消防投弹设备、飞行器及消防投弹瞄准方法与流程

1.本发明涉及航空器技术领域，尤其涉及一种消防投弹设备、飞行器及消防投弹瞄准方法。

背景技术：

2.森林消防无人机是一种携带灭火剂或灭火弹并用于扑灭森林火灾的无人机，当森林消防无人机飞临火灾地点上空时，可投下其携带的灭火剂或灭火弹。然而，森林消防无人机投弹完全依靠远端控制无人机的操控人员的经验及感觉，即操控人员根据森林消防无人机回传的图像，凭经验进行投弹，投弹时没有明确的目标参照物，灭火弹精确命中目标物的概率偏低。

技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种消防投弹设备、飞行器及消防投弹瞄准方法，以解决现有的消防无人机投弹缺少目标参照的问题。
4.本发明的目的采用如下技术方案实现：
5.一种消防投弹设备，包括弹仓、摄影云台和测高装置；
6.所述摄影云台和测高装置均设于所述弹仓的底部；
7.所述弹仓内设有储弹腔，所述弹仓的底部设有与所述储弹腔相连通的投弹孔；所述测高装置用于检测其与地面之间的距离并产生高度数据，所述摄影云台用于拍摄所述弹仓下方的图像并瞄准地面的预计着弹点。
8.在某些可选地实施例中，所述摄影云台和测高装置分别设于所述弹仓的两端。
9.在某些可选地实施例中，所述储弹腔内设有阻挡机构，所述阻挡机构包括可滑动地连接于所述储弹腔的内壁的阻挡块，所述阻挡块与投弹孔相邻设置，所述阻挡块用于阻止灭火弹由所述储弹腔进入所述投弹孔。
10.在某些可选地实施例中，所述弹仓上设有通讯模块，所述通讯模块分别与所述摄影云台和测高装置电连接，所述摄影云台将其产生的图像数据、俯仰角信息和航向角信息发送至所述通讯模块，所述测高装置将所述高度数据发送至所述通讯模块。
11.在某些可选地实施例中，所述摄影云台包括三轴云台和相机，所述三轴云台的两端分别连接于所述弹仓和相机。
12.为了解决相同的技术问题，本发明还提供了一种飞行器，包括如上所述的消防投弹设备，所述消防投弹设备的所述弹仓连接于所述飞行器的底部。
13.在某些可选地实施例中，还包括机体和多个机臂，多个所述机臂均连接于所述机体，所述机臂的末端设有螺旋桨。
14.在某些可选地实施例中，还包括具有顶端和底端的起落架，所述起落架的顶端固定连接于所述机体，所述起落架的底端朝所述机体的下方延伸，且所述起落架位于所述消防投弹设备的侧边。
15.为了解决相同的技术问题，本发明还提供了一种消防投弹瞄准方法，包括以下步骤：
16.步骤s10、获取相机与消防投弹设备的投弹孔的中心点之间的参考距离数据，检测所述投弹孔的中心点与地面之间的高度数据；
17.步骤s20、根据所述参考距离数据和高度数据，计算出云台的目标俯仰角度信息；
18.步骤s30、所述云台根据所述目标俯仰角度信息调节其俯仰角，使所述相机的光轴、所述参考垂线和地面交于预计着弹点。
19.在某些可选地实施例中，在所述步骤s10之前，还包括：
20.步骤s1、调节所述云台的航向角，使所述相机的光轴与所述参考垂线相交。
21.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
22.测高装置能够检测其与地面之间的高度距离，摄影云台用于拍摄弹仓下方的图像并瞄准地面的预计着弹点，结合高度距离，在摄影云台中虚拟出一预计着弹点，使得远端的操控人员能够快速判断出灭火弹此时预计的落地位置，提高了投弹命中准确度。
附图说明
23.图1为发明的消防投弹设备的整体结构示意图；
24.图2为发明的实施例3的结构示意图；
25.图中：10、弹仓；11、储弹腔；12、投弹孔；13、阻挡块；20、摄影云台；21、三轴云台；22、相机；30、测高装置；40、机体；50、机臂；51、螺旋桨；60、起落架；v、参考距离数据；h、高度数据；a、俯仰角；β、偏转角；p、预计着弹点。
具体实施方式
26.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
27.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.实施例1
30.结合图1所示，示意性地显示了本发明的消防投弹设备，包括弹仓10、摄影云台20和测高装置30。
31.摄影云台20和测高装置30均设于弹仓10的底部，摄影云台20包括三轴云台21和相机22，三轴云台21的两端分别连接于弹仓10和相机22，三轴云台21能够调节相机22的指向，
以使相机22拍摄不同角度的图像或视频。测高装置30优选为毫米波雷达，其能够测量其与地面之间的高度并产生高度数据h。
32.弹仓10内设有用于收容灭火弹的储弹腔11，弹仓10的底部设有与储弹腔11相连通的投弹孔12，灭火弹能够通过投弹孔12从储弹腔11排出至弹仓10外。其中，摄影云台20用于拍摄弹仓10下方的图像并瞄准地面的预计着弹点p，因此，在摄影云台20中虚拟出一预计着弹点p，使得远端的操控人员能够快速判断出灭火弹此时预计的落地位置，提高了投弹命中准确度。
33.在本实施例中，摄影云台20和测高装置30分别设于弹仓10的两端，具体为，弹仓10具有前端和后端，摄影云台20设置于前端，测高装置30设于后端。
34.进一步的，储弹腔11内设有阻挡机构，阻挡机构包括可滑动地连接于储弹腔11的内壁的阻挡块13，阻挡块13与投弹孔12相邻设置，阻挡块13用于阻止灭火弹由储弹腔11进入投弹孔12，而当阻挡块13相对储弹腔11滑移并让位于灭火弹，则灭火弹能由投弹孔12排出储弹腔11。当然，阻挡机构还可包括活塞缸，活塞缸的两端分别连接于储弹腔11的内壁和阻挡块13，活塞缸伸展以驱动阻挡块13阻挡灭火弹，反之，活塞缸收缩以驱动阻挡块13让位给灭火弹。
35.为了将摄影云台20产生的图像数据、俯仰角信息和航向角信息以及测高装置30产生的高度数据h发送至远端的地面控制站，摄影云台20上设有通讯装置，该通讯装置能够将图像数据、相机22的俯仰角信息和航向角信息发送至远端的地面控制站，当该消防投弹设备被挂载于飞行器时，测高装置30通过can总线与飞行器的飞行控制器连接，测高装置30产生的高度数据h通过飞行控制器的通信模块发送至远端的地面控制站。
36.实施例2
37.结合图1和图2所示，示意性地显示了本发明的消防投弹设备，包括弹仓10、摄影云台20和测高装置30。
38.摄影云台20和测高装置30均设于弹仓10的底部，摄影云台20包括三轴云台21和相机22，三轴云台21的两端分别连接于弹仓10和相机22，三轴云台21能够调节相机22的指向，以使相机22拍摄不同角度的图像或视频。测高装置30优选为毫米波雷达，其能够测量其与地面之间的高度并产生高度数据h。
39.弹仓10内设有用于收容灭火弹的储弹腔11，弹仓10的底部设有与储弹腔11相连通的投弹孔12，灭火弹能够通过投弹孔12从储弹腔11排出至弹仓10外。其中，摄影云台20用于拍摄弹仓10下方的图像并瞄准地面的预计着弹点p，因此，在摄影云台20中虚拟出一预计着弹点p，使得远端的操控人员能够快速判断出灭火弹此时预计的落地位置，提高了投弹命中准确度。
40.在本实施例中，摄影云台20和测高装置30分别设于弹仓10的两端，具体为，弹仓10具有前端和后端，摄影云台20设置于前端，测高装置30设于后端。
41.进一步的，储弹腔11内设有阻挡机构，阻挡机构包括可滑动地连接于储弹腔11的内壁的阻挡块13，阻挡块13与投弹孔12相邻设置，阻挡块13用于阻止灭火弹由储弹腔11进入投弹孔12，而当阻挡块13相对储弹腔11滑移并让位于灭火弹，则灭火弹能由投弹孔12排出储弹腔11。当然，阻挡机构还可包括活塞缸，活塞缸的两端分别连接于储弹腔11的内壁和阻挡块13，活塞缸伸展以驱动阻挡块13阻挡灭火弹，反之，活塞缸收缩以驱动阻挡块13让位
给灭火弹。
42.具体地，弹仓10上设有通讯模块，通讯模块分别与摄影云台20和测高装置30电连接，摄影云台20将其产生的图像数据、俯仰角信息和航向角信息发送至通讯模块，测高装置30将高度数据h发送至通讯模块。通讯模块可以是4g通信模块，用于将摄影云台20和测高装置30产生的数据发送至远端的控制站。该消防投放设备可挂载于不同飞行形态的航空器上。
43.实施例3
44.为了解决相同的技术问题，本实施例提供了一种飞行器，包括如实施例1或实施例2所述的消防投弹设备，消防投弹设备的弹仓10连接于飞行器的底部。其中，飞行器还包括机体40和多个机臂50，多个机臂50均连接于机体40，机臂50的末端设有螺旋桨51，构成多旋翼飞行器。
45.具体地，飞行器还包括具有顶端和底端的起落架60，起落架60的顶端固定连接于机体40，起落架60的底端朝机体40的下方延伸，且起落架60位于消防投弹设备的外侧，且起落架60的多个脚架分布延伸处支撑机构，用于固定消防投弹设备。
46.实施例4
47.结合图1所示，为了解决相同的技术问题，本实施例还提供了一种消防投弹瞄准方法，包括以下步骤：
48.步骤s1、调节消防投弹设备的云台的航向角，使相机22的光轴与过消防投弹设备的投弹孔12的中心点的参考垂线相交。
49.步骤s10、获取相机22与消防投弹设备的投弹孔12的中心点之间的参考距离数据v，检测投弹孔12的中心点与地面之间的高度数据h；其中，当飞行器稳定悬停于空中时，投弹孔12所在平面与过投弹孔12的中心点的参考垂线之间的偏转角β为90度，即投弹孔12所在平面为水平面。
50.步骤s20、根据参考距离数据v和高度数据h，计算出云台的目标俯仰角度信息；以飞行器稳定悬停于空中为例，投弹孔12所在平面与过投弹孔12的中心点的参考垂线之间的偏转角β的角度为90
°
，即投弹孔12所在平面为水平面，已知参考数据和高度数据h，为直角三角形的两个直角边，可求得相机22与参考垂线和地面之间交点的连线与参考垂线之间的夹角b，可求得相机22归中状态(相机22此时的偏航角和俯仰角都为0)的俯仰角a，再根据相机22返回的实际状态角度，结合预设的算法得出相机22的目标偏转角度(包含俯仰角和偏航角)。当然，实际上，当飞行器稳定悬停于空中时，测高装置30、相机22和投弹孔12并不处于同一平面，但由于测高装置30、相机22和投弹孔12两两之间的位置是固定的、已知的，因此，测高装置30所测得的高度数据h经现有算法的计算后，是可以得到投弹孔12所在平面与地面之间的高度距离的。
51.步骤s30、云台根据所述目标偏转角度信息在地面控制站软件控制下调节相机22的偏转角，使相机22的光轴、参考垂线和地面交于预计着弹点p。在相机22所拍摄的画面的正中心显示虚拟的十字准星，该十字准星瞄准的即是上述的预计着弹点p。
52.综上所述，测高装置30能够检测其与地面之间的高度距离，摄影云台20用于拍摄弹仓10下方的图像并瞄准地面的预计着弹点p，结合高度距离，在摄影云台20中虚拟出一预计着弹点p，使得远端的操控人员能够快速判断出灭火弹此时预计的落地位置，提高了投弹
命中准确度。
53.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种消防投弹设备，其特征在于，包括弹仓、摄影云台和测高装置；所述摄影云台和测高装置均设于所述弹仓的底部；所述弹仓内设有储弹腔，所述弹仓的底部设有与所述储弹腔相连通的投弹孔；所述测高装置用于检测其与地面之间的距离并产生高度数据，所述摄影云台用于拍摄所述弹仓下方的图像并瞄准地面的预计着弹点。2.根据权利要求1所述的消防投弹设备，其特征在于，所述摄影云台和测高装置分别设于所述弹仓的两端。3.根据权利要求1所述的消防投弹设备，其特征在于，所述储弹腔内设有阻挡机构，所述阻挡机构包括可滑动地连接于所述储弹腔的内壁的阻挡块，所述阻挡块与投弹孔相邻设置，所述阻挡块用于阻止灭火弹由所述储弹腔进入所述投弹孔。4.根据权利要求1所述的消防投弹设备，其特征在于，所述弹仓上设有通讯模块，所述通讯模块分别与所述摄影云台和测高装置电连接，所述摄影云台将其产生的图像数据、俯仰角信息和航向角信息发送至所述通讯模块，所述测高装置将所述高度数据发送至所述通讯模块。5.根据权利要求1所述的消防投弹设备，其特征在于，所述摄影云台包括三轴云台和相机，所述三轴云台的两端分别连接于所述弹仓和相机。6.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的消防投弹设备，所述消防投弹设备的所述弹仓连接于所述飞行器的底部。7.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于，还包括机体和多个机臂，多个所述机臂均连接于所述机体，所述机臂的末端设有螺旋桨。8.根据权利要求7所述的飞行器，其特征在于，还包括具有顶端和底端的起落架，所述起落架的顶端固定连接于所述机体，所述起落架的底端朝所述机体的下方延伸，且所述起落架位于所述消防投弹设备的侧边。9.一种消防投弹瞄准方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s10、获取相机与消防投弹设备的投弹孔的中心点之间的参考距离数据，检测所述投弹孔的中心点与地面之间的高度数据；步骤s20、根据所述参考距离数据和高度数据，计算出云台的目标俯仰角度信息；步骤s30、所述云台根据所述目标俯仰角度信息调节其俯仰角，使所述相机的光轴、所述参考垂线和地面交于预计着弹点。10.根据权利要求9所述的消防投弹瞄准方法，其特征在于，在所述步骤s10之前，还包括：步骤s1、调节所述云台的航向角，使所述相机的光轴与所述参考垂线相交。

技术总结

本发明公开了一种消防投弹设备，包括弹仓、摄影云台和测高装置，摄影云台和测高装置均设于弹仓的底部，弹仓内设有储弹腔，弹仓的底部设有与储弹腔相连通的投弹孔，测高装置用于检测其与地面之间的距离并产生高度数据，摄影云台用于拍摄所述弹仓下方的图像并瞄准地面的预计着弹点；结合高度距离，在摄影云台中虚拟出一预计着弹点，使得远端的操控人员能够快速判断出灭火弹此时预计的落地位置，提高了投弹命中准确度。投弹命中准确度。投弹命中准确度。