CN115364255A - 一种适用范围广且消毒稳定的病毒消杀装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种适用范围广且消毒稳定的病毒消杀装置及控制方法。本发明包括无人机消毒单元、设置在地面上的用于给所述无人机消毒单元提供消毒液的储液箱和用于控制所述无人机消毒单元的控制箱。本发明采用系留无人机作为病毒消杀装置的飞行载体，通过连接电缆连通地面电源、地面储液箱进行供电和供液，解决了现有消毒装置的无人机续航时间短、需要频繁往复加液的问题，大大提升了消毒作业的效率。本发明在消毒作业过程中，可根据实际需要利用调节机械臂对喷洒头消毒的位置和范围进行调节，采用位置PID控制器和姿态PID控制器对调节机械臂的扰动进行补偿，且满足本发明设定的补偿方程式，能够保证无人消毒单元的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种适用范围广且消毒稳定的病毒消杀装置及控制方法。
背景技术
目前执行消毒作业的设备通常基于大型植保无人机，大型植保无人机具有载重量大，飞行时间长等优点，但基于植保无人机的消毒设备操作复杂，机动性灵活性不足，无法适用于筒子楼楼道等狭窄复杂场所，筒子楼有着人员密集，卫生环境差等特点，使得居民之间更容易传播感染和交互传染，因此筒子楼的消毒是病毒防治的重点之一，而因植保无人机操作复杂，机动性灵活性不足，无法适用于筒子楼楼道等复杂场所的消毒工作，只能依赖于工作人员进入筒子楼等狭窄空间内进行消毒作业，浪费医疗资源的同时给工作人员带来感染风险。且现有的消毒装置因植保无人机的储液箱容积有限，在实际的应用中需要频繁的往返进行加液，操作复杂，对较大、较复杂场所的消毒耗时较长。
基于植保无人机的消毒装置因植保无人机自身重量较重，还存在不易于运输和维护的缺点，同时现有的消毒设备因需要在空中进行消毒作业，为保证无人机飞行的稳定性，无法在运行过程中根据使用环境的不同进行消毒范围的调整，使得消毒不完全，存在有益于病毒衍生的消毒盲区。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的消毒设备无法对狭窄复杂场所进行消毒作业、不能根据使用环境对消毒范围做调正的缺陷，提供一种适用范围较广、结构简单、可调节消毒范围且教我稳定的适用范围广且消毒稳定的病毒消杀装置及控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用范围广消毒稳定的病毒消杀装置，包括用于喷洒消毒液的无人机消毒单元、设置在地面上的用于给所述无人机消毒单元提供消毒液的储液箱和用于控制所述无人机消毒单元的控制箱；
所述储液箱与所述无人机消毒单元液路连通；所述控制箱与所述无人机消毒单元通讯连接；
所述无人机消毒单元包括系留无人机本体、固定安装在所述系留无人机本体上的机载供液单元和调节机械臂以及与所述机载供液单元液路连通的用于喷洒消毒液的喷洒装置；
所述调节机械臂包括固定安装在所述系留无人机本体上的X轴调节机构和滑动连接在所述X轴调节机构上的Y轴调节机构；所述喷洒装置固定安装在所述Y轴调节机构上；所述喷洒装置的最大喷洒区域为所述X轴调节机构和Y轴调节机构带动所述喷洒装置移动喷洒形成的矩形区域。
进一步地，所述调节机械臂的质心C位置偏移产生的扰动量在无人机的位置PID控制器和姿态PID控制器中进行补偿；
所述位置PID控制器中对所述调节机械臂扰动量的补偿力距ΔF满足以下方程式：
其中，Kp，vb，Ki，vb和Kd，vb是PID控制器的速度增益矩阵，Fd为系留无人机所需的推力，evb为速度误差，
为系留无人机相对于系留无人机本体固定参考系的角速度，
为无人机消毒单元(1)的质心C相对于坐标系∑B的偏移向量，它是关于q的函数，q为机械臂关节变量；
所述姿态PID控制器中对所述调节机械臂扰动量的补偿力距ΔM满足以下方程式：
其中，Kp，ωb和Kd，ωb是PID控制器的角速度增益矩阵，eωb为角速度误差，Md为系留无人机本体的总控制力矩，
为系留无人机本体固定参考系的坐标原点O与所述调节机械臂的质心C的相对位置的偏移量，q是机械臂关节变量，Fd为系留无人机所需的推力，e3＝[0，0，1]T为单位向量。
进一步地，所述X轴调节机构包括固定安装在所述系留无人机本体底部且沿X轴方向设置的X轴丝杠底座、固定安装在靠近所述系留无人机本体的所述X轴丝杠底座的一端的X轴丝杠电机以及与所述X轴丝杠电机同轴设置的X轴丝杠；所述X轴丝杠上配合滑动连接有X轴滑块；
所述Y轴调节机构包括沿Y轴方向设置的Y轴丝杠底座、固定安装在所述Y轴丝杠底座任一端部的Y轴调节电机、与所述Y轴调节电机同轴设置的Y轴丝杠；所述Y轴丝杠上配合滑动连接有Y轴滑块；
所述Y轴丝杠底座与所述X轴滑块固定连接且位于所述X轴滑块的下方；所述喷洒装置与所述Y轴滑块固定连接。
进一步地，所述储液箱和所述控制箱设置在地面机箱内，所述储液箱与所述机载供液单元通过橡胶管液路连通，所述控制箱与所述视觉导航单元通过绳缆电连接；其橡胶管与绳缆穿设在同一连接线缆内，所述地面机箱上设置有用于绕设所述连接线缆的绞盘。
进一步地，所述无人机消毒单元还包括安装在所述系留无人机本体的下底板上的视觉导航单元和安装在所述系留无人机本的上、下底板之间的用于测距的激光测距模块；
所述视觉导航单元包括相对设置的云台上底板和云台下底板、安装在两者之间用于减少运动带来的振动的减震球以及安装所述云台下底板上的二轴无刷云台；
所述云台上底板固定安装在所述系留无人机本体上；所述二轴无刷云台的输出端固定安装有可见光相机；
所述激光测距模块为四个，等间距分布在所述系留无人机本体的侧面。
进一步地，还包括用于站立在地面上的无人机站立脚架；
所述无人机站立脚架包括两倒V形设置的脚支架管、通过脚架套与所述脚支架管垂直设置的支撑脚；所述支撑脚设置在所述脚支架管远离所述系留无人机本体的端部。
进一步地，所述机载供液单元包括与所述系留无人机本体固定安装的机载架、固定安装在所述机载架上用于储存地面储液箱吸取过来的液体的机载箱、所述机载箱的进液口与所述储液箱液路连通，其出液口与所述喷洒装置之间的液路上安装有控制两者液路通断的电磁阀。
进一步地，所述喷洒装置包括固定安装在所述Y轴滑块上的舵机、通过U形支架与所述舵机输出轴同轴设置的喷洒头。
采用上述的一种病毒消杀装置的控制方法，包括以下步骤，
S1、对病毒消杀装置的控制单元进行初始化设置，更换储液箱，将储液箱、控制箱与无人机消毒单元连通；
S2、根据使用场景对无人机消毒单元进行参数设置；参数具体为系留无人机本体的起飞速度、前飞速度、转弯速度、降落速度、预定高度以及对激光测距模块、视觉导航单元、地面箱体中控制箱的参数设置；
S3、将储液箱中的液体输送到机载供液单元，使液体充满机载供液单元中的机载箱；
S4、操作人员控制无人机消毒单元起飞，飞升到步骤二中设置的无人机本体的预定高度，对需要进行消毒的区域进行循迹巡检；
S5、巡检结束后，操作人员操作无人机消毒单元降落至指定位置；
S6、操作人员根据步骤四获得的航迹进行规划，划分出若干个消毒点位并排列无人机消毒单元到达每个消毒点位的顺序，所述消毒点位等间距或不等间距排列；
S7、无人机消毒单元飞至对应消毒点位后在该消毒点位上停留，操作人员使用遥控器控制，按照预先设定程序进行自动喷洒消毒作业；一个消毒点位消毒完成后，无人机消毒单元自动飞向设定的下一个消毒点位进行消毒作业，直至所有消毒点位消毒完成；
S8、完成一次消毒任务后，操作人员可以根据消毒的情况选择继续进行消毒或者停止工作。
进一步地，步骤7中所述预先设定程序具体为首先控制电磁阀开启，其次控制丝杠电机和舵机的输出，最后控制电磁阀关闭，丝杠电机与舵机还原到初始位置，无人机消毒单元的最大消毒区域为以一个消毒点位为中心的矩形消毒区域。
本发明的一种适用范围广且消毒稳定的病毒消杀装置及控制方法的有益效果是：
1、本发明采用系留无人机作为病毒消杀装置的飞行载体，通过连接电缆连通地面电源、地面储液箱给飞行载体进行供电和供液，解决了现有消毒装置的无人机续航时间短、需要频繁往复加液的问题，本发明的消毒装置即适用于如筒子楼楼道等复杂场所的消毒工作，又能适用于室外大面积消毒作业，不需要往复进行加液且采用地面电源，使得续航时间长且节省往复加液的时间，大大提升了消毒作业的效率。
2、本发明的无人机单元上设置有用于调节消毒范围的成十字构造的X轴调节机械臂和Y轴调节机械臂，可根据实际的应用对消毒范围进行调整，可实现矩形大范围的消毒，而现有技术中飞行中进行消毒作业，为保证无人机的稳定性，无法对消毒范围进行调整，本发明在消毒作业过程中，可以根据实际需要利用调节机械臂对喷洒头消毒的位置和范围进行调节，采用位置PID控制器和姿态PID控制器对调节机械臂的扰动量进行补偿，且满足本发明设定的补偿方程式，能够保证无人机在进行消毒作业过程中,保持稳定。
3、本发明的的病毒消杀装置将控制箱、电源以及供水装置集成在地面单元的箱体中，且在箱体上安装有用于移动的脚轮和用于推动箱体移动的扶手，可以随时转移地点灵活消毒。
4、本发明的控制方法，对无人机进行多点飞行控制，即在消毒过程中，将待消毒区域分成若干消毒点位，控制无人机飞行至其中一消毒点位后，无人机停留在此消毒点位上，对设定好的矩形消毒区域进行消毒，避免现有技术中无人机在飞行中对消毒区域消毒时，消毒不均匀、消毒不完全的情况，同时也配合调节机械臂对消毒范围的调节，进一步的保证无人机消毒单元的稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例中病毒消杀装置的立体图；
图2是本发明实施例中无人机消毒单元的立体图；
图3是本发明实施例中调节机械臂与喷洒装置的安装图；
图4是本发明实施例中调节机械臂的结构示意图；
图5是本发明实施例中喷洒装置的结构示意图；
图6是本发明实施例中激光测距模块的安装图；
图7是本发明实施例中的视觉导航单元的结构示意图；
图8是本发明实施例中的地面机箱与发电机的连接结构示意图；
图9是本发明实施例中的地面机箱的内部结构示意图；
图10是本发明实施例中系留无人机单元的惯性坐标系和系留无人机本体固定参考系示意图；
图11是本发明实施例中的控制方法的控制流程图。
图中:1、无人机消毒单元，11、系留无人机本体，12、机载供液单元，121、机载架，122、机载箱，123、电磁阀，13、调节机械臂，131、X轴调节机构，1311、X轴丝杠底座，1312、X轴丝杠电机，1313、X轴丝杠，1314、X轴滑块，132、Y轴调节机构，1321、Y轴丝杠底座，1322、Y轴丝杠电机，1323、Y轴丝杠，1324、Y轴滑块，14、激光测距模块，15、视觉导航单元，151、云台上底板，152、云台下底板，153、减震球，154、二轴无刷云台，155、可见光相机，16、喷洒装置，161、舵机，162、U形支架，163、喷洒头，164、卡扣，17、无人机站立脚架，171、脚支架管，172、支撑脚，173、海绵套，2、储液箱，3、控制箱，4、连接线缆，5、地面机箱，51、把手，52、车轮，6、绞盘，7、发电机，8、电动隔膜泵。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图10所示的本发明的一种适用范围广消毒稳定的病毒消杀装置的具体实施例，包括用于喷洒消毒液的无人机消毒单元1、设置在地面上的用于给无人机消毒单元1提供消毒液的储液箱2和用于控制无人机消毒单元1的控制箱3；储液箱2与无人机消毒单元1液路连通；控制箱3与无人机消毒单元1通讯连接。控制箱3和储液箱2均安装在地面机箱5中，利用电动隔膜泵8将储液箱2中的液体输送到无人机消毒单元1中。
其中，本发明实施例的无人机消毒单元1包括系留无人机本体11、固定安装在系留无人机本体11上的机载供液单元12和调节机械臂13以及与机载供液单元12液路连通的用于喷洒消毒液的喷洒装置16。调节机械臂13包括固定安装在系留无人机本体11上的X轴调节机构131和滑动连接在X轴调节机构131上的Y轴调节机构132；喷洒装置16固定安装在Y轴调节机构132上；喷洒装置16的最大喷洒区域为X轴调节机构131和Y轴调节机构132带动喷洒装置16移动喷洒形成的矩形区域。
参照图2到图5进一步地进行说明的是，本实施例中X轴调节机构131和Y轴调节机构132均采用丝杠模组的运动副，具体为X轴调节机构131包括固定安装在系留无人机本体11底部且沿X轴方向设置的X轴丝杠底座1311、固定安装在靠近系留无人机本体11的X轴丝杠底座1311的一端的X轴丝杠电机1312以及与X轴丝杠电机1312同轴设置的X轴丝杠1313；X轴丝杠1313上配合滑动连接有X轴滑块1314。Y轴调节机构132包括沿Y轴方向设置的Y轴丝杠底座1321、固定安装在Y轴丝杠底座1321任一端部的Y轴调节电机、与Y轴调节电机同轴设置的Y轴丝杠1323；Y轴丝杠1323上配合滑动连接有Y轴滑块1324，其中，Y轴丝杠底座1321与X轴滑块1314固定连接且位于X轴滑块1314的下方，喷洒装置16与Y轴滑块1324固定连接。
X轴调节机构131和Y轴调节机构132的丝杠底座上还平行于丝杠设置有光杆，用于保持调节过程中的平衡，两丝杠电机的输出轴均通过联轴器与丝杠同轴设置，其中，两丝杠的端部均安装有与丝杠底座转动配合的深沟球轴承。
，为保证调节机械臂13在调节的过程中，保证无人机消毒单元1的稳定性，对调节机械臂13进行重心估计和补偿，调节机械臂13的质心C位置偏移产生的扰动量在无人机的位置PID控制器和姿态PID控制器中进行补偿。
参照图10，其中，∑I和∑B表示惯性坐标系和系留无人机本体11固定参考系。点O是∑B的坐标原点，整个调节机械臂13质心为点C。当操作调节机械臂13移动时，质心也会随之移动，这里用roc表示点O和点C的相对位置。
则系留无人机单元的质心C的坐标为：
C＝[xc yc zc]T
其中：
其中，mi是每个部件的质量，[xi yi zi]T为每个部件的质心坐标，x4，x5，x6，x7，x8，y6，y7，y8，z8是变量，根据调节机械臂13运动轨迹而改变。
假设调节机械臂13和系留无人机本体11之间相对运动速度很慢，则质心的偏移速度较小，所以通过牛顿-欧拉方程，可以得出质心偏移的系留无人机的动力学方程：
其中，vb是系留无人机相对于∑I的速度，g是重力加速度，m是机械臂的质量，F是四个机翼提供的升力，q是机械臂关节变量，
为无人机消毒单元(1)的质心C相对于坐标系∑B的偏移向量，它是关于q的函数，
是系留无人机相对于∑B的角速度，S(.)是斜对称矩阵的向量函数，I是机械臂关于点O的惯性矩阵，M是相对于∑B作用在点O的总力矩。系留无人机相对于∑I的位置为pb＝[x，y，z]T，其倾斜角，俯仰角和偏转角表示为
Rb表示从∑B到∑I的旋转矩阵。
其中，c(*)和s(*)分别表示cos(*)和sin(*)。
根据动力学方程，本发明的调节机械臂(13)质心C位置偏移产生的扰动量需要分别在无人机的位置PID控制器和姿态PID控制器中进行补偿。
位置PID控制器中对调节机械臂(13)扰动量的补偿力距ΔF满足以下方程式：
其中，Kp，vb，Ki，vb和Kd，vb是PID控制器的速度增益矩阵，Fd为系留无人机所需的推力，evb为速度误差，
为系留无人机相对于系留无人机本体11固定参考系的角速度，
为系留无人机本体11固定参考系的坐标原点O与调节机械臂13的质心C的相对位置的偏移量，q为机械臂关节变量；
姿态PID控制器中对调节机械臂13扰动量的补偿力距ΔM满足以下方程式：
其中，Kp，ωb和Kd，ωb是PID控制器的角速度增益矩阵，eωb为角速度误差，Md为系留无人机本体11固定参考系作用在坐标原点O点的总力矩，
为系留无人机本体11固定参考系的坐标原点O与调节机械臂13的质心C的相对位置的偏移量，q是机械臂关节变量，Fd是系留无人机的总推力，e3＝[0，0，1]T为单位向量。
本发明的无人机单元上设置有用于调节消毒范围的成十字构造的X轴调节机构131和Y轴调节机构132，可根据实际的应用对消毒范围进行调整，可实现矩形大范围的消毒，而现有技术中飞行中进行消毒作业，为保证无人机的稳定性，无法对消毒范围进行调整，本发明在消毒作业过程中，可以根据实际需要利用调节机械臂13对喷洒头163消毒的位置和范围进行调节，采用位置PID控制器和姿态PID控制器对调节机械臂13的扰动量进行补偿，且满足本发明设定的补偿方程式，能够保证无人机在进行消毒作业时,保持稳定。
参照图1、图8以及图9所示，储液箱2和控制箱3设置在地面机箱5内，储液箱2与机载供液单元12通过橡胶管液路连通，控制箱3与视觉导航单元15通过绳缆电连接；其橡胶管与绳缆两者固定成为连接线缆4，地面机箱5上设置有用于绕设连接线缆4的绞盘6。
连接线缆4由系留缆绳和橡胶管捆绑而成，连接线缆4的系留缆绳一端与系留无人机本体11中的电源控制单元相连，另一端绕在地面机箱5上的绞盘6上，连接线缆4的橡胶管一端与系留无人机消毒单元1上的机载箱122相连，另一端与控制箱3中的电动隔膜泵8相连。本发明采用系留无人机作为病毒消杀装置的飞行载体，通过电缆和管道连通的地面电源、地面储液箱2进行供电和供液，解决了现有消毒装置的无人机续航时间短、需要频繁往复加液的问题，本发明的消毒装置即适用于如筒子楼楼道等复杂场所的消毒工作，又能适用于室外大面积消毒作业，不需要往复进行加液且采用地面电源，使得续航时间长且节省往复加液的时间，大大提升了消毒作业的效率。
地面上还设置有用于给整个病毒消杀装置提供电的发电机7，地面箱体内设置有系留综合控制箱3，电动隔膜泵8，储液箱2，并在地面箱体的下方设置有脚轮，地面箱体的侧板上设置有用于推动地面箱体运动的把手51，其中发电机7与地面箱体上的总电源接口之间通过电源线连接，系留绞盘6安装在系留综合控制箱3内。本发明的的病毒消杀装置将控制箱3、电源以及供水装置集成在地面单元的箱体中，且在箱体上安装有用于移动的脚轮和用于推动箱体移动的扶手，可以随时转移地点灵活消毒。
如图2、图3以及图7所示，无人机消毒单元1还包括安装在系留无人机本体11的下底板上的视觉导航单元15和安装在系留无人机本的上、下底板之间的用于测距的激光测距模块14；其中，视觉导航单元15包括相对设置的云台上底板151和云台下底板152、安装在两者之间用于减少运动带来的震动的减震球153以及安装云台下底板152上的二轴无刷云台154；云台上底板151固定安装在系留无人机本体11上；二轴无刷云台154的输出端固定安装有可见光相机155。上下两块底板之间固定安装多个减震球153，用于减少运动时的震动，二轴无刷云台154的输出端于与可见光相机155通过绑带固定。
本发明实施例中激光测距模块14为四个，具体参照图6，四个激光测距模块等间距分布在系留无人机本体11的侧面。视觉导航单元15和激光测距模块14将采集到的信息发送到系留综合控制箱3内的控制器中，以便于操作人员对系留无人机消毒单元1进行消毒操作控制。
本实施例中系留无人机消毒单元1还包括用于站立在地面上的无人机站立脚架17；无人机站立脚架17包括两倒V形设置的脚支架管171、通过脚架套与脚支架管171垂直设置的支撑脚172；支撑脚172设置在脚支架管171远离系留无人机本体11的端部。无人机站立脚架17的设置能够支撑系留无人机消毒单元1站立在地面上，支撑脚172的两端均装有海绵套173，用于降低系留无人机消毒单元1在落地时的震动。
参照图5，机载供液单元12包括与系留无人机本体11固定安装的机载架121、固定安装在机载架121上用于储存地面储液箱2吸取过来的液体的机载箱122、机载箱122的进液口与储液箱2液路连通，其出液口与喷洒装置16之间的液路上安装有控制两者液路通断的电磁阀123。本实施例中的电磁阀123为常闭型电磁阀123。机载箱122中设置有液位计，用于实时测量机载箱122内剩余的消毒液，当液位低于预设液位时，通过报警系统提醒操作人员进行加液操作。
本实施例中喷洒装置16包括固定安装在Y轴滑块1324上的舵机161、通过U形支架162与舵机161输出轴同轴设置的喷洒头163。需要说明的本实施例中喷洒头163固定安装在机载水管底座的端部，机载水管底座的另一端部固定安装在U形支架162的U形底部，在机载水管底座上设置有至少一个用于固定水管的固定件，防止在喷洒装置16移动过程中，水管从喷洒头163上脱落或对喷洒移动过程造成干扰。
需要进一步说明的是本发明实施例的系留无人机本体11包括GPS装置，飞控模块，电调，上下设置的上底板和下底板，上底板与下底板之间通过多个支撑组架固定连接，支撑组架由两支撑架组成，两支撑架之间固定有机臂，机臂远离四旋翼飞行器的一端安装有电机底座，电机底座顶部安装有无刷电机，无刷电机输出端安装有碳素桨叶。下底板底部设置多个短架，短架底部设置电源底板，下底板与电源底板之间的吊舱设置有电源控制单元。其中，电源控制单元包括锂电池、降压单元以及控制单元，安装在电源底板上，为现有技术此处不再做详细说明。
视觉导航单元15安装在系留无人机本体11的下底板上，调节机械臂13和机载供液单元12通过多个支撑架安装在电源底板上，喷洒装置16安装在调节机械臂13的Y轴滑块1324上，四个激光测距模块14均布于系留无人机本体11的周侧，且固定安装在下底板与上底板之间，此系留无人机消毒单元1作为主体用以实现整个系统在三维空间中的运动。
如图1-图11所示，一种上述病毒消杀装置的控制方法，包括以下步骤：
S1、对病毒消杀装置的控制单元进行初始化设置，更换储液箱2，将储液箱2、控制箱3与无人机消毒单元1连通；
步骤1为病毒消杀装置的初始化，将消杀装置的控制单元初始化，更换新的储液箱2，连接无人机单元消毒单元与地面设置的储液箱2和控制箱3；
S2、根据使用场景对无人机消毒单元1进行参数设置；参数具体为系留无人机本体11的起飞速度、前飞速度、转弯速度、降落速度、预定高度以及对激光测距模块14、视觉导航单元15、地面箱体中控制箱3的参数设置；
步骤2为参数的设置：对系留无人机本体11的起飞速度、前飞速度、转弯速度、降落速度、预定高度进行参数设定的同时，对系留无人机本体11中的无刷电机驱动参数、机载箱122中的液位计的参数、可见光相机155的参数、激光测距模块14的参数和电动隔膜泵8的压力也进行设置；
S3、将储液箱2中的液体输送到机载供液单元12，使液体充满机载供液单元12中的机载箱122；
步骤3为给机载供液单元12提供消毒水：打开电动隔膜泵8，观察液位计的实时监控数据，至机载水箱充满关闭电动隔膜泵8，停止对机载供液单元12的供液操作；
S4、操作人员控制无人机消毒单元1起飞，飞升到步骤二中设置的无人机本体11的预定高度，对需要进行消毒的区域进行循迹巡检；
步骤4为进入手动操作模式：本实施例以筒子楼楼道的消毒为例，操作人员操作系留无人机消毒单元1起飞，升到预定高度，使系留无人机消毒单元1进入筒子楼楼道，对需要进行消毒的区域进行循迹巡检。
S5、巡检结束后，操作人员操作无人机消毒单元1降落至指定位置；
S6、操作人员根据步骤四获得的航迹进行规划，划分出若干个消毒点位并排列无人机消毒单元1到达每个消毒点位的顺序，消毒点位等间距或不等间距排列；
步骤6为航迹规划：操作人员根据步骤4获得的航迹进行规划，划分出若干个消毒点位。
S7、无人机消毒单元1飞至对应消毒点位后在该消毒点位上停留，操作人员使用遥控器控制，按照预先设定程序进行自动喷洒消毒作业；一个消毒点位消毒完成后，无人机消毒单元1自动飞向设定的下一个消毒点位进行消毒作业，直至所有消毒点位消毒完成；
步骤7为自主飞行模式：系留无人机根据控制设置，自动飞至对应的消毒点位，并停留在该消毒点位上，操作人员使用遥控器控制，可以按照预先设定程序进行自动喷洒消毒。一个消毒点位消毒完成后，系留无人机自动飞向设定的下一个消毒点位，直至所有消毒点位消毒完成。
S8、完成一次消毒任务后，操作人员可以根据消毒的情况选择继续进行消毒或者停止工作。
步骤6中设定程序具体为首先控制常闭型电磁阀123开启，其次控制丝杠电机和舵机161的输出，可以实现在固定位置保持位姿不变情况下进行以消毒点位为中心的大范围矩形消毒，最后控制常闭型电磁阀123关闭，丝杠电机与舵机161还原到初始位置。
在消毒过程中，若机载箱122消毒液消耗至液位计设定的最低位置时，液位计的报警单元报警，提醒操作人员开启电动隔膜泵8，至机载箱122充满消毒液，系留无人机消毒单元1在飞行过程中采用地面电源直接供电，解决了普通无人机续航时间短的问题，并且广泛用于应急救灾，无线电监控，军事通信等领域。系留无人机也可以用于室外大面积消毒作业，大大提升作业效率。本发明的控制方法，对无人机进行多点飞行控制，即在消毒过程中，将待消毒区域分成若干消毒点位，控制无人机飞行至其中一消毒点位后，无人机停留在此消毒点位上，对设定好的矩形消毒区域进行消毒，避免现有技术中无人机在飞行中对消毒区域消毒时，消毒不均匀、消毒不完全的情况，同时也配合调节机械臂13对消毒范围的调节，进一步的保证无人机消毒单元1的稳定性。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种适用范围广消毒稳定的病毒消杀装置，其特征在于：包括用于喷洒消毒液的无人机消毒单元(1)、设置在地面上的用于给所述无人机消毒单元(1)提供消毒液的储液箱(2)和用于控制所述无人机消毒单元(1)的控制箱(3)；
所述储液箱(2)与所述无人机消毒单元(1)液路连通；所述控制箱(3)与所述无人机消毒单元(1)通讯连接；
所述无人机消毒单元(1)包括系留无人机本体(11)、固定安装在所述系留无人机本体(11)上的机载供液单元(12)和调节机械臂(13)以及与所述机载供液单元(12)液路连通的用于喷洒消毒液的喷洒装置(16)；
所述调节机械臂(13)包括固定安装在所述系留无人机本体(11)上的X轴调节机构(131)和滑动连接在所述X轴调节机构(131)上的Y轴调节机构(132)；所述喷洒装置(16)固定安装在所述Y轴调节机构(132)上；所述喷洒装置(16)的最大喷洒区域为所述X轴调节机构(131)和Y轴调节机构(132)带动所述喷洒装置(16)移动喷洒形成的矩形区域。
2.根据权利要求1所述的一种适用范围广消毒稳定的病毒消杀装置，其特征在于：所述调节机械臂(13)的质心C位置偏移产生的扰动量在无人机的位置PID控制器和姿态PID控制器中进行补偿；
所述位置PID控制器中对所述调节机械臂(13)扰动量的补偿力距ΔF满足以下方程式：
其中，Kp,vb，Ki,vb和Kd,vb是PID控制器的速度增益矩阵，Fd为系留无人机所需的推力，evb为速度误差，
为系留无人机相对于系留无人机本体(11)固定参考系的角速度，
为无人机消毒单元(1)的质心C相对于坐标系∑B的偏移向量，它是关于q的函数，q为机械臂关节变量；
所述姿态PID控制器中对所述调节机械臂(13)扰动量的补偿力距ΔM满足以下方程式：
其中，Kp,ωb和Kd,ωb是PID控制器的角速度增益矩阵，eωb为角速度误差，Md为系留无人机本体(11)的控制力矩，
为系留无人机本体(11)固定参考系的坐标原点O与所述调节机械臂(13)的质心C的相对位置的偏移量，q是机械臂关节变量，Fd为系留无人机的总推力，e3＝[0,0,1]T为单位向量。
3.根据权利要求1所述的一种适用范围广且消毒稳定的病毒消杀装置及控制方法，其特征在于：所述X轴调节机构(131)包括固定安装在所述系留无人机本体(11)底部且沿X轴方向设置的X轴丝杠底座(1311)、固定安装在靠近所述系留无人机本体(11)的所述X轴丝杠底座(1311)的一端的X轴丝杠电机(1312)以及与所述X轴丝杠电机(1312)同轴设置的X轴丝杠(1313)；所述X轴丝杠(1313)上配合滑动连接有X轴滑块(1314)；
所述Y轴调节机构(132)包括沿Y轴方向设置的Y轴丝杠底座(1321)、固定安装在所述Y轴丝杠底座(1321)任一端部的Y轴调节电机、与所述Y轴调节电机同轴设置的Y轴丝杠(1323)；所述Y轴丝杠(1323)上配合滑动连接有Y轴滑块(1324)；
所述Y轴丝杠底座(1321)与所述X轴滑块(1314)固定连接且位于所述X轴滑块(1314)的下方；所述喷洒装置(16)与所述Y轴滑块(1324)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种适用范围广且消毒稳定的病毒消杀装置及控制方法，其特征在于：所述储液箱(2)和所述控制箱(3)设置在地面机箱(5)内，所述储液箱(2)与所述机载供液单元(12)通过橡胶管液路连通，所述控制箱(3)与所述视觉导航单元(15)通过绳缆电连接；其橡胶管与绳缆穿设在同一连接线缆(4)内，所述地面机箱(5)上设置有用于绕设所述连接线缆(4)的绞盘(6)。
5.根据权利要求1所述的一种适用范围广且消毒稳定的病毒消杀装置及控制方法，其特征在于：所述无人机消毒单元(1)还包括安装在所述系留无人机本体(11)的下底板上的视觉导航单元(15)和安装在所述系留无人机本的上、下底板之间的用于测距的激光测距模块(14)；
所述视觉导航单元(15)包括相对设置的云台上底板(151)和云台下底板(152)、安装在两者之间用于减少运动带来的振动的减震球(153)以及安装所述云台下底板(152)上的二轴无刷云台(154)；
所述云台上底板(151)固定安装在所述系留无人机本体(11)上；所述二轴无刷云台(154)的输出端固定安装有可见光相机(155)；
所述激光测距模块(14)为四个，等间距分布在所述系留无人机本体(11)的侧面。
6.根据权利要求1所述的一种适用范围广消毒稳定的病毒消杀装置，其特征在于：还包括用于站立在地面上的无人机站立脚架(17)；
所述无人机站立脚架(17)包括两倒V形设置的脚支架管(171)、通过脚架套与所述脚支架管(171)垂直设置的支撑脚(172)；所述支撑脚(172)设置在所述脚支架管(171)远离所述系留无人机本体(11)的端部。
7.根据权利要求1所述的一种适用范围广消毒稳定的病毒消杀装置，其特征在于：所述机载供液单元(12)包括与所述系留无人机本体(11)固定安装的机载架(121)、固定安装在所述机载架(121)上用于储存地面储液箱(2)吸取过来的液体的机载箱(122)、所述机载箱(122)的进液口与所述储液箱(2)液路连通，其出液口与所述喷洒装置(16)之间的液路上安装有控制两者液路通断的电磁阀(123)。
8.根据权利要求1所述的一种适用范围广消毒稳定的病毒消杀装置，其特征在于：所述喷洒装置(16)包括固定安装在所述Y轴滑块(1324)上的舵机(161)、通过U形支架(162)与所述舵机(161)输出轴同轴设置的喷洒头(163)。
9.采用权利要求1-8所述的一种病毒消杀装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、对病毒消杀装置的控制单元进行初始化设置，更换储液箱(2)，将储液箱(2)、控制箱(3)与无人机消毒单元(1)连通；
S2、根据使用场景对无人机消毒单元(1)进行参数设置；参数具体为系留无人机本体(11)的起飞速度、前飞速度、转弯速度、降落速度、预定高度以及对激光测距模块(14)、视觉导航单元(15)、地面箱体中控制箱(3)的参数设置；
S3、将储液箱(2)中的液体输送到机载供液单元(12)，使液体充满机载供液单元(12)中的机载箱(122)；
S4、操作人员控制无人机消毒单元(1)起飞，飞升到步骤二中设置的无人机本体(11)的预定高度，对需要进行消毒的区域进行循迹巡检；
S5、巡检结束后，操作人员操作无人机消毒单元(1)降落至指定位置；
S6、操作人员根据步骤四获得的航迹进行规划，划分出若干个消毒点位并排列无人机消毒单元(1)到达每个消毒点位的顺序，所述消毒点位等间距或不等间距排列；
S7、无人机消毒单元(1)飞至对应消毒点位后在该消毒点位上停留，操作人员使用遥控器控制，按照预先设定程序进行自动喷洒消毒作业；一个消毒点位消毒完成后，无人机消毒单元(1)自动飞向设定的下一个消毒点位进行消毒作业，直至所有消毒点位消毒完成；
S8、完成一次消毒任务后，操作人员可以根据消毒的情况选择继续进行消毒或者停止工作。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：上述S7中所述预先设定程序具体为首先控制电磁阀(123)开启，其次控制丝杠电机和舵机(161)的输出，最后控制电磁阀(123)关闭，丝杠电机与舵机(161)还原到初始位置，无人机消毒单元(1)的最大消毒区域为以一个消毒点位为中心的矩形消毒区域。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ma Rui Inventor after: Feng Chenyu Inventor after: Ding Li Inventor after: Zhang Shun Inventor after: Han Jinjin Inventor after: Han Zhiheng Inventor after: Qi Rongzhi Inventor before: Ma Rui Inventor before: Ding Li Inventor before: Han Jinjin Inventor before: Qi Rongzhi Inventor before: Han Zhiheng Inventor before: Zhang Shun Inventor before: Feng Chenyu |
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