拓攻微課堂筆記 第五期｜關(guān)于植保機(jī)的那些事
7月25日，拓攻微課堂邀請到上海拓攻機(jī)器人有限公司的銷售大區(qū)經(jīng)理郭寧，為大家分享有關(guān)植保機(jī)的那些事。關(guān)于當(dāng)天的分享內(nèi)容，拓攻農(nóng)業(yè)小編已整理成課堂筆記，方便后期大家對相關(guān)知識的復(fù)習(xí)和查閱。學(xué)員們不要忘記點(diǎn)擊右上角收藏文章哦～
植保無人機(jī)的背景
無人機(jī)最早被稱為航模或飛行器，隨著市場的火爆，越來越多的航模愛好者、民航從業(yè)者參與其中，為該市場奠定了最初的技術(shù)基礎(chǔ)。更多資本的注入，使得無人機(jī)市場迅速增長，滋生出來的企業(yè)也參差不齊。細(xì)分市場包括娛樂航拍、正攝影測繪、植保無人機(jī)等行業(yè)。無人機(jī)也有多旋翼、單旋翼、固定翼、垂直起降固定翼等類型。
我們今天主講的植保無人機(jī)，最早用于植保作業(yè)的是載人植保飛機(jī)，具有載藥量大、單次作業(yè)效率高的特點(diǎn)，但不適用于小地塊作業(yè)。隨著日本雅馬哈單旋翼植保無人機(jī)技術(shù)的成熟并引入國內(nèi)，我們很多廠商才以此為基礎(chǔ)研發(fā)自己的植保無人機(jī)，最早國內(nèi)植保無人機(jī)還是以單旋翼為主。但隨著多旋翼MK飛控進(jìn)入國內(nèi)，多旋翼無人機(jī)才逐漸流行，尤其是大疆在多旋翼市場火爆起來后，多旋翼的發(fā)展更是迅猛，多旋翼植保無人機(jī)也就應(yīng)運(yùn)而生。
植保無人機(jī)的組成部分
接下來我們聊聊植保無人機(jī)的組成部分，我們一直都說植保機(jī)不是簡單的拼湊，而是系統(tǒng)的合理的搭配。各個部分合理有效的搭配，才能使得飛行和噴灑的效果更好。植保機(jī)由四部分組成：一是結(jié)構(gòu)部分，即機(jī)架；二是動力部分，包括電機(jī)、電調(diào)、電池、槳葉；三是控制部分，涵蓋飛控、遙控、地面站控制等不同形式的控制；四是噴灑部分，由水泵、噴頭等組成。
§ 結(jié)構(gòu)部分——植保機(jī)機(jī)架
一般機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計要兼顧易運(yùn)輸攜帶、維修方便、皮實(shí)耐用、成本低等要素。當(dāng)然基于這些設(shè)計要素，不同的廠家有其不同的設(shè)計理念，設(shè)計出來的產(chǎn)品也是千差萬別。目前我們常見到的是四軸、六軸、八軸，有的是不能折疊，有的是可以橫折或豎折。根據(jù)軸距的不同，搭配不同的動力套裝，也就實(shí)現(xiàn)不同的載重。最常見的是載重10公斤，有四軸或六軸的。
首先，不能折疊的機(jī)架其優(yōu)點(diǎn)在于可以把結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性做的很高，但帶來的弊端是運(yùn)輸攜帶不方便。其次，豎折機(jī)架可以做到攜帶方便，連接結(jié)構(gòu)也可以做到最少，但若中心板設(shè)計的不好，尤其在使用直槳的時候，往下折疊時相鄰的槳之間會相互碰撞，但若使用折疊槳就會避免這一問題。最后是橫折機(jī)架，相比較豎折機(jī)架，其折疊件增加了一部分，且其折疊和展開會更加方便，這也是橫折機(jī)架受歡迎的原因。
植保機(jī)機(jī)架組裝注意事項(xiàng)
第一、不經(jīng)常拆卸的部分，螺絲的固定盡可能的使用螺絲膠。
第二、盡可能的保證所有的電機(jī)安裝面在同一高度，保持在同一個水平面內(nèi)。
很多人會經(jīng)常問到一個問題，如果折疊件有上反一定的角度，那如何保證電機(jī)在同一高度？這個問題真的很難回答，從理論來講，如果每根機(jī)臂的長度都是一致的，每個折疊件上反的角度是一致的，那么就使得電機(jī)的安裝平面與每根機(jī)臂產(chǎn)生的角度是一致的。但是實(shí)際上折疊件的加工精度不同，所以上反角度也不同。同時每根機(jī)臂也不一樣，最終結(jié)果導(dǎo)致累積誤差很大，最后使得我們的植保機(jī)很難飛的好，每個電機(jī)的溫度不同等問題。個人傾向于大道至簡、越少的連接件，穩(wěn)定性就會越好。
第三、要能夠保證植保機(jī)組裝完成之后，飛機(jī)的重心在其幾何中心。否則會因?yàn)橹匦牟黄綄?dǎo)致電機(jī)的輸出不一致，從而導(dǎo)致整個飛機(jī)的使用壽命降低，故障率增高。
§ 動力部分
穩(wěn)定的動力輸出，是飛行安全的最大保障。在選擇動力的時候，很多人都會遇到難題，什么電機(jī)、搭配怎樣的槳、用什么型號的電調(diào)、配多大的電池等，尤其是對初入行的來說更加具有挑戰(zhàn)，這也是為什么越來越多的廠商選擇出動力套裝的原因。例如，拓攻的K3000、K5000；好盈的8系動力套裝、6系動力套裝等。不管我們是自己選擇動力搭配，還是選擇廠家的動力套裝，其原則是動力在滿載的時候要有足夠的冗余，一般情況下，滿載起飛，飛機(jī)的油門輸出要保證在70%以下，否則就沒有足夠的冗余做機(jī)動。這也是我們經(jīng)常會遇到的同樣的機(jī)架用不同的動力，飛出的效果不一樣的原因。
其次對于動力來說，保證足夠的動力還不夠，電機(jī)和槳搭配后的動平衡要好，否則在植保機(jī)高強(qiáng)度作業(yè)的過程中可能會出現(xiàn)燒電機(jī)、飛機(jī)的震動越來越大，飛機(jī)飛的越來越不穩(wěn)定等問題，這也是很多人常會說的，我飛機(jī)開始飛的很好，但是用著用著就飛不穩(wěn)了，前幾個架次飛的很好，但是后面飛的效果就很差。
最后在安裝槳葉時，展開機(jī)架觀察槳間距，一般來說槳間距小于0.2倍的槳直徑，槳的力效會因?yàn)闃鉁u流干擾大大降低，另一方面也會導(dǎo)致槳的震動加大，從而導(dǎo)致飛機(jī)的震動加大，最終的結(jié)果就是我們看到的飛機(jī)飛不穩(wěn)，電池消耗很快等現(xiàn)象。
§ 控制部分
控制部分，分為兩大塊，一個是控制飛機(jī)的飛行控制器，另一個是指令控制部分，遙控器、地面站控制等；接下來我們主要聊飛行控制器。
飛控也被稱為無人機(jī)的大腦，這也是我們拓攻的技術(shù)核心。我們可以說多旋翼飛行器，沒有飛控是無法飛行的。多旋翼的穩(wěn)定飛行或者懸停，是通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)扭矩之間、升力和阻力之間的平衡。當(dāng)然也會有人說，多旋翼飛控還有另一種控制方式是通過槳的變矩來實(shí)現(xiàn)不同的拉力，從而保證飛機(jī)的懸?；蛘呤欠€(wěn)定的航線飛行。
飛控通過其高精度的傳感器，感知飛機(jī)姿態(tài)變化，然后控制不同電機(jī)的加速減速從而穩(wěn)定飛機(jī)的飛行姿態(tài)，一般的飛控都是通過兩級PID控制來實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的穩(wěn)定控制，飛控的傳感器一般由磁羅盤、GPS、加速度計、陀螺儀、氣壓計等組成。
所謂磁羅盤就是指引方向的，用于確定飛機(jī)的朝向。通過感知加速度計的狀態(tài)來計算的，當(dāng)然也會用到GPS來測速，飛機(jī)的飛行速度最終是一個融合的數(shù)據(jù)。另一方面陀螺儀是感知飛機(jī)的姿態(tài)，比如橫滾方向偏了多少度，俯仰方向偏了多少，在航向轉(zhuǎn)了多少等等都是通過陀螺儀的數(shù)據(jù)來計算的。通過知道這些數(shù)據(jù)來穩(wěn)定控制飛機(jī)的飛行姿態(tài)。氣壓計通過感知?dú)鈮旱淖兓?，來計算飛機(jī)的高度，對于拓攻來說，GPS也是參與定高的。當(dāng)然每一家飛控都有其特點(diǎn)，控制方法也各有不同，正因?yàn)檫@些廠家的飛行數(shù)學(xué)模型不同，也就是我們常說的算法不同，適應(yīng)性也有不同。
§ 噴灑部分
接下來我們聊聊噴灑部分，一般我們看到的水泵有有刷和無刷兩種。噴頭又分為壓力噴頭、離心噴頭。壓力噴頭有一般的塑料的扇形噴頭，還有壓力錐形噴頭。離心噴頭有快拆和非快拆的兩種類型。有刷水泵的好處在于成本較低，但是相比同功率的無刷水泵來說，其重量較重，壽命較低；噴頭來講，壓力噴頭對于我們打粉劑或者乳劑的時候容易導(dǎo)致堵塞，離心噴頭的好處在于不容易堵塞，但是成本相比較壓力噴頭會比較高，抗風(fēng)能力會差一些。
我們會經(jīng)常遇到飛機(jī)往前飛行的時候藥液向上卷起的情況，尤其是噴頭與電機(jī)相對高度不好的時候卷起會更明顯，這是因?yàn)槁菪龢旅娴臏u流紊亂引起藥液方向不穩(wěn)造成的。為避免這些問題，最簡單的辦法就是測試噴頭距離電機(jī)不同的高度時，飛機(jī)飛行時藥液的噴灑情況，不斷的調(diào)試相對高度，從而達(dá)到最好的效果。
組裝植保機(jī)的注意事項(xiàng)
我們常常會看到同一飛機(jī)使用不同的飛控會出現(xiàn)不同的飛行效果，有的適合大疆、有的適合拓攻。但這些只是表面現(xiàn)象，究其原因很復(fù)雜。那么針對這些問題我們一般怎么解決呢，在選配組裝的過程中，我們需要注意什么呢？我們知道現(xiàn)在很多飛控都有內(nèi)減震，像大疆、拓攻T1-A植保飛控都有其內(nèi)減震，涉及減震就有其固有頻率，有些時候是因?yàn)轱w機(jī)震動與飛控的頻率相近或者是倍頻，半頻關(guān)系等導(dǎo)致震動的加劇，也就是共振現(xiàn)象導(dǎo)致飛行效果不好。
另一方面，飛控的輸出頻率，與電調(diào)的控制頻率不一致，導(dǎo)致這些問題。還有的就是動力的數(shù)學(xué)模型不一致，有些槳不在一個平面上導(dǎo)致一些問題，比如在遙控器航向居中的時候，正反轉(zhuǎn)的電機(jī)輸出相差太大，達(dá)到某一臨界值的時候，依然不能保證飛機(jī)的穩(wěn)定懸停，那么飛控就默認(rèn)為飛機(jī)不能懸停，從而引起飛機(jī)的自旋問題。這個臨界值有些飛控廠家設(shè)置的比較大，有些廠家設(shè)置的比較小。也就會出現(xiàn)我們常說的用別的飛控飛的很好啊，用你的飛的不行。
這些問題都是隱藏在飛控算法中的臨界值問題，故而導(dǎo)致現(xiàn)象一致，但是原因卻千差萬別，所以作為植保廠商我們的專業(yè)素質(zhì)也要提升起來。我們一直在說，植保機(jī)不是簡單的拼湊，而是一個系統(tǒng)性的工程，比如一些大的廠商，飛控跟你用的是一樣的，但是飛行效果就好很多。很多人也在仿其形，但真正這樣做的原因卻是不了解。我們常說知其然更要知其所以然，否則出現(xiàn)問題我們連問題是什么，出在哪都不知道，這就很難解決了，最終就會可能說飛控不好，電調(diào)不好，機(jī)架有問題等。
很有可能就是我們自己的問題，組裝的時候不注意，動力沒有搭配好，飛控的安裝不好等等，強(qiáng)電對弱電產(chǎn)生干擾等等；那么針對這些問題我們一般怎么解決呢，在選配組裝的過程中，我們需要注意什么呢？
對于植保機(jī)來說，在飛行過程中必然會導(dǎo)致機(jī)架的形變，在形變的時候，對于材料來說，形變多少，產(chǎn)生的形變方向等等，這些都是在我們設(shè)計飛機(jī)時候需要計算的，一般來說，好的飛機(jī)是計算出來的，不是拼湊出來的。由載重，機(jī)架結(jié)構(gòu)，材料，連接件之間的軟硬結(jié)合來達(dá)到很好的匹配效果。在選擇機(jī)架的時候，我們盡可能的選擇連接件較少的，攜帶便攜，能夠折疊，當(dāng)然成本也是考慮因素之一。搭配動力后，槳尖渦流的擾動對飛機(jī)的飛行穩(wěn)定性有很大影響，植保機(jī)的高強(qiáng)度作業(yè)，飛行高溫高濕的環(huán)境，也使得對植保機(jī)的每一個部件的要求更高。
尤其是現(xiàn)在我們更多的考慮是，飛控，電調(diào)，電機(jī)的耐久性，但殊不知飛機(jī)結(jié)構(gòu)的耐久性與穩(wěn)定性也是非常的重要，往往我們忽略了很多這些層面的東西。機(jī)架在連續(xù)飛行多長時間內(nèi)不會產(chǎn)生不可修復(fù)的形變，這個很多時候是決定我們飛機(jī)結(jié)構(gòu)耐久性的基礎(chǔ)。另一方面動力的動平衡也是非常重要的，在高強(qiáng)度作業(yè)的時候，動平衡不好，會導(dǎo)致燒電機(jī)電調(diào)，堵轉(zhuǎn)等問題，另一方面力效也是我們需要考慮的，一般來說，KV值小的電機(jī)配上大尺寸槳力效會更好，但是相應(yīng)的機(jī)動抗風(fēng)能力也更差，所以我們在考慮力效的同時也要兼顧機(jī)動抗風(fēng)性。
當(dāng)然還有很多人在選擇植保飛控配件的時候不知道怎么選擇，首先我們要知道自己想實(shí)現(xiàn)什么樣的飛行效果，其次我們要知道每一個部件的功能和作用是什么，就比如說定高雷達(dá)，他不僅能夠?qū)崿F(xiàn)仿地飛行，更可以提高定高效果，數(shù)傳不僅能看數(shù)據(jù)還可以通過地面站來實(shí)現(xiàn)自主規(guī)劃航線，RTK的作用不僅是提高水平的定位精度，也可以提高我們的定高效果。比如你想能夠高精度全自主飛行，就要選擇rtk，數(shù)傳，雷達(dá)等配件。在組裝植保機(jī)時，我們更多的考慮是各部件之間的兼容性，匹配性，只有選擇合理的搭配，才能夠達(dá)到很好的效果。
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關(guān)于植保機(jī)的那些黑科技
目前植保機(jī)的發(fā)展方向是朝著智能化，自動化。很多人也會說植保的智能化，只會使得從業(yè)人員變的更加不重要，作業(yè)的過程太智能化了，這些人員只是搬運(yùn)工。但是也有人說，現(xiàn)在植保廠家瘋一般的增長，但是市場的缺口又在于飛手，飛手的緊缺導(dǎo)致大量的植保飛機(jī)閑置。飛手緊缺也是因?yàn)楝F(xiàn)在飛機(jī)的操作還是很復(fù)雜，一個從沒接觸過的人從學(xué)習(xí)，到能夠獨(dú)立作業(yè)，至少需要一個月的時間。這也就使得越來越多的廠家把飛機(jī)往智能化的方向發(fā)展。
簡單的操作，對飛手要求的簡單，這樣就能夠快速的補(bǔ)齊大量的飛手。但是智能化也使得對飛機(jī)傳感器的要求更高，智能化的要求越高，對飛控的要求，動力的要求也會更高，飛機(jī)的自檢功能也要相應(yīng)的完善起來。能夠避障，自動配藥，灌藥，主動避障，飛機(jī)電機(jī)溫度，轉(zhuǎn)數(shù)要能夠?qū)崟r監(jiān)控等等；也就能夠使得對飛控的可拓展性要求更高，飛機(jī)更加智能化也會使得對飛手的要求越來越低。還有很多人正在實(shí)現(xiàn)自助起降平臺，實(shí)現(xiàn)自動換電池，自動加藥等操作，這些技術(shù)的加入更加會使得無人機(jī)插上騰飛的翅膀，以尖端技術(shù)帶動農(nóng)業(yè)的騰飛。
以上就是關(guān)于植保機(jī)的那些事全部內(nèi)容，如果后期大家在使用拓攻飛控過程中有遇到任何問題以及實(shí)際作業(yè)過程中的經(jīng)驗(yàn)都可以跟我們分享，也有助于我們對產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，從而給大家提供更好更實(shí)用的產(chǎn)品。
問答環(huán)節(jié)
1、為什么更換飛控后，飛機(jī)起飛時出現(xiàn)自旋現(xiàn)象。
郭老師：如果出現(xiàn)起飛自選問題，可以從一下三點(diǎn)進(jìn)行檢查：
第一、遙控器是否校準(zhǔn)中位
第二、電機(jī)安裝是否平衡
第三、磁羅盤是否校準(zhǔn)
2、拓攻飛控LED指示燈時而出現(xiàn)紅燈長亮、時而出現(xiàn)藍(lán)燈長亮，時而不亮。
郭老師：飛行中如果遇到這個問題，建議將LED指示燈發(fā)給售后進(jìn)行檢測，找出問題的具體原因。
3、一個電機(jī)動力輸出不足是什么原因？
郭老師：三種情況下會出現(xiàn)這個問題，一是電調(diào)是否同時做過校準(zhǔn)，二是飛控輸出是否有問題，三是飛控和電調(diào)的連接線經(jīng)過分電板，分電板某一路信號電阻較大，導(dǎo)致信號衰減，也會引起上述問題，可以通過排除法一一排除。
4、拓攻飛控搭配拓攻動力套裝飛行的效果要比其他動力套裝效果好，是什么原因？P80的動力套裝匹配效果會差嗎？
郭老師：拓攻飛控搭配拓攻動力套裝效果會更好，是因?yàn)殡娬{(diào)的程序經(jīng)過修改，和拓攻飛控匹配性更好，同時，電機(jī)、電調(diào)、槳葉也做過匹配。P80的動力套裝效果也是不錯的，我們也有客戶在使用，P80的槳葉和電機(jī)的動平衡效果較好，所以機(jī)身振動會大大減小，同時，力效、響應(yīng)能力、反應(yīng)速度也較好，和拓攻飛控搭配也是不錯的。
溫馨小貼示
在未來的一年中，拓攻微課堂會不定期的推出線上課程，我們將邀請農(nóng)藥、農(nóng)機(jī)等相關(guān)專家入駐拓攻微課堂，希望大家多多關(guān)注。關(guān)于植保動力系統(tǒng)，大家還有什么問題，或者您還想了解無人機(jī)其他方面的內(nèi)容，可以關(guān)注“拓攻農(nóng)業(yè)”官方訂閱號留言。
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