基于農(nóng)業(yè)應(yīng)用的多旋翼無人機

1、    基于農(nóng)業(yè)應(yīng)用的多旋翼無人機    楊有剛刁琦林摘 要 隨著控制技術(shù)的不斷提升，無人機的可靠性及智能化水平越來越高，農(nóng)業(yè)方面也成了新的方向之一。本設(shè)計為一款基于農(nóng)業(yè)設(shè)計的六旋翼中型飛行平臺，可用于農(nóng)藥噴灑，狀態(tài)檢測等工作。關(guān)鍵詞 無人機 智能控制 植保應(yīng)用：v275.1：a1項目背景及發(fā)展概況隨著無人機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機越來越多的出現(xiàn)在大眾的視野，逐漸融入人們生活的各個領(lǐng)域。隨著飛行系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升以及對操控者的技術(shù)要求進一步降低。無人機在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面的優(yōu)勢開始逐漸展現(xiàn)出來。在大面積數(shù)據(jù)監(jiān)測、農(nóng)藥噴灑等方面具有極大的開發(fā)潛力和應(yīng)用空間。用于

2、農(nóng)業(yè)方面的無人機又稱為植保無人機，其主要是用于為農(nóng)業(yè)作物的保護作業(yè)，此類無人飛行器一般由飛行平臺、飛行控制系統(tǒng)、作業(yè)模塊等部分組成，以人工遙控和飛行控制系統(tǒng)導(dǎo)航控制相結(jié)合的方式完成作業(yè)?？蓪崿F(xiàn)農(nóng)藥噴灑、農(nóng)作物狀態(tài)檢測、物資運輸?shù)裙ぷ?。目前來講我國植保無人機的發(fā)展正處于蓬勃發(fā)展階段。以大疆創(chuàng)新為主的一系列無人機公司競相開發(fā)出屬于自己的行業(yè)級植保無人機。以大疆m600為代表的植保無人機雨后春筍般發(fā)展起來。目前國內(nèi)植保無人機市場較為廣闊，但無人機技術(shù)水平和產(chǎn)品性能良莠不齊?？此飘a(chǎn)品眾多但真正能夠滿足高強度作業(yè)需求的產(chǎn)品缺只有少數(shù)幾家。多數(shù)為打著行業(yè)級的幌子作者玩具級的產(chǎn)品。2機械設(shè)計及硬件選型本設(shè)計

3、采用傘狀可折疊六旋翼結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶，任務(wù)載荷大，動力冗余大，飛行可靠性高等特點。機體主要結(jié)構(gòu)件使用碳纖維材料加工而成，碳纖維材料具有結(jié)構(gòu)強度大，重量輕等特點，可在保證工件結(jié)構(gòu)強度的同時盡可能降低其重量，在飛行器設(shè)計領(lǐng)域具有及其廣泛的應(yīng)用。機臂部分采用內(nèi)徑14mm，壁厚2mm的碳纖維管，空心碳纖維管具有結(jié)構(gòu)剛性強，重量輕的特點，機臂作為飛行器動力系統(tǒng)的機體的連接部分，在實際飛行過程中承受飛行器全部有效載荷及過載，機臂結(jié)構(gòu)強度不足極易導(dǎo)致飛行器在實際飛行過程中出現(xiàn)機體共振嚴(yán)重影響飛行安全。為保證結(jié)構(gòu)強度使用碳纖維管來作為機臂及起落架等受力部件，可大幅簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計部分的工作量，降低裝配

4、工藝復(fù)雜度提高可維護性。有利于進一步降低飛行器對使用者的維護技術(shù)要求，有利于進一步推廣。起落架部分采用自動折疊式起落架，在保證其正常功能的同時解決在飛行過程中任務(wù)載荷和起落架之間的空間沖突問題?？蓪C體下方視野空間完全留給任務(wù)模塊?？纱蠓档惋w行器任務(wù)模塊的通用型，以便于后期的功能拓展及進一步升級工作。飛行器軸距1200mm，搭配為動力系統(tǒng)采用6010無刷電機配備2170螺旋槳，最大起飛重量16kg左右，可在6級風(fēng)力等級下穩(wěn)定執(zhí)行飛行任務(wù)。使用大容量6s動力電池為飛行器提供能量，可供給飛行器30分鐘作業(yè)需求。作為一款通用飛行平臺，可搭各種任務(wù)模塊來滿足不同的任務(wù)需求。飛行控制器采用雷迅科技的p

5、ixv5飛行控制器，v5 autopilot采用了全新的v5 core平臺;將飛控核心部分集成于v5 core上，底板可拆卸，只作為對外接口載體，v5 autopilot是cuav基于fmu v5開源硬件全新打造的高性能飛行控制系統(tǒng)。fmu v5開源硬件的特點就是采用比fmu v3更加先進的處理器、更大的flash及ram、更穩(wěn)定可靠的傳感器。v5 autopilot是cuav基于fmu v5開源硬件全新打造的高性能飛行控制系統(tǒng)。fmu v5開源硬件的特點就是采用比fmu v3更加先進的處理器、更大的flash及ram、更穩(wěn)定可靠的傳感器，此飛行控制器可適用于3到8旋翼無人機，能夠滿足飛行器的

6、智能化控制需求。此飛行控制器具有操作簡單、工作穩(wěn)定可靠、智能化程度高等特點。作為產(chǎn)品級的飛行控制器，操作者只需要進行簡單培訓(xùn)，即可擔(dān)任操作手執(zhí)行飛行任務(wù)。相較于傳統(tǒng)的植保無人機，本設(shè)計可最大程度降低飛行器對操作手的依賴，將操作手從單一乏味的飛行中解放出來。在實際任務(wù)執(zhí)行過程中，操作手可以使用搭配飛行控制器的地面站提前進行飛行任務(wù)規(guī)劃，將飛行任務(wù)中的關(guān)鍵參數(shù)信息輸入飛行控制器，利用其智能任務(wù)管理系統(tǒng)根據(jù)不同的任務(wù)需求生成最佳飛行航線并存儲于飛行控制器中。到了任務(wù)的實際執(zhí)行階段，操作手只需要將飛行器帶到任務(wù)區(qū)并監(jiān)控其工作狀態(tài)即可。機載傳感器系統(tǒng)及飛行控制系統(tǒng)可保證飛行器安全高效的完成飛行任務(wù)。一般

7、條件下，可實現(xiàn)飛行器從起飛到任務(wù)執(zhí)行到返航的全自動作業(yè)，操作手只需監(jiān)控其工作狀態(tài)即可。最大限度降低操作手的工作強度?？稍谔岣咦鳂I(yè)效率的同時降低人員疲勞程度。3項目總結(jié)使用多旋翼無人機作為作業(yè)載具具有飛行高度低，定位精度高，對起降場地要求低等特點，可深入田間地頭靈活展開植保作業(yè)?？纱蠓嶙鳂I(yè)效率，且飛行器飛行過程中旋翼產(chǎn)生的下降氣流有利于增加噴霧對作物的穿透性，使用藥物利用率得以提高。在作業(yè)過程中，操作者可在安全距離遙控監(jiān)視作業(yè)，有效降低了人員作業(yè)風(fēng)險，使得安全性進一步提高。此外，與油動無人機相比，電動無人機具有重量輕，折舊率低，作業(yè)人工成本較低、易于保養(yǎng)維護等優(yōu)勢。本設(shè)計作為一塊多旋翼無人平臺，具有操控簡單、通用性強等特