CN110461147A - 多功能光电声学离子无人机 - Google Patents

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Abstract

一种被派出在巡逻地区内驱赶消灭农业害虫的自主型无人机，其集成有宽带宽、高能的声波发生器。悬浮靠近植物的无人机通过频率和音调利用高能的声波轰击植物的叶子和果实，该频率和音调通过声音功率由机载合成器来确定，该声音功率被放大以驱动安装在侧面和底部的声波发生器。利用强力的声波轰击例如毛虫、甲虫等农业害虫，使得其躯体剧烈地振动并且与合成器频率发生谐振，以驱逐或杀死这些害虫。由螺旋桨的强力向下气流迫使例如飞蛾等其他昆虫飞向空中，并被集成的高压丝网电击。在酒店房间内，无人机悬浮靠近于铺盖床垫的表面，利用强力声波轰击表面，该强力声波被调节至使得床上虫子谐振且死亡的频率。

Description

多功能光电声学离子无人机
相关申请的交叉引用
本申请为2017年3月25日由Simon Siu-Chi Yu早先递交的名称为"MultiFunction Photo Electro Acoustic Ions Drone"的第62/601,652号美国临时专利申请以及于2016年9月19日也是由Simon Siu-Chi Yu早先递交的名称为"Bug Eater"的第15269173号的授权的美国专利申请的继续部分申请并要求其优先权，并且要求早先的递交日期的权益，将其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
在我们的星球上存活着比人类多的害虫。农业害虫与人类直接竞争食物。很难控制并使害虫远离农田。每年，害虫摧毁千万吨的食物。当下，使害虫不逼近的最有效的方法是通过从空中或地面喷洒化学品。然而，化学喷雾会对环境带来巨大的影响。使用拖拉机安装的空气辅助静电喷雾器的更有效的方法可以减少用于从空气喷洒的可比区域的化学品的量。尽管目前使用的设备有所进步，但土壤破坏和化学残留物还是会影响有益生物。
在有雪的国家，在屋顶清扫雪是一项危险的工作。每一年，大量的人由于从较滑的屋顶上摔下而受伤。此外，雪崩控制涉及使用危险的固体或液体炸药。而且，蜜蜂的领地正在消失。更进一步地，在人口稠密的城市地区，室内空气质量正在恶化。
本发明涉及有害的飞行昆虫的消灭。飞行昆虫一旦飞在空中就很难消灭。苍蝇尤其敏捷，通过甩动毛巾几乎不可能把它们打下来。本发明专注于大量地杀死蚊子，因为蚊子因传播许多疾病而比其它昆虫对人类的危害更大。
市场上有可用于处理蚊子的装置，例如涂布粘胶的胶带、蚊帐、捕集器、使用温室气体CO2将蚊子引诱到死亡捕集器的系统以及有争议的DDT化学喷雾。仍在进行研究的最新创新是使用激光来消灭蚊子。然而，所有这些工具都是被动装置或系统，其对控制蚊子种群无效。有报道称配备激光的系统可能是不可行的，因为大多数蚊子为患的地区都在没有电力的较贫穷的县区，并且配备激光的系统需要经过培训的人员才能操作。目前，喷洒DTT是现今最有效的消灭方法，但会带来负面的环境影响。
根据世界卫生组织的统计，2012年全世界估计发生了2亿例由蚊子引起的疟疾病例，且估计发生了600,000例与疟疾有关的死亡事件。政府和援助机构制定了许多方案以在地方病流行区分发抗疟疾药物、杀虫剂和蚊帐，这些有用的工具抑制了疟疾在世界农村地区的蔓延。然而，这些现有的措施和技术只能使疫情不扩散。为了有真正的机会克服这种疾病，需要一种新的方案。
发明内容
所公开的无人飞行器无人机(unmanned aerial vehicle drone,UAVD)包括昆虫吸入和消灭模块210，昆虫吸入和消灭模块包括至少一个吸入叶轮，以及收缩电击丝网和收缩机械捕集器其中一者。UAVD还包括控制和通信模块220，控制和通信模块包括电子中央处理器(CPU)、无线通信单元、电子相机和音频A/V单元以及配置为将所有无人机模块进行互联的总线。此外，UAVD包括导航模块230，导航模块包括一组360度障碍回避传感器以及定位单元(GPS)，被配置为自主引导无人机飞行时避开障碍物。UAVD进一步包括昆虫吸引模块240，昆虫吸引模块包括气味盒、可见光单元、闪烁UV(紫外线)光单元以及CO2(二氧化碳)发生器。UAVD又包括安全模块250，安全模块包括声音发声器以及故障锁，声音发生器在无人机驻留在地面时通过声音威慑来保障其不被偷走，故障锁在威慑失败的情况保护其不被偷走。
无人飞行器无人机(UAVD)以及系统包括声波发生器模块，声波发生器模块包括音调频率合成器，音调频率合成器配置为在距离模块的可变距离处的目标内生成破坏性谐振和有害振动。无人机和系统还包括导航模块，导航模块包括一组360度接近和障碍回避传感器以及定位单元(GPS)，被配置为自主引导无人机飞行时接近但避开多个目标位置。此外，无人机和系统还包括电子模块，电子模块包括电子中央处理器(CPU)、无线通信单元、电子相机和音频A/V单元以及配置为将所有无人机模块进行互联的总线。无人机和系统进一步包括可移除可配置的模块化盒以及用于盒与无人机的机电对接端口，从而盒与无人机机电通信。
一种用于无人飞行器无人机(UAVD)管理的方法，该方法包括通过声波发生器模块在可变距离处的目标内生成破坏性的谐振和有害的振动，声波发生器模块包括音调频率合成器。该方法还包括通过模块进行导航，该模块包括一组360度接近和障碍回避传感器以及定位单元(GPS)，被配置为自主引导无人机飞行时接近但避开多个目标位置。此外，该方法还包括提供电子模块，电子模块包括电子中央处理器(CPU)、无线通信单元、电子相机和音频A/V单元以及配置为将所有无人机模块进行互联的总线。该方法进一步包括提供可移除可配置的模块化盒以及用于盒与无人机的机电对接端口，从而盒与无人机机电通信。
通过以下结合附图、以本公开的原理的示例的方式示出的详细描述，本公开的实施例的其他方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1为根据本公开的实施例的多功能无人机的横截面图。
图2是根据本公开的实施例的无人机的俯视图。
图3为根据本公开的实施例的从盒组件中取出的粒子收集器模块的正极板的俯视图集。
图3A为根据本公开的实施例的从盒中取出的粒子收集器模块的负极板的俯视图集。
图3B为根据本公开的实施例的示出浸没在水中以固定鱼的一对电场极板的透视图。
图4为根据本公开的实施例的从盒中取出的用于杀死病菌的紫外线-C LED模块的俯视图。
图5为根据本公开的实施例的从盒中取出的负离子和臭氧发生器模块的俯视图。
图6为根据本公开的实施例的双层通电高压丝网的立面视图。
图7为根据本公开的实施例的单层通电高压丝网的立面视图。
图8为根据本公开实施例的远程控制站的透视图。
图9为根据本公开的实施例的从次声到超声高能声波发生器的宽带宽。
图10为根据本公开的实施例的具有导电垫的无人机充电站。
图10A为根据本公开的实施例的无人机电池充电电路的示意图。
图11为根据本公开的实施例的在多功能无人机上安装的声波发生器的透视图。
图11A为根据本公开的实施例的图11的无人机的立面图，示出了声音发生器的放置，且底部安装的发生器能够通过电缆和绞盘从无人机主体上下降。
图12是根据本公开的实施例的在多功能无人机上安装的声波发生器的仰视图。
图13为根据本公开的实施例的安装有空气吹风机的无人机的透视图。
图14为根据本公开的实施例的无人机的仰视图，示出了一对安装在无人机侧面的空气吹风机。
图15为根据本公开的实施例的无人机的互通通信和连接的框图。
图16为根据本公开的实施例的操作多功能无人机的模式和方法。
图17为根据本公开的实施例的本公开的系统模块的框图。
图18是根据本公开的实施例的用于杀死飞行昆虫的、具有环绕高压丝网的UAV无人机的剖面示意图。
图19是根据本公开的实施例的用于杀死飞行昆虫的图18的UAV无人机的俯视图。
图20是根据本公开的实施例的用于UAVD的高压双层丝网的示意图。
图21是根据本公开的实施例的用于UAVD的高压单层丝网的示意图。
图22是根据本公开的实施例的用于杀死飞行昆虫的、具有吸入丝网和叶轮的UAV无人机的剖面示意图。
图23是根据本公开的实施例的用于杀死飞行昆虫的图22的UAV无人机的俯视图。
图24是根据本公开的实施例的用于UAVD的、具有钩状天线的信标应答器的透视图。
图25是根据本公开的实施例的用于UAVD的基站控制器和显示器的透视图。
图26是根据本公开的实施例的图1的UAV无人机的俯视透视图。
图27是根据本公开的实施例的图22的UAV无人机的俯视透视图。
图28是根据本公开的实施例的适于消灭飞行昆虫的UAVD的框图。
图29A是根据本公开的实施例的无人机充电垫的俯视图。
图29B是根据本公开的实施例的包括整流器的无人机充电垫的示意图。
图30是根据本公开的实施例的通过所公开的UAV无人机消灭飞行昆虫的方法的框图。
图31是根据本公开的实施例的所公开的UAV无人机的安全方法的框图。
在整个说明书中，类似和相同的附图标记可用于标识若干实施例和附图中的类似和相同的元件。尽管已经示出了本发明的具体实施例，但是本发明不限于如此描述和示出的部件的具体形式或布置。本发明的范围由在此所附权利要求及其等同物限定。
具体实施方式
现在将参考附图中示出的示例性实施例，并且本文将使用特定语言来描述这些示例性实施例。然而，应该理解的是，并不因此旨在限制本公开的范围。对于在相关领域并且具有本公开内容的普通技术人员而言，本文示出的发明特征的改变和进一步修改以及本文所示的本发明原理的其他应用，都被认为是在本发明的范围内。
在本公开的全文中，术语"盒"(cartridge)指用在更大件的设备(即无人机)中的具有特定用途的小部件，其能够容易地用其他相似部件取代。术语"模块"指由一组单独部件制成的某物，这些单独部件能够被接在一起以形成一更大的物件。术语"收缩"(constrict)和"收窄"(narrow)指漏斗状结构，配置为引导昆虫、气流以及其他东西在特定方向上从较宽空间进入较窄空间。而且，术语"电击"指的是一种最致命的电气事件，该事件基于流经电击丝网上的两个电压点之间的昆虫或其他活物的电流量。同时，术语UAVD指无人飞行器无人机，并且在本公开中与无人机或UAV无人机近义。
本发明涉及农业害虫控制、预防可能伤害作物的冰雹、去除屋顶的雪、使植物授粉、控制雪崩形成、消灭飞行昆虫、调节室内污染空气、收集落下的树叶、控制藻类生长，以及涉及休闲捕鱼应用。
本公开没有使用化学喷雾来消灭有害害虫。这是应对喷雾的环境影响而在正确方向上的一步。本公开使用声波，其使目标害虫和不想要的生物移动离开无人机巡逻区域。本公开通过高能声波发生器来驱赶目标害虫，该高能声波发生器产生强力的声波振动以驱逐害虫离开叶子。
本公开还通过高能声波使用致命力量，该高能声波具有被调节的频率，以使目标害虫破坏性地谐振。声波远距离地将机械压力施加到害虫躯体上，引起躯体细胞膜和单独的器官的破裂，从而导致消灭害虫的结果。
本公开的无人机悬浮靠近铺盖床垫，用致命的高能声波轰击铺盖床垫，以消灭床上的虫子。酒店主人可以立即将公开的单位租出，而无需像使用化学品喷雾的方法那样等待。
所公开的无人机的另一个优点包括，通知坐落在附近的本地多普勒雷达(localDoppler radar)，并与其进行通信。无人机飞行靠近风暴云以用高能声波向其进行轰击，以打散密集的云层并阻止其中形成冰雹。所公开的无人机悬浮靠近在倾斜山丘上的积雪，以便于用高能声波轰击积雪，以疏松并消除堆积的积雪，并控制雪崩而无需使用炸药。所公开的无人机的又另一优点包括悬停在屋顶上方用声波喷射雪以清除雪，并且消除了要人爬到屋顶来清除和移除积雪的需要。
所公开的无人机的又另一个优点为悬停在植物上方，并用声波来喷射植物，从而有助于植物的自我授粉以及提高作物产量。所公开的配备有高速大容量的空气吹风机的无人机的又另一优点为有助于植物由此授粉。所公开的无人机的另一个优点为利用高压通电丝网来电击飞在空中的飞行昆虫。
所公开的无人机的另一个优点为通过经由无人机来向房间喷洒负离子来净化内部房间。负离子被报道称可以改善健康，并因此通过所公开的无人机喷洒进房间。所公开的无人机的另一个优点为使室内空气移动通过一组带静电的极板来净化污染的空气。所公开的无人机的另一个优点为用能去除异味的臭氧(O3)分子来喷洒室内房间。所公开的无人机的又另一个优点为辐照高能的紫外线-C射线以杀死病菌和细菌。
声音发生器使植物在模拟昆虫访问植物的频率下振动和谐振。所公开的配备有高速大容量空气吹风机的无人机的另一个优点为将落下的树叶从屋顶上以及从过去无法企及的区域上清除。
所公开的无人机的又另一个优点为经由Wi-Fi通过远程人工控制来操控，或者无需人的干预自主地操控。远程操作员通过无人机的相机经由FPV(第一人称视角)远距离地监控无人机的活动，以确保安全。
无人机为模块化设计。无人机主体由基本叶片以及对于空中飞行的上升和行进所需要的部件组成。可拆卸通用的模块包括高压丝网、粒子收集器极板、电场极板、紫外线光、臭氧发生器、空气吹风机、侧面安装的声音发生器以及底部安装的声音发生器。模块安装在无人机主体上，或者能够通过电缆和绞盘从无人机主体上下降。
图1为根据本公开的实施例的配备有电动机50的多功能无人机10，电动机50驱动安装在电动机轴54上的螺旋桨51。电动机50安装在支承框架53上。无人机计算机CPU33与GPS装置35和Wi-Fi无线单元34以及360度障碍回避装置23通信，360度障碍回避装置23具有来自视频相机20输送的信息。天线22向远程控制器120发送和从远程控制器120接收数据。
专用电池37仅服务于无人机，而电池40向例如盒组件100的所有配件供电，盒组件100包括音调合成器模块41、高压发生器模块58、60和70。盒组件100包括粒子收集器模块61、UV-C LED模块80、负离子发生器模块71以及臭氧发生器模块90。如果盒组件100没有被使用，则通过松开安装螺母101可以移除盒组件100。如图9、图11和图12所示，移除的盒组件100在无人机10的底部形成一腔，被设计用来容纳高能声波发生器44。除了底部发射声波发生器44之外，还有侧面铰接安装的声波发生器42阵列。侧面安装的发生器42允许更大的自由度，以对准如上述的目标以及无人机10的周围。所公开的无人机还配备有笼59，笼59包括由隔离丝网57保护的高压丝网55和56，隔离丝网57防护防止在笼59通电时的意外电击。无人机进一步包括在支承腿18的端部的电源电池充电接触尖端19。
转至图2，为根据本公开的实施例的无人机10从其上方的视图。笼59由三层丝网55、56、57构成，三层丝网55、56、57由框架53支承。外壳52容纳无人机10的所有的配件，保护配件不受天气影响。声波发生器42安装有铰接的接头58，能够指向远离无人机10的任何方向，用于指向目标。
在图3中根据本公开的实施例描绘了形成具有间隔列的光催化氧化粒子收集器模块61。涂覆有氧化钛(TiO2)的正电极板63(图3)和负电极板64(图3A)被配置为过滤污染的空气。当UV-C光80照射在二氧化钛上时，电子在其表面释放。电子与从无人机螺旋桨51拉入的空气中的污染的水分子(H2O)相互作用。污染物分子在化学键处被分解，变成如二氧化碳和水等无害物质。
图3B示出了根据本公开的实施例的无人机10，其携带浸没在水中用于捕获鱼的一对电场极板65和66。极板65、66通过电线67、68供电。当电源打开时，使得从极板65到66生成电场69。在极板之间的电场69区域中游动的小鱼可以被击晕和固定。鱼捕手只要捡起被击晕和固定不动的鱼。
图4是根据本公开的实施例的紫外-C光谱LED模块的阵列。模块80用于激活粒子收集器极板63、64上的(TiO2)涂层并照射存在于空气和极板表面上的病菌和细菌。
图5示出了根据本公开的实施例的负离子发生器模块71，通过高压逆变器70通过电缆72向该负离子发生器模块71提供高压。臭氧发生器模块90在被激活时可以消除室内的气味，优选在其开启时里面没有人。
回到配备有通电笼59的无人机10。根据本公开的实施例，图6中所示的双层丝网59包括带相反电荷的丝网55和56，以对飞行昆虫13进行电击。根据本公开的实施例，在图7中示出用于相同目的的、具有单层通电笼112的高压设计的变型。
转到图8，根据本公开的实施例示出了远程控制基站120。基站120通过其视频监视器监视远距离的无人机10活动的进度，并在紧急情况下向覆盖的无人机发送命令。基站120通过Wi-Fi无线连接与无人机10进行通信。为了方便或设计，可以用现代的智能手机来替代基站120。
根据本公开的实施例，图9中示出了强大的底部安装的高能声波发生器44。发生器44类似于侧面安装的声波发生器42。当发生器42在向上和向下方向上从侧面喷射时，发生器44专门地在向下方向上喷射声波。发生器42和44由声音功率放大器43驱动，音调频率和特性由合成器41编程而成。发生器42和44由用于低频的多元件驱动器45和用于高频的多元件驱动器46组成，其能够响应以再现从次声到超声的宽范围频率。
根据本公开的实施例，为着陆的无人机10提供自动充电站130，以对图10所示的其电池进行再充电。图10A是示出根据本公开的实施例的着陆在充电垫130上的无人机10的电路图。无人机10具有内置的桥接整流器131。在支承腿18的端部上是导电尖端19。在无人机10着陆后，电力从垫130中流出以对电池37和40进行再充电。无人机10着陆方位并不重要，因为无人机的整流器131将电气自动校正各自的极性。
根据本公开的实施例，无人机10的透视图在图11中示出。可见装置包括高压笼59和侧面安装的声波发生器42，其可以指向远离笼59的多个方向。向下发射的声波发生器44在所示的向下方向上喷射强大的声波。
根据本公开的实施例，图12示出了从无人机10的底部向上看的情景。电击保护丝网57安装在高压丝网55的外层上。铰接接头58允许侧面安装的声波发生器42旋转到指定方向。如在发生器44上所示，次声驱动器元件45和超声驱动器元件46面向下。
据本公开的实施例，如图11A所示，当移除盒100时发生器44占据腔。缠绕有电缆48的线轴47利用稳定杆38使发生器44悬挂，当发生器44从无人机主体10下降时，稳定杆38防止发生器44扭转电缆48。发生器44为防水的。当在陆地上操作时，发生器44回到盒腔中。当无人机10飞向潮湿的陆地和湖泊时，发生器44下降并浸入水中，以利用其在图9所示的发生器44内的超声元件46破坏藻类生长。发生器44还包括麦克风，该麦克风拾取来自发生器44的回声，以确定超声频率，从而提高其在破坏藻类生长等方面的效率。
图12是根据本公开的实施例的在多功能无人机上安装的声波发生器的仰视图。所示的附图标记可以指代本文其他附图中所示的相同和相似的部件。
根据本公开的实施例，图13中描绘的无人机10配备有一对高速大容量的空气吹风机110。空气吹风机110具有喷嘴111，喷嘴111引导并提高其空气速度以清除落下的树叶，并且还可以有助于授粉植物再生。在植物授粉应用中，空气吹风机110在植物处喷射高速空气，同时从发生器44,42喷射声波。从植物中释放的花粉被吹散并与其他植物交叉授粉。新的交叉授粉的植物在遗传上比自花授粉的品种更健康，更强壮。
图14是根据本公开的实施例的配备有无人机10的空气吹风机110的仰视图。单个的空气吹风机110对于小区域来说足够了。双空气吹风机110可以在更广泛的区域上收集树叶，以便于收集和处理或处置。
图15为根据本公开的实施例的无人机10内的通信和互连的框图。无人机10使用实时的同时定位和映射(Simultaneous Location and Mapping,SLAM)24和360度障碍回避23以及与其联结的视频相机20和三维激光扫描，来帮助其自动驾驶21能力。操作计划器30模式通过激活适当的模块43、58、70、60、90、80、110等将无人机CPU 33重定向以用于新任务。
图16中，另一框图描绘了操作计划器30，包括根据本公开的实施例的操作多功能无人机10的方法。例如，通过第一步来驱逐农业害虫，以通过将目标害虫与机载所存储的数据中的害虫进行比较来识别害虫的类型。第二步包括从合成器41中选择适当的音调和频率。第三步包括指示无人机10悬浮靠近害虫但避免与植物接触。一旦通电时，声波发生器44应该能够由于声波发生器44生成的强烈振动而清除害虫。相机20和CPU 33监视驱逐过程以确定是否需要其他措施，例如在害虫仍然保持在植物上的情况下。然后合成器41将扫描一范围内的频率以匹配有害生物的自然谐振频率。一旦害虫开始谐振，那么将导致害虫死亡。例如，常见的甲虫害虫在500至2000赫兹下谐振。根据害虫的大小和质量选择频率。确定频率的常用方法是1/2π×Vk/m，其中m是害虫的质量，常数k＝8.86×106N/m。
通常，蟋蟀在3.27kHz时谐振，毛虫以低得多的频率谐振。通过靠近床上用品表面悬浮的无人机10，用高能声波发生器44对室内床上的虫子进行喷射。强大的声波引起振动，并通过细胞破坏使床上的虫子共振致死。
所公开的无人机10悬浮靠近积雪堆积以用强力声波发生器44进行喷射，其中声波发生器44被配置成在积雪层下进行松弛并由此控制雪崩。无人机10也由多普勒雷达引导飞行以迎接接近的暴风云。然后无人机用强大的声波发生器42和44喷射风暴云，以便在破坏性风暴到达无人机巡逻区域之前打散潜在的冰雹使其不能形成。冰雹加农炮是一种在地面上使用冲击波发生器向上射入天空、以在冰雹的生长阶段破坏其形成的方法。在机器的腔室中发射的爆炸性乙炔气体和空气会产生破坏性的冲击波。然而，冰雹加农炮方法并不具有成本效益，因为它在冲击波到达云层时便失去了大部分能量。
在对甲虫和毛虫的驱逐过程中，无人机10还遇到从植物撤离的飞虫。无人机10接通高压逆变器58以使丝网笼59通电，以在昆虫与丝网55和56接触时杀死它们。
在室内，飞行的无人机10接通高压逆变器70，该逆变器70激活离子发射器71以产生与悬浮颗粒碰撞并给它们充电的负空气离子。无人机10飞行并通过其螺旋桨51进出空气。带电粒子聚集在一起并从空气中掉落，从而消毒大气并阻止感染的传播。此外，紫外线-C光80用于消除病菌、病毒、细菌、过敏原和致病微生物。
对于房间内的较大颗粒，无人机10接通激活粒子收集器61的高压逆变器60。收集器61包括吸引带负电粒子的正极板63和吸引带正电粒子的负极板64。极板63和64可从盒组件100移除以进行定期清洁。
从内部，例如酒店房间，无人机10飞行并接通臭氧发生器90。臭氧发生器90破坏所留下的导致异味的烟雾分子。
无人多功能空中飞行器无人机(UAVD)，包括昆虫消灭模块、控制和通信模块，昆虫消灭模块包括至少一个螺旋桨以及电击丝网；控制通信模块包括电子中央处理器(CPU)、无线通信单元、电子相机和音频A/V单元以及配置为将无人机的所有模块互连的总线。UAVD还包括导航模块、高压逆变器、频率合成器，导航模块包括一组360度障碍回避传感器和定位单元(GPS)，被配置为自主地引导无人机在飞行时避开障碍，高压逆变器给盒模块供电，频率合成器驱动声波发生器。
无人UAVD的实施例包括圆柱形笼构型的电击丝网，以具有大于底部开口的顶部开口，并且其间的壁从顶部到底部向内倾斜，以允许被杀死的昆虫快速地从圆柱形笼掉落。圆柱形笼包括两层间隔的金属丝网以及其间的绝缘件，以防止丝网发生物理接触，其中外部丝网开口的网口大小大于内部丝网开口的网口大小。无人UAVD包括圆柱形笼，圆柱形笼包括由两根单独的金属线形成的单层金属层，两根单独的金属线以间隔交错的方式卷绕在绝缘芯子上，每根线在任何点上相对于其相邻的两根线为反向通电。非导电笼护件围绕在电击丝网的外部，限定的开口大于电击丝网的网口的开口，以允许昆虫飞行穿过。
无人UAVD的其他实施例包括，相机通过P2P、FPV、RPV等格式将实时视频和图像广播回远程控制器基站，并且将图像存储在无人机上，用于通过使用物体识别跟踪以及颜色直方图软件进行意向目标的实时分析，以区分哪种类型的昆虫为目标。一组360度障碍回避传感器(OAS)包括次声或超声声纳以及借助于相机的三维镭射扫描仪，以警告无人机自主地避开与障碍物的碰撞。实时(SLAM)同时定位和映射安全护卫无人机使其免于碰撞到障碍物上。专用无人机电池和配件电池组确保无人机保留足够的能量以返回基站。电池组可通过设置在无人机上或附接在其上的可选太阳能板再充电。
无人UAVD包括远程控制基站，远程控制基站包括操纵杆、天线、应答器、无线电收发器、视频监视器、无人机状态显示器、麦克风、陀螺仪和一组传感器校准开关。远程控制站配置为可以用智能手机代替。无人UAVD系统还包括充电垫站，其与着陆的无人UAVD相配合，被配置为用于正电压和负电压或交流电压的两部分，并且无人UAVD本身包括一组桥接整合器配置，被配置为允许当无人UAVD着陆时以任意方位从垫到无人UAVD上的电池的完整的充电电路。可移除的盒容纳用于特定应用的各种特定功能模块。模块可以重新调整或从盒上拔下。盒包括间隔开的粒子收集器模块，其包括正电荷极板和负电荷极板以收集空气中的污染物。极板涂覆有氧化钛(TiO2)。在实施例中包括间隔开的电场阳极和阴极板模块。
实施例包括通过缠绕在线轴上的电缆而悬挂在无人机下方的极板。当在电场影响区域内时，绞盘驱动线轴使得浸入水中的极板升高或降低，以击晕鱼。该盒包括紫外线-C光光谱模块，其照射穿过从无人机的螺旋桨拉入的空气的、以及氧化钛(TiO2)涂覆的粒子收集器极板的表面上存在的病菌和细菌。盒还包括负离子发生器模块。足够的负离子从其发射器中释放，附着在大量带正电荷的粒子上。这导致病菌、霉菌、花粉和其他过敏原变得太重，而不能保持空气传播并从空气中沉淀到极板上或其他地方。
盒还包括臭氧发生器模块。该模块在密闭空间中氧化不需要的气味。臭氧发生器产生O3，其通过无人机的飞行和通过其飞行和叶轮推动空气来从分子上攻击待处理空间中的气味。声波发生器模块包括侧向安装的发生器和底部安装的发生器。侧面安装的发电机具有铰接的旋转接头，允许发生器在任何方向上将无人机声波能量远离无人机喷射。底部安装的发生器将声波能量向向下方向喷射。
无人UAVD系统的实施例进一步包括集成在声波发生器模块内的次声和超声元件。次声通过物体上的非常低的谐振频率和超声波喷射，而超声波通过物体上的高谐振频率进行喷射。
无人UAVD系统还包括绞盘，该绞盘驱动缠绕有电缆的线轴。电缆的一端终止于保持底部安装的发生器的稳定杆。电缆使浸入污水中的底部发电机升高或降低，以破坏藻类生长。无人UAVD系统进一步包括麦克风，其拾取回波信号以确定浸入式底部发生器的设定输出功率水平。
无人UAVD系统进一步包括空气吹风机模块，该空气吹风机模块配置为吹走屈服于空气压力的较轻物体。当空气吹风机通电时，空气吹风机可以成对或是多个，来对抗无人机的旋转。无人机昆虫消灭模块还包括至少一个电击丝网。本公开的实施例中包含了这样的方法：通过无人机的螺旋桨用空气对昆虫巢穴进行喷射，并对房屋的内墙和地板进行喷射，以及迫使所有昆虫飞向空中以进行消灭。该方法还包括通过包括声波发生器的无人机模块消灭农业害虫。该方法还包括悬浮靠近目标以便从上方和/或从侧面喷射目标，引起强烈振动，导致目标驱逐然后坠落到地面。该方法还包括调节合成器频率以紧密匹配目标害虫躯体的自然谐振频率，以引起强烈振动，从而造成目标死亡。该方法还包括内置在声波发生器内的次声和超声元件，用于产生非常低的频率的次声，以及用于产生高频干扰的超声。方法进一步包括以一定角度瞄准吹风机，同时使无人驾驶飞机向前吹动叶子到堆中以便以后收集。
其他实施例包括调节合成器频率以使植物谐振并释放其花粉。空气吹风机迫使花粉飞向邻近的植物以诱导授粉。关于藻类控制，无人机通过沿湖泊或池塘的电缆悬浮并拖曳破坏性发生器极板，以驱除藻类和电晕鱼类。
实施方案还包括通过无人机模块进行空气清新、空气颗粒去除、空气除臭和空气消毒的方法，所述无人机模块包括负离子发生器、粒子收集器、臭氧发生器和紫外光。
该方法进一步包括使无人机在房屋内飞行以通过其螺旋桨吸入空气。通过模块的空气被负离子和颗粒净化，被捕获在极板之间，气味被除去，空气被消毒。
本公开使用一种无人驾驶基站飞行无人机，配备有高压通电丝网、化学气味、灯光、声音、吸风扇、摄像机、全球定位系统、Wi-Fi、对接信标归位和跟踪系统。它是处理此问题的最先进的工具。
图17是根据本公开的实施例的本公开的系统模块的框图。本公开的系统包括声波发生器模块510、导航模块520、电子模块530和模块化盒模块以及对接端口540。
图18是根据本公开的实施例的用于杀死飞行昆虫的、具有环绕高压丝网的UAV无人机的剖面示意图。无人飞行器无人机(UAV-Unmanned Aerial Vehicle)10与灭虫装置集成在一起，其包括陀螺仪辅助的、电池37供电的、多螺旋桨51驱动的飞行无人机。环绕无人机的圆柱形笼60由配置为用于消灭昆虫的高压逆变器模块36通电。高压笼60由笼护件(未示出)保护，以防止意外接触。具有Wi-Fi34的相机通过天线22实时直播视频流到基站控制器200(未示出)。GPS(Global Position System，全球定位系统)35设定到达目的地的飞行路径并引导无人机10返回基站。
一组360度障碍回避传感器23和陀螺仪连同相机20和机载CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)33引导无人机10在飞行中避开障碍物。CPU33接受可供下载和更新的应用程序(applications)。引诱模块38包括辛烯醇(Octenol)和乳酸气味盒(Lactic acid scented cartridge)、可见光模块32和CO2(二氧化碳)发生器，其配置成与UV(紫外线)光模块31一起将昆虫吸引到UAVD。声音发声器39或警报器被包括在内，以保护无人机10在驻留在地面上并搁置在支承腿18上时不被盗。
专用无人机电池37和配件电池组40确保无人机10保留足够的能量，以根据指示器信号或一段时间的超时来返回基站。电池组37和40可用太阳能板(未示出)充电。远程控制器基站通过经由WI-FI 34与无人机进行通信，来管理无人机活动。还描述了无人机壳体52、无人机结构框架53、无人机电动机50和用于无人机螺旋桨叶片51的无人机电动机轴54。无人机与壳体52集成在一起，并且无人机结构框架53在结构上支承高压笼60。
可见光模块包括变色LED(light emitting diode，发光二极管)32，其配置成产生宽频谱的静止或闪烁的可见光，包括红色、绿色和蓝色，以模仿人类活动从而吸引昆虫飞近和侦查。在一个实施例中包括静止或闪烁的UV(紫外线)光模块31。该模块具有凸面反射器30，其产生315nm至420nm波长的UV光以吸引昆虫。CO2(二氧化碳)发生器包括涂覆有TiO2(Titanium Dioxide，二氧化钛)的凸面反射器30的表面。紫外线照射到凸面反射器30上，引起CO2的释放以进一步吸引昆虫。
图19是根据本公开的实施例的用于杀死飞行的昆虫的图18的UAV无人机的俯视图。附图标记可用于与本公开中包含的其他附图相同和相似的限定。笼被描述成圆形，但也可以为方形、椭圆形和球形以及根据应用和设计要素的其他几何形状。当昆虫落在丝网上时，丝网将通过昆虫实现桥接，并使得放电电流进入和通过昆虫，立即电击昆虫。外部丝网开口的网孔尺寸大于内部丝网开口的网孔尺寸以便于桥接。圆柱形笼的顶部开口大于其底部开口，因此笼向内倾斜以允许已死的昆虫快速从圆柱形笼中脱落。
图20是根据本公开的实施例的用于UAVD的高压双层丝网的示意图。圆柱形笼60可包括间隔开的两层金属丝网62和64，形成外丝网62和内丝网64。丝网可以包含在其间的绝缘材料，例如塑料支架，以防止丝网彼此物理接触。外部丝网62用正电位电压通电，而内部丝网64用负电位电压通电，反之亦然。
图21是根据本公开的实施例的用于UAVD的高压单层丝网的示意图。圆柱形笼的一实施例可以包括单层的金属丝网，其通过缠绕两根单独的金属导线而形成，两根单独的金属导线以交错的方式卷绕在绝缘芯上。两根交错的导线间隔开，形成平行且交替的关系体，以设置在各导线两端的正电压和负电压对该关系体通电。因此，每根导线在任意点处均相对于其相邻的两根导线反向地通电。当昆虫落在任意导线上时，它将使丝网桥接，并引起作用到昆虫上的电流，立即电击昆虫。圆柱形笼的顶部开口大于其底部开口，因此笼向内倾斜以允许已死的昆虫快速从圆柱形笼中脱落。圆柱形笼环绕并包围无人机主体，而不接触与笼间隔开的螺旋桨的尖端。
笼护件安装成环绕外部高压丝网的外表面。护件是带孔的，其开口比外部丝网的网孔大得多，以允许昆虫飞过那里。护件由非导电材料制成，以防止意外用手接触高压圆柱形笼。
高压逆变器模块向圆柱形笼传送高能。正电压和负电压足够高以电击昆虫，但不足以引起丝网之间的电弧作用。高压在450至10,000伏的范围内。
实时视频流相机通过P2P、FPV、RPV等格式将实时视频和图像广播回其远程控制器基站200。相机将图像存储在无人机上，用于通过使用面部和物体识别跟踪以及颜色直方图软件进行意向目标的实时分析。相机能够区分哪种类型的昆虫被作为目标。
一组360度障碍回避传感器包括红外或超声波(声纳)，其借助相机警告无人机以避免与障碍物的碰撞。
声音发声器播报预先录制的消息或中继由远程基站操作员发送的实时消息。发声器警告太靠近无人机着陆地点的入侵者，而相机立即拍下其附近的照片，用于在无人机被盗时进行将来的数据恢复。如果警告信息无法阻止入侵者，则无人机会飞回基站。控制器通过发声器发送消息，然后向“切断开关”(kill switch)发送命令，使得无人机在被盗时变成不可操作。发声器频率的范围从次声到超声。发声器使用次声和超声来驱逐不想要的目标。
图22是根据本公开的实施例的用于杀死飞行昆虫的、具有吸入丝网和叶轮的UAV无人机的剖面示意图。此外，所描述的无人机100是陀螺仪辅助的、电池供电的、多螺旋桨驱动的飞行无人机。风扇辅助的吸捕器被集成到无人机100中以消灭昆虫。风扇护罩162将昆虫引导到单向捕集器158中，其中昆虫被捕集在可拆卸托盘157中。具有Wi-Fi134的相机120经由天线122使实时视频流向基站控制器200(未示出)。
GPS(全球定位系统)135设定到达预定目的地的飞行路径并引导无人机100返回基站。一组360度障碍回避传感器123和陀螺仪(未示出)连同相机120和机载CPU(中央处理单元)133引导无人机100以在飞行中避开障碍物。CPU133在数据端口接受可供下载和更新的应用程序(applications)。引诱模块138包括辛烯醇(Octenol)和乳酸气味盒。可见光模块132、UV(紫外线)光模块131和CO2(二氧化碳)发生器用于吸引昆虫。声音发声器139保护无人机100驻留在地面时不被盗。专用无人机电池137和用于配件的单独电池组140确保无人机100保留足够的能量以返回基站。电池组可用太阳能板(未示出)充电。
当昆虫56飞近捕集器158想一探究竟时，由风扇170辅助的吸捕器将昆虫56拉入捕集器158，该捕集器158中具有由旋转风扇170产生的定向气流。风扇170依靠电池电源运行。当无人机100遇到益虫时，吸入风扇170可以被暂时关闭。风扇护罩162将捕获的昆虫引导到单向捕集器158，并将它们保持在可拆卸的托盘157中，直到它们死亡。托盘157是可拆卸的以便于清洁。护罩162涂覆有TiO2。
还描述了无人机壳体152、无人机结构框架153、无人机电动机150和用于无人机螺旋桨叶片151的无人机电动机轴154。无人机与壳体152集成在一起，并且无人机结构框架153在结构上支承其集成部件。还描述了吸入网格155、气流方向156、TiO2涂层160、无线应答器180和钩状天线181。
UAVD可以在家中进行充电。可以提供尺寸适合与无人机的支承腿18匹配的垫80。当无人机10、100降落在垫80上或者以其他方式位于垫80上时，电流开始通过腿18、118传导并且整流模块81对电池37、40、137和140进行充电。垫80是方形的并且分成两部分：一部分用于正电压而另一部分用于负电压或接地电压。垫80的表面是导电的。腿18、118具有至少用于传导的金属尖端19。
图23是根据本公开的实施例的用于杀死飞行昆虫的图22的UAV无人机的俯视图。附图标记可用于与本公开中包含的其他附图相同和相似的限制。
附图标记可用于与本公开中包含的其他附图相同和相似的限定。
图24是根据本公开的实施例的具有用于UAVD的钩状天线的信标应答器的透视图。应答器信标180有助于将无人机100和10精确地引导到预定地点。应答器信标180发射无人机10和100可识别的无线电频率。无人机在信标附近盘旋，并且可以跟随其所有者/操作员的运动，从而提供无昆虫路径。无人机回到早先放置的信标上。信标还具有钩状天线181，钩状天线181向上延伸以方便地连接到无人机并移动到其他位置。
远程控制器基站200管理无人机活动。控制器通过WI-FI与无人机通信。应答器信标有助于将无人机精确地引导至地点；无人机与壳体集成在一起，壳体在结构上支承风扇辅助的吸捕器。壳体提供足够大的入口开口155，以便吸入昆虫。无人机可以驻留在室内和室外，并且可以自主地飞行或由操作员控制器控制飞行。
图25是根据本公开的实施例的用于UAVD的基站控制器200和显示器的透视图。远程控制基站包括操纵杆、天线、应答器、无线电收发器、视频监视器、无人机状态显示器、麦克风、陀螺仪和一组传感器校准开关。远程控制站可以用智能手机代替。
图26是根据本公开的实施例的图18的UAV无人机的俯视透视图。附图标记可用于与本公开中包含的其他附图相同和相似的限定。
图27是根据本公开的实施例的图22的UAV无人机的俯视透视图。附图标记可用于与本公开中包含的其他附图相同和相似的限定。
图28是根据本公开的实施例的适于消灭飞行昆虫的UAVD的框图。所公开的UAVD包括如本文所公开的昆虫吸入和消灭模块210、控制和通信模块220、导航模块230、昆虫吸引模块240和无人机安全模块250。所有无人机模块经由控制和通信模块220电互连。
图29A是根据本公开的实施例的无人机充电垫80的俯视图。无人UAVD系统还包括位于家庭基站的充电站。可以提供尺寸适合与无人机的支承腿匹配的垫。当无人机降落在垫上或以其他方式位于垫上时，电流开始通过腿对电池充电。垫是方形的，并分为两部分：一部分用于正电压，另一部分用于负电压或接地电压。垫80的表面是导电的。每个腿具有至少用于传导的金属尖端19。
图29B是根据本公开的实施例的包括整流器的无人机充电垫80的示意图。整流器81允许电流流到无人机，但不允许任何回流电流从无人机进入充电电源。因此，无人机可以以任何方位降落在电源垫上并自我校正或允许电流充入无人机电池中。如示意图所示，双抽头二极管或晶闸管构造允许通过顶部的二极管或晶闸管到底部的二极管或晶闸管的从正端子到负端子的完整充电电路。整流电路可以包括在充电垫电路中或在无人机自身中。
图30是根据本公开的实施例的用于通过所公开的UAV无人机消灭飞行的昆虫的方法的框图。该方法包括通过无人机昆虫吸入和消灭模块来消灭飞行昆虫(310)。该方法还包括通过控制和通信模块使所有的无人机模块互连(320)。该方法还包括通过无人机导航模块自主地引导无人机(330)。该方法还包括通过无人机昆虫吸引模块吸引飞行昆虫(340)。该方法还包括通过无人机安全模块保护无人机(350)。
图31是根据本公开的实施例的所公开的UAV无人机的安全方法的框图。该方法实施例包括播报预先录制的警告消息或中继由远程基站操作员发送的实时消息，以警告太靠近无人机着陆点的入侵者(410)。该方法实施例还包括通过相机立即拍下无人机附近的照片，以在无人机被盗的情况下用于将来的数据恢复(420)。该方法实施例还包括如果警告消息失败，则无人机飞回基站(430)。该方法实施例还包括控制器通过声音发声器发送消息并发送切断开关命令以使无人机在被盗时变得不可操作(440)。
无人机可以驻留在室内和室外，并且也可以单独飞行或作为一个群组进行工作，以成队形地飞行，从而在广泛的区域消灭蚊子。无人机可以自主飞行或借助操作员控制器飞行。
无人机在其所有者回家之前自主地清除房屋内的昆虫。实时流相机可以向所有者发送房屋和清除过程的视图。无人机使用其螺旋桨用空气冲击内墙和地板，迫使所有昆虫在空中飞行，因此无人机可以消灭它们。在户外，无人机将用螺旋桨的下行气流干扰昆虫巢穴，迫使昆虫撤离。无人机也消灭室外的飞行在空中的昆虫。
尽管以特定顺序示出和描述了本文的方法的操作，但是可以改变每个方法的操作的顺序，使得可以以相反的顺序执行某些操作，或者使得某些操作可以至少部分地与其他操作同时进行。在另一个实施例中，可以以间歇和/或交替方式实现不同操作的指令或子操作。
尽管已经描述和示出了本发明的特定实施例，但是本发明不限于如此描述和示出的部件的特定形式或布置。本发明的范围由本文包括的权利要求及其等同物或通过参考相关申请来限定。

Claims (20)

1.一种无人飞行器无人机(UAVD)，包括：
声波发生器模块，包括音调频率合成器，所述音调频率合成器配置为在到所述模块为可变距离处的目标内生成破坏性谐振和有害振动；
导航模块，包括一组360度接近和障碍回避传感器以及定位单元(GPS)，被配置为自主引导所述无人机在飞行时接近但避开多个目标位置；
电子模块，包括电子中央处理器(CPU)、无线通信单元、电子相机和音频A/V单元以及配置为将所述无人机的所有模块进行互联的总线；和
可移除可配置的模块化盒，以及用于所述盒与所述无人机的机电对接端口，从而所述盒与所述无人机机电通信。
2.根据权利要求1所述的无人机UAVD，其特征在于，所述导航模块包括风门，所述风门配置为减小所述无人机的速度并且在近端距离内停止所述无人机但避开其目标。
3.根据权利要求1所述的无人机UAVD，进一步包括多个空气吹风模块，配置为吹走较轻的物体，并且在吹风机通电时对抗所述无人机旋转。
4.根据权利要求1所述的无人机UAVD，进一步包括同时定位和映射(SLAM)模块。
5.根据权利要求1所述的无人机UAVD，其特征在于，所述一组360度接近和障碍回避传感器(OAS)包括次声和超声声纳以及借助于相机的三维镭射扫描仪，以警告所述无人机自主地避开与障碍物的碰撞。
6.根据权利要求1所述的无人机UAVD，其特征在于，所述可移除盒容纳多种特定功能模块用于特定应用，所述模块能够被调整或者从所述盒中拆除。
7.根据权利要求1所述的无人机UAVD，其特征在于，所述可移除盒包括间隔开的粒子收集器模块，所述粒子收集器模块包括带正电极板和带负电极板，以将空气中的污染物收集到所述极板上，其中所述极板涂覆有氧化钛(TiO2)。
8.根据权利要求1所述的无人机UAVD，其特征在于，所述可移除盒包括利用缠绕在线轴上的电缆而可悬挂在所述无人机的下方的间隔开的电场阳极极板和阴极极板，配置为升起或下降进入水中，以在产生的电场中击晕鱼。
9.根据权利要求11所述的无人机UAVD，其特征在于，所述可移除盒包括紫外线-C光光谱模块，所述紫外线-C光光谱模块对存在于穿过无人机螺旋桨的流通空气中的和氧化钛(TiO2)涂覆的粒子收集器极板的表面上的病菌和细菌进行照射。
10.根据权利要求1所述的无人机UAVD，其特征在于，所述可移除盒包括用于从其发射器释放负离子的发生器，所述离子配置为附接到大量带正电荷的粒子，以使得病菌、霉菌、花粉以及其他口空气中的过敏原变得太重而从所述空气中沉淀出来。
11.根据权利要求1所述的无人机UAVD，其特征在于，所述可移除盒包括臭氧发生器模块，配置为基于分散在待处理的空间中生成的O3，氧化并攻击在受限空间内的不想要的异味。
12.根据权利要求1所述的无人机UAVD，进一步包括多个铰接的旋转接头，所述多个铰接的旋转接头配置为允许侧安装和底部安装的声波发生器，以从所述无人机在任何方向，向下和侧面，喷射振动能量。
13.根据权利要求17所述的无人机UAVD，进一步包括绞盘，所述绞盘配置为驱动卷绕有电缆的线轴，终止在稳定杆处的电缆一端保持底部安装的发生器，所述电缆配置为使所述底部发生器上升或下降到污染的水中以破坏藻类生长。
14.根据权利要求1所述的无人UAVD，进一步包括麦克风，所述麦克风配置为从所述无人机拾取回波，以确定对用于流体浸没的底部发生器的输出功率水平的设定。
15.根据权利要求1所述的无人UAVD，进一步包括合成器频率，所述合成器频率密切匹配目标害虫的躯体的自然谐振频率，以引起驱逐所述害虫并导致所述目标害虫死亡的强烈振动。
16.根据权利要求1所述的无人UAVD，进一步包括屋顶雪清除模块，所述屋顶雪清除模块配置为悬停接近于屋顶，并用强力声波能量喷射积雪，直到引起屋顶结构振动。
17.根据权利要求1所述的无人UAVD，进一步包括植物授粉模块化盒，所述植物授粉模块化盒配置为悬浮接近于植物，并通过合成的振动来喷射所述植物，以将花粉释放到其他植物，并从而吸引交叉授粉。
18.根据权利要求1所述的无人UAVD，进一步包括多个吹风机，所述吹风机配置为清除材料、收集所述材料并将所述材料从表面吹走，其中所述材料包括叶子和雪。
19.一种无人飞行器无人机(UAVD)系统，包括：
声波发生器模块，包括音调频率合成器，所述音调频率合成器配置为在距离所述模块为可变距离处的目标内生成破坏性谐振和有害振动；
导航模块，包括一组360度接近和障碍回避传感器以及定位单元(GPS)，被配置为自主引导所述无人机飞行时接近但避开多个目标位置；
电子模块，包括电子中央处理器(CPU)、无线通信单元、电子相机和音频A/V单元以及配置为将所述无人机的所有模块进行互联的总线；和
可移除可配置的模块化盒以及用于所述盒与所述无人机的机电对接端口，从而所述盒与所述无人机机电通信。
20.一种消灭飞行昆虫的方法，所述方法包括：
通过声波发生器模块在可变距离处的目标内生成破坏性的谐振和有害的振动，声波发生器模块包括音调频率合成器；
通过模块导航，所述模块包括一组360度接近和障碍回避传感器以及定位单元(GPS)，被配置为自主引导所述无人机在飞行时接近但避开多个目标位置；
提供电子模块，所述电子模块包括电子中央处理器(CPU)、无线通信单元、电子相机和音频A/V单元以及配置为将所述无人机的所有模块进行互联的总线；以及
提供可移除可配置的模块化盒以及用于所述盒与所述无人机的机电对接端口，从而所述盒与所述无人机机电通信。
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