第2章 植保無人機構(gòu)造及原理

農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。植保無人飛機控制系統(tǒng)包括無人機植保綜合管理模塊、高度控制子模塊、航路導(dǎo)航控制子模塊，噴灑控制子模塊；其特點是：精準(zhǔn)、高效、智能。2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造植保無人飛機飛控和一般無人機飛控不同，其行業(yè)應(yīng)用特性決定了它應(yīng)具有以下功能：1.自主飛行支持全程自主飛行,可根據(jù)預(yù)先測繪的航線與設(shè)置的飛行參數(shù),實現(xiàn)一鍵起飛,按照預(yù)定航線自動飛行以及自動降落,無需搖桿操作。2.精準(zhǔn)噴灑針對不同作物和作業(yè)環(huán)境,設(shè)定飛行速度和噴灑流量,確保精準(zhǔn)噴灑,畝用量恒定,并支持避障停噴、斷點續(xù)噴。3.智能規(guī)劃支持不規(guī)則地塊的快速測繪,自動完成航線規(guī)劃,并根據(jù)作業(yè)需求,預(yù)設(shè)飛行和噴灑參數(shù)。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造4.安全穩(wěn)定采用工業(yè)級元器件、傳感器,耐極端環(huán)境。支持熱插拔、寬電壓輸入，內(nèi)置UPS斷電記憶。多項備份冗余設(shè)計，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定飛。5.RTK高精度定位RTK定位技術(shù)為農(nóng)田測繪、無人機飛行提供厘米級的高精度定位,同時具有強大的抗磁干擾能力,保障無人機在高壓線、礦區(qū)等強磁干擾環(huán)境下也能穩(wěn)定飛行。6.航線避障提供基于GNSSRTK精確定位的航線避障功能,可在測繪階段標(biāo)識出障礙物，并自動生成避障航線，保證飛行安。7.雙鏈路傳輸無人機、A2智能手持終端與云端信息相互連通,在為大片農(nóng)田進(jìn)行超視距作業(yè)時,A2能與云端通訊,實時查看飛行器的飛行和噴灑參數(shù),實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)。8.農(nóng)田掃邊針對形狀復(fù)雜的農(nóng)田邊界,提供基于GNSSRTK精準(zhǔn)定位的自動掃邊功能,保證作業(yè)效果,無需人工補掃。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。植保無人飛機飛控相對于消費級無人機飛控來說，各項技術(shù)要求要高的多，必具備穩(wěn)定性強，環(huán)境適應(yīng)性良好；按航路行徑中保持相對作物高度不變；抗磁干擾性能高；對障礙物進(jìn)行自動規(guī)避；飛控能根據(jù)地面站規(guī)劃好的航線進(jìn)行自主巡航；地面站可以實現(xiàn)一對多，即一站多機，以最少的人手做到更高的效率；第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造植保無人飛機市場保有量第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造電動無人機動力系統(tǒng)主要由槳葉、電子調(diào)速器（電調(diào)）和電機、電池組成，飛控將控制信號發(fā)送給電調(diào)，電調(diào)輸出是三相脈動直流驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，電機再帶動槳葉進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，槳葉產(chǎn)生反作用力來帶動機體飛行。無人機使用電動機作為動力具有其它動力裝置無法比擬的優(yōu)勢，如結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便、轉(zhuǎn)換效率高、噪音低、紅外特征小、維護簡單等優(yōu)點，同時又能提供與燃油機不想上下的比功率。農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。無人機使用的動力電機主要分為兩類：有刷電動機與無刷電動機；由于有刷電動機的效率低下、易磨損、易產(chǎn)生干擾，在無人機上已經(jīng)很少使用，目前主要以無刷電機為主。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造

無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。無刷直流電動機是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。無刷直流電動機由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。無刷電機優(yōu)點：（1）無電刷、低干擾（2）噪音低，運轉(zhuǎn)順暢（3）壽命長，維護成本低。農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造植保無人飛機因工作環(huán)境惡劣，機身長期處于酸堿、強腐蝕等有害藥霧中，為了保障植保無人飛機能穩(wěn)定、長時間工作，需要將無人機絕大部分元件密封處理，避免元件受損；植保機的電機、電調(diào)、電池更是專門設(shè)計，防止藥霧進(jìn)入同時還要保證工作時產(chǎn)生的熱量能正常發(fā)散出去；植保無人飛機必須具有一定到防塵、防水性能才可以達(dá)到實用效果。農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理IP防護等級農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造無人機電力電源主要為無人機提供電能，目前主要以鋰聚合物電池為主，它是鋰離子電池的改良型，沒有電池液，改用聚合物電解質(zhì)，比離子電池穩(wěn)定，其特點是能量密度大、重量輕、耐電流數(shù)值較高等。鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓3.7v，充電截止電壓4.2v，放電截止電壓2.75V，儲存電壓為3.8~3.9V。鋰電池由滿電到空電的放電過程電壓值并不是線性的，而是一條曲線，鋰電池在剛開始放電時，電壓降低的速度比較接近于線性變化，而后逐漸平緩，并持續(xù)較長一段時間，而后電壓迅速降低。從放電曲線上可以看出，電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造在實際使用過程中4.2v的電壓是往往是不夠的，需要將多節(jié)鋰電池串聯(lián)起來提高電壓。在日常使用中，還經(jīng)常碰到電流偏小的情況，這時需要將電池并聯(lián)，下圖中P指該電池并聯(lián)的數(shù)量，如圖2-7所示。農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造鋰電池標(biāo)簽上除了標(biāo)明電池節(jié)數(shù)之外，還會注明電池的電量，表示電池能夠存儲的電能的多少，單位為毫安時。鋰電池另一個重要參數(shù)是放電倍率，用C來表示，它的意思是說按照電池的標(biāo)稱容量最大可達(dá)到多大的放電電流。例如：一個1000mAh、10C的電池，最大放電電流為1000×10=10000毫安=10安培。植保無人飛機因工作環(huán)境惡劣、負(fù)載大，所以需要多節(jié)鋰電池串、并聯(lián)，以形成高電壓和大電流，這就要求電池必須牢固可靠的包裝，確保人員和電池的安全。農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造電調(diào)的連接方法：?電調(diào)的電源輸入線與電池連接；電調(diào)的輸出線（有刷兩根、無刷三根）與電機連接；電調(diào)的信號線與飛控或接收機連接。農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造螺旋槳：?螺旋槳是直接將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橥屏Φ牟考?。螺旋槳是有正槳（右旋前進(jìn)的槳）與反槳（左旋前進(jìn)的槳）兩種類型，如果使用兩個電機，一個電機正向旋轉(zhuǎn)、一個電機反向旋轉(zhuǎn)，可以互相抵消這種反扭力。電機、電調(diào)和螺旋槳搭配應(yīng)匹配協(xié)調(diào)，這樣在相同的推力下可消耗更少的電量。農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造衛(wèi)星定位系統(tǒng)即全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）。簡單地說，這是一個由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。?目前全球?qū)Ш较到y(tǒng)有美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO和中國北斗，除此4大全球?qū)Ш较到y(tǒng)外，還有日本QZSS和印度的IRNSS兩個區(qū)域系統(tǒng)。無人機導(dǎo)航、定位裝置大致可分為自主式與非自主式兩類；無人機的機載導(dǎo)航系統(tǒng)主要有：慣性導(dǎo)航、無線電導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、組合式導(dǎo)航等，目前北斗已經(jīng)和GPS簽署兼容協(xié)議，可以為用戶提供更加精確的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，國內(nèi)無人機一般可接收到近20顆GPS+北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的信號。農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造無人機通信鏈路是無人機系統(tǒng)的重要組成部分，是飛行器與地面系統(tǒng)聯(lián)系的紐帶，主要指用于無人機系統(tǒng)傳輸控制、無載荷通信、載荷通信三部分信息的無線電鏈路。?無人機數(shù)據(jù)鏈按照傳輸方向可以分為：上行鏈路和下行鏈路。上行鏈路主要完成地面站到無人機遙控指令的發(fā)送和接受，下行鏈路主要完成無人機到地面站的遙測數(shù)據(jù)以及紅外或電視圖像的發(fā)送和接收，并根據(jù)定位信息的傳輸利用上下行鏈路進(jìn)行測距，數(shù)據(jù)鏈性能直接影響到無人機性能的優(yōu)劣。農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.1植保無人飛機飛行平臺構(gòu)造航線規(guī)劃的主要目標(biāo)是依據(jù)地形信息和執(zhí)行任務(wù)的環(huán)境條件信息，綜合考慮無人機的性能、到達(dá)時間、耗能、藥液以及飛行區(qū)域等約束條件，為無人機規(guī)劃處一條或多條自出發(fā)點到目標(biāo)點的最優(yōu)或次優(yōu)航跡，保證無人機高效、圓滿地完成飛行任務(wù)。

農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。2.2.1施藥系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)

噴灑系統(tǒng)包括繼電器、電動泵和噴頭組；繼電器與電動泵連接，用于控制電動泵開關(guān)；電動泵通過藥液管與噴頭組連接；噴灑控制信息輸出接口與繼電器連接，飛控處理單元依據(jù)是否到達(dá)噴霧區(qū)域進(jìn)行繼電器開關(guān)的控制，從而控制電動泵是否進(jìn)行噴霧作業(yè)。植保無人飛機噴灑系統(tǒng)中主要使用的噴頭有兩種：壓力噴頭和離心噴頭。植保無人飛機噴灑系統(tǒng)主要包括藥箱、水泵、軟管和噴頭。配好的農(nóng)藥裝入藥箱，水泵提供動力引流，再通過導(dǎo)管到達(dá)噴頭，將農(nóng)藥均勻噴灑到作物表面。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.2植保無人飛機噴灑系統(tǒng)農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。植保無人飛機使用的水泵通常分為蠕動泵、齒輪泵和高壓泵。齒輪泵也叫正排量裝置，它像一個缸筒內(nèi)的活塞，當(dāng)一個齒進(jìn)入另一個齒的流體空間時，因為液體壓縮比很小，所以液體和齒就不能在同一時間占據(jù)同一空間。這樣液體就被機械性地排開，水泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)排出的液體量是一樣的。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.2植保無人飛機噴灑系統(tǒng)農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。低空噴霧作業(yè)中,這其中最需要完善的問題是解決難點問題,具體表現(xiàn)為提升藥液的霧化,從而降低霧滴漂移,這樣就能夠大大提升霧滴于作物中的穿透性,與此同時還要提高葉面的沉積率,進(jìn)一步提升農(nóng)藥的利用率。與此同時,還可以根據(jù)無人機與作物長勢的特點,做出合適的噴施指令,借助可控制藥裝備進(jìn)行執(zhí)行實施,比如改變噴霧的流量、壓力及高壓靜電等參數(shù),從而明確最佳噴施效果。按照實時無人機的具體信息,如飛行高度、飛行速度,再依據(jù)施藥深度要求,通過實時計算,這樣就能獲取到藥液噴施流量。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.2植保無人飛機噴灑系統(tǒng)農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。2.2.3壓力霧化系統(tǒng)扇形壓力噴頭的原理是通過壓力泵對藥液施加一定的壓力，使藥液通過噴嘴時在壓力作用下破碎成細(xì)小液滴，藥液的霧滴直徑一般在70~120微米，其成霧粒徑主要受噴嘴壓力及孔徑的影響。特點是藥液下壓力較大，產(chǎn)生的藥液飄逸量較小，在干旱地區(qū)的蒸發(fā)量較小;缺點是藥液霧化不均勻，霧滴直徑相差較大。第二章植保無人飛機構(gòu)造及原理2.2植保無人飛機噴灑系統(tǒng)農(nóng)用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人飛機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。2.2.4離心霧化系統(tǒng)離心噴頭的原理是通過電機帶動離心噴頭高速旋轉(zhuǎn)將藥液破碎后利用離心力甩出，特點是藥液霧化均勻，霧滴直徑相差不大。缺點是離心噴頭的配件很容易出現(xiàn)問題，壽命較短，更換頻率較高，而且離心噴頭基本上沒有什么下壓力，完全憑借無人機的風(fēng)場下壓，相比較壓力噴頭而