一种森林防火无人机

技术领域

本发明涉及消防设备技术领域，具体是指一种森林防火无人机。

背景技术

森林火灾是森林最危险的敌人，也是林业最可怕的灾害，它会给森林带来最有害，最具有毁灭性的后果。森林火灾不但烧毁成片的森林，伤害林内的动物，而且还降低森林的繁殖能力，引起土壤的贫瘠并破坏森林涵养水源，甚至会导致生态环境失去平衡。

近年来随着无人机的快速发展，越来越多的无人机加入到森林防火的领域当中，利用无人机航拍影像快速回传及便携性、安全性等特点，面对火情，火场指挥部能够进行快速分析从而做出决策。

但现有的森林防火无人机通常偏重用于对森林火灾的监测、森林巡视方面，不能够在发现森林火灾的早期进行提前处置，只能通过呼叫后续增援来灭火，此过程中，火灾可能会发展到较难控制的状态，会导致损失扩大，且现有的无人机在发生故障后掉落时没有防护机构，从空中落下会导致机体损伤严重，甚至报废，导致使用成本较高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种森林防火无人机，该无人机可携带灭火机构，对森林早期火灾进行前期处置，避免灾情扩大，具有应急机构，能够在无人机故障时为其提供防护，避免机体损伤严重。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种森林防火无人机，包括：

壳体，所述壳体中空设置且靠一侧设置开口；

连接座，所述连接座至少设置有四个且对称安装在所述壳体的两侧且分别靠所述壳体的四角设置；

支撑机构，所述支撑机构与所述连接座可拆卸连接，且所述支撑机构中设有能够为所述壳体提供缓冲作用的缓冲单元；

安装板，所述安装板至少设置有四块，分别安装在所述壳体上且位于所述连接座的上方；

螺旋桨，所述螺旋桨至少设置有四组，每组所述螺旋桨分别转动安装在所述安装板的顶面上；

螺旋桨驱动电机，所述螺旋桨驱动电机与所述螺旋桨数量相同，且所述螺旋桨驱动电机安装在所述安装板的底面上，所述螺旋桨驱动电机的输出轴贯穿所述安装板与所述螺旋桨连接；

两组防护支架，每组所述防护支架安装在所述壳体的顶面且向两侧延伸至所述螺旋桨的外侧对其进行防护；

控制系统，所述控制系统包括安装在所述防护支架上的安装壳，所述安装壳中安装有控制模块、通信模块、指南针、陀螺仪、气压计及GPS定位模块，所述控制模块分别与所述螺旋桨驱动电机、所述通信模块、所述指南针、所述陀螺仪、所述气压计及所述GPS定位模块信号连接，所述安装壳上设有用于增强通讯的天线；

电池，所述电池可拆卸安装在所述壳体的中空部，且与所述控制模块电性连接；

第一存储机构，所述第一存储机构安装在所述壳体的中空部，能够与所述壳体形成相对封闭的容腔用于存储；

监测系统，所述监测系统包括用于提供实时视频流的摄像头、用于检测火灾隐患的红外热像仪、用于测距的激光雷达传感器、用于检测有毒气体或可燃气体浓度的气体传感器、用于测量温湿度的温湿度传感器、用于实时监测气压的大气压力传感器、用于测量风速的风速传感器、用于测量风向的风向传感器中的任意一种或多种组合，所述监测系统与所述控制模块信号连接；

连接件，所述连接件安装在所述壳体的底面；

灭火机构，所述灭火机构通过所述连接件与所述壳体连接，能够洒水或投放AFO消防球。

优选地，所述支撑机构包括与所述连接座可拆卸连接的第一连接杆和与所述第一连接杆滑动配合的第二连接杆，所述第二连接杆上设有内部具有空腔的气囊安装座，所述气囊安装座的空腔中安装有安全气囊。

优选地，所述缓冲单元包括安装在所述第一连接杆中且在所述第二连接杆上方的弹簧，且所述第一连接杆的内壁上沿其轴向开设有限位槽，所述第二连接杆的外壁上设有沿所述限位槽滑动的限位块。

优选地，所述第一存储机构包括安装在所述壳体中空部的第一存储箱体，所述第一存储箱体具有存储容腔且顶面设置开口，所述壳体中空部的底面上设有至少一条延伸至所述壳体开口处的限位条，所述第一存储箱体的底面上设有与所述限位条滑动配合的凹槽，所述第一存储箱体与所述限位条平行设置的侧壁上设有齿条，所述壳体中且靠其开口处设有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴上连接有与所述齿条啮合的驱动齿轮，使所述第一存储箱体沿所述限位条移动。

优选地，所述连接件包括与所述壳体连接的第一连接部和与所述第一连接部连接的第二连接部，所述第二连接部为圆柱状且内部中空设置，所述第二连接部的侧壁上开设有与其中空部连通的开口，所述第二连接部中贯穿其两底面设有螺纹杆，所述螺纹杆上且在所述第二连接部的两侧螺纹连接有限位螺母。

优选地，所述灭火机构包括洒水组件和抛投组件。

优选地，所述洒水组件包括与所述连接件配合的悬挂部，所述悬挂部上设有用于所述螺纹杆穿过的连接孔，所述悬挂部的底端连接有底面设置开口的存储箱，所述存储箱的顶面开设有与其内部连通的填充口，所述存储箱体上转动设有两块用于封闭所述存储箱的开口的开关板，所述开关板之间及所述开关板与所述存储箱体之间密封配合，所述开关板的一侧固定连接有转动杆且所述转动杆上套设有第一齿轮，所述存储箱的侧壁上设有第二齿轮且与所述第二齿轮同轴设有第三齿轮，所述第三齿轮与所述第一齿轮之间套设有传动齿带，所述存储箱体上设有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴连接有第四齿轮且所述第四齿轮通过齿轮组与所述第三齿轮啮合驱动所述第三齿轮，所述第二驱动电机与所述控制模块信号连接。

优选地，所述存储箱体中设有液位传感器。

优选地，所述抛投组件包括所述悬挂部，所述悬挂部的底面连接有内部设有存储腔的筒体，所述筒体的底面开设有抛投孔且所述抛投孔与所述筒体的存储腔连通，所述筒体的侧壁上且靠所述抛投孔处开设有槽孔，所述筒体的侧壁上设有固定板，所述固定板上设有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出轴贯穿所述固定板连接有十字型设置的挡板，所述挡板通过所述槽孔转动至所述筒体的存储腔中，所述第三驱动电机与所述控制模块信号连接。

采用以上结构后，本发明具有如下优点：

(1)本申请装置通过在支撑机构上设置缓冲单元及安装有安全气囊的气囊安装座，安全气囊在无人机落地前提前爆开，为其在落地后提供缓冲，避免机体硬着陆造成机体较大损伤，并于缓冲单元配合，起到双重缓冲作用效果，共同保障无人机机体安全；

(2)本申请通过设置由洒水组件和抛投组件构成的灭火机构，使其能够根据实际需要选择合适装置进行挂载，以应对不同的任务需求；

(3)通过挂载灭火机构，可在森林防火无人机正常巡视时对发现的火灾进行提前处置，尽可能地减缓火灾扩大的速度，并可在附近水源处就近取水，提高灭火效率；

(4)通过设置连接件及悬挂部，使其拆装方便，连接可靠，将电池设置为可拆卸的形式，便于快速更换电池，以增加森林防火无人机的使用时间，提高使用效率；

(5)通过设置第一存储机构，能够对急救药品等进行安全存储，并快速运输至火灾现场，供给使用。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图一。

图2是本发明的结构示意图二。

图3是本发明的主视图。

图4是本发明图3中A-A的剖面结构示意图。

图5是本发明缓冲单元的结构示意图。

图6是本发明洒水组件的结构示意图。

图7是本发明挂载洒水组件的结构示意图。

图8是本发明抛投组件的结构示意图。

图9是本发明挂载抛投组件的结构示意图。

如图所示：1、壳体；2、连接座；3、第一连接杆；4、第二连接杆；5、气囊安装座；6、螺旋桨驱动电机；7、安装板；8、螺旋桨；9、防护支架；10、安装壳；11、天线；12、摄像头；13、连接件；14、激光雷达传感器；15、第一驱动电机；16、第一存储箱体；17、限位条；18、弹簧；19、限位槽；20、存储箱；21、开关板；22、转动杆；23、第二驱动电机；24、第二齿轮；25、第三齿轮；26、传动齿带；27、填充口；28、悬挂部；29、筒体；30、槽孔；31、固定板；32、挡板；33、第三驱动电机。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

结合附图1—图5，一种森林防火无人机，包括壳体1、连接座2、支撑机构、安装板7、螺旋桨8、螺旋桨8驱动电机6、两组防护支架9、控制系统、电池、第一存储机构、监测系统及连接件13，控制系统远程通信连接有遥控终端，遥控终端用于对森立防火无人机进行远程操控并接受监测系统的检测数据。

所述壳体1中空设置且靠一侧设置开口，壳体1采用轻量化材料制作成如图1中所示的截面为梯形的形状。

所述连接座2设置有四个且对称安装在所述壳体1的两侧且分别靠所述壳体1的四角设置，连接座2为半球状且开设有竖直方向的螺纹孔，连接座2在螺纹孔的四周为镂空设置。

所述支撑机构与所述连接座2可拆卸连接，且所述支撑机构中设有能够为所述壳体1提供缓冲作用的缓冲单元，所述支撑机构包括与所述连接座2螺纹连接的第一连接杆3和与所述第一连接杆3滑动配合的第二连接杆4，第二连接杆4为U型设置且同时连接两根第一连接杆3，所述第二连接杆4上设有内部具有空腔的气囊安装座5，所述气囊安装座5的空腔中安装有安全气囊，采用汽车中使用的安全气囊模块，设定安全气囊的开启条件为落地前爆开，并在落地后安全气囊中的气体才会完全排出，所述缓冲单元包括安装在所述第一连接杆3中且在所述第二连接杆4上方的弹簧18，且所述第一连接杆3的内壁上沿其轴向开设有限位槽19，所述第二连接杆4的外壁上设有沿所述限位槽19滑动的限位块。

所述安装板7设置有四块，分别安装在所述壳体1上且位于所述连接座2的上方，安装板7上开设多个通槽，可使安装板7上下连通。

所述螺旋桨8设置有四组，每组所述螺旋桨8分别转动安装在所述安装板7的顶面上，螺旋桨8的转动轴位于安装板7的中心且与连接座2的中心同轴设置。

所述螺旋桨8驱动电机6与所述螺旋桨8数量相同，且所述螺旋桨8驱动电机6安装在所述安装板7的底面上，所述螺旋桨8驱动电机6的输出轴贯穿所述安装板7与所述螺旋桨8连接，安装板7的底面上可在螺旋桨8驱动电机6的外侧设置镂空的防护罩，为螺旋桨8驱动电机6提供一定的防护作用。

每组所述防护支架9安装在所述壳体1的顶面且向两侧延伸至所述螺旋桨8的外侧，对螺旋桨8进行防护。

所述控制系统包括安装在所述防护支架9上的安装壳10，所述安装壳10中安装有控制模块、通信模块、指南针、陀螺仪、气压计及GPS定位模块，所述控制模块分别与所述螺旋桨8驱动电机6、所述通信模块、所述指南针、所述陀螺仪、所述气压计及所述GPS定位模块信号连接，所述安装壳10上设有用于增强通讯的天线11，通过通信模块与遥控终端进行远程通信，GPS定位模块用于测定无人机的位置及高度。

所述电池可拆卸安装在所述壳体1的中空部，且与所述控制模块电性连接，电池采用锂电池，也可在壳体1外壁上设置太阳能光伏板，将太阳能转换为电能以增加无人机的续航时间。

所述第一存储机构安装在所述壳体1的中空部，能够与所述壳体1形成相对封闭的容腔用于存储，所述第一存储机构包括安装在所述壳体1中空部的第一存储箱体16，所述第一存储箱体16具有存储容腔且顶面设置开口，所述壳体1中空部的底面上设有四条延伸至所述壳体1开口处的限位条17，限位条17截面为半圆形，所述第一存储箱体16的底面上设有四条与所述限位条17滑动配合的凹槽，所述第一存储箱体16的其中一侧侧壁上设有齿条，所述壳体1中且靠其开口处设有第一驱动电机15，所述第一驱动电机15的输出轴上连接有与所述齿条啮合的驱动齿轮，使所述第一存储箱体16沿所述限位条17移动，在限位条17鱼凹槽的配合下，使第一存储箱体16直线移动，可将第一存储箱体16的开口露出，方便物品的取放。

所述监测系统包括用于提供实时视频流的摄像头12、用于检测火灾隐患的红外热像仪、用于测距的激光雷达传感器14、用于检测有毒气体或可燃气体浓度的气体传感器、用于测量温湿度的温湿度传感器、用于实时监测气压的大气压力传感器、用于测量风速的风速传感器、用于测量风向的风向传感器，所述监测系统与所述控制模块信号连接，摄像头12设置有四组，分别安装在壳体1的底面且每边设置一组，实现360°全景摄像，可提供实时视频流，使遥控终端能够查看火灾现场状况，为火灾救援提供指导，红外热像仪、激光雷达传感器14、气体传感器、风速传感器、风向传感器均安装在壳体1的外侧壁上，红外热像仪用于对底面进行探测并测量目标物体的红外辐射，生成热图并通过通信模块传输回遥控终端，激光雷达传感器14用来生成三维点云地图，绘制地形并辅助确定最佳救援路径，气体传感器用于检测有毒气体或可燃气体的浓度，帮助识别有害气体，为消防员提供预警信息，温湿度传感器、大气压力传感器、风速传感器及风向传感器用于测量环境条件，为预测火势蔓延、制定灭火策略提供数据支撑。

所述连接件13安装在所述壳体1的底面，所述连接件13包括与所述壳体1连接的第一连接部和与所述第一连接部一体成型的第二连接部，所述第二连接部为圆柱状且内部中空设置，所述第二连接部的侧壁上开设有与其中空部连通的开口，所述第二连接部中贯穿其两底面设有螺纹杆，所述螺纹杆上且在所述第二连接部的两侧螺纹连接有限位螺母。

结合附图6-图9，所述灭火机构通过所述连接件13与所述壳体1连接，能够洒水或投放AFO消防球，所述灭火机构包括洒水组件和抛投组件。

如图6-图7所示，所述洒水组件包括与所述连接件13配合的悬挂部28，所述悬挂部28中设有用于所述螺纹杆穿过的连接孔，所述悬挂部28的底端连接有底面设置开口的存储箱20，所述存储箱20的顶面开设有与其内部连通的填充口27，所述存储箱20体上转动设有两块用于封闭所述存储箱20的开口的开关板21，所述开关板21之间及所述开关板21与所述存储箱20体之间密封配合，通过填充口27可直接向存储箱20中放入物品，包括添加有火焰抑制剂的水、阻燃剂、干粉等液态或固态的灭火材料，所述开关板21的一侧固定连接有转动杆22且所述转动杆22上套设有第一齿轮，所述存储箱20的侧壁上设有第二齿轮24且与所述第二齿轮24同轴设有第三齿轮25，所述第三齿轮25与所述第一齿轮之间套设有传动齿带26，所述存储箱20体上设有第二驱动电机23，所述第二驱动电机23的输出轴连接有第四齿轮且所述第四齿轮通过齿轮组与所述第三齿轮25啮合驱动所述第三齿轮25，齿轮组设置在两第二齿轮24之间，由第二驱动电机23驱动带动第二齿轮24同时转动，从而带动第三齿轮25转动，使其通过传动齿带26带动第一齿轮转动，使开关板21打开或关闭，两开关板21相对的一侧及与存储箱20体相对的侧壁上上可设置用于密封的密封垫，所述第二驱动电机23与所述控制模块信号连接，所述存储箱20体中设有液位传感器，用于检测液体灭火材料的余量或加注量。

如图8-图9所示，所述抛投组件包括所述悬挂部28，所述悬挂部28的底面连接有内部设有存储腔的筒体29，所述筒体29的底面开设有抛投孔且所述抛投孔与所述筒体29的存储腔连通，所述筒体29的侧壁上且靠所述抛投孔处开设有槽孔30，所述筒体29的侧壁上设有固定板31，所述固定板31上设有第三驱动电机33，所述第三驱动电机33的输出轴贯穿所述固定板31连接有十字型设置的挡板32，所述挡板32通过所述槽孔30转动至所述筒体29的存储腔中，所述第三驱动电机33与所述控制模块信号连接，可向筒体29中依次放入AFO消防球，并根据需要将其单独投放。

在正常进行的巡检工作时，森林防火无人机可挂载抛投组件，将连接件13中螺纹杆两侧的限位螺母旋下，去下螺纹杆，将抛投组件的悬挂部28挂在连接件13上，将螺纹杆将连接件13一侧穿入悬挂部28的连接孔并延伸至另一侧外部，将限位螺母从螺纹杆两侧旋之于连接件13贴合，进行限位即完成组装，将AFO消防球放入筒体29中，并由挡板32将其遮挡，避免掉落，由遥控终端控制森林防火无人机起飞并进行巡视，利用无人机携带的监测系统对森林进行巡视，若发现有起火点，则记录该位置坐标，并向遥控终端发出警报，由遥控终端操作人员进行确认并通知消防部门，同时可将无人机控制在合适高度、合适位置，启动第三驱动电机33，旋转90°，使其带动挡板32转动，在位于AFO消防球下方的挡板32移出筒体29时，最底部的AFO消防球掉落，同时与该挡板32相邻的挡板32则进入筒体29中对第二个AFO消防球进行阻挡，在AFO消防球投放到火源中会发生爆炸进行灭火，进行提前处置，以减缓火灾扩大速度，并利用监测系统为消防救援提供参考数据，保证消防人员安全，提高救援效率。

在正常进行巡检且需要降低负载，增加巡检距离时，可不挂载灭火机构，仅通过自身携带的监测系统进行巡检。

在检测到火灾需要利用森林防火无人机进行灭火工作时，可通过挂载洒水组件或抛投组件来进行工作，在进行灭火工作时，可临时关闭部分监测设备以降低能耗，提高续航，在挂载洒水组件时，可通过填充口27加入水等灭火材料，并通过远程终端遥控移动至火灾现场，通过启动第二驱动电机23，使其带动齿轮组件传动，将与存储箱20铰接的开关板21开启，使其中的灭火材料落下进行灭火，通过液位传感器，在灭火材料完全抛洒后，可关闭开关板21，并移动至就近水源处，打开开关板21，进行补水作业，在液位传感器检测到规定的存储容量后，将开关板21关闭并升高，如此依次反复作业。在电池电量较低，需要更换时，可将其飞回并直接将缺电的电池拆下，换上充满电的电池即可，拆下的电池充电备用。

若森林防火无人机在发生故障跌落时，由激光雷达传感器14测量距地高度，并由控制模块计算落地时间，在落地前1S启动安全气囊，使安全气囊炸开充气，在落地时会对气囊产生挤压，加速气体排出，减缓下落速度，并在挤压气囊的同时，第二连接杆4对弹簧18形成挤压，起到二次缓冲作用，防止无人机跌落产生不可修复的损坏。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，全文中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。