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7月25日,拓攻微课堂邀请到上海拓攻机器人有限公司的销售大区经理郭宁,为大家分享有关植保机的那些事。关于当天的分享内容,拓攻农业小编已整理成课堂笔记,方便后期

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植保无人机的背景


无人机最早被称为航模或飞行器,随着市场的火爆,越来越多的航模爱好者、民航从业者参与其中,为该市场奠定了最初的技术基础。更多资本的注入,使得无人机市场迅速增

长,滋生出来的企业也参差不齐。细分市场包括娱乐航拍、正摄影测绘、植保无人机等行业。无人机也有多旋翼、单旋翼、固定翼、垂直起降固定翼等类型。


我们今天主讲的植保无人机,最早用于植保作业的是载人植保飞机,具有载药量大、单次作业效率高的特点,但不适用于小地块作业。随着日本雅马哈单旋翼植保无人机技术的成熟并引入国内,我们很多厂商才以此为基础研发自己的植保无人机,最早国内植保无人机还是以单旋翼为主。但随着多旋翼MK飞控进入国内,多旋翼无人机才逐渐流行,尤其是大疆在多旋翼市场火爆起来后,多旋翼的发展更是迅猛,多旋翼植保无人机也就应运而生。




植保无人机的组成部分



接下来我们聊聊植保无人机的组成部分,我们一直都说植保机不是简单的拼凑,而是系统的合理的搭配。各个部分合理有效的搭配,才能使得飞行和喷洒的效果更好。植保机由四部分组成:一是结构部分,即机架;二是动力部分,包括电机、电调、电池、桨叶;三是控制部分,涵盖飞控、遥控、地面站控制等不同形式的控制;四是喷洒部分,由水泵、喷头等组成。



§ 结构部分——植保机机架



一般机架结构设计要兼顾易运输携带、维修方便、皮实耐用、成本低等要素。当然基于这些设计要素,不同的厂家有其不同的设计理念,设计出来的产品也是千差万别。目前我们常见到的是四轴、六轴、八轴,有的是不能折叠,有的是可以横折或竖折。根据轴距的不同,搭配不同的动力套装,也就实现不同的载重。最常见的是载重10公斤,有四轴或六轴的。


首先,不能折叠的机架其优点在于可以把结构强度和刚性做的很高,但带来的弊端是运输携带不方便。其次,竖折机架可以做到携带方便,连接结构也可以做到最少,但若中心板设计的不好,尤其在使用直桨的时候,往下折叠时相邻的桨之间会相互碰撞,但若使用折叠桨就会避免这一问题。最后是横折机架,相比较竖折机架,其折叠件增加了一部分,且其折叠和展开会更加方便,这也是横折机架受欢迎的原因。





植保机机架组装注意事项




第一、不经常拆卸的部分,螺丝的固定尽可能的使用螺丝胶。


第二、尽可能的保证所有的电机安装面在同一高度,保持在同一个水平面内。


很多人会经常问到一个问题,如果折叠件有上反一定的角度,那如何保证电机在同一高度?这个问题真的很难回答,从理论来讲,如果每根机臂的长度都是一致的,每个折叠件上反的角度是一致的,那么就使得电机的安装平面与每根机臂产生的角度是一致的。但是实际上折叠件的加工精度不同,所以上反角度也不同。同时每根机臂也不一样,最终结果导致累积误差很大,最后使得我们的植保机很难飞的好,每个电机的温度不同等问题。个人倾向于大道至简、越少的连接件,稳定性就会越好。


第三、要能够保证植保机组装完成之后,飞机的重心在其几何中心。否则会因为重心不平导致电机的输出不一致,从而导致整个飞机的使用寿命降低,故障率增高。



§ 动力部分



稳定的动力输出,是飞行安全的最大保障。在选择动力的时候,很多人都会遇到难题,什么电机、搭配怎样的桨、用什么型号的电调、配多大的电池等,尤其是对初入行的来说更加具有挑战,这也是为什么越来越多的厂商选择出动力套装的原因。例如,拓攻的K3000、K5000;好盈的8系动力套装、6系动力套装等。不管我们是自己选择动力搭配,还是选择厂家的动力套装,其原则是动力在满载的时候要有足够的冗余,一般情况下,满载起飞,飞机的油门输出要保证在70%以下,否则就没有足够的冗余做机动。这也是我们经常会遇到的同样的机架用不同的动力,飞出的效果不一样的原因。


其次对于动力来说,保证足够的动力还不够,电机和桨搭配后的动平衡要好,否则在植保机高强度作业的过程中可能会出现烧电机、飞机的震动越来越大,飞机飞的越来越不稳定等问题,这也是很多人常会说的,我飞机开始飞的很好,但是用着用着就飞不稳了,前几个架次飞的很好,但是后面飞的效果就很差。


最后在安装桨叶时,展开机架观察桨间距,一般来说桨间距小于0.2倍的桨直径,桨的力效会因为桨尖涡流干扰大大降低,另一方面也会导致桨的震动加大,从而导致飞机的震动加大,最终的结果就是我们看到的飞机飞不稳,电池消耗很快等现象。




§ 控制部分



控制部分,分为两大块,一个是控制飞机的飞行控制器,另一个是指令控制部分,遥控器、地面站控制等;接下来我们主要聊飞行控制器。





飞控也被称为无人机的大脑,这也是我们拓攻的技术核心。我们可以说多旋翼飞行器,没有飞控是无法飞行的。多旋翼的稳定飞行或者悬停,是通过控制电机的转速来实现扭矩之间、升力和阻力之间的平衡。当然也会有人说,多旋翼飞控还有另一种控制方式是通过桨的变矩来实现不同的拉力,从而保证飞机的悬停或者是稳定的航线飞行。


飞控通过其高精度的传感器,感知飞机姿态变化,然后控制不同电机的加速减速从而稳定飞机的飞行姿态,一般的飞控都是通过两级PID控制来实现飞机的稳定控制,飞控的传感器一般由磁罗盘、GPS、加速度计、陀螺仪、气压计等组成。


所谓磁罗盘就是指引方向的,用于确定飞机的朝向。通过感知加速度计的状态来计算的,当然也会用到GPS来测速,飞机的飞行速度最终是一个融合的数据。另一方面陀螺仪是感知飞机的姿态,比如横滚方向偏了多少度,俯仰方向偏了多少,在航向转了多少等等都是通过陀螺仪的数据来计算的。通过知道这些数据来稳定控制飞机的飞行姿态。气压计通过感知气压的变化,来计算飞机的高度,对于拓攻来说,GPS也是参与定高的。当然每一家飞控都有其特点,控制方法也各有不同,正因为这些厂家的飞行数学模型不同,也就是我们常说的算法不同,适应性也有不同。



§ 喷洒部分



接下来我们聊聊喷洒部分,一般我们看到的水泵有有刷和无刷两种。喷头又分为压力喷头、离心喷头。压力喷头有一般的塑料的扇形喷头,还有压力锥形喷头。离心喷头有快拆和非快拆的两种类型。有刷水泵的好处在于成本较低,但是相比同功率的无刷水泵来说,其重量较重,寿命较低;喷头来讲,压力喷头对于我们打粉剂或者乳剂的时候容易导致堵塞,离心喷头的好处在于不容易堵塞,但是成本相比较压力喷头会比较高,抗风能力会差一些。


我们会经常遇到飞机往前飞行的时候药液向上卷起的情况,尤其是喷头与电机相对高度不好的时候卷起会更明显,这是因为螺旋桨下面的涡流紊乱引起药液方向不稳造成的。为避免这些问题,最简单的办法就是测试喷头距离电机不同的高度时,飞机飞行时药液的喷洒情况,不断的调试相对高度,从而达到最好的效果。



组装植保机的注意事项



我们常常会看到同一飞机使用不同的飞控会出现不同的飞行效果,有的适合大疆、有的适合拓攻。但这些只是表面现象,究其原因很复杂。那么针对这些问题我们一般怎么解决呢,在选配组装的过程中,我们需要注意什么呢?我们知道现在很多飞控都有内减震,像大疆、拓攻T1-A植保飞控都有其内减震,涉及减震就有其固有频率,有些时候是因为飞机震动与飞控的频率相近或者是倍频,半频关系等导致震动的加剧,也就是共振现象导致飞行效果不好。


另一方面,飞控的输出频率,与电调的控制频率不一致,导致这些问题。还有的就是动力的数学模型不一致,有些桨不在一个平面上导致一些问题,比如在遥控器航向居中的时候,正反转的电机输出相差太大,达到某一临界值的时候,依然不能保证飞机的稳定悬停,那么飞控就默认为飞机不能悬停,从而引起飞机的自旋问题。这个临界值有些飞控厂家设置的比较大,有些厂家设置的比较小。也就会出现我们常说的用别的飞控飞的很好啊,用你的飞的不行。


这些问题都是隐藏在飞控算法中的临界值问题,故而导致现象一致,但是原因却千差万别,所以作为植保厂商我们的专业素质也要提升起来。我们一直在说,植保机不是简单的拼凑,而是一个系统性的工程,比如一些大的厂商,飞控跟你用的是一样的,但是飞行效果就好很多。很多人也在仿其形,但真正这样做的原因却是不了解。我们常说知其然更要知其所以然,否则出现问题我们连问题是什么,出在哪都不知道,这就很难解决了,最终就会可能说飞控不好,电调不好,机架有问题等。


很有可能就是我们自己的问题,组装的时候不注意,动力没有搭配好,飞控的安装不好等等,强电对弱电产生干扰等等;那么针对这些问题我们一般怎么解决呢,在选配组装的过程中,我们需要注意什么呢?


对于植保机来说,在飞行过程中必然会导致机架的形变,在形变的时候,对于材料来说,形变多少,产生的形变方向等等,这些都是在我们设计飞机时候需要计算的,一般来说,好的飞机是计算出来的,不是拼凑出来的。由载重,机架结构,材料,连接件之间的软硬结合来达到很好的匹配效果。在选择机架的时候,我们尽可能的选择连接件较少的,携带便携,能够折叠,当然成本也是考虑因素之一。搭配动力后,桨尖涡流的扰动对飞机的飞行稳定性有很大影响,植保机的高强度作业,飞行高温高湿的环境,也使得对植保机的每一个部件的要求更高。


尤其是现在我们更多的考虑是,飞控,电调,电机的耐久性,但殊不知飞机结构的耐久性与稳定性也是非常的重要,往往我们忽略了很多这些层面的东西。机架在连续飞行多长时间内不会产生不可修复的形变,这个很多时候是决定我们飞机结构耐久性的基础。另一方面动力的动平衡也是非常重要的,在高强度作业的时候,动平衡不好,会导致烧电机电调,堵转等问题,另一方面力效也是我们需要考虑的,一般来说,KV值小的电机配上大尺寸桨力效会更好,但是相应的机动抗风能力也更差,所以我们在考虑力效的同时也要兼顾机动抗风性。


当然还有很多人在选择植保飞控配件的时候不知道怎么选择,首先我们要知道自己想实现什么样的飞行效果,其次我们要知道每一个部件的功能和作用是什么,就比如说定高雷达,他不仅能够实现仿地飞行,更可以提高定高效果,数传不仅能看数据还可以通过地面站来实现自主规划航线,RTK的作用不仅是提高水平的定位精度,也可以提高我们的定高效果。比如你想能够高精度全自主飞行,就要选择rtk,数传,雷达等配件。在组装植保机时,我们更多的考虑是各部件之间的兼容性,匹配性,只有选择合理的搭配,才能够达到很好的效果。





关于植保机的那些黑科技



目前植保机的发展方向是朝着智能化,自动化。很多人也会说植保的智能化,只会使得从业人员变的更加不重要,作业的过程太智能化了,这些人员只是搬运工。但是也有人说,现在植保厂家疯一般的增长,但是市场的缺口又在于飞手,飞手的紧缺导致大量的植保飞机闲置。飞手紧缺也是因为现在飞机的操作还是很复杂,一个从没接触过的人从学习,到能够独立作业,至少需要一个月的时间。这也就使得越来越多的厂家把飞机往智能化的方向发展。


简单的操作,对飞手要求的简单,这样就能够快速的补齐大量的飞手。但是智能化也使得对飞机传感器的要求更高,智能化的要求越高,对飞控的要求,动力的要求也会更高,飞机的自检功能也要相应的完善起来。能够避障,自动配药,灌药,主动避障,飞机电机温度,转数要能够实时监控等等;也就能够使得对飞控的可拓展性要求更高,飞机更加智能化也会使得对飞手的要求越来越低。还有很多人正在实现自助起降平台,实现自动换电池,自动加药等操作,这些技术的加入更加会使得无人机插上腾飞的翅膀,以尖端技术带动农业的腾飞。


以上就是关于植保机的那些事全部内容,如果后期大家在使用拓攻飞控过程中有遇到任何问题以及实际作业过程中的经验都可以跟我们分享,也有助于我们对产品进行进一步的优化,从而给大家提供更好更实用的产品。




问答环节



1、为什么更换飞控后,飞机起飞时出现自旋现象。


郭老师:如果出现起飞自选问题,可以从一下三点进行检查:


第一、遥控器是否校准中位


第二、电机安装是否平衡


第三、磁罗盘是否校准



2、拓攻飞控LED指示灯时而出现红灯长亮、时而出现蓝灯长亮,时而不亮。


郭老师:飞行中如果遇到这个问题,建议将LED指示灯发给售后进行检测,找出问题的具体原因。



3、一个电机动力输出不足是什么原因?


郭老师:三种情况下会出现这个问题,一是电调是否同时做过校准,二是飞控输出是否有问题,三是飞控和电调的连接线经过分电板,分电板某一路信号电阻较大,导致信号衰减,也会引起上述问题,可以通过排除法一一排除。



4、拓攻飞控搭配拓攻动力套装飞行的效果要比其他动力套装效果好,是什么原因?P80的动力套装匹配效果会差吗?


郭老师:拓攻飞控搭配拓攻动力套装效果会更好,是因为电调的程序经过修改,和拓攻飞控匹配性更好,同时,电机、电调、桨叶也做过匹配。P80的动力套装效果也是不错的,我们也有客户在使用,P80的桨叶和电机的动平衡效果较好,所以机身振动会大大减小,同时,力效、响应能力、反应速度也较好,和拓攻飞控搭配也是不错的。



温馨小贴示


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