一種發射型災難救援和滅火無人機的制作方法

本發明涉及一種飛行器，具體涉及一種發射型災難救援和滅火無人機。

背景技術：

隨著無人機行業的火爆發展，各種各樣的無人飛行器系統被發明出來，用于實現不同的任務作業。無人飛行器按照外形和飛行原理分類，主要有三種類型：固定翼、直升機、多旋翼。其中固定翼型無人機無法垂直起降和懸停，直升飛機和多旋翼無人機都可以垂直起降和懸停。

多旋翼無人機，又稱多軸飛行器，包括4旋翼無人機、6旋翼無人機及8旋翼無人機等，其特征是多個完全一樣的旋翼，成對相向旋轉，產生升力。同時，不同旋翼之間的速度差，產生無人機對地的傾角，從而產生旋轉和向前、向后飛行。因此，多旋翼無人機的操控原理簡單，操控器四個搖桿操作對應飛行器的前后、左右、上下和偏航方向的運動。在自動駕駛儀方面，多旋翼無人機自駕儀控制方法簡單，控制器參數調節也很簡單。多旋翼無人機結構簡單，控制簡單，易于遙操作。

無人直升機的基本特征是具有一個或一對大型的旋翼，其旋翼的面積遠大于多旋翼無人機的旋翼的總面積，因此，其載荷能力和續航能力遠大于多旋翼無人機，其效率也高于多旋翼多旋翼無人機。普通直升機可以相對方便地增加旋翼尺寸，直徑大，效率高，能實現大載荷和高穩定性。當前直升機載荷最大的可以達到數十噸。但是，直升機的旋翼和軸之間有活動的機械連接部件，從而導致直升機的控制復雜，飛行控制算法復雜，遙操作的難度大。

上述無人飛行器都具有垂直起降的特點，已經廣泛地用于各種領域。然而由于無人飛行器的遙操作需要從飛行器的飛控系統到無線通訊、遙操作交互系統、界面等各方面的總體設計，而火災或其它災害現場情況復雜，因此目前還沒有用于火災或者其他災害現場的災難救援和滅火無人機。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種發射型災難救援和滅火無人機，包括無人機本體、滅火彈或救援物資發射裝置、視覺瞄準、視覺導航及傳感裝置、寬帶無線傳輸裝置以及地面遙操作控制裝置等五部分，利用遙操作垂直起降無人飛行器的優勢，裝載災難救援物資或滅火彈飛抵災害現場，通過機載瞄準裝置和發射裝置，準確地投擲滅火彈實現滅火，或者投擲救援物資實施救援。

所述的垂直起降無人機本體為多旋翼無人機，或無人直升機，提供遙操作滅火和救援飛行器的飛行本體，為發射裝置、瞄準裝置等提供飛行運載本體；機載的電源為整個飛行系統，以及無人機的飛控子系統、遙操作子系統、發射子系統等提供能夠能源。機載的電源一般為能量密度比較高的電源裝置，如鋰離子電池、氫電堆發動機等。所述的無人機本體上安裝有照明和信號燈，其中信號燈以一定的頻率閃爍，而照明燈用于夜間飛行，使得遙操作人員及飛行器附近的人員易于觀察。

所述的視覺瞄準、視覺導航及傳感裝置至少包括測距傳感器，紅外/可見光視覺傳感器，溫度傳感器，風速傳感器等多種傳感器，并根據實際需要而加裝用于對火災或者災難現場進行觀察和測量的傳感器。

所述的寬帶無線通訊裝置包括機載編碼模塊和信號發射模塊，以及地面的解碼模塊和接收模塊，用于將視覺等傳感器信息，經過編碼后發送到地面的遙操作控制子系統，使得地面操作人員能夠實時掌握現場情況，同時，地面的操作信息也經過加密編碼后發送到飛行器，用于操作控制整個飛行器及系統。

所述的地面遙操作控制裝置包括用于控制的操縱桿、各種操作開關、一個或多個顯示屏用于顯示視覺傳感器傳回來的現場視頻，溫度、風速等傳感器傳回來的現場狀況，以及飛行器本體傳感器所傳回來的飛行器姿態、飛行速度、航向、位置、飛行器機載電源狀態等信息。所述的地面遙操作控制裝置的一種配置方式是安裝在專業的車上，其車頂可以為遙操作飛行器提供起飛和降落的場地，從而為遙操作飛行器提供地面運輸工具。所述的地面遙操作控制裝置的一種配置方式是將遙操作裝置和可拆卸電池一起整體集成在一個專業的旅行箱內，從而實現快速運輸，在取出電池后，該遙操作裝置可以普通的航空托運。

在火災等災難發生后，所述的遙操作災難救援和滅火飛行器系統，通過公路、飛機等運輸到災難或火災現場附近一個相對安全的地方，展開安裝后，先給地面遙操作控制裝置上電，自檢無誤后，再給飛行器上電，等飛行器自檢通過，遙操作裝置和飛行器建立好聯系后，即可以給飛行器加載災難救援物資或滅火彈等載荷，飛行器進入準備起飛狀態，飛行器的警示燈開始閃爍，如果在夜航狀態，飛行器標志燈也同時開啟。

經過訓練合格的遙操作人員，操作飛行器起飛，執行災難救援或滅火任務。飛行器在起飛階段，升力旋翼逐步加速，提供飛行器的升力，飛控系統根據需要控制飛行器的穩定和姿態。隨著升力旋翼的速度增加，飛行器從地面垂直升起，飛向災難現場。同時，機載的光學、溫度等傳感器開始通過機載電腦加密后經無線通信向地面遙操作控制裝置傳回現場情況和飛行狀態信息。在執行任務階段，遙操作人員在飛行器到達現場后，采用機載瞄準裝置，瞄準目標，發射救援物資或滅火彈。由于該飛行器載有多個救援物資或滅火彈，因此，遙操作人員可以根據需要，重復發射救援物資或滅火彈的操作，實現一個架次的飛行，多點救援或滅火操作。

實施救援或滅火任務后，飛行器飛回指定地點。在降落階段，升力旋翼逐步降低速度，飛行器隨著升力旋翼旋轉速度的降低，從空中垂直降落到地面，無需滑跑或者借助降落傘等設備。飛行器降落后，通過加載燃料或更換電池，加載新的救援物資或滅火彈后，可以再次執行任務。

本發明的遙操作災難救援和滅火垂直起降飛行器系統，通過集成智能化的飛控算法、遙操作算法、飛行器本體、救援載荷、滅火載荷、通訊編解碼及地面遙操作裝置等一體，實現遙操作的救援和滅火系統。本發明的遙操作飛行器可掛載多種載荷，執行災難救援、滅火、戰場支援等多種任務。

為解決上述技術問題，本發明采用的如下技術方案：

(1)一種發射型災難救援和滅火無人機，包括無人機本體(能垂直起降)、發射裝置(用于發射救援物資或滅火彈)、視覺瞄準、視覺導航及傳感裝置、寬帶無線傳輸裝置以及地面遙操作控制裝置；所述發射裝置、視覺瞄準、視覺導航及傳感裝置、寬帶無線傳輸裝置的編解碼模塊和信號收發天線安裝在無人機本體上；所述的地面遙操作控制裝置獨立于無人機本體，通過無線信號傳輸操作指令到飛行器，同時接收并顯示無人機發回的傳感器信息；所述寬帶無線傳輸裝置的地面信號收發天線和地面遙操作控制裝置相連接，其信號經過地面遙操作控制裝置內的信號編解碼模塊編解碼后和無人機本體進行通訊聯系。

(2)根據(1)所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述無人機本體為四軸或六軸或八軸多旋翼無人機，能垂直起降，為所述發射裝置、視覺瞄準、視覺導航及傳感裝置、寬帶無線傳輸裝置的編解碼模塊和信號收發天線等提供飛行運載本體。

(3)根據(1)或(2)所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述無人機本體為由單旋翼或雙旋翼及尾部旋翼所組成的無人直升機，為所述的救援物資或滅火彈發射裝置、視覺瞄準、視覺導航及傳感裝置、寬帶無線傳輸裝置的編解碼模塊和信號收發天線等提供飛行運載本體。

(4)根據(1)-(3)任一項所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述無人機本體包含機載電源和起落架，機載電源一般為能量密度比較高的電源裝置，如鋰離子電池、氫電堆發動機等，所述的機載電源為飛行本體、飛控子系統、遙操作子系統、發射子系統等提供能夠能源；所述的垂直起降無人機本體上安裝有照明和信號燈，其中信號燈以一定的頻率閃爍，而照明燈用于夜間飛行，使得遙操作人員及飛行器附近的人員易于觀察。

(5)根據(1)-(4)任一項所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述發射裝置為水平發射裝置，成對地安裝在無人機本體下方。

(6)根據(1)-(5)任一項所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述發射裝置包括水平發射筒、懸掛鉤、電磁開關及電磁點火等部件；所述的水平發射筒為中空薄壁結構，兩端有自閉式門，用于降低風阻并為其內部的電磁開關、電磁點火部件、滅火彈等提供防水、防風保護；所述的懸掛鉤、電磁開關、電磁點火部件等置于水平發射筒內；所述的滅火彈或救援物資置于水平發射筒內，并懸掛于電磁開關所控制的懸掛鉤上；在接收到發射指令后，所述的電磁開關控制懸掛鉤松開，同時電磁點火部件點燃滅火彈或救援物資后部的火箭推進器，將救援物資或滅火彈自水平發射筒內加速推出，發射至遙操作人員所瞄準的地方。

(7)根據(1)-(6)任一項所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述視覺瞄準、視覺導航及傳感裝置至少包括測距傳感器、紅外/可見光視覺傳感器、溫度傳感器或風速傳感器，并可根據實際需要而加裝用于對火災或者災難現場進行觀察和測量的其他傳感器，安裝在無人機本體上，并由無人機本體的機載電源供電；所述的多種傳感器獲取到的信號發送到無人機本體中的信息處理模塊中，經過壓縮和編碼后，通過機載無線通訊模塊，發送到地面遙操作裝置中。

(8)根據(1)-(7)任一項所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述的寬帶無線通訊裝置包括機載編解碼模塊和信號放大、收發模塊、機載天線，以及地面遙操作控制裝置內的編解碼模塊和信號放大、收發模塊，地面天線。

(9)根據(1)-(8)任一項所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述的機載天線和地面天線為全向天線，用于無人機本體和地面遙操作控制裝置之間的距離為數百米內的近距離寬帶通訊；所述的寬帶無線通訊裝置用于將視覺等傳感器信息，經過編碼后發送到地面的遙操作控制子系統，使得地面操作人員能夠實時掌握現場情況，同時，地面的操作信息也經過編碼后發送到飛行器，用于操作控制整個飛行器及系統。

(10)根據(1)-(9)任一項所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述的機載天線和地面天線為自動追蹤定向天線，根據地面天線的gps位置和無人機本體當前的gps位置，自動調節定向天線的方向，使得兩者始終保持面對面的通訊狀態。所述的機載天線和地面天線為自動追蹤定向天線用于無人機本體和地面遙操作控制裝置之間的距離為數十千米內的遠距離寬帶通訊；所述的寬帶無線通訊裝置用于將視覺等傳感器信息，經過編碼后發送到地面的遙操作控制子系統，使得地面操作人員能夠實時掌握現場情況，同時，地面的操作信息也經過編碼后發送到飛行器，用于操作控制整個飛行器及系統。

(11)根據(1)-(10)任一項所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述地面遙操作控制裝置包括操縱桿、操作開關和顯示屏，所述顯示屏用于顯示視覺傳感器傳回來的現場視頻，飛行器本體傳感器所傳回來的飛行器姿態、飛行速度、航向、位置、飛行器機載電源狀態等信息，以及其他傳感器傳回來的溫度、風速等傳感器傳回來的現場狀況。

(12)根據(1)-(11)任一項所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述的地面遙操作控制裝置和可拆卸電池一起整體集成在旅行箱內，從而實現快速運輸，在取出電池后，該遙操作裝置可以普通的航空托運。

(13)根據(1)-(12)任一項所述的發射型災難救援和滅火無人機，所述的地面遙操作控制裝置安裝在專用車的車廂內，所述專用車的車頂為遙操作飛行器提供起飛和降落的場地，車載電源為地面遙操作裝置提供電源，車輛本身為發射型災難救援和滅火無人機提供地面運輸工具。

本發明提供的發射型災難救援和滅火無人機，為采用垂直起降無人機運載、高帶寬通訊、地面遙操作控制等部分所組成的空中災難救援和滅火系統，將災難救援從地面擴展到空中，可以用于地面難以企及的高樓救援和滅火，森林火災，或者海面事故救援、滅火等。本發明采用的遙操作方案，其下行的傳感器信息和上行的操作指令均采用加密算法和寬帶傳輸，保證了上下行信號傳輸的效率和抗干擾性能。本發明提供的救援物資和滅火彈發射裝置為通用裝置，可以發射滅火彈等多種救援、滅火物資。火箭推動的水平發射裝置還可以裝載破窗器，用于高樓救援時擊破玻璃幕墻、玻璃窗等，利于高樓救援和逃生。

現有技術中，多旋翼無人機或直升機的操作均通過目視進行，只能在可視范圍內使用，不具有下行傳感器信息和上行遙操作信息的加密寬帶傳輸，和本發明的技術有著本質的區別。現有技術中，地面的救火車和空中的救援直升機，均為有人操作，和本發明的技術有著本質的區別。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1為具有四個發射裝置的六旋翼災難救援、滅火無人機的俯視結構示意圖；

圖2為具有四個發射裝置的六旋翼災難救援、滅火無人機的前視結構示意圖；

圖3為具有四個發射裝置的六旋翼災難救援、滅火無人機的側視結構示意圖；

圖4為具有四個發射裝置的直升機災難救援、滅火無人機的俯視結構示意圖；

圖5為具有四個發射裝置的直升機災難救援、滅火無人機的前視結構示意圖；

圖6為具有四個發射裝置的直升機災難救援、滅火無人機的側視結構示意圖；

圖7為遙操作平臺結構示意圖。

圖中，1為無人機本體，2為無人機旋翼，3為機載電源，4為視覺瞄準、視覺導航及傳感裝置，6為起落架，7為發射裝置，8為發射裝置內的電控觸發機關,10為視覺瞄準、視覺導航傳感器，11為通訊天線，13為圖傳天線，12和14為顯示屏，分別顯示圖傳的現場視頻和飛行器的飛行參數；15為飛行控制按鍵；16為可升降的飛行器操作手柄，17為飛行控制旋鈕；18為旅行箱。

具體實施方式

實施例1：一種六旋翼發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機

如圖1、2、3、7所示，一種六旋翼發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機，包括無人機本體1，六個無人機旋翼2，及起落架6；機載電源3為整個無人機本體的飛行、飛行器系統的遙操作、通訊等提供電源；視覺瞄準、視覺導航及傳感裝置4，為遙操作發射提供下視的視頻圖像和目標瞄準，使得遙操作者能夠根據現場視頻和瞄準裝置而進行準確地發射；發射裝置7掛在無人機本體的機臂上，共可以掛四個，所述的發射裝置內有電控觸發機關8，可以根據遙操作的指令打開發射裝置，釋放滅火彈或救援物質；遙操作平臺包括通訊天線11和圖傳天線13，用于分別傳輸視頻圖像和無人機系統飛行參數；從現場和無人機回傳的現場視頻和無人機飛行數據分別顯示在顯示屏12和14上；遙操作平臺集成在旅行箱18內，內裝電池，為整個操作平臺提供電源，并方便運輸；所述的遙操作平臺箱體內有各種飛行控制按鍵15；可升降的飛行器操作手柄16，及飛行控制旋鈕17，用于對無人機和發射裝置的控制。

所述的六旋翼發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機具體控制方法如下：

(1)系統運輸：由于災難發生的不確定性，而無人機本體的飛行距離和飛行時間均是有限的。因此，真正實施救援前，需要將所述的六旋翼發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機用其他交通工具運抵現場附近安全且場地開闊，空中障礙物少，易于飛行器起降的地方，展開部署，等待系統自檢完畢。

(2)救援飛行：遙操作手在等待系統自檢完畢，系統一切正常后，開始對所述的六旋翼發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機進行裝彈或救援物資，由于救援物資懸掛裝置位于機臂上，因此，救援物資必須成對懸掛，飛行器自動投放。遙操作手在檢查無誤后，進入起飛操作程序。

(3)遙操作飛行：遙操作手在確認系統一切正常，明確飛行目的地的gps坐標、救援任務后，慢慢推動飛行器的油門，使得飛行器緩慢起飛，進一步檢查飛行器回傳的視頻圖像、飛行參數等一切正常后，將飛行器飛到指定高度并非達救援地點，根據飛行器傳回的視頻圖像和瞄準地點，投放滅火彈或救援物資，同時在確認后及時飛離現場。

(4)多次飛行：遙操作手在執行完畢任務后，確認系統一切正常，重新為所述的無人機加載滅火或救援物資，更新系統能源，再次明確飛行目的地的gps坐標、救援任務后，慢慢推動飛行器的油門，使得飛行器緩慢起飛，進一步檢查飛行器回傳的視頻圖像、飛行參數等一切正常后，將飛行器飛到指定高度并非達救援地點，根據飛行器傳回的視頻圖像和瞄準地點，投放滅火彈或救援物資，同時在確認后及時飛離現場。

傳統的多旋翼無人機，使用遙控器操作，并不具有發射和實時視頻傳輸、遙操作等功能，不構成遙操作飛行發射系統，與本發明所述的六旋翼發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機構成原理和發射原理等方面完全不同。

傳統的地面火災現場救援或滅火機器人，使用遙控器操作，并不具有飛行發射、實時視頻傳輸、遙操作等功能，不構成遙操作飛行發射系統，與本發明所述的六旋翼發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機構成原理和發射原理等方面完全不同。

實施例2：一種直升機發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機

如圖4、5、6、7所示，一種直升機發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機，包括無人機本體1，無人機旋翼2，及起落架6；機載電源3為整個無人機本體的飛行、飛行器系統的遙操作、通訊等提供電源；視覺瞄準、視覺導航及傳感裝置4，為遙操作發射提供下視的視頻圖像和目標瞄準，使得遙操作者能夠根據現場視頻和瞄準裝置而進行準確地發射；發射裝置7掛在無人機本體的機臂上，共可以掛四個，所述的發射裝置內有電控觸發機關8，可以根據遙操作的指令打開發射裝置，釋放滅火彈或救援物質；遙操作平臺包括通訊天線和圖傳天線11與13，用于分別傳輸視頻圖像和無人機系統飛行參數；從現場和無人機回傳的現場視頻和無人機飛行數據分別顯示在顯示屏12和14上；遙操作平臺集成在旅行箱18內，內裝電池，為整個操作平臺提供電源，并方便運輸；所述的遙操作平臺箱體內有各種飛行控制按鍵15；可升降的飛行器操作手柄16，及飛行控制旋鈕17，用于對無人機和發射裝置的控制。

所述的直升機發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機具體控制方法如下：

(1)系統運輸：由于災難發生的不確定性，而無人機本體的飛行距離和飛行時間均是有限的。因此，真正實施救援前，需要將所述的直升機型發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機用其他交通工具運抵現場附近安全且場地開闊，空中障礙物少，易于飛行器起降的地方，展開部署，等待系統自檢完畢；

(2)救援飛行：遙操作手在等待系統自檢完畢，系統一切正常后，開始對所述的直升機型發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機進行裝彈或救援物資，由于救援物資懸掛裝置位于機臂上，因此，救援物資必須成對懸掛，飛行器自動投放。遙操作手在檢查無誤后，進入起飛操作程序。

(3)遙操作飛行：遙操作手在確認系統一切正常，明確飛行目的地的gps坐標、救援任務后，慢慢推動飛行器的油門，使得飛行器緩慢起飛，進一步檢查飛行器回傳的視頻圖像、飛行參數等一切正常后，將飛行器飛到指定高度并非達救援地點，根據飛行器傳回的視頻圖像和瞄準地點，投放滅火彈或救援物資，同時在確認后及時飛離現場。

(4)多次飛行：遙操作手在執行完畢任務后，確認系統一切正常，重新為所述的無人機加載滅火或救援物資，更新系統能源，再次明確飛行目的地的gps坐標、救援任務后，慢慢推動飛行器的油門，使得飛行器緩慢起飛，進一步檢查飛行器回傳的視頻圖像、飛行參數等一切正常后，將飛行器飛到指定高度并非達救援地點，根據飛行器傳回的視頻圖像和瞄準地點，投放滅火彈或救援物資，同時在確認后及時飛離現場。

傳統的直升機型無人機，使用遙控器操作，并不具有發射和實時視頻傳輸、遙操作等功能，不構成遙操作飛行發射系統，與本發明所述的直升機型發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機構成原理和發射原理等方面完全不同。

傳統的地面火災現場救援或滅火機器人，使用遙控器操作，并不具有飛行發射、實時視頻傳輸、遙操作等功能，不構成遙操作飛行發射系統，與本發明所述的直升機發射型遙操作災難救援和滅火垂直起降無人機構成原理和發射原理等方面完全不同。

上述實施例并非具體實施方式的窮舉，還可有其他的實施例，上述實施例目的在于說明本發明，而非限制本發明的保護范圍，所有由本發明簡單變化而來的應用均落在本發明的保護范圍內。