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植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

来源:http://www.henjd.com 责任编辑:www.ag88.com 更新日期:2018-10-11 12:12

  植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  现在农业,已脱节数千年来牛耕的情况,底子完结机械现代化,出产功率亦到达前人所无法比拟的高度。而近年,植保无人机呈现,更是一个革新性的跃进。智能化的今日,无人机也越发聪明与亲民

  农业开展到今日,现已比较老练完善,不论是在我国北方仍是南边,底子上都能到达全机械化作业,出产功率比以往大幅进步。而这三年无人机在植保范畴快速开展,由一开端的手动半自动飞翔到现在的全自助精准飞翔,植保无人机越来越老练智能,也越来越亲民。

  不久前在一个农业展看到一款大型拖拉机,其能够做到无人驾驭去犁地(犁地)作业,选用的是差错精度达厘米级的RTK体系,作业的作用比有人驾驭的拖拉机更好,也让农人劳动变得愈加轻松。

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  不过,木桶原理通知咱们,有所长必有所短,农业出产功率的大幅进步并不是靠加长最长的那块木板,而是靠加长最短的那一块木板来完结。

  在乡村待过的人都知道,农业从耕种到收成的整个进程中,机械化使用率最高的两个节点正是农业耕种时和收成时:耕种有高效耕种的拖拉机,收成有快速收成的拖拉机。最初和结束功率都很高,却唯一在农作物需求健康成长的这个进程中功率变得很低,需求投入许多的人力而不是机械去作业。而最杰出的一方面就是植保。

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  现在农业植保最首要的作业办法是人工喷药和拖拉机喷药。拖拉机喷药的确比人工喷药的功率高,但其在使用进程中存在减产、劳动力投入大等问题,使得植保作业依旧是整个农业出产进程里最短的一块。但假如把一个拖拉机由地上作业变为空中作业,或许就能处理这些问题?

  一、为什么要将拖拉机飞起来?

  把粗笨的拖拉机飞起来,这个主意或许很荒谬,但前史通知咱们,许多巨大的创造都是源自于一开端看似荒谬的主意。任何先进事物发生的动力都是源自于想火急改动一种现状的巴望。

  当农人巴望不再用牛来犁地时,呈现了超大马力的拖拉机;当农人巴望不再用镰刀收割时,呈现了高功率的收割机;咱们将拖拉机飞起来去做植保的动力也是源于火急改动当下植保办法及现状的期望。那么到底是什么样的现状才让咱们发生这么急迫的改动心态呢?

  1、农人植保太辛苦

  去过新疆的人可能见过当地农人是怎样对棉花喷药的。在新疆阿克苏棉花地用拖拉机喷药,一般也要5个人合作才干完结整个喷药进程。其间一个人开拖拉机,其他四个人在田地里拖着皮管喷药。拖拉机缓慢往前开,人缓慢往前走,每碰到一个障碍物(比方:树木、电线杆等),需求停下来从头插管子,再插上去再喷,一整天都是重复这样的作业,干这个作业实在是太辛苦了。

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  一起,常用的植保办法还有很大的安全隐患。除了带上口罩,穿上塑料雨衣,除此之外几乎是没有任何的防护的,迎面而来的满是农药。一天下来,农人能够说是在农药里泡了一整天,由此而引发的农药中毒事件也层出不穷。

  2、乡村劳动力日渐削减

  经济的持续增长使得工业部门不断吸纳乡村劳动力,越来越多的乡村子弟离乡背井,拼命斗争,只为脱节面朝黄土背朝天的命运,比上一辈人过得更好。

  新一代的人,没有吃过老一辈人那样的苦,也不愿意自己再重复父辈们的那种日子。传统低效的农业出产也正面对着后继无人的为难。

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  空心村越来越多,劳动力越来越少,在未来适当长的一段时刻里这样的窘境将仍然存在。进步作业东西的功率以及改善作业的办法,是现在整个农业开展进程中的亟待处理的问题。2018浙江湖州莫干山高新集团有限公司招聘16人公

  3、规模化栽培日渐遍及

  其时乡村空心化趋势越来越严峻,规模化栽培的条件逐步老练。国家提出土地流通方针,开端大力推进传统农业向现代农业转型,农业规模化出产将是其必经之路,传统的植保作业办法也将逐步被新的办法代替。

  让拖拉机从地上飞到天空,像无人机那样自主精准飞翔完结喷药,这样不只能够解放乡村劳动力,也可大起伏进步作业功率,进行高效安全作业。

  二、怎样将拖拉机飞起来?

  让一个物体能够飞起来,需求满意的要素许多,面对的困难也许多。在规划上要契合空气动力学,在飞控体系开发里需求强壮的算法,在挑选动力源方面也需求考虑多种计划。

  1、让拖拉机飞起来所面对的几个问题:

  问题1:怎样规划?

  问题2:动力体系怎样挑选?

  问题3:飞控体系怎样做?

  问题4:要具有哪些功用?

  ······

  2、现在市场有没有可学习的事例?

  其时现状是,农业植保最首要的作业办法是人工喷药和拖拉机喷药。在消费级范畴,电动多旋翼无人机反常火爆,其经过挂载相机等设备来做一些特别使用。

  电动无人机能够被用来改构成会飞的拖拉机吗?实践是现在电动多旋翼选用的锂电池开展遇到瓶颈,在短期内无法打破,一个遍及载重在10KG,飞翔时刻15分钟左右的产品,底子就不合适大规模植保作业。

  3、前史上有没有油动多旋翼成功事例?

  看完其时,看前史。在前史的开展进程中,不缺脑洞大开者,也不缺有荒谬主意者。

  据前史记载,多旋翼无人机是一种能够笔直起降的无人直升机,其开展前史最早能够追溯到1907年,其时Breguet兄弟在法国科学家CharlesRichet的指导下,规划制作了国际上第一架有人驾驭的多旋翼飞机—旋翼机一号。驾驭员经过操控油门来对其进行操控。可是因为其时的技能约束,他们无法完结飞机的彻底操控。

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  

旋翼机一号

  直到20世纪50年代,美国陆军研发的VZ-7,被称做Flying Jeep,表面看起来像极了简易版拖拉机,其有效载荷250KG,靠425马力涡轮发起机驱动,简单起飞,有效地进步了功率与分量比。尽管它相对安稳,可是它未能到达军方对高度和速度的要求,终究被逼抛弃。

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  

Flying Jeep

  由此可见,让拖拉机完结在天空植保作业的主意是可行的。油动直驱多旋翼的办法是能够学习的。

  4、构成让拖拉机飞起来的思路

  鉴于打破锂电池的瓶颈还需时日,现在只选用电动多旋翼多轴的布局办法,使用发起机来供给动力,并经过飞控操控发起机油门的巨细来操控转速进而操控飞翔姿势。

  5、规划油动直驱多旋翼——会飞的拖拉机

  顺着这个思路,咱们开端着手规划油动直驱多旋翼——会飞的拖拉机。因为油动多旋翼不像电动多旋翼那样,有完好的理论体系,它在许多当地的技能是空白的,这就得需求咱们自己去探索。

  1)关于机身的规划

  机身首要由机架和起落架部分构成。

  机架是整个飞机的骨架,用于支撑、装置无人机的各个组件。咱们机身主体选用碳纤维等多种复合资料,各衔接件选用高品质航空铝合金,全体选用三角桁架式衔接,机架结构分量轻,强度高。

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  

机架

  这样规划的要素有许多。一方面,要考虑机架质量要轻;另一方面,要考虑机架的全体刚度要大。

  最开端规划时选用的不是碳纤维资料,而是挑选铝合金。但后期发现选用铝合金资料会呈现许多问题,比方操作失误炸机后,铝管在接头处会开裂;安装时发现铝管外径差错规模较大,给安装带来很大的不方便,下降了出产功率等。

  起落架的规划也有必要慎之又慎。因为起落架不只用以支撑整个机体,还要在飞机着陆时耗费和吸收飞机与地上发生的冲击,维护机体结构不受损坏。

  而滑撬式结构、高功用氮气绷簧减震、有最佳的缓冲视点,能够让拖拉机变得十分皮实。

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  

起落架

  2)关于发起机

  油动多旋翼,其心脏就是发起机。把国内相对来说不错的几家发起机使用在油动多旋翼上测验,效果达不到咱们要求的规范。终究在确保功用的基础上咱们硬是将其分量减小了1公斤,将结构规划得更合适安装在咱们的机架上。

  国内航模发起机寿数是硬伤,国产发起机的寿数是200~300小时,咱们改善后的发起机经测验也是200~300小时。面对这个效果,咱们终究决议与国外的发起机厂家进行技能合作,让发起机的寿数到达了1000小时以上。

  处理了发起机寿数的问题后,另一个问题就是这款油动多旋翼对环境的适应性差。现在的航模发起机都带有化油器,常见的是机械式的,遍及对环境的适应性很差。举个比如,今日上午在深圳龙岗区测验飞翔各项目标正常,下午拉到深圳宝安,各项目标就会变得不一样。呈现这种问题怎样办?常用的做法就是从头调理发起机的高低速油针,调到能够适应环境、各项目标从头回到最佳状态下。

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  

发起机

  当一款产品对环境适应性差,那么大规模的使用将会面对许多问题。用户期望产品是买来就能用,在哪儿飞都没问题。那有没有这种处理计划呢?办法能够学习摩托车的化油器改为电喷技能,将其使用在多旋翼发起机上,而且终究测验后发现这样改善后发起机比曾经更省油。

  3)关于电发动

  玩过固定翼的都知道,一般固定翼的航模发起机是没有电发动的,需求靠手去拨桨来发动发起机。这在固定翼上来说牵强能够,可是在油动多旋翼上却是十分风险且累人。

  在开发电发动工程中,从发动电机的挑选到齿轮的加工,每一个环节的要求至少到达:单个电发动分量不得超越800g,发动寿数次数在1万次以上。

  4)关于飞控

  假如说发起机是心脏,那飞控体系就是油动多旋翼的大脑,对各种传感器的数据进行处理。造出一架合格的油动多旋翼无人机(会飞的拖拉机),客户需求的不是花里胡哨的app,而是你的整个体系要满足安稳,安稳决议全部。数家公司出售能炸毁或搅扰小型无人机的兵器。而安稳又是靠传感器决议的,传感器禁绝怎样办?当然是靠滤波算法。

  加速度计、陀螺仪等传感器的数据,在实践中,是很脏的,也就是说被各种噪声污染得很凶猛,要从许多噪声中过滤出实在的传感器数据,这就在姿势测算里涉及到滤波。与电动无人机相比下,选用发起机做动力输出的油动多旋翼轰动大,更是增加了滤波算法的难度。

  农人最在乎的是作业作用以及下降出产成本。农人对植保的要求最首要是作用要好能杀虫增产保收,不能重喷、漏喷,其次是节约农药下降成本。这个要求看似很简单但却不简单做到,需求做到精准飞翔以及精准喷洒。

  惯例的GPS体系的精度都是米级,底子不能够到达植保的要求。咱们终究研发了RTK体系,作业精度到达5CM以内。当一切的功用都完结后,可增加一键起飞、全自主作业功用,让油动多旋翼(会飞的拖拉机)更具才智。

  5)关于云智能办理

  近一年,咱们都在议论大数据、云办理。参加云智能办理功用,客户在使用油动多旋翼(会飞的拖拉机)时发生的许多数据会进行云贮存。经过对大数据的剖析,后期也能为用户供给更好的出产处理计划。

  三、拖拉机飞起来后植保作用怎样?

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  

在新疆石河子农八师棉花地做实战演练

  在保持4个多月实地测验的进程中呈现了一些小bug,一个是因为新疆气候干旱,沙尘较大,飞机起飞时卷起沙尘,导致沙尘被吸进风门,构成发起机寿数缩短。

  咱们的空气滤芯选用的是市面上已有钢网结构类的,在深圳测验进程中从来没出过这方面的问题,效果到新疆测验时发现,这种滤芯底子敷衍不了新疆的恶劣环境,导致过滤不充分。

  回来后咱们就开端张狂地测验,将国内上百种空气过滤计划逐个试验,终究找到一种过滤功用极佳的计划,将沙尘颗粒物牢牢地挡在滤芯外层,而且一起做到对透气性发生很细小的影响。

  

拖拉机怎样飞起来做植保?一个脑洞引发的农业无人机革新

  

超强防尘功用测验

  下面是咱们在新疆用无人机给农八师一四七团的棉花打脱叶剂时的测验数据,详细设置的飞翔参数如下:

  单次带载药量:40升

  飞翔高度:4米

  飞翔速度:5米/秒

  作业喷幅:4米

  喷头最大流量:1.1升/分钟(单个喷头)

  每亩地喷药量:1.5升/亩

  作业测验后得到的三个首要喷洒数据如下:

  均匀起降准备时刻:4分钟

  单次喷洒亩数:24.6亩

  实践一天喷洒棉花脱叶剂:1119.5亩

  为什么咱们最早的测验挑选在新疆给棉花打脱叶剂呢?本来,在新疆植保作业里,对无人机载重最有应战的就是棉花脱叶剂的喷洒。

  一款载重10KG电动的植保无人机喷洒棉花脱叶剂,飞翔时刻不超越5分钟就没药了需求下来加药,一天最多能打不超越300亩的脱叶剂。地上拖拉机打药一天最多不超越500亩地,一起拖拉机不精准的作业,构成许多农药的糟蹋。一番测验比照下来,无疑让咱们看到了三年来尽力效果的含义地点。

  四、总结

  几年前,假如通知农户要让一台拖拉机飞起来作业,或许有点不切实践无人信任。现在植保无人机技能已老练,在农业机械化的开展道路上,必将是个革新性的跃进。

  

植保无人机的前身:在天上飞的拖拉机

  

常锋油动多旋翼天马-1(一款会飞的拖拉机)

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