王 偉， 高鐵柱， 張明遠(yuǎn)， 何 誠(chéng)

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

無(wú)人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱“無(wú)人機(jī)”，是利用無(wú)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(jī)，可在無(wú)線電遙控下像普通飛機(jī)一樣起飛或用助推火箭發(fā)射升空，也可由母機(jī)帶到空中投放飛行[1-2]。旋翼無(wú)人機(jī)是微機(jī)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(yīng)各種環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為國(guó)內(nèi)外很多實(shí)驗(yàn)室研究的重點(diǎn)。微型旋翼無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)研究主要是針對(duì)地面控制系統(tǒng)和機(jī)載測(cè)控通信系統(tǒng)，地面控制系統(tǒng)能夠?qū)o(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和指令控制；機(jī)載測(cè)控通信系統(tǒng)主要是在無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)下對(duì)慣性傳感器、超聲波測(cè)距儀等進(jìn)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(chǎng)上的旋翼無(wú)人機(jī)大多執(zhí)行一些拍攝、測(cè)量、救援等任務(wù)，對(duì)工作環(huán)境和返航條件要求較高。本研究設(shè)計(jì)的旋翼無(wú)人機(jī)通過(guò)測(cè)距模塊利用紅外測(cè)距部件向外發(fā)射紅外光并接收與紅外光對(duì)應(yīng)的反射光，進(jìn)而根據(jù)反射光的光強(qiáng)信息測(cè)定障礙物相對(duì)于無(wú)人機(jī)的距離[3-5]。紅外測(cè)距部件大多成本較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于安裝，而且紅外光不受可見(jiàn)光等周圍環(huán)境的影響，靈敏度也較高，具有較強(qiáng)的普適性。接到返航指令時(shí)，通過(guò)返航模塊先對(duì)預(yù)存的位移修正量進(jìn)行判斷，并在預(yù)存的位移修正量無(wú)效時(shí)根據(jù)預(yù)存的返航點(diǎn)控制無(wú)人機(jī)返航，或者在預(yù)存的位移修正量有效時(shí)根據(jù)預(yù)存的偏移點(diǎn)控制無(wú)人機(jī)精確返航[6-8]。

1 旋翼無(wú)人機(jī)發(fā)射滅火彈實(shí)施方式

旋翼無(wú)人機(jī)相關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示。滅火彈通過(guò)細(xì)繩懸掛在磁鐵上，將磁鐵及滅火彈放入投彈腔中，磁鐵通過(guò)自身的磁力吸附在腔中固定。完成六枚滅火彈裝載后，通過(guò)無(wú)線信號(hào)收發(fā)器的遠(yuǎn)程信號(hào)收發(fā)來(lái)控制起飛，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的旋翼使無(wú)人機(jī)升到空中，通過(guò)無(wú)人機(jī)內(nèi)的陀螺儀控制無(wú)人機(jī)的飛行方向，當(dāng)無(wú)人機(jī)飛到火災(zāi)發(fā)生地的上方、無(wú)人機(jī)接收到發(fā)射指令后，控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)60°，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)，刀片在切刀槽中移動(dòng)，刀片上的刀刃將細(xì)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(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中，滅火彈在投彈腔中晃動(dòng)，滾珠受到擠壓通過(guò)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(wú)人機(jī)相關(guān)結(jié)構(gòu)

2 旋翼無(wú)人機(jī)發(fā)射滅火裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析

無(wú)人機(jī)機(jī)身底部通過(guò)螺栓固定連接有懸掛倉(cāng)，懸掛倉(cāng)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(jī)身內(nèi)底部通過(guò)螺栓固定連接有步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的一端通過(guò)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(xì)繩，細(xì)繩的底端設(shè)置有滅火彈，機(jī)身的一側(cè)外壁上通過(guò)螺栓固定連接有旋翼支架，旋翼支架的一端設(shè)置有保護(hù)罩，保護(hù)罩內(nèi)底部通過(guò)螺栓固定連接有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接有旋翼。

機(jī)身內(nèi)部靠近步進(jìn)電機(jī)一側(cè)設(shè)置有蓄電池，靠近步進(jìn)電機(jī)的另一側(cè)設(shè)置有控制器和無(wú)線信號(hào)收發(fā)器，控制器位于無(wú)線信號(hào)收發(fā)器的一側(cè)，蓄電池、步進(jìn)電機(jī)、無(wú)線信號(hào)收發(fā)器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(yuǎn)離彈簧的一端嵌入有滾珠。機(jī)身底板靠近懸掛倉(cāng)的一側(cè)設(shè)置有攝像頭，機(jī)身底部均勻設(shè)置有四個(gè)支撐腳，攝像頭與蓄電池電性連接。保護(hù)罩的頂部設(shè)置有防護(hù)網(wǎng)，投彈腔共設(shè)置六個(gè)，投彈腔相鄰之間的角度為60°。旋翼共設(shè)置四個(gè)，它們均勻布置在機(jī)身的外壁上。

3 結(jié)束語(yǔ)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，旋翼無(wú)人機(jī)在遠(yuǎn)程控制下實(shí)現(xiàn)了單個(gè)滅火彈的投放，從而便于無(wú)人機(jī)應(yīng)對(duì)一些消防人員無(wú)法進(jìn)入?yún)^(qū)域的消防滅火任務(wù)，滅火彈裝置提高了無(wú)人機(jī)的裝載能力和局部滅火能力。另外，通過(guò)彈簧和滾珠組成的緩沖裝置可以有效地避免滅火彈在無(wú)人機(jī)底部的晃動(dòng)，在便于投彈的同時(shí)還有效地保證了無(wú)人機(jī)飛行的穩(wěn)定性。