[发明专利]用于积水水域防治蚊虫的固体药物抛投无人机及其抛投方法

权利要求书

1.一种用于积水水域防治蚊虫的固体药物抛投无人机的抛投方法，所述抛投无人机包括控制装置、主机体、药箱、云台和至少一套投放模块；主机体为一电动多旋翼飞行器，云台设置在主机体的下方；投放模块连接在云台下方并由云台控制旋转运动，投放模块通过输药管与药箱底部连接；控制装置设在主机体内，与云台电连接，用于获取无人机的飞行姿态、位置信息与云台的角度信息，控制无人机的飞行、云台转动及投放模块的投放动作；

投放模块包括气缸、驱动线圈、抛投管和控制阀，驱动线圈内部的中空部分设有活塞，活塞前端为橡胶、后端为导磁金属；驱动线圈设在气缸后部，气缸与活塞连接；控制阀与抛投管连通，且通过输药管与药箱连接；

控制装置通过控制阀使固体药物颗粒进入抛投管内，随后驱动线圈通电吸引活塞后端的导磁金属部分，推动整个活塞在气缸内向前运动，产生压缩气体，推动抛投管内的固体药物颗粒，最后将固体药物颗粒抛投至目标水域；固体药物颗粒推出后驱动线圈断电，活塞回归原位；

控制阀包括阀体、阀瓣及舵机；

云台的连接轴包括偏航轴、横滚轴和俯仰轴，控制装置控制偏航轴、横滚轴和俯仰轴的偏转角度；云台控制投放模块进行偏航轴、横滚轴和俯仰轴三轴方向上的旋转运动；

其特征在于，所述抛投方法包括如下步骤：

S1、在固体药物抛投无人机作业前测定出投放目标坐标；为药箱装载固体药物颗粒后，主机体起飞；

S2、主机体飞行至待投放区域，在射程能够覆盖的目标水域的空中减速向水域正上方飞行，在此过程中根据工作区域情况选择垂直投放或抛投的工作方式，随后悬停；

S3、控制装置采集信息，计算目标水域；控制装置控制云台偏航轴、横滚轴及俯仰轴，使投放模块对准目标水域位置；

S4、控制阀的舵机驱动控制阀的阀瓣进行一次往复运动，使固体药物颗粒通过控制阀的阀体进入抛投管；

S5、驱动线圈通电，使活塞沿气缸向前运动，压缩气缸内的空气，压缩空气进入抛投管，将固体药物颗粒推出，随后驱动线圈断电，活塞复位；作业完毕后，主机体返航。

2.根据权利要求1所述的抛投方法，其特征在于，所述步骤S3中控制装置采用最小耗能投放算法计算目标水域。

3.根据权利要求2所述的抛投方法，其特征在于，所述最小耗能投放算法具体为：

S31、根据驱动线圈与活塞的物理参数测试出投放药物运动轨迹与控制装置输出指令的具体关系为：

式中h为无人机与目标水域的相对高度差；l为无人机与目标水域的水平距离；W为投放模块工作能量；C、Q分别为驱动线圈与气缸的能量转化率；M为单颗药物质量；θ为云台俯仰轴角度；

S32、根据无人机GPS坐标计算出投放输出端坐标；

S33、调取投放目标坐标，计算投放输出端与投放目标两点之间的直线距离L；

S34、如果直线距离L大于投放模块的投放距离最大值L_max，反馈该直线距离给无人机的飞行控制系统，飞行控制系统调整无人机悬停位置，在保证安全前提下使得L0.8L_max；

S35、同时调整云台俯仰轴角度θ，满足投放模块的工作能量W最小。

4.根据权利要求1所述的抛投方法，其特征在于，所述控制阀打开时可供至少一个固体药物颗粒通过。

5.根据权利要求4所述的抛投方法，其特征在于，所述控制阀打开时可供一个固体药物颗粒通过，阀体内部有两个楔形开槽的空心管，两个楔形开槽分别位于阀体相对的两面上，两个楔形开槽沿阀体轴向方向上的距离为一个固体药物颗粒的直径；阀瓣为两片楔形橡胶片，两片楔形橡胶片沿阀体轴向方向上的距离为所投放固体药物颗粒的直径，且沿输药管截面方向上的投影连接而不重合，两片楔形橡胶片分别嵌入阀体的两个楔形开槽内；两片楔形橡胶片在阀体外部由连杆刚性联动，并由舵机提供移动所需的动力，其往复运动一次使固体药物颗粒进入抛投管。

6.根据权利要求5所述的抛投方法，其特征在于，控制阀的阀体上部还设有小孔，所述小孔与抛投管连通，且通过输药管与药箱连接。

7.根据权利要求1所述的抛投方法，其特征在于，控制阀采用气密控制阀。