系留多旋翼无人机方案设计设计设计
多旋翼农用植保无人机设计研究
多旋翼农用植保无人机设计研究1. 引言1.1 背景介绍多旋翼农用植保无人机的设计研究是当前农业机械化发展的重要课题之一。
通过对多旋翼农用植保无人机的设计原理、主要部件设计、性能测试等方面进行深入研究，可以提高农业植保工作的效率和质量，推动农业生产方式的转变，促进农业现代化的发展。
开展多旋翼农用植保无人机设计研究具有重要的理论和实践意义。
1.2 研究目的研究目的是为了通过对多旋翼农用植保无人机设计的深入研究，探讨其在农业植保领域的应用潜力和经济效益。
具体目的包括：1. 确定多旋翼农用植保无人机设计的原理和要求，为实际应用提供指导和支持；2. 研究多旋翼农用植保无人机主要部件的设计方案，提高其稳定性和工作效率；3. 进行多旋翼农用植保无人机性能测试，评估其在实际农田作业中的表现和可靠性；4. 分析多旋翼农用植保无人机的应用案例，总结其优点和不足，为进一步改进和优化提供参考。
通过以上研究，旨在为农业植保行业提供先进的技术支持，推动无人机在农业生产中的广泛应用，提高农业生产效率和质量。
1.3 研究意义多旋翼农用植保无人机是近年来农业生产中的一项重要技术革新，其具有高效、快速、精准的特点，能够大幅提升农作物的生长质量和产量。
这种新型的农业无人机在植保作业中可以替代传统的人工喷洒，大大减少了人力成本，同时也能避免农药对人体的直接接触，对保护农民健康具有重要意义。
而随着我国农业现代化的推进，植保无人机的应用正在逐渐普及和深入发展。
对于多旋翼农用植保无人机进行设计研究，不仅可以促进农业生产的现代化进程，提高农业生产的效率和质量，还可以推动农业机械化水平的不断提升。
多旋翼农用植保无人机的设计研究还涉及到无人机技术、农业技术、机械工程等多个领域，有助于推动相关领域的技术创新和交叉融合。
多旋翼农用植保无人机的设计研究具有重要的理论和实际意义，对于推动我国农业现代化和科技创新具有积极作用。
2. 正文2.1 多旋翼农用植保无人机设计原理多旋翼农用植保无人机的设计原理是基于无人机技术和农业植保技术的结合，通过将植保喷洒设备和传感器安装在无人机上，实现对农田的精准喷洒和监测。
多旋翼无人飞行器结构设计分析
研发的技术 ， 进而提高无人机的性能 ， 为开创无人机技术和生产新型 无 人机 提供 有效 的依据 。 １ 多旋翼 无人 机机构 设计 原则 １ ． Ｉ 设计要合理 。 无人飞行器属于一种高科技飞行设备， 对于整机结 构设计除了要满足基本任务载荷要求外 ， 还要考虑到飞行器运输的方
翼飞行器拥有对称分布在身体的前后左右的四个螺旋桨 ， 它们要在同 高度的平面上 ， 大小完全相 同， 由四个对称分布在螺旋桨支架端的 电机提供动力。机身安装Ｇ Ｐ Ｓ 、 陀螺仪 、 加速度计、 感应器 、 视觉感应系 统和红外线测距装置等 ， 重心保证在通过四个螺旋桨中心的圆的圆心 上 。 四旋 翼飞 行器 由四只螺旋 桨不停 的转 动提 供升力 ， 转速 的改 变可 从而改变四旋翼飞行器的位置和姿态。 另外 ， 相邻 式， 包装尺寸要满足大部分中小型汽车的运输体积要求。为了控制运 以改变升力的大小， 这样才能产生平衡的力矩防止四旋翼 输空间， 整机结构一般采取折叠和部件拆分来减小包装空间 ， 因此要 的螺旋桨倾角和旋转方向相反， 在 空 中“ 打转 ” 。 求各部件之间拆装要方便可靠并且不同转向之间部件要防装错。 １ ． ２ 设计 要 采用 轻量 材质 。多 旋翼 飞行 器在 设计 时要 采 用轻 质 的材 ４ 多旋翼 无人 飞行器 的结构 设计 分析 料， 材料强度要符合升空设备的要求 ， 要保证 主体结构有一定的承载 多旋翼飞行器的结构设计要符合工作原理 ，要根据飞行器的飞 能力 的 同时还要 有一定 的抗 风 能力 。 行工况和推力和重力的比例来确定机身的回转半径 ， 细化控制系统设 １ ． ３ 设计要讲究工艺 。飞行器要注重结构设计的工艺性 ， 因为工艺会 计完善飞行器的设计。 推重比是飞行器设计中参考的一个重要概念和 影响飞行器的制作成本和生产周期 ， 要使用性价比合适的材料 ， 紧固 数据 ， 推重 比是指推力和机身重里 的比值 ， 数值如果大于ｉ ， 飞行器就 件要尽量选用标准件 。 会 实 现 良好的飞 行状 态 。四旋翼 飞行器 还要 满足航 拍 的要 求 ， 结 构要 １ ４ 可维修『 生 。多旋翼飞行器的分离面和开 口要预留合理 ， 方便机器 设计的紧凑 ， 要体现一定 的强度， 要保证飞行器的运行正常。 设计 ＾ 、 员 要 根 据推重 比来 控制 飞行器 的 电子设 备设计 ，设 计出合理 的尺寸 ， 做 出现故障能及时进行检修装拆方便。 最终完成设计结构。多旋翼飞行器空中平台结构 １ ． ５ 外形美观。旋翼飞行器作为一种可观测设备 ， 外形要美观 ， 在结 好零部件结构设计， 由不同型号的碳纤维板材构成， 不 同类型的材质都 构设计时要运用美学构图原理， 讲究色彩搭配和光影 明暗效果 ， 进而 是飞行器 的主体 ， 采用三维编织Ｔ ３ ０ ０ 碳纤维复合材料， 质量较轻而且强度较高。为了减 设计出外形美观， 主体结构坚固， 性能 良好的飞行器 。 轻飞行器 的重量 ，设备舱主体碳纤维板厚度要根据机身载荷大小而 ２ 多旋 翼飞 行器 的原理
小型四旋翼低空无人飞行器综合设计
3、传感器应用
传感器技术在小型四旋翼低空无人飞行器中扮演着重要的角色。通过使用多种 传感器，可以实现飞行器的定位、导航、控制等功能。为了保证数据的准确性 和可靠性，需要对传感器进行定期校准和维护。
实验结果与分析
通过仿真实验，本次演示提出的混合控制方法取得了显著的实验效果。在轨迹 跟踪实验中，飞行器能够快速准确地跟踪给定的轨迹，具有良好的动态性能和 稳定性。此外，通过与单一控制方法的对比实验，本次演示提出的混合控制方 法在跟踪精度和稳定性方面均表现出明显的优势。
结论与展望
本次演示针对四旋翼无人飞行器的非线性控制问题，提出了一种基于鲁棒控制 和滑模控制的混合控制方法。通过仿真实验验证了该方法的有效性。然而，仍 然存在一些不足之处，例如对飞行器的动态特性分析不够准确、控制系统的实 时性有待提高等。
设计思路
1、总体设计
小型四旋翼低空无人飞行器主要由机身、旋翼、遥控器等部分组成。机身采用 轻量化材料制成，以减小飞行器的重量，便于携带；旋翼则由四个电机驱动， 以实现飞行器的稳定飞行；遥控器则用于控制飞行器的飞行轨迹和高度。
2、硬件设计
硬件配置是小型四旋翼低空无人飞行器的核心部分，主要包括电池、传感器、 遥控设备等。电池选用高容量、轻量化的锂离子电池，以延长飞行器的续航时 间；传感器则采用GPS、加速度计、陀螺仪等，以实现飞行器的定位、导航和 控制；遥控设备则选用2.4GHz遥控器，以实现遥控设备的无线传输。
小型四旋翼低空无人飞行器综 合设计
01 引言
03 参考内容
目录
AXILIU-Z6Z8型多旋翼系留无人机升空平台技术说明书 (2)
AXILIU-Z6/8型多旋翼系留无人机升空平台系统技术说明书编写：校对：审核：标审：会签：批准：二〇一七年七月目次4产品技术特点.............................................AXILIU-Z6/8型多旋翼系留无人机升空平台系统技术说明书1产品用途和功能1.1产品用途升空平台AXILIU-Z6/8，可实现定点长时间滞空工作，主要用于远距离通讯的-Z6/8。
1.2产品功能升空平台AXILIU-Z6/8主要的功能有：手动飞行、自动起飞、自动降落、自动返航、无线遥控、有线遥控、有线优先、RTK差分定位、卫星导航、悬停稳定、升空高度可调、失控保护功能、低电报警、低电报警电压可调、低电自动降落。
2产品性能和数据2.1产品性能a)实时向地面设备回传飞行姿态、速度、高度、经纬度等信息；b)悬停飞行功能：同时锁定高度和位置；c)具备高度锁定功能、返航点锁定功能；d)内置黑匣子；e)多种失控保护机制设计；2.2产品数据2.2.1性能指标a)飞行器重量（包含电池、桨叶、脚架）：10-20kg；b)飞行器外形尺寸：8轴≤1655mm×1450mm×505mm（不含螺旋桨）;6轴≤1255mm×1250mm×505mm（不含螺旋桨）;c)系留迫降电池：5000-8000mAh；d)系留机载电源模块：3000-4500W；e)系留配置发电机：4000-8000W；f)导航要求： GPS、北斗双模；g)续航时间：标准电池下安全续航时间30分钟，系留模式不小于4小时。
h)最大平飞速度：20m/s；i)飞行器水平误差：≤5m；j)飞行器高度误差：≤2m；k)最大相对飞行高度：500m；l)最大海拔飞行高度：3000m；m)可靠性与维修性指标（1）飞行工作时间：≥10小时；（2）MTTR（平均修复时间）：≤30min。
2.2.2环境适应性指标（1）系统工作温度：-10℃～+55℃（±2℃）；（2）存储温度：-20℃～+55℃（±2℃），其中电池在常温储存；（3）湿度：(95±3)%RH；（4）抗风等级：6级;（5）防水等级：小雨（0.6～2mm/h）。
系留式多旋翼无人机飞行控制系统研究
系留式多旋翼无人机飞行控制系统研究作者：来源：《无人机》2019年第01期对系留式多旋翼无人机的飞行控制系统组成原理、飞行特性、飞控算法三个方面进行了阐释和研究，考虑了系留缆作为不确定因素对于飞行控制的干扰，通过非线性鲁棒控制器引入扩张状态观测器进行抑制，从理论上进行了推导论证。
系留式多旋翼无人机凭借续航时间长、信息传输容量大、使用灵活等特点，正逐渐成为多旋翼无人机的研究使用热点，从民用到军用都得到了大力发展。
其飞行控制系统是整个无人机的控制、管理和计算中心。
由于使用场景不同及定点悬停、系留供电等特点，其控制技术与自由飞式多旋翼无人机既有相同点，也有不同点。
多旋翼无人机飞行控制系统组成及原理1.系统组成多旋翼无人机飞行控制系统主要由飞行控制计算机、导航计算机、传感器等组成。
飞行控制计算机主要完成飞行控制率解算、飞行任务管理、飞行状态监视、机载任务设备管理、机载测控单元通信等功能。
导航计算机主要用于计算飞行姿态信息、传感器信息融合、导航信息计算、航路规划和优化等任务。
传感器主要包括陀螺、加速度计、三轴磁力计、压力传感器、温度传感器、DGPS/BD接收机等，系统组成如图1所示：2.工作原理系统操作人员通过操作地面控制站软件，生成控制指令，传送给地面数传电台，经由链路传输到机载双路电台，进而送入飞行控制器当中;同时，安装在无人机特定位置的传感器组将信息分别送入飞行控制器。
飞行控制器根据这些信息进行计算，并将生成的控制信号送给无人机，从而改变无人机的姿态、速度和位置，达到控制无人机的目的。
飞行控制器将采集到的侦察图像和机体姿态、位置等传感器信息进行整理并按照系统的通信约定送给机载双路电台，经过链路送达地面控制站进行解析并实时显示。
飞行控制系统完成的主要功能是与无人机系统和测量设备一起构成姿态角和飞行高度的稳定回路。
可以按飞行控制与导航计算机给定的俯仰角和偏航角飞行，随着飞行高度和伴随飞行速度的变化自动改变飞行控制参数。
系留多旋翼无人机及其军事应用
图1 系留多旋翼无人机系统组成开始广泛应用于军事领域，其军事效用也越来越广泛，成为各国军队青睐的无人机选型。
2 系留多旋翼无人机系统组成系留多旋翼无人机是通过系留综合缆绳将多旋翼无人机与地面设备组合起来的一种新型无人机系统，它采用地面电源直接供电，主要解决多旋翼无人机的持续供电问题，以使多旋翼无人机能够不受电能限制而长时间停留在空中。
系统组成主要包括三个部分：2.1空中平台空中平台部分以多旋翼飞行器机体搭载电源模块、任务载荷等组成。
飞行器机体可以根据所搭载负荷重量、体积等不同需求选择不同型号的多旋翼无人人机供电。
在使用过程中，主要由地面电源实现供电，备用电池在系留线缆供电出现故障时自动切换，从而保证无人机安全返航[4]。
任务载荷根据功能需求进行搭载，可搭载如侦察、监控、通信、测绘、环境监测等设备，既可以实现单一功能搭载，也可以多个功能复合搭载。
2.2 地面站地面站由系留收放装置、地面光电模块和操作终端组成。
系留收放装置内设置有自动控制绞盘，对比无人机升空/降落速度实现对综合缆绳的自动收放。
地面电源可以选择发电机、蓄电池组或者市电，向空中平台输送电力。
地面光电模块包括升压模块和光电图2地面固定式系留多旋翼无人机系统图3 车载移动式系留多旋翼无人机系统绍系留多旋翼无人机系统的特点。
3.1 长时留空，定点悬停普通多旋翼无人机发动机常采用电动机或燃油发动机，要依靠机载电池或者是燃油来提供动力，除了要为无人机飞行提供动力外，还需要给云台、相机等机载设备供电，这就会让普通多旋翼无人机出现续航时间短、动力不足等问题。
系留多旋翼无人机采用系留综合缆绳供电方式，不必加装重量较大的电池或者燃油发动机，既减轻了无人机自身重量，还可以利用地面电源实现不间断的持续供电，保证无人机全天24小时长时间留空。
相比固定翼无人机，系留多旋翼无人机还可通过惯性测量元件对三维角速度、三维加速度及三维速度的状态进行测量使多旋翼无人机进行稳定的悬停[5]。
我国军用小型多旋翼无人机设计工艺
我国军用小型多旋翼无人机设计工艺我国军用小型多旋翼无人机设计工艺1. 介绍军用小型多旋翼无人机已经成为现代军事作战和侦察任务中不可或缺的一部分。
随着技术的不断进步和创新，我国在无人机设计工艺方面取得了突破性进展。
本文将深入探讨我国军用小型多旋翼无人机的设计工艺，并分享对这一领域的观点和理解。
2. 初期概念设计军用小型多旋翼无人机的设计从初期概念开始。
在这一阶段，设计师们会使用相关软件进行飞行动力学仿真和飞行性能分析，以确定无人机的结构和参数设计。
设计师要考虑的关键因素包括无人机的尺寸、负载能力、最大飞行距离和航时等。
对于军用无人机来说，设计师还需要考虑隐形性能和对环境的适应性。
3. 材料选用与结构设计军用小型多旋翼无人机的材料选用和结构设计非常重要。
轻量化材料的使用可以提高无人机的携带能力和飞行性能。
结构设计要考虑到无人机在高速飞行或恶劣环境中的稳定性和可靠性。
设计师通常会采用复合材料、碳纤维和铝合金等材料，并采用合理的结构设计来提高无人机的稳定性和载荷能力。
4. 动力系统设计军用小型多旋翼无人机的动力系统设计至关重要。
高效的动力系统可以提供足够的推力和续航能力。
在动力系统设计中，设计师们通常会选择燃气涡轮发动机、电动推进系统或混合动力系统。
还要考虑到无人机的供电方式和能源管理系统，以保证无人机在作战任务中的可持续性和可靠性。
5. 导航与控制系统设计导航与控制系统是军用小型多旋翼无人机的核心。
准确的导航和可靠的控制系统可以使无人机实现自主飞行和完成任务。
设计师需要选用先进的惯性导航系统、GPS定位系统和地面控制站等设备，以实现精确的定位和高效的通信。
设计师还需要开发适应不同作战环境的自主避障和自动驾驶功能，以提高军用无人机的战场适应性和飞行安全性。
6. 安全性与可靠性设计军用小型多旋翼无人机的安全性和可靠性设计是不可忽视的重要环节。
在设计过程中，设计师们需考虑到无人机的防故障能力和抗干扰性，以应对恶劣气候和电磁环境。
【CN109733635A】一种多旋翼无人机设计方法【专利】
说 明 书
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一种多旋翼无人机设计方法
Байду номын сангаас
技术领域 [0001] 本发明涉及一种多旋翼无人机的设计方法，尤其是一种便携式、模块化、可扩展的 3D打印的设计方法。
技术背景 [0002] 3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用熔融沉积成型、光固化成型、激光 烧结成型等工艺 ，将工程塑料 、光敏树脂、橡胶类材料 、金 属材料 和陶瓷材料等以 打印的 方 式来设计构造物体的 技术。目前 ，熔融沉积成型3D打印技术已 经能 够打印熔丝线材 、FDM陶 瓷材料、木塑复合材料、FDM支撑材料等。其中ABS塑料具有优良 的综合性能 ，有极好的 冲击 强 度、尺寸稳定性好 、电 性能 、耐 磨性 、抗化学药品性 、染色性 ，成型 加工 和机械 加工较好 ； PEEK材料性能极好 ，是最新采 用的 一 种材料 ，它的 耐高温性 、耐 腐蚀性 、耐水解性 、自 润滑 性、易加工性和阻燃性等特性使其在航空航天、汽车工业、电子电器和医疗机械等领域受到 广泛的应用，并可代替金属和陶瓷等传统材料。 [0003] 无人机是指利用无线电遥控设备或程序控制装置操纵的不载人飞行器。多旋翼无 人机是无人机的一种，与载人飞机相比 ，它具有体积小、造价低、使用方便、对空间环境要求 低、生存能力较强等优点。最近几年，一些微小型无人机的机架结构已经逐步采用3D打印技 术来实现量产。 [0004] 但是，目前的无人机存在不能快速量产和组装，各部件之间的利用率不高，经济效 益较低的问题。
( 57 )摘要 本发明涉及一种多旋翼无人机设计方法，首
先用计算机三维绘图软件按照设计要求和尺寸 绘制中控盒组件和动力盒组件的结构形状；将所 述模型文件拷入到熔融沉积成型3D打印机的存 储芯片中 ，将三维模型打印成实体部件 ；按照设 计要求，用工具设备对打印的中控盒组件和动力 盒组件进行修型 、抛光 和开孔 ；将预置好的 飞控 板 、接收机 用胶固定在飞控组件基座上 ；接好飞 控板 和接收机的 线缆 ，并 用扎带固定 ；将电 池组 用魔术贴粘贴在飞控组件基座的另一侧，再用魔 术束带固定牢靠；将电池电源线插接在盒上的分 线板上 ；分线板胶接固定在中控盒内部 ，沿承 力 条布线到连接块，并通过调压器为飞控板供电 ； 将选配好的电机和旋翼组装，并用螺栓固定在电 机 座。该无人机的 设计具有能 快 速量 产 ，快速组 装，各部件的利用率高等特点。
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20KG级系留多旋翼无人机
（1）性能参数
最大起飞重量：20kg
最大载重：5kg
最大跟随速度：30km/h
升限：500m（视电缆长度）
起降方式：自动/手动垂直起降
起飞准备时间：10min
系统收纳时间：10min
抗风等级：5级
续航时间：理论上无限
动力：地面电缆供电，电机
供电方式：车载发电机220V/5KW，或车载电池组192V/60AH 光纤传输能力：高清视频1920×1080@30fps
（2）飞机基本参数：
轴距：1.6m
机体高度：0.6m
长宽尺寸：2.6x2.6m
（3）机载电源参数：
工作环境：-5~40°C，湿度0-95%
散热方式：芯片智能控制风扇转速，强制散热
输入电压：DC 260 ~ 410V，标准输入DC 385V
输出电压：DC 32.5~51.25V，标准输出48 V
净重：1kg
尺寸：103（W）*40（H）*205（L）
额定输出功率：5000W
辅助输出电压：24V（供其他设备用）
辅助输出功率：300W。