一種旋翼無人機發(fā)射滅火裝置設(shè)計研發(fā)

王 偉， 高鐵柱， 張明遠， 何 誠

(1.內(nèi)蒙古大興安嶺重點國有林管理局，內(nèi)蒙古 牙克石 022150；2.國家林業(yè)和草原局哈爾濱林業(yè)機械研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；3.南京森林警察學院，江蘇 南京 210023)

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，可在無線電遙控下像普通飛機一樣起飛或用助推火箭發(fā)射升空，也可由母機帶到空中投放飛行[1-2]。旋翼無人機是微機電系統(tǒng)集成的產(chǎn)物，以其能夠垂直起降、自由懸停、控制靈活和適應各種環(huán)境能力強等優(yōu)點成為國內(nèi)外很多實驗室研究的重點。微型旋翼無人機的系統(tǒng)研究主要是針對地面控制系統(tǒng)和機載測控通信系統(tǒng)，地面控制系統(tǒng)能夠?qū)o人機的飛行姿態(tài)進行監(jiān)測和指令控制；機載測控通信系統(tǒng)主要是在無人機飛行狀態(tài)下對慣性傳感器、超聲波測距儀等進行數(shù)據(jù)采集，并把這些數(shù)據(jù)傳送給地面控制系統(tǒng)。

目前市場上的旋翼無人機大多執(zhí)行一些拍攝、測量、救援等任務，對工作環(huán)境和返航條件要求較高。本研究設(shè)計的旋翼無人機通過測距模塊利用紅外測距部件向外發(fā)射紅外光并接收與紅外光對應的反射光，進而根據(jù)反射光的光強信息測定障礙物相對于無人機的距離[3-5]。紅外測距部件大多成本較低，結(jié)構(gòu)簡單便于安裝，而且紅外光不受可見光等周圍環(huán)境的影響，靈敏度也較高，具有較強的普適性。接到返航指令時，通過返航模塊先對預存的位移修正量進行判斷，并在預存的位移修正量無效時根據(jù)預存的返航點控制無人機返航，或者在預存的位移修正量有效時根據(jù)預存的偏移點控制無人機精確返航[6-8]。

1 旋翼無人機發(fā)射滅火彈實施方式

旋翼無人機相關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示。滅火彈通過細繩懸掛在磁鐵上，將磁鐵及滅火彈放入投彈腔中，磁鐵通過自身的磁力吸附在腔中固定。完成六枚滅火彈裝載后，通過無線信號收發(fā)器的遠程信號收發(fā)來控制起飛，驅(qū)動電機通過轉(zhuǎn)軸帶動旋翼轉(zhuǎn)動，高速轉(zhuǎn)動的旋翼使無人機升到空中，通過無人機內(nèi)的陀螺儀控制無人機的飛行方向，當無人機飛到火災發(fā)生地的上方、無人機接收到發(fā)射指令后，控制器控制步進電機轉(zhuǎn)動60°，通過轉(zhuǎn)動步進電機帶動刀片轉(zhuǎn)動，刀片在切刀槽中移動，刀片上的刀刃將細繩切斷，滅火彈在自身重力下從投彈腔滑出，滅火彈掉入火焰中后爆炸將火撲滅。在無人機飛行過程中，滅火彈在投彈腔中晃動，滾珠受到擠壓通過滾珠座將沖擊力傳遞給彈簧，彈簧受力壓縮將沖擊力緩沖，減小滅火彈在投彈腔內(nèi)的撞擊力，保證滅火彈的穩(wěn)定。

圖1 旋翼無人機相關(guān)結(jié)構(gòu)

2 旋翼無人機發(fā)射滅火裝置結(jié)構(gòu)簡析

無人機機身底部通過螺栓固定連接有懸掛倉，懸掛倉的內(nèi)部開設(shè)有投彈腔，投彈腔的一側(cè)內(nèi)壁上開設(shè)有切刀槽，機身內(nèi)底部通過螺栓固定連接有步進電機，步進電機的一端通過轉(zhuǎn)軸連接有刀片，刀片位于切刀槽的一側(cè)，投彈腔內(nèi)頂部設(shè)置有磁鐵，磁鐵的底部中央位置處嵌入有細繩，細繩的底端設(shè)置有滅火彈，機身的一側(cè)外壁上通過螺栓固定連接有旋翼支架，旋翼支架的一端設(shè)置有保護罩，保護罩內(nèi)底部通過螺栓固定連接有驅(qū)動電機，驅(qū)動電機的一端通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接有旋翼。

機身內(nèi)部靠近步進電機一側(cè)設(shè)置有蓄電池，靠近步進電機的另一側(cè)設(shè)置有控制器和無線信號收發(fā)器，控制器位于無線信號收發(fā)器的一側(cè)，蓄電池、步進電機、無線信號收發(fā)器和驅(qū)動電機均與控制器電性連接。投彈腔的內(nèi)部設(shè)置有彈簧，彈簧的一端設(shè)置有滾珠座，滾珠座上遠離彈簧的一端嵌入有滾珠。機身底板靠近懸掛倉的一側(cè)設(shè)置有攝像頭，機身底部均勻設(shè)置有四個支撐腳，攝像頭與蓄電池電性連接。保護罩的頂部設(shè)置有防護網(wǎng)，投彈腔共設(shè)置六個，投彈腔相鄰之間的角度為60°。旋翼共設(shè)置四個，它們均勻布置在機身的外壁上。

3 結(jié)束語

與現(xiàn)有技術(shù)相比，旋翼無人機在遠程控制下實現(xiàn)了單個滅火彈的投放，從而便于無人機應對一些消防人員無法進入?yún)^(qū)域的消防滅火任務，滅火彈裝置提高了無人機的裝載能力和局部滅火能力。另外，通過彈簧和滾珠組成的緩沖裝置可以有效地避免滅火彈在無人機底部的晃動，在便于投彈的同時還有效地保證了無人機飛行的穩(wěn)定性。