害现场情况,做出科学的灭火救灾方案等。此类专利如：“一种高层火灾无人机救援装置”等，“基于无人机的火灾救援系统”研究无人机设置有容纳牵引绳的容纳空间，“一种基于无人机技术开发的高层建筑救生系统”研究无人机系统将缆绳送至高层建筑内部或顶部，利用缆绳搭建逃生索道。第二类为研究无人机自身利用灭火器或高压泵进行灭火。专利如：“一种用于火灾救援无人机”研究利用360°多喷头的喷淋灭火，高压气泵喷有超细干粉灭火；“一种基于无人机的高层建筑救火装置及其工作方法”研究高压水泵水枪灭火；“一种用于高层建筑灭火救援的无人机装置”使用电磁型七氟丙烷灭火器快速灭火,“一种高楼消防多旋翼无人机”控制灭火器灭火。第三类为主要研究高层火灾中的投射或投放灭火弹和消防物资，采用向下方地面投放即利用地球重力的垂直落下。根据提前设定好的灭火弹自爆高度，向地面投掷，投放灭火弹和消防用品，或向地面抛投。专利如：“一种无人机精准投弹灭火系统”利用火焰以及烟雾传感器的信号控制灭火弹投放装置投放灭火弹；“一种基于无人机精确抛投控制系统”，“一种基于无人机的消防救援装置”、“无人机载灭火弹的垂直投放装置”、“一种基于多旋翼无人机的高层楼宇灭火系统”、“无人机灭火弹发射系统”、“一种可在建筑火灾中向被困者投放消防用品的无人机装置”等为飞到火场，利用重力，向下方地面投放。以上三类主要用于灾情的监测侦查和对其下方进行投掷物品如灭火剂等，其任务动作没有采用空中发射的行动，只是抓取和放下的动作，主要是利用地球重力作用。第四类主要研究高层火灾中的投射或发射灭火弹和消防物资，主要利用压缩气泵气动或机械力进行投掷或发射灭火弹或物资。如：“一种无人机载灭火弹发射装置”利用弹簧活塞发射，“机载气动救生物资投射装置”气泵提供气压对单体投射，“一种无人机用救援包发射装置”利用储气罐高压气体推动发射活塞通过弹簧弹射救援包。此类投掷发射会产生后坐力，将影响无人机飞行姿态从而影响投射精度。对于空中发射救援物资方面，由于动力有限的多旋翼飞行器难以抵抗发射的后坐力对无人机的飞行姿态的影响，会严重影响多旋翼无人机发射时的稳定性。当前在高楼的火灾救援中不进入灾害现场情况下，通过高层建筑的窗口精准发射救援物资或灭火弹等任务有局限性。如何能将装载救援物资非接触定向发射到指定高层建筑屋里，并能使无人机飞行姿态影响较小，提高发射精准度成为亟待解决的问题。如面对高层建筑，能将救援物资从距十几米或几十米的窗口精准发射进去。对于小型飞行器在空中发射救援物品，提高发射精准度所要解决的技术问题是：如何能使飞行器在空中发射物资同时克服其后坐力对无人机飞行姿态的影响，提高无人机空中发射时的稳定性和发射的精度准确性成为亟待解决的问题。其核心解决三个问题：空中发射时后坐力影响飞行器稳定性、发射时因重心变化使飞行器平衡性差、飞行器空中发射定位精度不高的问题。(1)空中发射时后坐力影响飞行器稳定性问题，是指对被发射物品的动量必然产生后坐力，会严重影响多旋翼飞行器发射时的稳定性，从而导致发射精度较低。(2)发射时因重心变化导致飞行器平衡性差问题，是指发射系统作为变质量系统，发射物品时的运动影响整体重心的变化，会严重影响无人机发射的平衡性。(3)空中发射定位精度不高问题，是指飞行器自身依赖卫星定位精度不能满足任务需求，远距离发射物品时射入精度不高。针对此情，我们专利技术了模型火箭装载救援物品，加调重心的配重滑块，再辅以SLAM激光定位和弹道控制的方法，解决了空中发射物品时其后坐力对飞行器稳定性影响、因重心变化发射平衡性差和飞行器空中发射定位精度不高的问题，整体提高发射救援物品的精准度。在高楼外立面不进入火灾现场的情况下，精准地向高楼火源地发射灭火弹或消防救援物资，在最短的时间内将用于救援、逃生的物品精准发射给需要救援的人，为火灾救援和挽救生命争取了时间，最大程度降低人员伤亡和财产损失的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种小型无人机空中精准发射救援物品的装置及方法。其技术解决问题：动力有限的小型无人机，在空中发射救援物品时后坐力对无人机飞行姿态的影响，发射物品使飞行器作为变质量系统重心变化导致发射控制平衡性差，空中飞行器及火箭发射定位精度不高，解决了小型无人机空中发射物品时精准度不高的问题，为无人机空中精准发射救援物资提供了一种新的方法和装置。本专利技术设计一种小型无人机空中精准发射救援物品的装置及方法。其设计思想是：在小型六旋翼无人机的基础上，首先采用无后坐力发射物品的模型火箭作为装载救援物品的载体；然后设计配置滑块调重心的方法和双开口管道式发射装置，在其内部前置模型火箭，后置配重滑块；接着辅以SLAM激光定位进行飞行器空中自身定位精度提高；最后开发弹道计算程序，提高远距离发射火箭的精度。一种小型无人机空中精准发射救援物品的装置，具体包括：小型多旋翼无人机、遥控器、激光雷达、激光测距仪、单板机、单片机、电打火系统、发射系统、摄像头及图像传输接收模块、云台。图4为装置硬件连接结构示意图。小型多旋翼无人机为整个装置在空中飞行的动力装置，其至少包含飞行控制器、接收机、电子调速器、电机、机架和电源等。遥控器通过无线连接并操控小型多旋翼无人机、控制带摄像头的云台、控制发射系统瞄准发射目标和进行发射操作。激光雷达与单板机相连，用于小型多旋翼无人机空中水平的定位。激光测距仪与单板机相连，用于测量小型多旋翼无人机离地面的高度。单板机用于接收激光雷达、激光测距机、摄像头视频的数据，进行激光定位和弹道计算，并与小型多旋翼无人机的飞行控制器通信。单片机与单板机、电打本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型无人机空中精准发射救援物品的装置，其特征在于：该装置具体包括：小型多旋翼无人机、遥控器、激光雷达、激光测距仪、单板机、单片机、电打火系统、发射系统、摄像头及图像传输接收模块、云台；小型多旋翼无人机为整个装置在空中飞行的动力装置，其至少包含飞行控制器、接收机、电子调速器、电机、机架和电源；遥控器通过无线连接并操控小型多旋翼无人机、控制带摄像头的云台、控制发射系统瞄准发射目标和进行发射操作；激光雷达与单板机相连，用于小型多旋翼无人机空中水平的定位；激光测距仪与单板机相连，用于测量小型多旋翼无人机离地面的高度；单板机用于接收激光雷达、激光测距机、摄像头视频的数据，进行激光定位和弹道计算，并与小型多旋翼无人机的飞行控制器通信；单片机与单板机、电打火系统及接收机相连，解析接收机的数据，控制电打火系统和控制单板机运行弹道计算程序；电打火系统用于接收单片机信号后接通发射系统中模型火箭发动机的电点火头，使模型火箭发射；发射系统，悬挂在小型多旋翼无人机下方，具体包括发射挂架、配重滑块，模型火箭；发射挂架为双开口式管道，其内部设有滑轨，与模型火箭上设置的导向管配合，使模型火箭可以沿滑轨移动；配重滑块，通过该滑轨配合安装并可沿滑轨移动；模型火箭用于装载救援物品，并将其发射到指定位置；该模型火箭主要包括载荷仓、模型火箭发动机及点火装置，该点火装置为电点火头，其载荷仓内部可放灭火弹或者救援物品；摄像头及图像传输接收模块用于将摄像头的画面回传到地面终端显示屏上；云台通过遥控器控制调整摄像头的上下左右的镜头视角。...

【技术特征摘要】
1.一种小型无人机空中精准发射救援物品的装置，其特征在于：该装置具体包括：小型多旋翼无人机、遥控器、激光雷达、激光测距仪、单板机、单片机、电打火系统、发射系统、摄像头及图像传输接收模块、云台；小型多旋翼无人机为整个装置在空中飞行的动力装置，其至少包含飞行控制器、接收机、电子调速器、电机、机架和电源；遥控器通过无线连接并操控小型多旋翼无人机、控制带摄像头的云台、控制发射系统瞄准发射目标和进行发射操作；激光雷达与单板机相连，用于小型多旋翼无人机空中水平的定位；激光测距仪与单板机相连，用于测量小型多旋翼无人机离地面的高度；单板机用于接收激光雷达、激光测距机、摄像头视频的数据，进行激光定位和弹道计算，并与小型多旋翼无人机的飞行控制器通信；单片机与单板机、电打火系统及接收机相连，解析接收机的数据，控制电打火系统和控制单板机运行弹道计算程序；电打火系统用于接收单片机信号后接通发射系统中模型火箭发动机的电点火头，使模型火箭发射；发射系统，悬挂在小型多旋翼无人机下方，具体包括发射挂架、配重滑块，模型火箭；发射挂架为双开口式管道，其内部设有滑轨，与模型火箭上设置的导向管配合，使模型火箭可以沿滑轨移动；配重滑块，通过该滑轨配合安装并可沿滑轨移动；模型火箭用于装载救援物品，并将其发射到指定位置；该模型火箭主要包括载荷仓、模型火箭发动机及点火装置，该点火装置为电点火头，其载荷仓内部可放灭火弹或者救援物品；摄像头及图像传输接收模块用于将摄像头的画面回传到地面终端显示屏上；云台通过遥控器控制调整摄像头的上下左右的镜头视角。2.根据权利要求1所述的一种小型无人机空中精准发射救援物品的装置，其特征在于：所述的装置，其通信方案为：单板机内部运行两个程序，一个是激光SLAM程...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家蔚，
申请(专利权)人：张家蔚，
类型：发明
国别省市：北京,11