[发明专利]一种基于自平衡增稳式系留无人机的消防灭火系统

说明书

本发明公开了一种基于自平衡增稳式系留无人机的消防灭火系统，包括：自平衡增稳式系留无人机子系统和设置在地面上的地面保障子系统，自平衡增稳式系留无人机子系统通过管缆系统与地面保障子系统连接并配合使用；自平衡增稳式系留无人机子系统包括：系留无人机、可控稳定喷射机构，现场实时监测系统、告警系统，避障及防撞系统、破窗机构及机载飞控子系统，可控稳定喷射机构通过两轴增稳机构控制可伸缩管，管缆系统的一端通过舵机旋转机构与系留无人机连接使用，在发生意外情况时通过机载飞控子系统控制执行机构，快速与系留无人机脱离。还公开了基于自平衡增稳式系留无人机的消防灭火控制方法、电子设备和计算机可读存储介质。

技术领域

本发明属于消防灭火技术领域，尤其涉及一种基于自平衡增稳式系留无人机的消防灭火系统及控制方法。

背景技术

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。

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。

此外，现有技术中也有系留机器人在消防灭火领域的应用，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，环境监测单元用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：

(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；

(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；

(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；

(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。

综上所述，需要提供更为有效的高层建筑的灭火设施和方法应对现有技术的缺陷。

发明内容

本发明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灭火系统及其控制方法，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，不仅能够保障消防灭火的及时性，同时也能提高消防灭火的灵活性；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。