基于参数优化的植保无人机飞控系统性能分析

为进一步提升植保无人机田间作业效率,从参数优化角度出发,对机体的飞控系统进行性能分析。通过全面理解植保机飞控系统原理,明确其控制流程,具体分析无人机作业变异系数、喷施压力、飞行高度与角度等参数间的内在关联,建立以影响飞控系统性能的各项参数为条件的二次性能指标控制模型。进行飞控系统的硬件与软件设计,并进行植保机飞控系统性能稳定性及参数优化可行性试验。结果表明:在频率7Hz、飞行速度为1.5m/s的条件下,系统理论轨迹偏差与试验轨迹偏差间的误差较小,可控制在±0.2%,且在20%～60%占空比范围内,占空比与轨迹误差存在负相关趋势。试验过程中,整机运行稳定,可为植保无人机及其他自动化田间作业设备的深度优化提供一定的参考思路。     

农业无人机植保作业全覆盖航线科学规划方法研究

【目的】在无人机植保作业过程中,其作业安全受到诸多因素的影响,包括天气、地形、建筑物等。为了提前考虑到这些因素,降低无人机遇到危险和失控的可能性,从而增强其作业时的安全保障。【方法】笔者进行了农业无人机植保作业全覆盖航线科学规划方法研究,综合分析了全覆盖航线规划效果评价指标,科学设置了航向旋转后坐标位置计算方法,并对作业区域划分和区域规划设计了具体方案内容,最后结合具体作业过程中的地形变化,针对开放边界和障碍边界的地形特点设计了航线规划。根据试验内容,明确了全覆盖航线规划效果评价指标包括覆盖率、重复覆盖率以及其他可能涉及的约束条件,给出了子作业区域数量、子作业区域范围、航路点坐标的计算方法,并提出了航向旋转后坐标位置的计算方法。【结果】全覆盖航线的科学规划可以最大限度地利用无人机的作业效能,既可避免重复作业和漏洞等问题,又能提高作业效率,为全面提升全覆盖航线科学规划实效奠定了坚实的基础;同时,还对在作业过程中减少农药、化肥的使用量有一定的推动作用,不但可减少产业发展过程中的成本投入,还可提高农业产业发展的安全系数。     

多作业区域植保无人机航线规划算法

针对植保施药多个作业区域的情况,研究了一种植保无人机全局航线规划算法,将整个算法分为单个区域航线规划、区域间作业顺序和区域间调度航线规划3部分。从作业路程、多余覆盖和遗漏覆盖的角度,分析了多种覆盖作业方式的优劣,确定了无人机在单区域内的覆盖方式。基于遗传算法与TSP问题得到区域间的优化作业顺序,并基于改进的二进制编码遗传算法进行区域间调度航线的规划,最终实现无人机多作业区域航线的全局规划。仿真结果表明,规划算法可以有效地实现全局航线的规划,缩短了无人机的作业距离与区域间调度飞行的距离,达到了能耗与工作时间的优化,节省了航线规划所需的人力成本,使作业管理更加便利。     

农用无人机智能植保系统设计

介绍了一个以ARM为控制核心,遥控器或PC计算机为交互设备的无人机农业值保系统的主要设计思想.着重对系统的组成、硬件配置、软件设计及主要功能进行了详细的描述,并给出了ARM控制程序的流程图,文章还对系统的通信程序设计做了简要阐述.     

南通市植保无人机推广应用分析

介绍了南通市植保无人机推广应用现状,分析了推广应用的有利条件,并结合存在的问题,提出对策建议.     

天水市无人机果园植保试验与分析

随着天水市果业机械化快速发展,天水市农机化技术推广站引进了国内主流品牌植保无人机,针对新旧两种类型苹果园开展无人机植保试验,通过分析汇总试验数据,为无人机植保推广提供依据。     

基于Android系统的植保无人机监控软件设计

以Android为系统开发平台,设计一种植保无人机监控系统,可实现植保无人机飞行过程的移动控制.通过对植保无人机监控系统功能模块进行设计,并从Android基础理论出发,进行植保无人机控制系统软件设计,完成无人机植保作业过程中的状态监控及飞行控制.测试结果表明:该植保无人机监控系统能够有效地对无人机飞行过程进行控制.     

基于改进蚁群算法的植保无人机路径规划方法

为了规划出更加高效的植保无人机路径,提出一种基于改进蚁群算法的植保无人机路径规划方法,该方法适用于多个具有复杂多边形边界与内部障碍物的三维作业区域。采用扫描方式生成水平面内的作业路径,经过离散化处理后,在三维地形曲面上插值,获得三维作业路径。在此基础上,建立作业路径生成算法,以三维作业路径总长度尽量短、作业路径数量尽量少为目标,对植保无人机作业航向进行寻优。改进蚁群算法通过附加记录作业路径进入点的机制,实现对三维作业路径的合理排序,生成总长度较短的转移路径。经过算例检验,针对同一作业区域规划出的三维作业路径与水平面内的作业路径的航向角存在较大差异,相差最大为92°,这说明考虑三维地形的必要性。算例中,将改进的蚁群算法与贪婪算法进行了对比,针对一系列相同的作业起点,改进的蚁群算法所得的转移路径总长度均较短,比贪婪算法所得结果缩短3%~28%;在未选定作业起点情况下,改进的蚁群算法与贪婪算法求得的转移路径总长度最小值分别为1661m与1763m,说明改进的蚁群算法具有良好的寻优能力。实例检验情况与算例所得结论基本一致。算例与实例中的作业区域边界与地形复杂,涵盖情况全面,表明本文提出的路径规划方法具有一定实用性。     

植保无人机关键技术与发展趋势

无人机进行植保作业具有高效、适应性广和操控人员安全等特点。文章从无人机结构、无人机定位导航技术、无人机航迹规划技术、无人机自主避障技术和变量施药技术4个方面对植保无人机关键技术进行阐述与分析,针对多机协同作业技术和喷洒减漂技术,探讨了植保无人机的发展方向。     

基于GNSS与视觉融合的山地果园无人机航迹控制

为精准控制无人机航迹稳定、准确进行山地果园的航空植保作业,以四旋翼无人机为载体,设计了基于GNSS与视觉导航融合的山地果园无人机植保航迹控制系统。该系统由无人机飞行平台和地面控制站两部分组成。其中,无人机平台由四旋翼无人机、内环飞控、GNSS移动站、RGB相机、无线视频发射模块和电子罗盘组成;控制站由GNSS基站、飞行控制模块、便携式计算机、无线视频接收模块和视频采集模块组成。基于Python语言,结合Open CV库,设计了果树行识别算法。采用线性组合算法提取目标行作业区域,利用最小二乘法对作业区域中心点进行拟合,得到果树行趋势线,进而计算出偏航角,以实现无人机作业航迹控制。山地苹果园的导航控制试验结果表明,当无人机飞行速度为2 m/s,距离果树冠层高度约2 m,相机倾角为46°,视觉导航控制率为2次/s时,该系统航迹控制误差范围为-47～42 cm,平均误差为-9 cm,系统控制精度较高,可满足无人机对山地果园植保作业的要求。     

折腰转向无人驾驶植保车控制系统设计与试验

针对黄淮海地区作物多样,行距差异大,植保机械通用化低和智能程度低的问题,设计了一种轮距和离地间隙可调的折腰转向无人驾驶植保车。该植保车可使用遥控器远程控制,切换自动模式后,可根据预定路线进行路径跟踪,实现植保车的自主行走。对植保车自主行走模式建立运动学模型,确定了利用航向跟踪实现路径跟踪策略,并通过Lyapunov函数分析了折腰转向控制的稳定性。提出了传感器的扩展卡尔曼滤波算法和驱动电机的PID控制方法。利用Matlab阶跃响应对自主行走控制系统进行仿真分析,结果表明,当Kp=1、Ti=0.05、Td=0.01时,系统响应速度和精度能够满足自主植保车导航控制的需要。以作业平台转弯半径、直线行走偏移为控制参数进行田间试验,样机转弯速度3km/h时,最小外轮转弯半径为2m;行走速度为6km/h时,100m直线行走平均偏移量为5.51cm;植保车满载情况下的平均续航时间达到2.54h,整机达到设计要求。     

基于无线传感网络的农业无人机航线控制系统

无人机是一个由飞行器、控制站、通讯设备和其它部件形成的系统,在农业领域主要应用于农药喷洒、信息监测和农业保险勘察。农业无人机在飞行过程中的实际航线与规划航路之间会存在偏差,不仅降低了作业质量,还会影响作业效率。无线传感网络是一种与无人机紧密结合的技术,可以用于对无人机的航线进行控制。为此,基于无线传感网络,设计了无人机的航线控制系统。该系统由无人机平台、传感节点、汇聚节点和控制中心4部分组成,对航线的控制通过二维坐标系跟随算法完成。试验结果表明:无线传感网络对直线和曲线航线的跟踪更加稳定,具有较高的航线控制精确度。     

基于射线检测算法的无人机植保作业电子围栏设计

保障植保无人机执行喷洒作业时不越过作业地块边界,是保证植保无人机作业安全性与高效性的必要前提。设计了一种高效可靠的无人机植保作业电子围栏,能够实时检测无人机是否越界,并在有越界风险时及时发出预警。首先,算法根据作业地块边界、无人机飞行速度等关键要素确定电子围栏报警模型并由此生成安全边界。当无人机飞行在安全边界内时,算法不对其进行越界检测;当无人机飞行于安全边界与作业边界之间时,算法将进行越界检测并同时发出预警,提示无人机操作人员随时准备控制无人机改变航向;当无人机飞行于作业边界之外时,将反馈越界标志,提供给飞行控制系统或无人机操作人员介入控制。测试表明：无人机植保作业电子围栏能够实现高效、可靠的飞行监测,实时检测植保无人机飞行是否越界,并在有越界风险时及时发出越界预警。     

植保无人机研发进展及行业发展探讨

结合先进国家研发和应用植保无人机的经验,以及我国植保无人机行业的发展实际情况,总结辽宁省植保无人机在研发和推广中存在的主要问题,提出促进行业发发展的具体对策,为加快植保无人机的推广应用提供参考.     

大载荷植保无人直升机喷雾气液两相流动数值模拟

为研究大载荷植保无人直升机喷雾流场特性,基于FR-200型大载荷植保无人直升机喷洒系统,建立FR-200型大载荷植保无人直升机无植物冠层三维雾滴沉降仿真模拟平台,利用Fluent软件的SST k-ω湍流模型和DPM离散相模型对无人直升机喷雾沉降过程进行了仿真模拟,分别研究了飞行速度、喷杆相对位置、喷施角度对喷雾流场的影响,并进行户外试验验证。试验结果表明,下洗流场垂直方向速度(Z向)呈不对称分布,旋翼x/R为0.8处垂直方向速度(Z向)最大;仿真模拟的雾滴沉积总量与户外试验的雾滴沉积密度基本一致,线性决定系数R2为0.999 6,无人直升机前飞速度与雾滴群抗飘移系数及沉积量呈线性关系,前飞速度3 m/s时,靶标上雾滴总沉积密度为4.208μL/cm~2,前飞速度5 m/s时,靶标上雾滴总沉积密度为1.766μL/cm~2;随着采样面的升高,雾滴群抗飘移性能增强;位于喷杆不同位置处喷头的抗飘移性能不同,主要表现在位于喷杆两端的喷头1和9受到旋翼尾涡的影响,雾滴群抗飘移性能变差,机身正下方的喷头5由于机身阻挡作用,造成雾滴群分散性增加,雾滴因垂直方向动能衰减而难以到达采样面;喷施角度越小,雾滴群总体抗飘移性能越好。     

农用植保无人机的研究现状及趋势

病虫害是制约作物良好生长、粮食安全生产的重要因素之一。然而,在当前尚缺乏有效预警手段和物理防治方法的情况下,化学药剂防治仍然是防治病虫害的主要手段。为此,介绍了植保无人机相比传统地面施药的优势和特点,对国内外植保无人机的发展研究概况进行了梳理和总结,通过与发达国家精准施药技术的比较,分析了我国在施药关键技术和施药配套装备与技术方面的不足,并简要介绍了无人机振动源的研究现状,阐述了植保无人机未来的研究发展趋势,为后续的研究工作提供铺垫。同时,指出了无人机低空施药技术将会大幅提高病虫害防治效率,促进我国现代农业的发展。     

基于多速率卡尔曼滤波的植保无人机仿地飞行方法

针对四旋翼植保无人机坡地适应性差、作业时定高精度低的问题,提出了一种融合立体视觉、气压计及惯性测量单元(IMU)的多速率卡尔曼滤波估计无人机高度的仿地飞行方法。首先基于无人机实时高度、姿态与最佳视觉检测区域之间的关系,提出了视觉检测区域自适应算法;然后融合多传感器信息建立多速率卡尔曼滤波模型用以估计无人机对地高度;最后通过自主飞行实验对无人机高度估计算法与仿地飞行方法进行验证。实验结果表明,当飞行高度为2 m,飞行速度为1、2、3 m/s时,植保无人机在平坦地面与15°缓坡区域均可实现高度估计平均绝对误差小于20 mm,高度估计标准差小于30 mm;高度控制平均绝对误差小于30 mm,高度控制标准差小于30 mm;本文验证了植保无人机在地形变化场景下仿地飞行的有效性,为植保无人机在复杂地形自动化作业奠定了基础。     

高效自适应喷雾植保无人机设计与研究

农作物植保无人机对植株进行喷雾作业时,多由操作手进行目测无人机与植株的垂直距离进行喷雾高度的调节完成施药,而采用人眼目测法易造成喷雾沉积量、沉积密度误差的问题。为了提高对药物充分利用及植保无人机的喷雾效率,设计了一种高效自适应喷雾植保无人机,使用超声波完成无人机至植株竖直距离的数据采集,并实时检测植株密度,自动调节植保无人机飞行姿态及喷头的施药速率。试验结果表明:设计的高效自适应喷雾植保无人机喷雾姿态自适应调节响应速率快,喷雾位置精确,药物流失少。     

小型油动无人直升机机架振动特性与试验研究

农用油动植保无人直升机在航空作业时因受到发动机、旋翼、传动箱动力载荷激励作用与无人机表面附面层紊流强度的影响,导致机身及相连施药关键部件的振动。若机架与喷杆连接点的激励频率与喷杆固有频率接近或相等,则会引起两者共振,强烈的振动甚至会影响无人机的飞行姿态。因此,为了保证植保无人机的安全飞行,获得机架的振动特性是研究的首要任务。为此,以小型油动无人直升机为研究对象,建立无人机机架的有限元模型,应用ANSYS Workbench对模型进行自由振动状态下的模态分析,获得前8阶非刚体模态固有频率和振型,通过模态试验验证模型的准确性。试验中,试验模态与解析模态模态频率差均小于10%,模态置信准则均大于0.8,试验结果表明:有限元模型能够反映机架振动特性,随着机架固有频率的增长,振型变化越来越复杂,由机体单向摆动向机体多向同时扭摆转变,变形最大部位在喷杆、起落架、尾管处。该研究为后续展开谐响应分析与喷杆结构优化研究提供了理论依据,旨在避免喷杆与机体产生共振。