無人機植保技術課件-第2章-植保無人機構造及原理

1、第二章植保無人機構造及原理第二章植保無人機構造及原理CONTENTS植保無人機飛行平臺構造01植保無人機噴灑系統(tǒng)02章節(jié)內容CONTENTS植保無人機飛行平臺構造01植保無人機噴灑系統(tǒng) 本章主要介紹了植保無人機的構造與原理，同時講授了植保無人所特有元件及功能。章節(jié)重點本章導讀學習目標 了解植保無人機的基本結構；掌握植保無人機特有部件的功能與作用。 第二章 植保無人機構造及原理 本章主要介紹了植保無人機的構造與原理，同時講授了植農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到

2、農業(yè)植保領域的高度重視。 植保無人機控制系統(tǒng)包括無人機植保綜合管理模塊、高度控制子模塊、航路導航控制子模塊，噴灑控制子模塊；其特點是：精準、高效、智能。2.1 植保無人機飛行平臺構造 植保無人機飛控和一般無人機飛控不同，其行業(yè)應用特性決定了它應具有以下功能：1. 自主飛行 支持全程自主飛行,可根據(jù)預先測繪的航線與設置的飛行參數(shù),實現(xiàn)一鍵起飛,按照預定航線自動飛行以及自動降落,無需搖桿操作。2. 精準噴灑 針對不同作物和作業(yè)環(huán)境,設定飛行速度和噴灑流量,確保精準噴灑,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, 預設飛行和噴

3、灑參數(shù)。 第二章 植保無人機構造及原理農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。2.1 植保無人機飛行平臺構造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，內置UPS斷電記憶。多項備份冗余設計，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定飛。5. RTK高精度定位 RTK定位技術為農田測繪、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

4、磁干擾環(huán)境下也能穩(wěn)定飛行。6. 航線避障 提供基于GNSS RTK精確定位的航線避障功能,可在測繪階段標識出障礙物，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,在為大片農田進行超視距作業(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)遠程監(jiān)。8. 農田掃邊 針對形狀復雜的農田邊界,提供基于GNSS RTK精準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 植保無人機構造及原理農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1

5、為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 植保無人機飛控相對于消費級無人機飛控來說，各項技術要求要高的多，必具備穩(wěn)定性強，環(huán)境適應性良好；按航路行徑中保持相對作物高度不變；抗磁干擾性能高；對障礙物進行自動規(guī)避；飛控能根據(jù)地面站規(guī)劃好的航線進行自主巡航；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 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對植保無人機市場保有量 第二章 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造 電動無人機動力系統(tǒng)主要

6、由槳葉、電子調速器（電調）和電機、電池組成，飛控將控制信號發(fā)送給電調，電調輸出是三相脈動直流驅動電機轉動，電機再帶動槳葉進行旋轉，槳葉產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，如結構簡單、重量輕、使用方便、轉換效率高、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。植保無人機市場保有量 第二章 植保無人機構造及原理2.1 農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 無人機使用

7、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 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造 無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成，是一種典型的機電一體化產品。無刷直流電動機是

8、采用半導體開關器件來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開關器件代替?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，運轉順暢（3）壽命長，維護成本低。農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造 植保無人機因工作環(huán)境惡劣，機身長期處于酸堿、強腐蝕等有害藥霧

9、中，為了保障植保無人機能穩(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、電池更是專門設計，防止藥霧進入同時還要保證工作時產生的熱量能正常發(fā)散出去；植保無人機必須具有一定到防塵、防水性能才可以達到實用效果。農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無人機構造及原理IP防護等級級別編號IP編號定義（兩位數(shù)）級別編號保護級別保護級別0無防護

10、對外界的人或物無特殊的防護對水或濕氣無特殊的防護無防護01防止直徑大于50mm的固體外物侵入防止人體因意外而接觸到電器內部的零件，防止較大尺寸（直徑大于50mm）的外物侵入垂直落下的水滴（如凝結水）不會對電器造成損壞防止水滴浸入12防止直徑大于12.5mm的固體外物侵入防止人的手指接觸到電器內部的零件，防止中等尺寸（直徑大于12.5mm）的外物侵入當電器由垂直傾斜至15度時，滴水不會對電器造成損壞傾斜15度時，仍可防止水滴浸入23防止直徑大于2.5mm的固體外物侵入防止直徑或厚度大于2.5mm的工具、電線及類似的小型外物侵入而接觸到電器內部的零件防雨或防止與垂直的夾角小于60度的方向所噴灑的水

11、侵入電器而造成損壞防止噴灑的水浸入34防止直徑大于1.0mm的固體外物侵入防止直徑或厚度大于1.0mm的工具、電線及類似的小型外物侵入而接觸到電器內部的零件防止各個方向飛濺而來的水侵入電器而造成損壞防止飛濺的水浸入45防止外物及灰塵完全防止外物侵入，雖不能完全防止灰塵侵入，但灰塵的侵入量不會影響電器的正常運作防持續(xù)至少3分鐘的低壓噴水防止噴射的水浸入56防止外物及灰塵完全防止外物及灰塵侵入防持續(xù)至少3分鐘的大量噴水防止大浪浸入6在深達1米的水中防30分鐘的浸泡影響防止浸水時水的浸入7在深度超過1米的水中防持續(xù)浸泡影響。準確的條件由制造商針對各設備指定。防止沉沒時水的浸入8農用無人機航空施藥，具

12、有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造 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，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。鋰電池的標準電壓3.7v，充電截止電壓4.2v，放電截止電壓2.75V，儲存電壓為3.83.9V。鋰電池由滿電到空電的放電過程

13、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、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造 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

14、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、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造 鋰電池標簽上除了標明電池節(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稱容量

15、最大可達到多大的放電電流。例如：一個1000mAh、10C的電池，最大放電電流為100010=10000毫安=10安培。植保無人機因工作環(huán)境惡劣、負載大，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、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造電調的連接方法： 電調的電源

16、輸入線與電池連接；電調的輸出線（有刷兩根、無刷三根）與電機連接；電調的信號線與飛控或接收機連接。農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造螺旋槳： 螺旋槳是直接將機械能轉變?yōu)橥屏Φ牟考?。螺旋槳是有正槳（右旋前進的槳）與反槳（左旋前進的槳）兩種類型，如果使用兩個電機，一個電機正向旋轉、一個電機反向旋轉，可以互相抵消這種反扭力。電

17、機、電調和螺旋槳搭配應匹配協(xié)調，這樣在相同的推力下可消耗更少的電量。農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造 衛(wèi)星定位系統(tǒng)即全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）。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)。 目前全球導航系統(tǒng)有美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO和中國

18、北斗，除此4大全球導航系統(tǒng)外，還有日本QZSS和印度的IRNSS兩個區(qū)域系統(tǒng)。無人機導航、定位裝置大致可分為自主式與非自主式兩類；無人機的機載導航系統(tǒng)主要有：慣性導航、無線電導航、衛(wèi)星導航、組合式導航等，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航數(shù)據(jù)，國內無人機一般可接收到近20顆GPS+北斗導航衛(wèi)星的信號。農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無

19、人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造 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、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖

20、1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 第二章 植保無人機構造及原理2.1 植保無人機飛行平臺構造 航線規(guī)劃的主要目標是依據(jù)地形信息和執(zhí)行任務的環(huán)境條件信息，綜合考慮無人機的性能、到達時間、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。 農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的

21、難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。2.2.1 施藥系統(tǒng)的組成與結構 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；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)是否到達噴霧區(qū)域進行繼電器開關的控制，從而控制電動泵是否進行噴霧作業(yè)。植保無人機噴灑系統(tǒng)中主要使用的噴頭有兩種：壓力噴頭和離心噴頭。植保無人機噴灑系統(tǒng)主要包括藥箱、水泵、軟管和噴頭。配好的農藥裝入藥箱，水泵提供動力引流，再通過導管到達噴頭，將農藥均勻噴灑到作物表面。 第二章 植保無人機構造及原理2.2植保無人機噴灑系統(tǒng)農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作

22、業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 植保無人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，它像一個缸筒內的活塞，當一個齒進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，水泵每轉一轉排出的液體量是一樣的。 第二章 植保無人機構造及原理2.2植保無人機噴灑系統(tǒng)農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有

23、作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。 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, 進一步提升農藥的利用率。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

24、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 植保無人機構造及原理2.2植保無人機噴灑系統(tǒng)農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。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小液滴，藥液的霧滴直徑一般在70120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，產生的藥液飄

25、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 植保無人機構造及原理2.2植保無人機噴灑系統(tǒng)農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對突發(fā)災害能力強等優(yōu)點，如圖1-1為植保無人機作業(yè)現(xiàn)場，它克服了農業(yè)機械或人工無法進地作業(yè)的難題，其發(fā)展前景受到農業(yè)植保領域的高度重視。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場下壓，相比較壓力噴頭而言飄逸量大一些，對于高桿作物和果樹來說效果差一些。 第二章 植保無人機構造及原理2.2植保無人機噴灑系統(tǒng)農用無人機航空施藥，具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應對農用無人機航