【农业原创毕业论文】农用植保无人机技术分析
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农用植保无人机技术分析 随着我国农业现代化进程的加速推进，一系列高新植保机械加入到农业生产各个环节。单旋翼植保无人机作为其中一员，以其具有的施药效率高、覆盖效果好、远程遥控保障施药安全等优点，受到越来越多的关注。单旋翼植保无人机是近些年来无人机系统与农业技术相结合的农业现代化科技产品，兼具航空器与农用植保器械的技术特性。一般来说，作为飞行器要求其飞行稳定并易于操纵，作为植保施药器械，要求其施药高效且节约。同时，顺应当今农业科技发展潮流，要求植保机械向适应精准农业方向发展，对植保无人机也有了更高的技术要求。 找我扣 壹陆肆伍壹伍陆玖柒、100%保你成功 1植保无人机的发展状况 1.1国外植保无人机发展状况 日本是研发植保无人机技术较早的国家，从20世纪90年代开始就已经将植保无人机系统应用于大田作物、水果、蔬菜的病虫害防治、施肥和品质管理。同时也将其作为监视农作物长势的重要工具。 1990年，日本推出第一架有效载荷为20kg的植保无人机，主要用于喷洒农药，由于其效率高，效果好，推出后备受日本农民欢迎。据资料显示，日本水稻种植面积约170万hm²,单户农民经营规模较小，这样的生产条件很适合无人机作业。因此，日本农用无人机发展较快。知名品牌如雅马哈的RMAX系列，该机为无人单旋翼直升机，可喷洒农药7~10hm²/h,每日1架可喷洒80hm²,而且农药利用率非常高。当前该型植保无人机采用了变速率喷洒，范围可控，配套喷洒设施齐全，专业化程度很高。 美国的植保无人机发展规模不及日本，由于其在20世纪中期就形成了大型农场化的生产方式，土地面积广大，且耕地多位于平原地区，再加上农用飞机多，因此美国多用人工驾驶的农用飞机进行植保作业。但近些年来，随着国际能源紧张，人工驾驶飞机植保作业的成本加大。美国航空管理局于2014年发表声明，考虑将小型无人机系统应用于农业领域。预计在接下来的10年之内美国植保无人机将迎来发展的高峰期。 1.2我国植保无人机发展状况 我国从1951年开始开展航空施药技术的研究与应用，60多年来航空植保队伍持续壮大。近年来，单旋翼植保无人机因其具有的诸多优点，越来越受到重视。比如无人驾驶小型直升机，其作业高度低 （1~10m），农药用量少，重量轻，整体尺寸小，转向、起降灵活，可空中悬停，飞行稳定，无需专 用 起 降 机 场，防 治 效 率 高 （施 药 效 率 高 于6.67hm²架。h），防治效果好 （旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，飘移少），而且远距离遥控操作避免了作业人员接触农药的风险，提高了喷洒作业安全性。我国南方及沿海地区部分地形复杂的农业区域率先开始使用无人机进行植保作业。在柑橘全爪螨防治、甘蔗田喷洒增甜剂及辅助授粉等项目上均取得令人满意的效果。随后多个地区开始配备植保无人机，单旋翼植保无人机开始进入我国植保领域，并呈现良好的发展态势。 2植保无人机技术分析 农用植保无人机作为飞行器的一种，首先应满足其作为航空器材必须具备的稳定性、操控性与安全性。稳定是植保作业的前提，只有达到稳定才能实施有效作业，否则效果低下甚至无法完成作业。 单旋翼直升机本身属于不稳定飞行器，必须借助一定的飞控手段使其达到稳定。操纵性是植保无人机完成植保作业的必要保证，单旋翼植保无人机一般应用于小面积、地形复杂的农田，这种情况下如果无人机的操纵性差，操纵者会消耗过多的精力处理航迹问题，可能造成农药喷洒不匀或重复喷洒等问题，导致作业效率下降。其次，在单旋翼植保无人机系统中，无人机系统是与现代农药喷洒技术相结合的。农药喷洒系统是施药服务的直接执行者，其喷洒能力的高低决定着植保服务的质量。因此，播撒设备的相关技术是当前植保无人机考量采用技术的重点。 2.1植保无人机的机体结构及飞行控制系统 单旋翼植保无人机的机体结构和飞控系统是全系统的基础，是完成植保任务的根本保证。植保无人机的结构主要包含以下几部分：无人机的机身一般采用铝合金或碳纤维等复合材料，降低了重量，提高了有效载荷。机身两侧或下部安装农药储存装置，在底部安装农药喷洒装置，通过特殊的管道来实现对农药的输送与雾状喷洒。飞机的动力装置可选择电机或油机，油机续航能力优于电机。紧连动力系统的是传动系统，一般为多传动比形式的齿轮箱，齿轮箱与桨毂相连，从 而 实 现 动 力 的 传 输。 尾桨与齿轮箱的连接形式分为由主动力系统直接传动与尾桨单独提供动力两类。为保证飞机起飞和着陆时的安全性，还需要将起落架连接于飞机机体。 无人机的飞行控制系统简称飞控，是安装在无人机上控制其飞行轨迹姿态的设备，其主要作用是与其他设备配合控制飞行器的姿态，使其达到稳定。飞行过程中各种传感器获得无人机的运动状态信息，飞控根据这些信息计算无人机需要的舵偏量，再驱动伺服机构将舵面操纵到所需位置。一般飞控包括GPS接收机、三轴陀螺、三轴加速度计、三轴磁传感器、高精度气压计。使用惯性捷联姿态解算，结合卡尔曼数字滤波和数据融合算法，提供高精度姿态，并结合控制系统稳定飞行器状态。飞控工作流程可以概括为：当无人机受到外界干扰，姿态信息发生改变，无人机上携带的姿态敏感元件检测出姿态偏差，并以电信号的形式传送到计算机，经过一定的控制算法，形成控制指令控制舵机产生控制力矩，进而改变无人机的气动特性，改变飞行姿态。飞控是单旋翼植保无人机的核心设备，能否正常工作决定着无人机的性能与安全，是保障播撒系统稳定工作的重要基础。 2.2播撒设备的技术要求 播撒设备是承担植保任务的主体，其播撒速率与单旋翼植保无人机的飞行速率相匹配，并经由一定的科学设计而优化。无人机在农田上空作业时，会经常进行调姿转弯，这种模式下飞行速度会变低，如果农药喷洒设备采用常速率喷洒，即喷洒装置与飞行器飞行状态完全独立，那么就会造成农药喷洒 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/4ad5bffeae51f01dc281e53a580216fc700a538b.html