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多旋翼农用植保无人机设计研究


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　　摘要：文章对多旋翼农用植保无人机进行了设计研究。介绍了多旋翼植保无人机的主要优点，通过对多旋冀植保无人机的代表型号、结构组成和使用痛点进行分析，归纳出了功能性，易懂性，耐用性，美观性和安全性等设计准则，并提出了完整的设计实践方案。
　　关键词：多旋冀无人机;农业;植保;设计
　　中图分类号：TB472 文献标识码：A
　　文章编码：1672-7053（2020）04-0157-02
　　1 多旋翼农用植保无人机概述
　　多旋翼农业植保无人机是一种具有三个及以上旋翼轴的无人驾驶直升飞机，通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生推力。旋翼的轴距固定，而不像一般直升机那样可变。通过不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推力的大小，从而控制无人机的运行轨迹。多旋翼植保无人机主要有四旋翼、六旋翼和八旋翼三种，现时四旋翼相对较少。
　　
　　1）操作简便。不需要跑道并可垂直升降，随时在空中悬停。它的操控原理简单，只要用遥控器控制杆操控就可以实现前后、左右、上下和偏航方向的运动。培训周期短，对驾驶员的操作水平要求低。
　　2）可靠性高。没有活动部件，它的可靠性基本决定于无刷电动机的可靠性，因此可靠性更高。此外，它能够悬停，飞行范围受控，相对更加安全。
　　3）部件容易更换。结构比较简单，若有部件损坏，容易更换。
　　4）环保节能。用锂电池而非燃油进行驱动，绿色环保，更加能够节省能源。
　　5）售价较低。一般一台售价在5—10万元，甚至更低。
　　6）喷药效果好。具有较大的喷洒范围以及良好的喷洒效果，旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，还可以对作物进行定量精准喷药，甚至单株喷药。
　　
　　如今我国植保无人机市场上多旋翼的款式较多，技术也更为完善，预计未来几年内，多旋翼植保无人机仍会是农业航空植保的主力。下面列出几款代表机型（表1）：
　　
　　在对一架多旋翼无人机进行拆解时，发现无人机主要由机架、支撑组件、飞行控制系统、推进系统、云台及相机和地面遥控器组成。其中飞行控制器又称飞控，包括控制器、陀螺仪、加速度计及气压计等;推进系统由桨翼和马达组成，并设有电调控制器和电池，如图1。植保无人机和普通无人机相比，除了上述结构之外，还多了喷施组件，实现喷洒作业。喷施组件由药箱、水泵、软管、喷头等组成，是植保无人机和其他无人机的本质区别。在无人机飞行过程中，水泵将农药从药箱中吸出并通过喷头喷出，再利用螺旋桨旋转产生的向下的风场实现穿透性的喷施效果。
　　2 多旋翼农用植保无人机设计的存在问题
　　1）线路和液体传输软管外露。部分的植保无人机由于设计不完善，线路没有藏匿，在作业时电线裸露在机体之外，风吹日晒后造成老化短路现象，甚至有漏电风险。液体传输管裸露的也不在少数，软管使用寿命短，容易破裂，影响农药吸喷。
　　2）机体体积过大。市面上多数的