[發明專利]一種生態監控和維護無人機

有效

• 申請號: 201810356101.0
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108552138B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 崔德旺;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 崔德旺
• 主分類號: A01M5/00
• 分類號: A01M5/00;B64D47/00;B64D47/08;B64C25/58
• 代理公司: 成都魚爪智云知識產權代理有限公司 51308
• 代理人: 梁悅敏

1.一種生態監控和維護無人機，其特征在于包括：磁懸浮支架（1）、殺蟲裝置（2）、攝像機（3）、紅外檢測裝置（4）、空氣進風通道（5）、培養基裝置（6）、太陽能電池板（7）、載接體（8）、電控閥門、控制系統，殺蟲裝置（2）及培養基裝置（6）設置在無人機上，殺蟲裝置（2）、攝像機（3）、紅外檢測裝置（4）、培養基裝置（6）均設置在載接體（8）上，殺蟲裝置（2）、攝像機（3）、紅外檢測裝置（4）、培養基裝置（6）、太陽能電池板（7）均與控制系統的單片機連接，電控閥門設置在機體上的殺蟲裝置（2）、空氣進風通道（5）、培養基裝置（6）處，是控制各部分的連通狀態；通過設置在無人機上的攝像機（3）和紅外檢測裝置（4）來檢測地區段的害蟲數據，將該害蟲數據傳送到控制系統，由控制系統來指引無人機的路徑導航，由殺蟲裝置（2）來對害蟲進行誘捕殺滅，并由殺蟲裝置（2）上的集蟲器來對死亡害蟲進行收集，由攝像機（3）來對死亡害蟲進行計數和地區段的農作物生長情況進行拍照上傳到控制系統的單片機，由單片機將采集信息通過無線通訊模塊與PC數據端和手持數據接收端進行數據交流分析，空氣中的花粉孢子塵粒將通過空氣進風通道（5）進入到培養基裝置（6）進行捕捉和短暫性的培養，進而來為農林植株培育研究和農作物生長提供一定的條件，由無人機上設置的磁懸浮支架（1）來完成無人機的安全降落；所述的殺蟲裝置（2）設置在無人機的載接體（8）上，殺蟲裝置（2）由遮光頂板（201）、汞燈（202）、電擊殺蟲網（203）、蚊蟲尸體收集管道（204）、集蟲器、電控閥門組成，該殺蟲裝置（2）設置為燈罩式的圓柱裝置，上方的殺蟲裝置（2）通過蚊蟲尸體收集管道（204）與下方集蟲器連接，蚊蟲尸體收集管道（204）和集蟲器設置在載接體（8）的內部，電控閥門設置在集蟲器的底部，也是整個殺蟲裝置（2）底部，電控閥門通過通斷電實現閥門的開閉，整個殺蟲裝置（2）貫穿載接體（8），當下方電控閥門打開時殺蟲裝置（2）上下貫通，蚊蟲尸體落入下方地面，蚊蟲尸體收集管道（204）與上方的頂板（201）直徑大小相同且均大于環形設置的電擊殺蟲網（203）的直徑，殺蟲裝置（2）采用汞燈（202）來進行燈光害蟲誘捕，由于昆蟲的復眼對紫外線輻射非常敏感，因此專門設置了黑光燈來對害蟲進行誘捕，電擊殺蟲網（203）的設置采用高壓電擊設計，當蚊蟲由于汞燈（202）的誘惑進入到電擊殺蟲網（203）會觸及到電擊殺蟲網（203）而被殺滅，并進入下方的蚊蟲尸體收集管道（204）進而儲存在蚊蟲尸體收集管道（204）的下方設置的集蟲器內，該集蟲器設置在載接體（8）的下底面，集蟲器的下方設置了電控閥門，當集蟲器內儲存一定量的蚊蟲后，電控閥門打開，尸體將由電控閥門落到對應尸體儲集地面；

為了更好的適應不同地區段無人機的降落，無人機采用四根支架（1）設計，四根支架（1）采用磁懸浮組件來設計，設計采用的物理原理是“同名磁極相互排斥”，該磁懸浮支架（1）包括兩塊磁極大小相同的磁鐵、套筒、連接推桿，在套筒的兩個端口將兩塊同名磁極的磁鐵對立放置，連接推桿的下端面與上方磁鐵連接，連接推桿的上端面與無人機的機身連接，此時兩塊磁鐵在套筒內形成了磁懸浮組件，四根支架（1）中的磁懸浮力剛好與機身同重，此時無人機機身通過連接推桿與磁懸浮組件的上方磁鐵間接接觸，而與下方磁鐵并無接觸，無人機機身處于懸浮狀態，下方磁鐵與套筒相連，不會在套筒內移動，而上方磁鐵與連接推桿間接相連在套筒內移動，在無人機降落時，無人機的四根支架（1）會接觸到地面，四根支架（1）會因降落時的受力不平衡性而促使支架（1）的磁懸浮組件的連接推桿在套筒內發生移動，四根磁懸浮組件組成的支架（1）均能根據具體降落受力情況相互作用，若無人機產生向右的傾斜，四根支架（1）的右邊兩支支架（1）會產生一個緩沖力來使機身保持平衡，同理其它情況的受力不平衡性，支架（1）均能根據受力產生相應的磁力來使機身保持平衡，使無人機平穩降落地面，無人機根據攝像機（3）和紅外檢測裝置（4）檢測到的地區段的害蟲數據并傳送到控制系統的單片機來控制自身路徑轉移進而去進行害蟲捕殺和空氣采集，無人機的內部工作系統與一般無人機相同，其轉向系統、動力系統各項飛行系統均與單片機連接，工作系統由單片機來控制；

在無人機的機身下部設置有載接體（8），該載接體（8）的尺寸小于無人機的機身，載接體（8）設置為長方體的盒裝，該載接體（8）通過四根連接柱來與無人機的機身連接，在與無人機的機身連接處設置有橡膠減震膠墊，通過橡膠減震膠墊來減少機身與載接體（8）之間的振動性，此外在載接體（8）的內底部設置有橡膠減震墊片用于平衡振動，橡膠減震墊片的上面放置培養基裝置（6），載接體（8）的上頂部用于載接殺蟲裝置（2）、攝像機（3）、紅外檢測裝置（4），且殺蟲裝置（2）、攝像機（3）、紅外檢測裝置（4）均通過連接件與載接體（8）之間實現了牢固的連接；

設置在無人機的載接體（8）上的攝像機（3）通過云臺和連接裝置與載接體（8）連接，且攝像機（3）放置在無人機的最前端來進行攝像拍照，攝像機（3）采用360度全方位監控，該攝像機（3）有三種作用，其一對飛到電擊殺蟲網（203）的昆蟲進行拍照記錄并上傳到控制系統來分析捕殺害蟲的數據情況，其二對農林地區段的動植物情況進行拍照采集，包括對整片地區段的動物的檢測拍照，對植被的生長情況進行采集，攝像機（3）將這些數據傳送到單片機，由單片機來完成信息數據的采集和與PC數據端的信息交流，進而更好的來對本地區段的物種研究和病蟲害防治提供條件，其三與紅外檢測裝置（4）一起對農林地區段的害蟲數據進行檢測，通過檢測地區段的大致害蟲數量并將數據傳輸到控制系統，由控制系統來完成無人機的路徑移動；

在無人機的機身的上方設置了一塊對蓄電池充電的太陽能電池板（7），太陽能電池板（7）通過將太陽能轉換為電能來為該生態監控和維護無人機提供部分電能，與無人機自身所帶電源一起為無人機的工作提供電能；

該生態監控和維護無人機的控制系統包括無線通訊模塊、單片機、手持數據接收端、PC數據端，無線通訊模塊采用的是現有技術來實現，單片機設置有通信串口，通信串口與計算機連接，該裝置的攝像機（3）、紅外檢測裝置（4）、培養基裝置（6）以及電控閥門均與單片機連接，單片機將接收攝像機（3）和紅外檢測裝置（4）檢測到的地區段害蟲數據，接收攝像機（3）采集的害蟲捕殺數據以及農林生長圖像數據，單片機通過通信串口來將接收到的信息數據傳輸到計算機，計算機進行數據處理之后通過通信串口傳遞給單片機，單片機將通過接收到的計算機的數據信息來控制無人機的路徑移動，通過接收到的計算機信息來控制電控閥門的打開和關閉來控制裝置的殺蟲裝置（2）和培養基裝置（6）的工作實現；單片機接收到的信號數據將通過無線通訊模塊進行數據信息交換并傳輸到手持數據接收端，通過通信串口與PC數據端進行數據交流，進一步促使單片機和手持數據接收端以及PC數據端之間進行數據交換，手持數據接收端與PC數據端的設置將有效提高控制系統數據處理的效率；

所述的培養基裝置（6）包括：玻璃蓋板（601）、風道（602）、過濾空氣通道（603）、載玻片（604）、培養基（605）、培養盒（606）、出風口（607）、電控門（608），培養基裝置（6）的上部設置玻璃蓋板（601），玻璃蓋板（601）是對培養基（605）進行一定的保護措施，在玻璃蓋板（601）的下部設置了一定數量的多行多列的培養基（605），而每個培養基（605）和所放置培養基（605）的培養盒（606）均是進行過滅菌設置處理過的，培養基（605）的上部采用電控門（608）將培養基（605）和上部的載玻片（604）進行相隔，該電控門（608）由兩扇門結構組成，電控門（608）上放置有載玻片（604），采用電控閥門來控制電控門（608）的打開和關閉進而控制載玻片（604）落入到下方的培養基（605）進行空氣花粉孢子微塵培養；

在載接體（8）上還設置了空氣進風通道（5），空氣進風通道（5）與所有設置在培養盒（606）壁面的風道（602）是連通的，空氣進風通道（5）用于接收空氣，當紅外檢測裝置檢測到該地區段動植物情況與PC數據端的數據不符合或者發生病蟲害情況時，空氣進風通道（5）的電控閥門打開，此時該地區段外界的空氣中的花粉孢子微小塵粒進入空氣進風通道（5），進而進入到特定的培養基裝置（6），在每個培養盒（606）的壁面設置有風道（602），此外，每個培養盒（606）的風道（602）均是與無人機載接體（8）上部設置的空氣進風通道（5）是連通的，當無人機到達一個地區段位置進行害蟲殺滅時，空氣進風通道（5）打開，此時單片機控制一個培養基裝置（6）的開閉風道（602）的電控閥門打開，每個培養基（605）都設置有一段獨立通向空氣進風通道（5）的風道（602），且每個培養基（605）的風道（602）與空氣進風通道（5）用電控閥門來控制它們的連接狀態，當一個培養基（605）的電控閥門打開使它的風道（602）與空氣進風通道（5）接通時，其它的培養基（605）風道（602）上的電控閥門不受影響保持關閉狀態使得該段風道（602）不與空氣進風通道（5）接通，空氣進入培養基裝置（6），此時空氣中的塵粒將落到表面涂有凡士林的載玻片（604）上，之后電控閥門控制電控門（608）打開，載有空氣微塵的載玻片（604）落入液體培養基（605）內進行短暫性的培育，而所培養的載玻片（604）上的空氣微粒在培養基（605）上只是作為一個簡單的空氣成分的觀測研究對象，以方便于為研究該地區段的空氣情況和物種提供一定的條件；

培養基裝置（6）還設置有過濾空氣通道（603）和出風口（607），當載玻片（604）沒有落入培養基（605）內時，培養基（605）內的氣壓為一個穩定數值，在載玻片（604）落入液體培養基（605）進行培養時，電控門（608）關閉，整個培養基（605）與外界環境進行了隔離，此時培養基（605）內部的空氣只有跟隨載玻片（604）進入到培養基（605）上的空氣，此時過濾空氣通道（603）和出風口（607）關閉，當培養基（605）被觀測人員拿出進行觀測時，培養基裝置（6）內部原來培養過程中的空氣由出風口（607）的抽氣泵進行抽出，而此時過濾空氣通道（603）將向內部通入無菌空氣來維持內部氣壓的平衡；

其控制方法包括如下步驟：

步驟1：設置在無人機的載接體上部紅外檢測裝置通過紅外熱感來檢測地區段內的病蟲害的大致數據，此外，攝像機也將通過拍照來采集一個地區段的害蟲數據，兩者將檢測到的害蟲數據傳輸到控制系統，由控制系統來指引無人機的飛行系統進行路徑移動；

步驟2：無人機飛到特定地區段進行固定工作，此時設置在無人機的載接體上的殺蟲裝置將開始工作，殺蟲裝置的汞燈發光，外界的害蟲由于燈光的引誘，飛向了殺蟲裝置，在觸及到殺蟲裝置的電擊殺蟲網后被擊落捕殺；

步驟3：捕殺的害蟲尸體將通過蚊蟲尸體收集管道進入到集蟲器，當集蟲器的集蟲數量達到一定時，由單片機控制電控閥門將尸體從下方通道運輸到無人機的機體外部的特定地面；

步驟4：在無人機進行工作時，當攝像機以及紅外檢測裝置檢測到該地區段的動植物的生長情況與PC數據端不相符合時，載接體上設置的空氣進風通道將通過電控閥門打開，空氣會進入空氣進風通道，此時單片機會控制培養盒上控制風道開閉的電控閥門打開或者關閉，空氣中的微粒由空氣進風通道進入到培養盒內部的載玻片上進行該地區段的空氣微粒采集；

步驟5：在無人機完成了該地區段的裝置工作時，載玻片將完成空氣微粒采集，單片機控制關閉該培養盒的風道，此時電控門打開，培養盒內部的載玻片將落入到下方設置的液體培養基內進行該地區段的空氣微粒短暫性培養；

步驟6：在整個培養過程中，為保證培養不受影響，裝置的通風口和進風口關閉，在一段時間后，工作人員通過控制系統的控制使無人機降落地面，由工作人員來打開培養盒取出培養基，此時設置在培養基上的通風口將由抽氣泵將內部空氣抽出，再由過濾空氣通道向內部通入過濾空氣來保證裝置的氣壓平衡和方便下一個培養基的設置和空氣微粒培養；

步驟7：該生態監控和維護無人機在整個工作過程中，由無人機上設置的太陽能電池板以及無人機自身充電電源來提供電能，而控制系統將根據無人機上的裝置工作來對該生態監控和維護無人機采集的信息進行儲存實時分析處理。