一种自平衡增稳式系留无人机系统及其消防灭火系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种自平衡增稳式系留无人机系统及其消防灭火系统，自平衡增稳式系留无人机系统包括：系留无人机以及可控稳定喷射机构，可控稳定喷射机构包括可伸缩管和两轴增稳机构，可伸缩管用于喷射消防用灭火剂，两轴增稳机构连接并控制可伸缩管，两轴增稳机构包括第一旋转轴，第二旋转轴，上端部及机械接口，第一旋转轴和第二旋转轴均通过步进电机控制，用于控制可控稳定喷射机构的水平和上下偏移角度，第二旋转轴嵌置在第一旋转轴内部并且两旋转轴的两臂同向紧密贴合连接，上端部的下端面与第一旋转轴的上端面机械连接，上端面通过机械连接端口与系留无人机的底部连接，机械接口具有多个，分别设置在第二旋转轴与第一旋转轴的两臂贴合处。转轴的两臂贴合处。转轴的两臂贴合处。

【技术实现步骤摘要】
一种自平衡增稳式系留无人机系统及其消防灭火系统


[0001]本技术属于消防灭火
，尤其涉及一种自平衡增稳式系留无人机系统及其消防灭火系统。

技术介绍

[0002]近年来高层建筑在城市中的分布逐渐增多，威胁高层建筑安全的首要问题就是火灾，由于高层建筑的特性，在高层建筑内发生火灾后，由于大部分高层建筑拥有诸多贯穿空间和井道，因此火势可以沿着水平和垂直两方向蔓延，并且很容易产生烟囱效应。现有消防设备包括高压水枪、消防云梯车、传统无人机等，现有消防设备对于高层建筑灭火存在以下不足：（1）由于操作人员站位和水压的限制，高压水枪只能完成较低楼层的灭火任务；（2）消防云梯车受到火场建筑周围的环境因素影响较大，并且展开时间较长，对于在云梯车上进行灭火任务的消防员也存在较高风险；云梯车大多依赖进口，并且尚不能满足超高建筑的火灾灭火需要；（3）传统无人机受载重和续航问题的限制，灭火效率低；自动化程度不高；传统无人机搭载的任务系统不完善。
[0003]总之，以上传统的灭火设备对于高层建筑灭火效果不佳，特别是100米以上高层建筑灭火成为世界性难题。
[0004]此外，现有技术中也有系留机器人在消防救援领域的应用，通常，现有技术中系留无人机系统包括：系留无人机、环境监测单元、灭火单元和救援弹射单元；其中环境监测单元、灭火单元和救援弹射单元均安装在系留无人机上，环境监测单元于监测系留无人机所处的环境信息，其中环境信息包括系留无人机的周侧影像、物体距离和温度等；救援弹射单元用于弹射灭火介质，如装载有防毒面具的救援弹；灭火单元用于喷射灭火剂，如水、干粉等。系留无人机上还安装有救援扩音器(如高音喇叭)和救援照明灯，救援扩音器便于对被困人员进行广播或者对话，救援照明灯则用于提供照明，便于后续的救援作业。然而，该技术方案存在如下技术缺陷：
[0005]（1）系留无人机的动力系统布置为矩形布置，并且消防水炮、灭火弹发射装置和破窗枪均布置在矩形布置的短边上，当这些装置工作所产生突变冲击载荷对无人机姿态造成冲击时，由于短边方向上的动力系统拉力线距离比较近，产生的突变冲击载荷容易对无人机姿态造成冲击，所以该系统的飞行稳定性差；
[0006]（2）即使为了平衡一部分冲击力而增加反推风扇，但是系统的重量会增大，系统耗电和功率也会大幅提高，为线路带来额外的负担，同时也增大了飞控的计算量；
[0007]（3）风扇的反推力同样会对无人机造成冲击，增加系统的不稳定性；
[0008]（4）消防水炮的长度不能伸缩，所以在灭火时无人机距离建筑和火患处距离较近，火患的气流和温度对无人机影响较大。
[0009]综上所述，需要提供更为有效的高层建筑的灭火设施应对现有技术的缺陷。

技术实现思路

[0010]本技术的目的是提供一种大载重、长航时、控制稳定、自动化程度高的基于自平衡增稳式系留无人机的消防救援系统及其控制方法，在系留无人机上同时设置可精准控制的稳定喷射机构，使得系留无人机具有高空中精准灭火功能，在面对高层建筑消防灭火情况下，根据现场实时监测系统实时采集现场的图像信息，能够及时高效的让消防员对现场做出最快捷有效的灭火及救援手段，不仅能够保障消防救援的及时性，同时也能提高消防救援的灵活性；同时提供舵机旋转机构能够在紧急情况下快速抛离系留无人机失稳的线缆和软管，回到稳定飞行状态。
[0011]本技术一方面提供了一种自平衡增稳式系留无人机系统，包括：
[0012]系留无人机以及设置在所述系留无人机上的可控稳定喷射机构，其中，所述系留无人机通过管缆系统与地面连接，所述可控稳定喷射机构包括可伸缩管和两轴增稳机构，所述可伸缩管用于喷射消防用灭火剂，所述两轴增稳机构连接并控制所述可伸缩管，所述两轴增稳机构包括第一旋转轴，第二旋转轴，上端部以及机械接口，其中所述第一旋转轴和第二旋转轴均通过步进电机控制，用于控制可控稳定喷射机构的水平和上下偏移角度，所述第二旋转轴嵌置在所述第一旋转轴内部并且第二旋转轴的两臂与所述第一旋转轴的两臂同向紧密贴合连接，所述上端部的下端面与所述第一旋转轴的上端面机械连接，所述上端部的上端面通过机械连接端口与所述系留无人机的底部连接，所述机械接口具有多个，分别设置在所述第二旋转轴的两臂与所述第一旋转轴两臂贴合处，通过所述机械接口将所述可控稳定喷射机构与所述第一旋转轴和所述第二旋转轴连接；
[0013]所述系留无人机的主体下方设置起落架。
[0014]优选的，可控稳定喷射机构上设置舵机旋转机构，所述管缆系统的一端通过所述舵机旋转机构与地面的消防车或无人机承载运输车连接使用，从而能在发生意外情况时通过机载飞控系统控制舵机旋转机构动作，使所述管缆系统与系留无人机脱离；其中，
[0015]所述舵机旋转机构包括无人机固定端上下接头旋转防拉脱结构及旋转锁紧机构，所述线缆快插接头为L型结构，无人机固定端位于L型结构的一个臂上，上下接头旋转防拉脱结构以及旋转锁紧机构位于另一个臂上，无人机固定端和上下接头旋转防拉脱结构通过旋转锁紧机构连接，无人机固定端的一端固定在无人机上，上下接头旋转防拉脱结构用于使得能源电缆、通信线缆以及消防软管的上下两个接头连接后不会被拉力拉脱开，上下两个接头连接完全后，通过旋转锁紧机构使两个接头连接锁紧，旋转锁紧机构通过两个舵机作为执行机构，所述执行机构为旋转舵机或直线舵机；在机载飞控系统的控制下，其中一个舵机控制旋转锁紧机构正反向旋转来锁紧和放开能源电缆、通信线缆以及消防软管的上下两个接头，另一个舵机控制上下两个接头从旋转防拉脱机构中分离，最终完成两个接头的分离。
[0016]优选的，所述管缆系统包括：为所述自平衡增稳式系留无人机系统供油或电的能源电缆、自平衡增稳式系留无人机系统与地面保障系统通信的通信线缆以及为所述自平衡增稳式系留无人机系统提供灭火介质的消防软管。
[0017]优选的，还包括：现场实时监测系统、告警系统，避障及防撞系统、破窗机构以及机载飞控系统；所述现场实时监测系统、告警系统，避障及防撞系统以及破窗机构均安装在系留无人机上；其中，所述现场实时监测系统由光电吊舱、监测摄像头、激光雷达、毫米波雷
达、超声波传感器以及差分定位天线中的一种或多种组成，用于将火场实时情况通过图像和测距数据的形式传输给现场指挥车；
[0018]所述告警系统包括语音告警器和灯光告警器，用于基于接收到的控制指令分别实施语音告警/告诫和灯光告警/告诫；
[0019]所述避障及防撞系统于确保无人机在执行灭火任务时不会撞到障碍物；
[0020]所述破窗机构与所述告警系统均设置在所述系留无人机的机身下方，所述破窗机构包括破窗弹发射机构。
[0021]优选的，所述避障及防撞系统包括毫米波雷达作为传感器形成毫米波避障及防撞系统，毫米波避障防撞系统将系留无人机的速度和距离、光电吊舱提供的画面、激光雷达、毫米波雷达、超声波传感器和/或差分定位天线中任意一个或多个提供的测距数据与高层建筑三维模型进行融合匹配后获得匹配结果，将匹配结果发送给地面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自平衡增稳式系留无人机系统，其特征在于，包括：系留无人机（1）以及设置在所述系留无人机（1）上的可控稳定喷射机构（2），其中，所述系留无人机（1）通过管缆系统与地面保障系统连接，所述可控稳定喷射机构（2）包括可伸缩管和两轴增稳机构，所述可伸缩管用于喷射消防用灭火剂，所述两轴增稳机构连接并控制所述可伸缩管，所述两轴增稳机构包括第一旋转轴（21），第二旋转轴（22），上端部（23）以及机械接口（24），其中所述第一旋转轴（21）和第二旋转轴（22）均通过步进电机控制，用于控制可控稳定喷射机构的水平和上下偏移角度，所述第二旋转轴（22）嵌置在所述第一旋转轴（21）内部并且第二旋转轴（22）的两臂与所述第一旋转轴（21）的两臂同向紧密贴合连接，所述上端部（23）的下端面与所述第一旋转轴（21）的上端面机械连接，所述上端部（23）的上端面通过机械连接端口与所述系留无人机（1）的底部连接，所述机械接口（24）具有多个，分别设置在所述第二旋转轴（22）的两臂与所述第一旋转轴（21）的两臂贴合处，通过所述机械接口（24）将所述可控稳定喷射机构与所述第一旋转轴（21）和所述第二旋转轴（22）连接；所述系留无人机（1）的主体下方设置起落架（13）。2.根据权利要求1所述的一种自平衡增稳式系留无人机系统，其特征在于，可控稳定喷射机构上设置舵机旋转机构，所述管缆系统的一端通过所述舵机旋转机构与地面的消防车或无人机承载运输车连接使用；其中，所述舵机旋转机构包括无人机固定端（A）、上下接头旋转防拉脱结构（B）以及旋转锁紧机构（C），线缆快插接头为L型结构，无人机固定端（A）位于L型结构的一个臂上，上下接头旋转防拉脱结构（B）以及旋转锁紧机构（C）位于另一个臂上，无人机固定端（A）和上下接头旋转防拉脱结构（B）通过旋转锁紧机构（C）连接，无人机固定端（A）的一端固定在无人机上，上下接头旋转防拉脱结构（B）用于使得能源电缆、通信线缆以及消防软管的上下两个接头连接后不会被拉力拉脱开，上下两个接头连接完全后，通过旋转锁紧机构（C）使两个接头连接锁紧，旋转锁紧机构（C）通过两个舵机作为执行机构，所述执行机构为旋转舵机或直线舵机。3.根据权利要求2所述的一种自平衡增稳式系留无人机系统，其特征在于，所述管缆系统包括：为所述自平衡增稳式系留无人机系统供油或...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾世瑞，徐建华，莫莉，项滨东，张震，孔凡忠，徐宏英，汤远，
申请(专利权)人：新兴际华集团有限公司，
类型：新型
国别省市：