無人機高空撒藥裝置的原理設計與應用

無人機高空撒藥裝置的原理設計與應用摘要：無人機是一種由無線電遙控沒備或自身程序控制裝置操控的無人駕駛飛行器，無人機最早出現(xiàn)主要用于軍事方面，目前美國、德國、瑞典、加拿大等多個國家均展開了無人機技術的研究。多旋翼無人機和無人直升機，雖然沒有固定翼無人機那么快的巡航速度，但由于其能垂直起降、空中懸停、低速近距拍攝、在空中任意回轉、具有較好的抗風能力、成本低、風險小、反應快速、機動性能好等優(yōu)點。本文將主要探討無人機高空撒藥裝置的原理設計與應用。關鍵詞：無人機；高空撒藥裝置；原理設計1引言輸電線路部分桿塔坐落在懸崖峭壁邊上。在線路維護過程中，發(fā)現(xiàn)有些懸崖峭壁上的雜樹雜草與線路安全距離已經(jīng)達到重大隱患等級。為及時消除線路隱患，工作人員需要對這些雜樹雜草進行處理。在處理過程中，人員需攀登至隱患點處，存在人員墜落風險。為避免人員發(fā)生墜落意外，項目人員設計利用多旋翼無人機撒藥裝置可以投放固體顆粒藥劑，從而控制雜樹雜草長勢。該裝置通過人員操作控制器，控制電機檔位行程，可以控制投放的藥量。再加上小底開口的不同與電機連接的塑料薄片的不同，可以投放多種類型固體藥劑［1］。2無人機高空撒藥的背景分析隨著電網(wǎng)的日益擴大，巡線的工作量也日益加大，100km的巡線工作需要20個巡線人員工作一天才能完成。因此傳統(tǒng)的巡線方式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的廣泛需求。傳統(tǒng)巡線方式面臨的困難有：勞動強度大、工作條件艱苦，而且勞動效率低，遇到電網(wǎng)緊急故障和異常氣候條件下，線路維護人員巡線更加困難［2］。巡檢輸電線路的目的主要是為了掌握線路的運行狀況和沿線的環(huán)境情況，及時發(fā)現(xiàn)威脅或影響線路安全運行的隱患，為線路檢修提供依據(jù)，輸電線路常綿延數(shù)百甚至上千公里，跨越高山峻嶺，且沿線地形復雜，常規(guī)的地面巡線不僅工作強度大、效率低，并且巡視的效果受到多方面的制約，不能完全滿足安全可靠運行的要求。作為固體顆粒藥劑投放終端的無人飛行器必須具備險情預警、自我檢修的功能，以適應復雜飛行環(huán)境。機身結構應高度一體化，具備防水、防雷、抗風、抗摔、抗磁的性能。無人機自身重量是影響其續(xù)航能力和尺寸的主要因素，同時其動力系統(tǒng)在整機重量中占了很大比例。在機身材料的選擇上，在保證強度、剛度穩(wěn)定性的前提下，應優(yōu)先選擇重量輕的材料。在飛行器重量相同時，其尺寸與速度、能耗成反比，因此在進行飛行器設計時應進行系統(tǒng)的最優(yōu)化設計，確保飛行穩(wěn)定的同時，應考慮機身的受到的空氣阻力作用和能耗之間的關系。3無人機高空撒藥裝置設計的原理3.1機械部分原理說明：1）項目人員將藥箱設計為倒圓錐型，大底朝上，小底朝下，粉劑以及顆粒型藥劑可以通過重力的作用往下沉。藥箱大底有開口放置藥劑。藥箱小底設計成可以更換的圓形、方形硬塑料片，塑料片上設置開口。2）通過電機連接一根貫穿藥箱軸線的支桿，支桿末端連接有一個可以薄硬塑料片，塑料薄片基本與小底貼合。3）當塑料片擋住小底開口時，可以阻止粉劑以及顆粒型藥劑往下投放。通過小底開口的不同與電機連接的塑料薄片的不同，可以投撒粉劑以及顆粒型藥劑，或者其他形狀藥劑。4）設定電機檔位（關一小一大），可以控制投放的藥量。5）在一些定點投放藥劑的地方，可以在小口加裝一根引導管，控制藥的流動方向。圖1無人機高空撒藥裝置的原理圖3.2控制部分飛行器的自身成本較高，應用于商業(yè)領域，在設計時必須考慮到其使用率。四旋翼飛行器的多采用充電電池供電，但是電池充電過程需要很長的時間，這是影響飛行器使用率的主要因素?？焖俪潆娂夹g和無線充電技術已處于實際應用階段，將這兩項技術應用飛行器，隨著技術的發(fā)展成熟，飛行器的使用率會得到提高。飛行器需要具備全面的環(huán)境感知能力和學習適應能力，以完成在復雜條件下的自主導航任務。通信、協(xié)調、目標識別、分配與應急處理是建立自主飛行系統(tǒng)的關鍵。為保證無人機通信系統(tǒng)穩(wěn)定安全，應建立其專有通信網(wǎng)，采用數(shù)字加密信號進行通信。同時，飛行器應具有至少2種通信方式，在專有通信網(wǎng)發(fā)生故障時，可以緊急調用民用4G通信網(wǎng)絡來確保飛行器的安全運行。在飛行器的工作區(qū)域建立由監(jiān)測基站組成的監(jiān)測網(wǎng)，由調度中心統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)處理，再把飛行指令傳送到飛行器，使各個飛行器的飛行路線互不干擾。飛行器應裝置“黑匣子〃，收集飛行數(shù)據(jù)。調度中心定期對飛行數(shù)據(jù)分析處理，建立云數(shù)據(jù)庫。飛行器在遇到緊急情況時，把現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳回調度中心，通過和云數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)比對分析，做出最佳應急反應。通過這種循環(huán)學習的模式，飛行器會隨著飛行時間的增長和飛行環(huán)境的增多而變得更加智能。四旋翼飛行器高靈活度、控制簡單、起降要求低、維護成本低的優(yōu)點，能安全、高效、迅速地投放固體顆粒藥劑。4無人機高空撒藥裝置設計的創(chuàng)新點（1）全國首創(chuàng)第一家用無人機作為固體顆粒除草劑撒放載體的裝置。（2）結合單片機與大力行程電機的優(yōu)點，制作成以遙控器控制單片機進而控制電機把控投放速度以及投放量。5無人機高空撒藥裝置的推廣應用目前各地均有大批操作多旋翼無人機的飛手，并且熟悉無人機操作，該裝置研發(fā)完成后以無人機為載體控制投放位置，有良好的技術環(huán)境。該項目主要在于投放裝置，只要稍微改動裝置的掛載方式便可應用于無人機上。結論目前，四旋翼飛行器民用領域主要應用于航拍和地面測量。隨著新材料、電池和導航技術的發(fā)展，四旋翼飛行器在民用領域將有著更廣闊的應用。飛行器和飛行系統(tǒng)本身具有很大的拓展空間，其潛在的社會和經(jīng)濟價值巨大。例如，可以建立城市無人機安保系統(tǒng)，安保飛行器和固體顆粒藥劑飛行器共用通信和導航系統(tǒng)，政府和多家企業(yè)合資建設基礎設施，這樣的整合能緩解在前期基礎設施建設上的資金壓力。現(xiàn)有技術完全能支持該系統(tǒng)的建立。以"大疆〃為代表的民用無人機企業(yè)在技術上已經(jīng)處于全球領先地位，同時我國在軍用無人機制造上也有技術沉淀，這為無人機固體顆粒藥劑系統(tǒng)建設創(chuàng)造了客觀條件。民用四旋翼飛行器主要運用于輸電線路領域，面向對象窄，經(jīng)濟附加值不高，這限制了其市場需求。無人機廣泛應用輸電線路領域，能促進國家的高新技術的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)崗位，從而推動國家經(jīng)濟建設。參考文獻張強，祝小平，周洲，王偉.高空長航時飛翼布局無人機靜氣動彈性研究[J].飛行力學，2016，01：40-45.梁