word目录一．背景1二．现状与实例21.飞行平台21)开展现状22)实例42.飞控系统71)开展现状72)实例73.喷洒系统81)开展现状82)实例94.施药技术151)开展现状152)测试实例175.农药剂型18三．自主飞行喷洒系统研发示例181.直升机自动喷洒模型[2]182.UAV自主飞行控制系统AFCS(Autonomous Flight Control System)193.利用PWM的变量喷洒系统204.硬件配置与重量21文献：22 / 农业无人机精准喷药现状一． 背景1918年美国第一次用飞机喷洒农药灭棉虫时,农用航空拉开了历史序幕随后,农用航空在新西兰、澳大利亚、英国等国也逐步得到应用与推广随着航空工业的开展,各种符合农业要求的专用机也相继出现,近年来美国、澳大利亚等国研制了许多农业专用的轻型飞机,如美国的PA-36、AG-1、AG-2、AG-38以与澳大利亚的空中拖拉机等机型据国际农业航空组织统计,目前全世界约有70多个国家拥有农用飞机近3.2万架,全球应用农业航空处理的耕地面积24666万hm2,占世界耕地总面积的17%,其中美国、俄罗斯、日本3个国家农业航空处理面积占本国耕地面积分别为45%、35%、39%%。
日本是最早将无人驾驶直升机喷洒技术运用于农业生产的国家,也是该技术开展最成熟的国家之一由于日本农业经营规模相对较小,且农业以水稻生产为主,常规的大型地面施药技术装备难以适应,而无人机因其外形尺寸小、重量轻、操控灵活、农药喷洒效果好、作业效率高等优点,近年来在日本得以迅猛开展,已经超过了有人驾驶农用直升机的防治面积我国上世纪50年代开展了航空喷洒技术的研究和应用,主要以森林、农垦区和农场进展农业航空喷洒作业受我国空管问题的约束以与我国传统农业的开展方式的影响,我国航空施药技术开展缓慢目前我国有农用飞机140架,直升机60余架,使用航空喷洒防治农林业病虫草害和施肥的面积达到200万~2,和农用航空兴旺国家相比差距仍十分巨大,无人机喷洒技术的研究处于初级阶段,实际应用仍是空白人驾驶直升机作为直升机的一种除了具有直升机的优点外,其外形尺寸更小,重量更轻,操控更加灵活,尤其适应于中、小田块的喷洒或是大田块局部的精准喷洒等无人机主要优点有:不用安装任何与飞行员有关的设备,这样可以利用空间和减轻重量装备更重要的设备;无人机航空喷洒可在飞行控制系统和喷洒伺服系统等电子设备的控制下自动完成,操作人员只需在地面控制站通过无线遥测系统发出指令来控制无人机的动作;操作简便,防止飞行员中毒、伤亡等问题;超低空飞行能力强,飞行操控灵活,安全系数高;采用超低空喷洒作业,减少了雾滴在非喷洒区的飘移。
因此,随着生产制造和航空控制技术水平的大幅提升,应用无人驾驶直升机进展农药喷洒己成为近年来开展最快的技术领域二． 现状与实例1911年德国人最早提出用飞机喷撒化学药剂，以控制森林害虫的计划1918年美国用双翼飞机喷药防治牧草害虫取得成功1922年用JN-6军用飞机的改良型喷洒棉花，同年前苏联用飞机喷洒农药扑灭了蝗虫第二次世界大战后，各种杀虫剂、杀菌剂和除草剂大量问世，要求用高效能的喷洒机具来满足植物保护工作的需要，与此同时，大量军用飞机和驾驶员转向农业，促使农业航空迅速开展1949年美国开始研制专门用于农业的农用飞机，20世纪50年代开始设计制造多用途农业飞机，20世纪50年代末，直升机也参加农业航空行列随着农用飞机的不断开展，航空喷雾技术也发生了很大的进步，从喷洒量大于30L/hm2的常量喷洒，开展到5-30 L/hm2的 低 量 喷 洒，再 到 小 于5 L/hm2的超低量喷洒，如美国1944年已有半数采用低量喷雾，喷液量为9-28 L/hm220世纪60年代静电喷雾技术开始应用于农业航空在美国航空喷雾使用的主要机载设备包括GPS、GIS、流量控制器、实时气象系统和喷施校准设备我国系统研究微小型无人机航空是要喷雾技术开始于2008年，大学、农业部农业机械化研究所、华南农业大学等单位为代表开展了航空施药技术、GPS自动导航技术、农用无人机平台技术、航空施药污染评价技术、低空遥感平台等技术的额研究，出现了多项技术成果：包括无人驾驶自动导航低空施药技术、低量低漂移施药技术研究、在高精度GPS的无人驾驶自动导航低空施药技术研究方面取得突破性进展，准确航路规划解决了航空喷雾作业喷福的准确对接，提高作业质量。
截止至2012年末，生产航空施药无人机整机与配套设备的企业达80余家1. 飞行平台1) 开展现状目前,农用无人机喷药航空平台主要有3种:固定翼式飞机、单旋翼直升机和多旋翼直升机固定翼飞机主要应用于农田信息采集与农田遥感固定翼飞机载量大、飞行速度快、作业效率高，作业时采用超低空飞行，距作物冠层5~7m，对作业区域地形条件要求较高，易受田间周边障碍物如电线、电杆、树木等影响，引起飞行安全问题单旋翼直升机和多旋翼直升机多用于植保作业，使用直升机作业，螺旋桨造成的空气涡流能使农药喷洒到植物茎叶的背面，提高喷洒效果，与固定翼飞机相比耗油量稍大，可以垂直起降，起飞降落的场地占用少，空中飞行速度调节灵活，适应于地形较复杂的地区，装载质量在5kg到30kg之间，能够满足中小田块的农药喷洒需求单旋翼直升机分为燃料动力、电池动力和混合动力三种机型电动直升机由于动力源和输出功率与多旋翼相似，所以其续航时间和载质量等与多旋翼接近但抗风能力差，续航时间短、电池价格高寿命短、电池折旧本钱高，电池充电时间长燃料动力直升机载质量可以达到30kg，续航时间可达1.5h，适合较大地块的喷洒作业但噪音较大，维护程度相对复杂。
油电混合动力的续航能力超过60分钟，油电混合动力的一些机型能达到35kg以上单旋翼直升机价格较为昂贵，维护保养本钱略高，操作手培训周期长多旋翼直升机采用对称结构的多个旋转中心带动旋翼产生风力进展飞行作业多旋翼直升机价格适中，操作灵活，培训周期短但由于采用电池作为动力来源，使得多旋翼直升机2〕类型作用分类动力优点缺点固定翼信息采集遥感---燃料载量大、速度快、作业效率高，采用超低空飞行，距冠层5~7m地形要求高，易受周边障碍物影响引起飞行安全问题直升机植保作业单旋翼燃料可载重30kg，续航达1.5h，适合较大地块垂直起降，速度调节灵活，适用地形复杂地区，装载5-30kg，3-6m喷洒效果好耗油稍大，噪音大，维护相对复杂价格较贵，维护本钱略高，培训周期长载量小，时间短，抗风力稍弱电池整机轻续航时间短、电池价高寿命短、充电时间长，抗风能力差混合续航超过60分钟，有些载重达35kg以上能耗大多旋翼电池价格适中，操作灵活，培训周期短2〕近年来我国农用小型无人植保飞机开展势头迅猛，目前国生产无人植保飞机的厂家已经超过10家，并呈快速增长趋势现有的农用无人植保机以农用小型无人直升机较多，而农用固定翼无人机研发的较少，主要机型有单旋翼直升机和多旋翼直升机两种。
农用航空施药机型以大型固定翼飞机为主，用于中国东北三省、某某、等大面积的农垦地区; 以旋翼无人机为辅，用于中国南方丘陵、地形复杂的山地地区国农用无人机研发始于2005 年，目前已有10多家企业和科研单位研发生产农用无人机，并呈现快速增长的趋势生产的无人机分为油动力、电池动力和油电混合动力 3 种，油动力的又有风冷和水冷两种，载药能力在 5kg～20kg 之间，价格在6 万～20万之间目前已根本定型的农业植保系列无人机型任务载荷在10、15、20kg，产品已经进入小批量生产此类无人机由于受机体和载重限制，大多采用了半自驾的方式，经济性较差，飞行高度、速度与航线易受操控手目测判断差异的影响而产生一定的偏差，对施药效果造成一定的影响2) 实例外国常用农用无人喷药直升机实例：开发者/使用者型号特点图日本雅马哈公司Yamaha RMAX系列农用无人喷药直升机具有直升机的优点外,外形尺寸更小、重策更轻、操控更加灵活、尤其适应于,小型地块的病虫害防治或是大型地块局部的精准喷洒美国AUH型农用无人喷药直升机自身质量76KG，负载20kg，作业效率 10hm2/h，配备有 VE7导航系统，并采用电子伺服系统和陀螺增稳系统GT-MAX型农用无人喷药直升机飞控系统配备三轴惯性加速度计"OVE7"航向磁力计"声纳和雷达高度计等传感器，飞行控制结构采用外回路结构形式。
能对周围环境状况变化做出快速反响，且能在障碍物间机动飞行，根据摄像头拍摄信息独立选择飞行路线，检查随航系统工作中出现的故障RotomotionSR200汽油发动机提供动力,主旋冀直径3米(118英寸),最kg(50磅)RotomotionSR20电池动力,主旋翼自径1.75米(69英寸)中国开发农用无人喷药飞机实例：开发者/使用者型号特点图总参16所天鹰-3型22中国天鹰9R 型作业效率 7-10hm2/h某某田园生化与中航工业所1800E折叠式农用喷药无人机两块快速充电蓄电池供电，多组蓄电池轮换使用，飞行系统远程地面站操控，可按照预先设定的航线自主飞行，作业效率 4 hm22卫士植保机械WSZ-1805WSZ-2410多旋翼电动农用喷药无人机多旋翼直升机具有结构紧凑、稳定性高、易操作和载质量大等优点，该机载药量达 18kg，作业效率 4.67 hm2/h飞艇新艺模型新艺 XYZB-8型农用喷药无人机电动机载药量 8kg，作业效率 3.33 hm2/h总参谋部第60研究所z-3型自动记录飞行时间、地点和作业面积等数据，可载药物25kg自动化所ServoHeli-120型最大负载40kg，续航1.5h，最大飞行速度120km/h中航工业自控所AR-100/AF811农用喷药无人机负载10kg天翔V-750最大负载80kg，续航4h，抗风5级，航油汉和CD-10;CD-15；CD-20~40农用喷药无人机第三代全自动、半自动飞行状态自动切换；气压传感、GPS 传感、加速传感融合系统；自动航路规划；定高飞行〔精度达到 0.5 m〕；自动增稳；自动悬停；自动起降；“儿〞字形规定姿态飞行〔或其他规定姿态自动飞行〕；三合一设计：飞控计算机＋IMU＋GPS；安全设计：3 台飞控计算机备份表决系统；配备轨迹记录仪〔汉和专利，自动喷洒覆盖率统计，漏喷、复喷警告〕北方天途M6A农用喷药无人机载重6kg，飞行时间10-30min，速度0-10m/s，喷洒0-8m/s，高度0-1000mPM8农用喷药无人机喷洒0-8m/s，载重10kg，行时间10-30min，速度0-10m/s，高度0-1000mM8A农用喷药无人机悬停15-35min，负载15kg，喷洒高度1-3mEH3、VH1、RH1等直升机载重8-25kg，续航30-70min， SP-3、SP-01固定翼负载12-25kg，抗风6-7级，续航3-10h博航联合BH330系列农用喷药直升机燃油，配备综合遥控器，计算机辅助人工导航系统，智能化农药喷洒系统，载重5kg，续航15min银通YT-A5无人驾驶电动单旋翼直升机，飞机的最大起飞质量为14kg最大有效载荷 5kg农药容器容量 5L，作业速率1-8m/s，续航时间20min。
使用Fulaba2.4GHz10通道遥控器，配备R6014HS接收机。