拓攻微課堂筆記 第五期｜關于植保機的那些事

7月25日，拓攻微課堂邀請到上海拓攻機器人有限公司的銷售大區經理郭寧，為大家分享有關植保機的那些事。關于當天的分享內容，拓攻農業小編已整理成課堂筆記，方便后期大家對相關知識的復習和查閱。學員們不要忘記點擊右上角收藏文章哦～

植保無人機的背景

無人機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、民航從業者參與其中，為該市場奠定了最初的技術基礎。更多資本的注入，使得無人機市場迅速增長，滋生出來的企業也參差不齊。細分市場包括娛樂航拍、正攝影測繪、植保無人機等行業。無人機也有多旋翼、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，最早用于植保作業的是載人植保飛機，具有載藥量大、單次作業效率高的特點，但不適用于小地塊作業。隨著日本雅馬哈單旋翼植保無人機技術的成熟并引入國內，我們很多廠商才以此為基礎研發自己的植保無人機，最早國內植保無人機還是以單旋翼為主。但隨著多旋翼MK飛控進入國內，多旋翼無人機才逐漸流行，尤其是大疆在多旋翼市場火爆起來后，多旋翼的發展更是迅猛，多旋翼植保無人機也就應運而生。

植保無人機的組成部分

接下來我們聊聊植保無人機的組成部分，我們一直都說植保機不是簡單的拼湊，而是系統的合理的搭配。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。植保機由四部分組成：一是結構部分，即機架；二是動力部分，包括電機、電調、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。

§  結構部分——植保機機架

一般機架結構設計要兼顧易運輸攜帶、維修方便、皮實耐用、成本低等要素。當然基于這些設計要素，不同的廠家有其不同的設計理念，設計出來的產品也是千差萬別。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。根據軸距的不同，搭配不同的動力套裝，也就實現不同的載重。最常見的是載重10公斤，有四軸或六軸的。

首先，不能折疊的機架其優點在于可以把結構強度和剛性做的很高，但帶來的弊端是運輸攜帶不方便。其次，豎折機架可以做到攜帶方便，連接結構也可以做到最少，但若中心板設計的不好，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。最后是橫折機架，相比較豎折機架，其折疊件增加了一部分，且其折疊和展開會更加方便，這也是橫折機架受歡迎的原因。

植保機機架組裝注意事項

第一、不經常拆卸的部分，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安裝面在同一高度，保持在同一個水平面內。

很多人會經常問到一個問題，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，那么就使得電機的安裝平面與每根機臂產生的角度是一致的。但是實際上折疊件的加工精度不同，所以上反角度也不同。同時每根機臂也不一樣，最終結果導致累積誤差很大，最后使得我們的植保機很難飛的好，每個電機的溫度不同等問題。個人傾向于大道至簡、越少的連接件，穩定性就會越好。

第三、要能夠保證植保機組裝完成之后，飛機的重心在其幾何中心。否則會因為重心不平導致電機的輸出不一致，從而導致整個飛機的使用壽命降低，故障率增高。

§     動力部分

穩定的動力輸出，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、搭配怎樣的槳、用什么型號的電調、配多大的電池等，尤其是對初入行的來說更加具有挑戰，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，飛機的油門輸出要保證在70%以下，否則就沒有足夠的冗余做機動。這也是我們經常會遇到的同樣的機架用不同的動力，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，電機和槳搭配后的動平衡要好，否則在植保機高強度作業的過程中可能會出現燒電機、飛機的震動越來越大，飛機飛的越來越不穩定等問題，這也是很多人常會說的，我飛機開始飛的很好，但是用著用著就飛不穩了，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，槳的力效會因為槳尖渦流干擾大大降低，另一方面也會導致槳的震動加大，從而導致飛機的震動加大，最終的結果就是我們看到的飛機飛不穩，電池消耗很快等現象。

§     控制部分

控制部分，分為兩大塊，一個是控制飛機的飛行控制器，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的大腦，這也是我們拓攻的技術核心。我們可以說多旋翼飛行器，沒有飛控是無法飛行的。多旋翼的穩定飛行或者懸停，是通過控制電機的轉速來實現扭矩之間、升力和阻力之間的平衡。當然也會有人說，多旋翼飛控還有另一種控制方式是通過槳的變矩來實現不同的拉力，從而保證飛機的懸停或者是穩定的航線飛行。

飛控通過其高精度的傳感器，感知飛機姿態變化，然后控制不同電機的加速減速從而穩定飛機的飛行姿態，一般的飛控都是通過兩級PID控制來實現飛機的穩定控制，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，用于確定飛機的朝向。通過感知加速度計的狀態來計算的，當然也會用到GPS來測速，飛機的飛行速度最終是一個融合的數據。另一方面陀螺儀是感知飛機的姿態，比如橫滾方向偏了多少度，俯仰方向偏了多少，在航向轉了多少等等都是通過陀螺儀的數據來計算的。通過知道這些數據來穩定控制飛機的飛行姿態。氣壓計通過感知氣壓的變化，來計算飛機的高度，對于拓攻來說，GPS也是參與定高的。當然每一家飛控都有其特點，控制方法也各有不同，正因為這些廠家的飛行數學模型不同，也就是我們常說的算法不同，適應性也有不同。

§     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，抗風能力會差一些。

我們會經常遇到飛機往前飛行的時候藥液向上卷起的情況，尤其是噴頭與電機相對高度不好的時候卷起會更明顯，這是因為螺旋槳下面的渦流紊亂引起藥液方向不穩造成的。為避免這些問題，最簡單的辦法就是測試噴頭距離電機不同的高度時，飛機飛行時藥液的噴灑情況，不斷的調試相對高度，從而達到最好的效果。

組裝植保機的注意事項

我們常常會看到同一飛機使用不同的飛控會出現不同的飛行效果，有的適合大疆、有的適合拓攻。但這些只是表面現象，究其原因很復雜。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？我們知道現在很多飛控都有內減震，像大疆、拓攻T1-A植保飛控都有其內減震，涉及減震就有其固有頻率，有些時候是因為飛機震動與飛控的頻率相近或者是倍頻，半頻關系等導致震動的加劇，也就是共振現象導致飛行效果不好。

另一方面，飛控的輸出頻率，與電調的控制頻率不一致，導致這些問題。還有的就是動力的數學模型不一致，有些槳不在一個平面上導致一些問題，比如在遙控器航向居中的時候，正反轉的電機輸出相差太大，達到某一臨界值的時候，依然不能保證飛機的穩定懸停，那么飛控就默認為飛機不能懸停，從而引起飛機的自旋問題。這個臨界值有些飛控廠家設置的比較大，有些廠家設置的比較小。也就會出現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，故而導致現象一致，但是原因卻千差萬別，所以作為植保廠商我們的專業素質也要提升起來。我們一直在說，植保機不是簡單的拼湊，而是一個系統性的工程，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，電調不好，機架有問題等。

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，強電對弱電產生干擾等等；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？

對于植保機來說，在飛行過程中必然會導致機架的形變，在形變的時候，對于材料來說，形變多少，產生的形變方向等等，這些都是在我們設計飛機時候需要計算的，一般來說，好的飛機是計算出來的，不是拼湊出來的。由載重，機架結構，材料，連接件之間的軟硬結合來達到很好的匹配效果。在選擇機架的時候，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的飛行穩定性有很大影響，植保機的高強度作業，飛行高溫高濕的環境，也使得對植保機的每一個部件的要求更高。

尤其是現在我們更多的考慮是，飛控，電調，電機的耐久性，但殊不知飛機結構的耐久性與穩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。機架在連續飛行多長時間內不會產生不可修復的形變，這個很多時候是決定我們飛機結構耐久性的基礎。另一方面動力的動平衡也是非常重要的，在高強度作業的時候，動平衡不好，會導致燒電機電調，堵轉等問題，另一方面力效也是我們需要考慮的，一般來說，KV值小的電機配上大尺寸槳力效會更好，但是相應的機動抗風能力也更差，所以我們在考慮力效的同時也要兼顧機動抗風性。

當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現什么樣的飛行效果，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，他不僅能夠實現仿地飛行，更可以提高定高效果，數傳不僅能看數據還可以通過地面站來實現自主規劃航線，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，數傳，雷達等配件。在組裝植保機時，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，才能夠達到很好的效果。

關于植保機的那些黑科技

目前植保機的發展方向是朝著智能化，自動化。很多人也會說植保的智能化，只會使得從業人員變的更加不重要，作業的過程太智能化了，這些人員只是搬運工。但是也有人說，現在植保廠家瘋一般的增長，但是市場的缺口又在于飛手，飛手的緊缺導致大量的植保飛機閑置。飛手緊缺也是因為現在飛機的操作還是很復雜，一個從沒接觸過的人從學習，到能夠獨立作業，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往智能化的方向發展。

簡單的操作，對飛手要求的簡單，這樣就能夠快速的補齊大量的飛手。但是智能化也使得對飛機傳感器的要求更高，智能化的要求越高，對飛控的要求，動力的要求也會更高，飛機的自檢功能也要相應的完善起來。能夠避障，自動配藥，灌藥，主動避障，飛機電機溫度，轉數要能夠實時監控等等；也就能夠使得對飛控的可拓展性要求更高，飛機更加智能化也會使得對飛手的要求越來越低。還有很多人正在實現自助起降平臺，實現自動換電池，自動加藥等操作，這些技術的加入更加會使得無人機插上騰飛的翅膀，以尖端技術帶動農業的騰飛。

以上就是關于植保機的那些事全部內容，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際作業過程中的經驗都可以跟我們分享，也有助于我們對產品進行進一步的優化，從而給大家提供更好更實用的產品。

問答環節

1、為什么更換飛控后，飛機起飛時出現自旋現象。

郭老師：如果出現起飛自選問題，可以從一下三點進行檢查：

第一、遙控器是否校準中位

第二、電機安裝是否平衡

第三、磁羅盤是否校準

2、拓攻飛控LED指示燈時而出現紅燈長亮、時而出現藍燈長亮，時而不亮。

郭老師：飛行中如果遇到這個問題，建議將LED指示燈發給售后進行檢測，找出問題的具體原因。

3、一個電機動力輸出不足是什么原因？
郭老師：三種情況下會出現這個問題，一是電調是否同時做過校準，二是飛控輸出是否有問題，三是飛控和電調的連接線經過分電板，分電板某一路信號電阻較大，導致信號衰減，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，是因為電調的程序經過修改，和拓攻飛控匹配性更好，同時，電機、電調、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的槳葉和電機的動平衡效果較好，所以機身振動會大大減小，同時，力效、響應能力、反應速度也較好，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，我們將邀請農藥、農機等相關專家入駐拓攻微課堂，希望大家多多關注。關于植保動力系統，大家還有什么問題，或者您還想了解無人機其他方面的內容，可以關注“拓攻農業”官方訂閱號留言。