無人機(jī)高空撒藥裝置的原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用

無人機(jī)高空撒藥裝置的原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用摘要：無人機(jī)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(jī)最早出現(xiàn)主要用于軍事方面，目前美國(guó)、德國(guó)、瑞典、加拿大等多個(gè)國(guó)家均展開了無人機(jī)技術(shù)的研究。多旋翼無人機(jī)和無人直升機(jī)，雖然沒有固定翼無人機(jī)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(zhuǎn)、具有較好的抗風(fēng)能力、成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、反應(yīng)快速、機(jī)動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。本文將主要探討無人機(jī)高空撒藥裝置的原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用。關(guān)鍵詞：無人機(jī)；高空撒藥裝置；原理設(shè)計(jì)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(hù)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(dá)到重大隱患等級(jí)。為及時(shí)消除線路隱患，工作人員需要對(duì)這些雜樹雜草進(jìn)行處理。在處理過程中，人員需攀登至隱患點(diǎn)處，存在人員墜落風(fēng)險(xiǎn)。為避免人員發(fā)生墜落意外，項(xiàng)目人員設(shè)計(jì)利用多旋翼無人機(jī)撒藥裝置可以投放固體顆粒藥劑，從而控制雜樹雜草長(zhǎng)勢(shì)。該裝置通過人員操作控制器，控制電機(jī)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(jī)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(jī)高空撒藥的背景分析隨著電網(wǎng)的日益擴(kuò)大，巡線的工作量也日益加大，100km的巡線工作需要20個(gè)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(dòng)強(qiáng)度大、工作條件艱苦，而且勞動(dòng)效率低，遇到電網(wǎng)緊急故障和異常氣候條件下，線路維護(hù)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(yùn)行狀況和沿線的環(huán)境情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)威脅或影響線路安全運(yùn)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(fù)雜，常規(guī)的地面巡線不僅工作強(qiáng)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(yùn)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(xiǎn)情預(yù)警、自我檢修的功能，以適應(yīng)復(fù)雜飛行環(huán)境。機(jī)身結(jié)構(gòu)應(yīng)高度一體化，具備防水、防雷、抗風(fēng)、抗摔、抗磁的性能。無人機(jī)自身重量是影響其續(xù)航能力和尺寸的主要因素，同時(shí)其動(dòng)力系統(tǒng)在整機(jī)重量中占了很大比例。在機(jī)身材料的選擇上，在保證強(qiáng)度、剛度穩(wěn)定性的前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇重量輕的材料。在飛行器重量相同時(shí)，其尺寸與速度、能耗成反比，因此在進(jìn)行飛行器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保飛行穩(wěn)定的同時(shí)，應(yīng)考慮機(jī)身的受到的空氣阻力作用和能耗之間的關(guān)系。3無人機(jī)高空撒藥裝置設(shè)計(jì)的原理3.1機(jī)械部分原理說明：1）項(xiàng)目人員將藥箱設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)成可以更換的圓形、方形硬塑料片，塑料片上設(shè)置開口。2）通過電機(jī)連接一根貫穿藥箱軸線的支桿，支桿末端連接有一個(gè)可以薄硬塑料片，塑料薄片基本與小底貼合。3）當(dāng)塑料片擋住小底開口時(shí)，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(jī)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(shè)定電機(jī)檔位（關(guān)一小一大），可以控制投放的藥量。5）在一些定點(diǎn)投放藥劑的地方，可以在小口加裝一根引導(dǎo)管，控制藥的流動(dòng)方向。圖1無人機(jī)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(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域，在設(shè)計(jì)時(shí)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(zhǎng)的時(shí)間，這是影響飛行器使用率的主要因素?？焖俪潆娂夹g(shù)和無線充電技術(shù)已處于實(shí)際應(yīng)用階段，將這兩項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用飛行器，隨著技術(shù)的發(fā)展成熟，飛行器的使用率會(huì)得到提高。飛行器需要具備全面的環(huán)境感知能力和學(xué)習(xí)適應(yīng)能力，以完成在復(fù)雜條件下的自主導(dǎo)航任務(wù)。通信、協(xié)調(diào)、目標(biāo)識(shí)別、分配與應(yīng)急處理是建立自主飛行系統(tǒng)的關(guān)鍵。為保證無人機(jī)通信系統(tǒng)穩(wěn)定安全，應(yīng)建立其專有通信網(wǎng)，采用數(shù)字加密信號(hào)進(jìn)行通信。同時(shí)，飛行器應(yīng)具有至少2種通信方式，在專有通信網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，可以緊急調(diào)用民用4G通信網(wǎng)絡(luò)來確保飛行器的安全運(yùn)行。在飛行器的工作區(qū)域建立由監(jiān)測(cè)基站組成的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，由調(diào)度中心統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再把飛行指令傳送到飛行器，使各個(gè)飛行器的飛行路線互不干擾。飛行器應(yīng)裝置“黑匣子〃，收集飛行數(shù)據(jù)。調(diào)度中心定期對(duì)飛行數(shù)據(jù)分析處理，建立云數(shù)據(jù)庫(kù)。飛行器在遇到緊急情況時(shí)，把現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳回調(diào)度中心，通過和云數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)比對(duì)分析，做出最佳應(yīng)急反應(yīng)。通過這種循環(huán)學(xué)習(xí)的模式，飛行器會(huì)隨著飛行時(shí)間的增長(zhǎng)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(jiǎn)單、起降要求低、維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)，能安全、高效、迅速地投放固體顆粒藥劑。4無人機(jī)高空撒藥裝置設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)（1）全國(guó)首創(chuàng)第一家用無人機(jī)作為固體顆粒除草劑撒放載體的裝置。（2）結(jié)合單片機(jī)與大力行程電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，制作成以遙控器控制單片機(jī)進(jìn)而控制電機(jī)把控投放速度以及投放量。5無人機(jī)高空撒藥裝置的推廣應(yīng)用目前各地均有大批操作多旋翼無人機(jī)的飛手，并且熟悉無人機(jī)操作，該裝置研發(fā)完成后以無人機(jī)為載體控制投放位置，有良好的技術(shù)環(huán)境。該項(xiàng)目主要在于投放裝置，只要稍微改動(dòng)裝置的掛載方式便可應(yīng)用于無人機(jī)上。結(jié)論目前，四旋翼飛行器民用領(lǐng)域主要應(yīng)用于航拍和地面測(cè)量。隨著新材料、電池和導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，四旋翼飛行器在民用領(lǐng)域?qū)⒂兄鼜V闊的應(yīng)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(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。例如，可以建立城市無人機(jī)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(dǎo)航系統(tǒng)，政府和多家企業(yè)合資建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，這樣的整合能緩解在前期基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上的資金壓力。現(xiàn)有技術(shù)完全能支持該系統(tǒng)的建立。以"大疆〃為代表的民用無人機(jī)企業(yè)在技術(shù)上已經(jīng)處于全球領(lǐng)先地位，同時(shí)我國(guó)在軍用無人機(jī)制造上也有技術(shù)沉淀，這為無人機(jī)固體顆粒藥劑系統(tǒng)建設(shè)創(chuàng)造了客觀條件。民用四旋翼飛行器主要運(yùn)用于輸電線路領(lǐng)域，面向?qū)ο笳?jīng)濟(jì)附加值不高，這限制了其市場(chǎng)需求。無人機(jī)廣泛應(yīng)用輸電線路領(lǐng)域，能促進(jìn)國(guó)家的高新技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)崗位，從而推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)。參考文獻(xiàn)張強(qiáng)，祝小平，周洲，王偉.高空長(zhǎng)航時(shí)飛翼布局無人機(jī)靜氣動(dòng)彈性研究[J].飛行力學(xué)，2016，01：40-45.梁