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多旋翼植保无人机的结构和原理,真相原来是这样!

2018-01-16 07:43 性质:转载 作者:谷上飞 来源:珠海羽人农业航空
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旋翼和轮子一样,是一项神奇的发明,直到喷气式飞机发明之前,旋翼一直支撑着人类的飞天梦。时至今日,很多飞机还在沿用旋翼设计。四旋翼无人机更是化作了...

  旋翼和轮子一样,是一项神奇的发明,直到喷气式飞机发明之前,旋翼一直支撑着人类的飞天梦。时至今日,很多飞机还在沿用旋翼设计。四旋翼无人机更是化作了植保无人机,满足了许多人们对农田全程机械化的想象。

  旋翼的基本理论,玩过竹蜻蜓的朋友应该都知道:当手的搓动给了竹蜻蜓一个旋转的速度后就会产生升力,让竹蜻蜓起飞。

  同理,多旋翼无人机也是由电机的旋转,使螺旋桨产生升力而飞起来的。比如四旋翼无人机,当飞机四个螺旋桨的升力之和等于飞机总重量时,飞机的升力与重力相平衡,飞机就可以悬停在空中了。

  结构形式

  旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向,四个旋翼处于同一高度平面,且四个旋翼的结构和半径都相同,四个电机对称的安装在飞行器的支架端,支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构形式如图所示。

  工作原理

  四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速,实现升力的变化,从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机,但只有四个输入力,同时却有六个状态输出,所以它又是一种欠驱动系统。

  四旋翼飞行器的电机1和电机3逆时针旋转的同时,电机2和电机4顺时针旋转,因此当飞行器平衡飞行时,陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。

  在上图中,电机1和电机3作逆时针旋转,电机2和电机4作顺时针旋转,规定沿 x轴正方向运动称为向前运动,箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高,在下方表示此电机转速下降。

  (1)垂直运动:同时增加四个电机的输出功率,旋翼转速增加使得总的拉力增大,当总拉力足以克服整机的重量时,四旋翼飞行器便离地垂直上升;反之,同时减小四个电机的输出功率,四旋翼飞行器则垂直下降,直至平衡落地,实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时,在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时,飞行器便保持悬停状态。

  (2)俯仰运动:在图(b)中,电机 1的转速上升,电机3的转速下降(改变量大小应相等),电机2、电机4的转速保持不变。由于旋翼1的升力上升,旋翼3的升力下降,产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转,同理,当电机1的转速下降,电机3的转速上升,机身便绕y轴向另一个方向旋转,实现飞行器的俯仰运动。

  (3)滚转运动:与图b的原理相同,在图c中,改变电机2和电机4的转速,保持电机1和电机3的转速不变,则可使机身绕 x 轴旋转(正向和反向),实现飞行器的滚转运动。

  (4)偏航运动:旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩,为了克服反扭矩影响,可使四个旋翼中的两个正转,两个反转,且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关,当四个电机转速相同时,四个旋翼产生的反扭矩相互平衡,四旋翼飞行器不发生转动;当四个电机转速不完全相同时,不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图d中,当电机 1和电机 3 的转速上升,电机2和电机4的转速下降时,旋翼 1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩,机身便在富余反扭矩的作用下绕z轴转动,实现飞行器的偏航运动,转向与电机1、电机3的转向相反。

  (5)前后运动:要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动,必须在水平面内对飞行器施加一定的力。在图e中,增加电机3转速,使拉力增大,相应减小电机1转速,使拉力减小,同时保持其它两个电机转速不变,反扭矩仍然要保持平衡。按图b的理论,飞行器首先发生一定程度的倾斜,从而使旋翼拉力产生水平分量,因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。(在图b图c中,飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿 x、y轴的水平运动。)

  (6)倾向运动:在图f中,由于结构对称,所以倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。

公司概况

珠海羽人农业航空有限公司位于珠海金湾红旗智造大街,是集农用航空器研发、生产、销售、服务为一体的高新技术企业。在国内率先建立多旋翼植保无人机企业标准,参与制订植保无人机行业标准,并通过了ISO9001质量管理体系认证。羽人相续成立新疆羽人、山东羽人、芜湖羽人、羽人智控、羽人碳纤维等多家控股分公司。在新疆羽人基地一期投资10000万元,已完成50亩占地建设并成为新疆农业航空产业基地;公司人才济济,设备先进,羽人智控与世界知名自动控制科学家曹承煜博士共同创建并致力于专业智能控制系统的研发。

公司植保无人机产品主要有多旋翼植保无人机农用无人机喷药无人机遥控多旋翼无人机,该类农用无人机广泛应用于农作物药剂喷洒、杂交水稻制种辅助授粉、农作物信息勘察、播种、施肥等农业领域。相继获得“辅助授粉”、“仿地飞行”和“防浪涌药箱技术”等80余项农用航空器专利技术,产品通过国家植保机械质量监督检验中心的检测,获省级农机补贴选型鉴定和证书,是多家省级政府采购的中标单位。自2015年起,农业部农机推广总站指定羽人在河南、江苏、广东、新疆、吉林等省进行试验示范。产品已经过区域大面积的作业验证,产品技术性能指标优异。

公司销售网点遍布全国,飞防培训及售后服务体系完善,产品质量三包,零部件国产率100%,维护便捷;在多地建立植保服务飞防军,队伍强大,作业规范,效率高,服务更多更宽广。

市场与应用研究1、公司在国内最早从事研发、生产、推广农用无人飞行器的企业,是辽宁、山东、福建、浙江等多家省级政府农业部门采购的中标单位。 2、中央电视台给予5次报道,3次荣登中央电视台《新闻联播》。 3、公司作为农用飞行器生产企业,是“农业航空产业技术创新战略联盟”副理事长单位。 4、2012年公司多次联合袁隆平农业高科技公司、华南农业大学、中国农业大学、农业部农业机械化研究所等单位在海南、湖南进行了“无人机杂交水稻制种辅助授粉”项目实验,期间袁隆平院士和罗锡文院士到现场指导给予鼓励支持。 5、2014年公司承担新疆自治区20万亩,60万亩次的农作物植保飞防任务。是目前国内首次农用无人机规模化作业,也是一次成功的示范。 6、2014年公司同新疆农科院合作,进行国内首次农用无人飞行器“巴旦木”辅助授粉及施药实验,取得良好的效果。

7、羽人“谷上飞”18L荣获广东省名牌产品认证,并纳入广东省首台(套)重大技术装备指导目录。

8、2016年3月,羽人植保无人机出口马来西亚,并迎来首批来自马来西亚的海外学员,圆满完成培训。

9、羽人与格力一同入选广东省首批15家机器人骨干企业,获重点扶持。

培 训

为了使农业无人机这项高新技术得到更好的推广,让农民飞防手得到更专业的培训,公司与“农业部全国农机教育培训中心”联合成立“农业航空新技术应用培训基地”,并邀请农业领域,无人机领域内多位专家学者现场授课教学,培训合格后可考取由“全国农机化教育培训中心”颁发的结业证书。我们的愿景:誓将企业建成全球农用飞行器技术的创新者引导者!

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