目 录
摘要 i
Abstract ii
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.1.1 选题背景 1
1.1.2 选题意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 2
1.2.3 发展趋势 2
1.3 研究主要内容 2
第2章 消防无人机设计总体方案的选择 4
2.1 电磁式消防水包挂载机构 4
2.2 连杆式消防水包挂载机构 4
2.3 齿轮齿条式消防水包挂载机构 5
第3章 齿轮齿条式消防水包挂载机构设计与计算 7
3.1 齿轮齿条设计与计算 7
3.1.1 锁紧机构的受力分析 7
3.1.2 齿轮齿条设计 7
3.1.3 齿轮齿条校核 9
3.1.4 几何尺寸计算 11
3.1.5 主要设计结论 11
3.2 执行机构轴的设计计算 11
3.2.1 高速轴的设计 11
3.2.2 低速轴的设计 17
3.3 挂载机构驱动电机选择 24
3.3.1 选择电动机的类型 24
3.3.2 选择电动机的功率 24
3.4 挂载箱体机构箱体材料的选择 25
3.4.1 铝合金材料 25
3.4.2 工程塑料 26
3.4.3 碳纤维 26
3.4.4 材料的对比与选择 26
3.5 挂载机构箱体的结构尺寸 27
3.6 润滑剂的选择 27
3.6.1 齿轮润滑剂 28
3.6.2 轴承润滑剂 28
3.7螺旋桨的设计 29
3.7.1螺旋桨叶片设计 29
3.7.2螺旋升力的计算 30
第4章 挂载机构驱动系统电路的设计 32
4.1 多旋翼无人机电路系统的组成 32
4.1.1 动力系统 32
4.1.2 动力电源与充电系统 32
4.1.3 电子调速器 33
4.1.4 飞行控制系统 33
4.1.5 遥控器和遥控接收器 34
4.2 驱动系统电路的控制要求 34
4.2.1 地面控制要求 34
4.2.2 空中控制要求 35
4.3 微型直流电动机正反转电路设计 35
4.3.1 直流电动机的工作原理 35
4.3.2 直流电动机的结构 37
4.3.3 直流电动机正反转控制电路原理 37
4.3.4 L298驱动集成电路简介 39
4.4 控制芯片选择 41
4.4.1 方案选择 41
4.4.2 三种控制方案的比较 42
4.5 51系列单片机简介 42
4.6 行程开关的选择 43
4.7数据发送模块 44
4.8 数据接收模块 45
4.8 驱动系统电路图 47
第5章 总结与展望 48
5.1 总结 48
5.2 展望 48
致 谢 49
参考文献 50
总的来说，消防无人机在国内外的研究与应用都取得了一定的成果，但仍存在诸多挑战和机遇。未来随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，消防无人机将在消防安全领域发挥更加重要的作用。
1.3 研究主要内容
本研究的主要内容是设计一款适用于高层住宅消防的新型无人机，特别聚焦于其关键部件——水包挂载机构。该机构由挂钩、锁紧装置、解锁机构及其传动机件组成，负责在飞行过程中稳定悬挂并适时释放60kg重的消防水包。设计过程中，需精心构思机械结构，确保无人机能够安全有效地挂载水包，并绘制详细的设备装配图以便于生产制造。此外，为确保无人机在极端条件下的稳定运行，还需选取2-3个关键部件进行强度与刚度校核，以满足技术要求的严格标准。
除了机械结构的设计，本研究还将致力于开发出与无人机相配套的驱动系统控制电路。这一电路将实现遥控装置与无人机之间的信号传输，控制锁紧装置在挂入水包后自动锁紧，以及在到达指定火灾地点后解锁，使消防水包能够准确、及时地投放至火场，对中小型火灾进行有效控制。通过这一设计，本研究旨在提高高层住宅火灾救援的效率和安全性，为现代城市消防安全提供有力支持。
