一种无人机专用空中爆开灭火弹、投放装置及投放方法与流程

1.本发明涉及灭火弹领域，具体涉及一种无人机专用空中爆开灭火弹、投放装置及投放方 法。


背景技术：

2.目前的无人机灭火方式主要采用的是抛投灭火弹，但是常规的灭火弹主要为圆形或其他 形状，在运输过程中容易碰撞爆开，在从高空抛下后在地面会发生滚动，且灭火弹需要在燃 烧的火源中点燃引信才会爆开，该方式可能需要几秒的时间，灭火弹可能早已滚出火焰区域， 因此导致灭火弹无法在实际应用中准确的消灭火点。
3.地面爆开的灭火弹，灭火范围相对较小，灭火剂分布不均匀。而如果改成触地爆开式灭 火弹，那么灭火弹可能会因为在运输或者使用过程中因为碰撞爆开，非常不安全，且抛投时 会对地面人员造成危险。
4.常规方式抛投的灭火弹，很难精准投放，增加了使用的时间和物资，造成浪费以及更多 的风险。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是现有技术中灭火弹无法精准灭火、在运输过程中容易碰撞 爆开和无法实现灭火弹的定时爆炸等技术问题，目的在于提供一种无人机专用空中爆开灭火 弹、投放装置及投放方法，本发明能使得灭火弹投放的定位更加精准，以免错投，而空中爆 开可以使得灭火剂分散更加均匀，灭火效果更好。灭火弹需要人工开启并获得控制信号才会 爆开，运输使用更加安全。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种无人机专用空中爆开灭火弹，包括：保护壳；所述保护壳的内部靠近内壁的两侧设 置有无线接收及控制器，所述保护壳的内部还设置有驱动介质，所述驱动介质上设置有用于 引爆驱动介质的电触发引信，所述保护壳的外壁上设置有电池盒，所述电池盒上设置有电源 开关和指示灯；所述电池盒供电于无线接收及控制器，所述无线接收及控制器控制所述触发 引信，所述触发引信采用电触发引信，所述保护壳的内部还设置有灭火剂。进一步，无线接 收及控制器对称分布，对称分布的两个无线接收及控制器，保证能够准确接收到飞行器信号 (主要包括抛投仓是否成功打开的信号以及爆开的时间t2)，该单元通过接收来自飞行器的信 号控制灭火弹的电触发引信，从而控制爆开时间；电池盒，装有可以拆卸的电池，用于提供 驱动灭火弹各部分工作的电力，电池盒上有电源开关切断或打开电源，当电源开关关闭，灭 火弹将无法启动不会爆开，当电源开关打开，灭火球电路激活，但仍然需要相应控制信号才 会引爆，指示灯与无线接收及控制器和电池盒相连，通过不同闪烁状态指示当前灭火弹的工 作状态；保护壳用于保护结构内各元件，同时也是灭火剂等的容器；灭火剂为灭火弹的主要 工作单元，用于灭火，同时也是缓冲剂，保护结构内的各单元，不会因为撞击等爆开。
8.驱动介质为灭火弹爆开的动力驱动介质，其分布情况由灭火效果决定，可集中放置或均 匀分布于灭火弹内；电触发引信会依据接收到的信号引爆驱动介质。所述保护壳为球形。
9.进一步，所述指示灯同时连接电池盒和无线接收及控制器，通过不同的闪烁状态提示灭 火弹的工作状态。
10.一种无人机专用投放控制装置，所述抛投仓内设置有任意一项所述的灭火弹；包括云台 吊舱模块和抛投仓，所述云台吊舱模块包括相机、相机镜头和测距仪；所述抛投仓内安放有 上述的灭火弹；所述相机镜头和测距仪设置在相机上。所述测距仪发射激光束到地面，再接 收反射信号，依据发射和接收的信号时间差计算测量位置与无人机的距离s；当测距仪为垂 直向下时，此时测得的距离为无人机与地面的垂直高度h，此时将触发数据处理模块计算当 前无人机高度到地面灭火弹自由落体的爆开时间t1。测距仪发射的激光束会在地面形成光 斑，当测距仪垂直向下的时候，这个光斑即为无人机在地面上的投影，地面人员通过传回的 图像确认目标位置与光斑重叠，此时无人机即已准确到达预订目标位置上空。依据这个光斑 的位置可以辅助定位无人机在地面投影的位置，从而使灭火弹投放更加精准。
11.其中，还包括数据处理模块、信号接收及发射模块、图传数传一体模块、无人机的地面 控制端、如上所述一种无人机专用空中爆开灭火弹中的无线接收及控制器和抛投仓控制板； 所述数据处理模块通信连接所述测距仪和所述相机；所述数据处理模块和信号接收及发射模 块之间通信连接；所述图传数传一体模块通过无线信号传输图像和数据到地面控制端；所述 无人机的地面控制端与信号接收及发射模块之间通信连接；所述无线接收及控制器与信号接 收及发射模块之间通信连接；所述抛投仓控制板与信号接收及发射模块之间通信连接，所述 抛投仓控制板与抛投仓之间电连接。
12.进一步，还包括减震连接球和挂载板；所述减震连接球均匀设置在挂载板顶面上，所述 云台吊舱还包括云台稳定器，所述云台稳定器安装在挂载板底面上。进一步减震连接球设置 在挂载板顶面的四个角，所述云台稳定器安装在挂载板底面上。
13.云台稳定器包括减震连接球、第一连接件、第二连接件、第三连接件、x轴电机、y轴 电机和z轴电机，所述挂载板底面的中部连接第一连接件的一侧，所述第一连接件远离挂载 板的一侧连接z轴电机的一侧，所述z轴电机的另一侧和x轴电机的一侧之间通过第二连接 件连接，所述x轴电机的另一侧与y轴电机的一侧之间通过第三连接件连接；所述相机设置 在y轴电机的下侧。
14.进一步，所述减震连接球与所述挂载板柔性固定连接，减少无人机与挂载板之间的震动 传递，实现减震的功能。
15.进一步，所述云台吊舱还包括电调组和陀螺仪云台控制板，所述陀螺仪云台控制板发出 控制信号给驱动电调组；所述电调组根据陀螺仪云台控制板发出控制信号控制z轴电机、x 轴电机和y轴电机在z、x和y三个轴向三个轴向进行转动并间接的控制相机和测距仪稳定 转动，并消除相机和测距仪的抖动。
16.进一步，所述云台吊舱还包括图传数传一体模块，所述图传数传一体模块通信连接相机 和测距仪，所述图传数传一体模块用于把相机和测距仪采集的图像和距离信息传输至无人机 的地面控制端。
17.进一步，所述测距仪采用激光测距仪，所述激光测距仪发射激光束到地面，再接收反射 信号，依据发射和接收的信号时间差计算测量位置与无人机的距离s；
18.一种无人机专用空中投放方法，所述一种无人机专用空中投放方法基于上述中任意一项 一种无人机专用投放控制系统，所述一种无人机专用空中投放方法执行以下步骤：
19.s1：无人机起飞后，相机和测距仪开始工作采集图像信息和距离信息s，并利用图传数传 一体模块将图像信息和距离信息s发回到地面控制端，供地面人员查阅。无人机在到达目标 物上空后，利用测距仪垂直向下投影在地面的光斑准确定位地表目标位置，地面人员通过传 回的图像确认目标位置与光斑重叠，此时无人机即已准确到达预订目标位置上空。测距仪垂 直向下时将触发采集高度信息h发送至数据处理模块进行预处理，得到假想触地爆开时间 t1；
20.s2：数据处理模块将假想触地爆开时间t1通过信号接收及发射模块发送至无人机的地面 控制端；
21.s3：无人机的地面控制端根据步骤s1所计算的假想触地爆开时间t1，进行实际需求判 断，即判断是否延迟或加快，得到实际触地爆开时间t2；
22.s4：在得到实际触地爆开时间t2后，无人机的地面控制端将打开抛投仓指令通过信号接 收及发射模块发送至抛投仓控制板(23)；
23.s5：抛投仓控制板控制抛投仓进行打开，若打开成功，抛投仓控制板反馈一个打开成功 信号通过信号接收及发射模块发送至无线接收及控制器；若打开失败，抛投仓控制板反馈一 个打开失败信号通过信号接收及发射模块发送至无线接收及控制器。
24.s6:无线接收及控制器接收到仓门打开成功的信号，触发自身控制部分开始倒计时t2，即， 将在t2时刻后触发电触发引信；如果收到仓门打开失败的信号，则不触发倒计时，电触发引 信不会被触发；
25.s7：无线接收及控制器的控制信号触发电触发引信，电触发引信引爆驱动介质，驱动介 质使得保护壳破裂并推动灭火剂均匀撒开覆盖目标位置，消灭火源。
26.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
27.本发明一种无人机专用空中爆开灭火弹、投放装置及投放方法，灭火弹是在空中爆开的， 不会滚动，因此可以精准的消灭火点；灭火弹在空中爆开，只要精准的控制爆开时间，那么 就能够精准的控制灭火范围，且灭火剂分布相对更加均匀；空中爆开的灭火弹，因为不接触 地面，因此地面未被发现的人员会相对比较安全，不会被灭火弹击中；空中爆开的灭火弹， 运输过程中以及使用过程中，不会被引爆，因此非常安全；本发明能够精准的定位地面目标 位置，增加了抛投的准确性，减小了浪费和风险，增加了救援效率。
28.该发明采用激光光斑重叠定位，使得抛投的定位更加精准，以免错投。解决了灭火弹滚 动导致灭火不精准的难题。空中爆开可以使得灭火剂分散更加均匀，灭火效果更好。空中爆 开可以一定程度增加有效灭火范围。空中爆开的灭火弹，不会对地面人员造成风险。灭火弹 需要人工开启并获得控制信号才会爆开，运输使用更加安全。精准投放可以减少灭火弹浪费。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部
分，并不 构成对本发明实施例的限定。在附图中：
30.图1是本发明灭火弹结构示意图；
31.图2是灭火弹控制系统结构示意图。
32.附图标记
[0033]1‑
无线接收及控制器；2
‑
电源开关；3
‑
指示灯；4
‑
电池盒；5
‑
触发引信；6
‑
驱动介质；7
‑ꢀ
灭火剂；8
‑
保护壳；9
‑
减震连接球；10
‑
挂载板；111
‑
第一连接件；112
‑
第二连接件；113
‑
第三 连接件；12
‑
x轴电机；13
‑
y轴电机；14
‑
z轴电机；15
‑
驱动电调组；16
‑
陀螺仪云台控制板； 17
‑
相机；18
‑
相机镜头；19
‑
激光测距仪；20
‑
图传数传一体模块；21
‑
数据处理模块；22
‑
信号 接收及发射模块；23
‑
抛投仓控制板；24
‑
抛投仓；25
‑
无人机的地面控制端。
具体实施方式
[0034]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明 作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本 发明的限定。
[0035]
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域 普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避 免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
[0036]
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着： 结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此， 在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不 一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结 构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提 供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或
”ꢀ
包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0037]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、
ꢀ“
下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示 所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发 明保护范围的限制。
[0038]
实施例一
[0039]
如图1所示，一种无人机专用空中爆开灭火弹，包括：保护壳8；保护壳8的内部对称设置 有无线接收及控制器1，保护壳8的内部还设置有驱动介质6，驱动介质6上设置有用于引爆驱 动介质6的电触发引信5，保护壳8的外壁上设置有电池盒4，电池盒4上设置有电源开关2和指 示灯3；电池盒4供电于无线接收及控制器1，无线接收及控制器1控制电触发引信5，保护壳8 的内部还设置有灭火剂7。对称分布的两个无线接收及控制器，保证能够准确接收到飞行器信 号(主要包括抛投仓打开时间及测距仪测得的距离)，该单元通过接收来自飞行器的信号控制 灭火弹的电触发引信5，从而控制爆开时间；电池盒4，装有可以拆卸的电池，用于提供驱动 灭火弹各部分工作的电力，电池盒4上有电源开关2切断或打开电源，当电源开关2关闭，灭火 弹将无法启动不会爆开，当电源开关2打开，灭火球电路激活，但仍然需要相应控制信号才会 引爆，指示灯3与无线接收及控制器1和电池盒4相连，通过
不同闪烁状态指示当前灭火弹的工 作状态；保护壳8用于保护结构内各元件，同时也是灭火剂等的容器；灭火剂7为灭火弹的主 要工作单元，用于灭火，同时也是缓冲剂，保护结构内的各单元，不会因为撞击等爆开。
[0040]
驱动介质为灭火弹爆开的动力驱动介质，其分布情况由灭火效果决定，可集中放置或均 匀分布于灭火弹内；电触发引信5会依据接收到的信号引爆驱动介质6。保护壳8为球形。
[0041]
指示灯3同时连接电池盒4和无线接收及控制器1，通过不同的闪烁状态提示灭火弹的 工作状态。
[0042]
如图2所示，一种无人机专用投放控制装置，该无人机专用投放控制装置可固定在无人 机的机翼下方或者位于无人机的腹部下面，包括云台吊舱模块和抛投仓24，所述云台吊舱模 块包括相机17、相机镜头18和测距仪19；所述抛投仓24内设置有上所述的灭火弹；所述相 机镜头18和测距仪19设置在相机17上。
[0043]
测距仪19发射激光束到地面，再接收反射信号，依据发射和接收的信号时间差计算测量 位置与无人机的距离s；其中，还包括数据处理模块21、信号接收及发射模块22、无人机的 地面控制端25、如上所述的一种无人机专用空中爆开灭火弹中的无线接收及控制器1和抛投 仓控制板23；数据处理模块21通信连接测距仪19和相机17；数据处理模块21和信号接收 及发射模块22之间通信连接；无人机的地面控制端25与信号接收及发射模块22之间通信连 接；无线接收及控制器1与信号接收及发射模块22之间通信连接；抛投仓控制板23与信号 接收及发射模块22之间通信连接，抛投仓控制板23与抛投仓24之间电连接。
[0044]
可以理解：灭火弹是在空中爆开的，不会滚动，因此可以精准的消灭火点；灭火弹在空 中爆开，只要精准的控制爆开时间，那么就能够精准的控制灭火范围，且灭火剂分布相对更 加均匀；空中爆开的灭火弹，因为不接触地面，因此地面未被发现的人员会相对比较安全， 不会被灭火弹击中；空中爆开的灭火弹，运输过程中以及使用过程中，不会被引爆，因此非 常安全；本发明能够精准的定位地面目标位置，增加了抛投的准确性，减小了浪费和风险， 增加了救援效率。
[0045]
还包括减震连接球9和挂载板10；所述减震连接球9均匀设置在挂载板10顶面上，所 述云台吊舱还包括云台稳定器，所述云台稳定器安装在挂载板10底面上。
[0046]
所述云台稳定器包括：包括减震连接球9、第一连接件111、第二连接件112、第三连接 件113、x轴电机12、y轴电机13和z轴电机14，减震连接球9设置在挂载板10顶面的四 个角，挂载板10底面的中部连接连接件11的一侧，第一连接件111远离挂载板10的一侧连 接z轴电机14的一侧，z轴电机14的另一侧和x轴电机12的一侧之间通过第二连接件112 连接，x轴电机12的另一侧与y轴电机13的一侧之间通过第三连接件113连接；相机17 设置在y轴电机13的下侧。
[0047]
减震连接球9与挂载板10柔性固定连接，减少无人机与挂载板之间的震动传递，实现减 震的功能。
[0048]
云台吊舱还包括电调组15和陀螺仪云台控制板16，陀螺仪云台控制板16发出控制信号 给驱动电调组15；电调组15根据陀螺仪云台控制板16发出控制信号控制z轴电机14、x轴 电机12和y轴电机13在z、x和y三个轴向三个轴向进行转动并间接的控制相机17和测 距仪19稳定转动，并消除相机17和测距仪19的抖动。云台吊舱还包括图传数传一体模块 20，
池盒4相连，通过不同闪烁状态指示当前灭火弹的工作状态；
[0062]
3、保护壳8用于保护结构内各元件，同时也是灭火剂等的容器；
[0063]
4、灭火剂7为灭火弹的主要工作单元，用于灭火，同时也是缓冲剂，保护结构内的各单 元，不会因为撞击等爆开；
[0064]
5、驱动介质为灭火弹爆开的动力驱动介质，其分布情况由灭火效果决定，可集中放置或 均匀分布于灭火弹内；
[0065]
6、电触发引信5会依据接收到的信号引爆驱动介质6。
[0066]
如图2所示，控制系统各部分功能：
[0067]
减震连接球9：一般为四颗，分别位于挂载板10的四个角，将无人机载机与挂载板10 柔性连接，连接球之间距离可调，适配不同的连接距离，同时减少震动传递。
[0068]
挂载板10：用于挂载其他设备元件。
[0069]
连接件11：用于连接各个部件，可依据连接的部件外观改变材料和形状。
[0070]
x轴电机12、y轴电机13及z轴电机14：根据驱动控制信号，精准的在x、y、z三个轴 向进行转动，使得下方的相机17可以精准的转向和控制角度。
[0071]
电调15(电调组)：根据控制信号，驱动电机转动(实际上是三个电调，分别与电机12、 电机13和电机14对应，一个电调控制一个电机的转速与转向)。
[0072]
陀螺仪云台控制板16：该设备主要集成了陀螺仪以及相关补偿算法的电路，陀螺仪实时 获取控制系统姿态，并计算出姿态补偿命令，该命令转化为控制信号控制驱动电调15。
[0073]
相机17及镜头18：用于采集图像并传出图像给图传数传一体模块20。
[0074]
激光测距仪19：测距仪会发射激光束到地面，再接收反射信号，依据发射和接收的信号 时间差计算测量位置与飞行器的距离s(当测距仪垂直向下时，测取的是飞行器与地表的垂 直高度h)。测距仪发射的激光束还会在地表产生一个可见光斑，这个光斑即测量距离的目标 点。当相机17与激光测距仪垂直向下的时候，这个光斑可以定位无人机垂直投影到地表后的 实际位置，以帮助判断灭火弹投掷位置是否精准。
[0075]
图传数传一体模块20：用于将相机采集的图像传回地面，供无人机驾驶员及相关人员查 看。
[0076]
数据处理模块21：用于处理和计算，当相机17和测距仪19垂直向下的时候，会触发该 模块启用。此时该模块会获取激光测距仪测取的地表与飞行器的垂直高度h，再依据重力加 速度的计算公式h＝(1/2)gt2，获得准确的触地爆开时间t。如果是在空中爆开，假设爆开 位置与地表的垂直高度为h，则空中爆开的时间t1，依据计算公式(h
‑
h)＝(1/2)g(t1)2求取。环境中，可能存在诸多因素影响，如空气阻力，风，湿度等等，导致t1有一定误差， 此时用户可以在远端app或控制终端上，对t1进行加减，从而实现不同高度的爆炸或延迟爆 炸，以达到最佳效果。
[0077]
信号接收/发射模块22：主要包含两个方面的功能：
①
用于获取地面控制端的远程控制 信号，包括仓门打开的控制信号、t2时间等；
②
用于发射控制信号，控制抛投仓的开合，以 及给灭火弹无线信号接收器1发送爆开时间t2等控制信号。
[0078]
抛投仓控制板23：用于控制抛投仓的开合，抛投仓打开后，反馈一个成功打开的信号给 数据处理模块，打开失败，反馈失败信息，防止灭火弹误爆。
[0079]
工作原理级流程：将灭火弹放置进入无人机抛投仓前，先打开灭火弹电池盒开关2，此 时指示灯红灯闪烁(或其他状态设定)。打开飞行器及灭火弹的控制系统，此时灭火弹的无线 信号接收及控制器1与灭火弹控制系统的信号接收/发射模块22连接正常，信号接收/发射模 块22与地面控制端连接正常，此时指示灯3为绿灯常亮(或其他状态设定)。此时，可以将 灭火弹放入抛投仓并关闭抛投仓。
[0080]
通过减震连接球9将控制系统与无人机柔性相连，减震连接球会减少震动传递，帮助下 方的云台姿态更稳定。
[0081]
无人机起飞后，陀螺仪控制板16开始采集系统姿态，并输出信号给电调15，从而驱动 电机12、13、14。控制系统的相机17和测距仪19在三轴电机12、13、14的作用下始终处 于用户需要的稳定的姿态下，并开始获取图像及距离信息，图传20会实时把图像信息和距离 信息传回地面控制端显示屏上供地面人员观看，测距仪19测取的距离信息交由数据处理模块 21进行判断，处理后通过信号接收/发射模块22传回地面控制端供地面人员读取。
[0082]
当无人机到达目标物上空后，可将相机17和测距仪19垂直向下，此时触发数据处理模 块21计算触地爆开的时间t，地面用户根据实际需求及灭火效果加快或者推迟爆开，获得实 际爆开时间t1。测距仪在地面投射的光斑与目标物重叠时，表示无人机在目标物正上方，可 以精准投放。
[0083]
无线接收机控制器1收到飞行器成功打开抛投仓的信号以及爆开时间t1后，灭火弹从抛 投仓落下。在t1时刻时，无线接收机控制器1的控制信号触发电触发引信5，从而引爆驱动 介质6，驱动介质推动灭火剂7散开及保护壳8破裂，灭火剂7在空中或地面分散落下，覆 盖目标物，消灭火源。
[0084]
可以理解：该发明使得无人机抛投的灭火弹可以在想要的高度(空中)或地面爆开，覆 盖目标区域实现灭火。
[0085]
该发明采用激光光斑重叠定位，使得抛投的定位更加精准，以免错投。解决了灭火弹滚 动导致灭火不精准的难题。空中爆开可以使得灭火剂分散更加均匀，灭火效果更好。空中爆 开可以一定程度增加有效灭火范围。空中爆开的灭火弹，不会对地面人员造成风险。灭火弹 需要人工开启并获得控制信号才会爆开，运输使用更加安全。精准投放可以减少灭火弹浪费。
[0086]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。