多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)的研制和應(yīng)用

李虎 李鐵軍 秦鐘

摘 要 科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使人們能夠通過無人機(jī)對各種危險環(huán)境進(jìn)行指定的工作，這無疑大大降低了工作風(fēng)險，提高了工作效率。現(xiàn)階段，我國在無人機(jī)異物摘除方面仍舊存在異物摘除效率低、成本過高等問題，這顯然不利于指定工作的完成。為此，有必要研制出一種具備多種功能的多旋翼異物摘除無人機(jī)來專門進(jìn)行異物摘除工作，本文便對這種多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)的功能研制及應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行深入的探討，希望能為多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】多功能 多旋翼 異物摘除 無人機(jī)

在人類生產(chǎn)生活過程中，難以避免的會遇到需要進(jìn)行異物摘除的情況，但在某種情況下的異物摘除工作不僅需要耗費大量的人力物力，還極有可能存在極大風(fēng)險，而這也使人們在進(jìn)行異物摘除時往往花費成本較大且摘除效率也較低。為此，為了提高異物摘除效率，降低異物摘除風(fēng)險，就必須要通過一種多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)的應(yīng)用來予以解決。以下便對多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)的基本功能及核心功能研制進(jìn)行探討，并對該類無人機(jī)在異物摘除中的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行闡述。

1 多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)的基本功能研制

1.1 飛行功能研制

在多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)研制中，飛行功能是其基本功能，在進(jìn)行異物摘除時，不僅需要確保飛行功能穩(wěn)定可靠，還要實現(xiàn)飛行功能的控制來使無人機(jī)變得更加靈活。因此，為了確保無人機(jī)能夠按照預(yù)定的三維坐標(biāo)進(jìn)行平穩(wěn)飛行，就必須要使其具備三維坐標(biāo)程控飛行功能。無人機(jī)應(yīng)具備三種飛行控制模式和降落方式，分別是自主控制模式、增穩(wěn)控制模式及手動控制模式，同時，這種三種飛行控制模式的切換響應(yīng)速度應(yīng)不超過0.1秒且無人機(jī)的飛行姿態(tài)與飛行狀態(tài)不會受到影響。為了使無人機(jī)在進(jìn)行異物摘除時能夠飛行穩(wěn)定，還要確保無人機(jī)具備定點懸停功能，并且在受到惡劣天氣影響時，無人機(jī)中應(yīng)安裝航向指示燈。無人機(jī)的機(jī)頭應(yīng)具備重定向功能，通過該功能能夠使無人機(jī)通過手柄或按鍵的方式進(jìn)行定向飛行。應(yīng)對該無人機(jī)的三種飛行模式的優(yōu)先級進(jìn)行設(shè)置，在通常情況下，增穩(wěn)飛行模式的優(yōu)先級更高，并在其進(jìn)行自主飛行時遇到人工干預(yù)后需要對執(zhí)行任務(wù)是否中斷進(jìn)行確定。

1.2 通訊及測控功能研制

多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)的通訊及測控功能也是其基本功能之一，應(yīng)確保無人機(jī)在40米高度飛行時其遙測距離至少在2公里以上，并且需要無人機(jī)具備實時傳輸功能和視頻全向功能，對數(shù)據(jù)圖像的傳輸時效延時不得超過300毫秒，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率不得超過10-6且延時不得超過20毫秒，同時，由于周邊電磁環(huán)境的復(fù)雜性，需要確保無人機(jī)的抗無線電干擾能力與電磁兼容性能較強(qiáng)。

2 多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)的核心功能研制

要想確保多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)在進(jìn)行異物摘除時能夠高效完成，需要其具備多種核心功能來予以保證。

2.1 任務(wù)功能研制

任務(wù)功能是多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)的關(guān)鍵所在，應(yīng)確保該無人機(jī)能夠進(jìn)行定點自動拍照的同時，還能進(jìn)行手動拍照。同時，在無人機(jī)巡檢過程中應(yīng)按照任務(wù)的實際需要來搭載可見光或紅外線傳感器。其中，可見光傳感器的照片采集質(zhì)量應(yīng)不少于1200萬像素，同時其還具備連續(xù)可調(diào)的自動對焦與遙控變焦功能。而紅外線傳感器的分辨率則不應(yīng)少于640×480，其測溫精度不得低于2K，熱靈敏度不得少于50mK，并確保其能夠在-20℃至150℃的惡劣環(huán)境中進(jìn)行正常拍攝，并且其需要具備自動對焦功能。該無人機(jī)所收集到的紅外影像顯示方式為偽彩，并且能夠?qū)t外影像中的最高溫度值及位置點進(jìn)行實時顯示與實時存儲及傳輸。無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時，可視范圍的水平角度應(yīng)為-180度至+180度，且無人機(jī)俯仰角度不得小于-60度至30度。

2.2 監(jiān)控顯示功能研制

多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)搭載的地面顯示設(shè)備應(yīng)為高亮屏，這樣能夠保證無人機(jī)在強(qiáng)光環(huán)境中進(jìn)行拍攝。同時，該無人機(jī)還應(yīng)具有任務(wù)規(guī)劃功能，并且能夠通過地面站來對無人機(jī)的航攝路線進(jìn)行更改，航攝路線中的航路點至少應(yīng)為50個。該無人機(jī)在進(jìn)行異物摘除工作時不僅能夠?qū)θ蝿?wù)過程進(jìn)行實時記錄與下傳，還能對無人機(jī)的各個分系統(tǒng)的相關(guān)信息進(jìn)行顯示與傳輸，工作人員能夠?qū)o人機(jī)的整個任務(wù)過程視頻進(jìn)行導(dǎo)出與回放。地面站與機(jī)載設(shè)備能夠?qū)o人機(jī)的紅外影響及攝錄的圖像信息進(jìn)行存儲，該無人機(jī)還具備遙測參數(shù)與飛行航跡的處理、記錄及顯示功能，在無人機(jī)中具備飛行日志下載與分析工具，這使無人機(jī)能夠?qū)︼w行數(shù)據(jù)進(jìn)行在線記錄。此外，地面站還能夠?qū)C(jī)頭的指向進(jìn)行清晰觀察，并能夠借助于網(wǎng)絡(luò)對地圖進(jìn)行下載與更新，同時，地面站還能將無人機(jī)的飛行航跡、機(jī)頭指向及預(yù)設(shè)航線等相關(guān)信息在地圖中進(jìn)行直觀顯示。

2.3 飛行控制功能研制

無人機(jī)的飛行控制精度直接關(guān)系到異物摘除任務(wù)的高效性，為此，在進(jìn)行飛行控制功能研制時，需要確保其在地理坐標(biāo)水平精度上不得超過1.5米，垂直精度不得超過3米，在無人機(jī)處于正常飛行狀態(tài)中，巡檢系統(tǒng)對無人機(jī)的飛行控制水平精度不得超過3米，垂直精度不得超過5米。

2.4 無人機(jī)安全防護(hù)功能研制

無人機(jī)安全防護(hù)功能的研制主要包括以下內(nèi)容，其一是自檢功能，在自檢功能中應(yīng)包括電池電壓、遙控遙測信號模塊、電池電壓模塊、電機(jī)模塊等，該功能能夠在系統(tǒng)某一模塊發(fā)生故障時進(jìn)行相應(yīng)類型的自動聲光報警，同時鎖死系統(tǒng)，使維修人員能夠根據(jù)報警的類型來快速判斷出故障部件。為了防止無人機(jī)在巡檢途中發(fā)生故障，應(yīng)設(shè)置一鍵返航功能，并且在無人機(jī)鏈接信號中斷時能夠進(jìn)行自動返航。當(dāng)無人機(jī)的電池電壓達(dá)到告警值時，無人機(jī)會自動進(jìn)行聲光提示。最后，無人機(jī)在飛行過程中發(fā)生飛行高度或速度異常、電機(jī)工作狀態(tài)異常情況，會將異常報警信號傳輸?shù)降孛嬲净蚴直?dāng)中進(jìn)行自動報警。在電池防護(hù)方面，應(yīng)確保各類型電池，如任務(wù)設(shè)備電池、飛控電池等的單次使用時間超過無人機(jī)自身的續(xù)航時間，且電池的充放電次數(shù)不得少于300次。電池的充電溫度應(yīng)為0℃至45℃度，在電池的接頭處應(yīng)具備較高的絕緣性且連接牢固、可靠，以此確保電池能夠長時間的連續(xù)使用。在對電池進(jìn)行安裝時，應(yīng)采取必要的防淋雨與防振動措施，且在電池充電或儲運過程中還應(yīng)具備防爆與阻燃等措施，且便于攜帶，在此基礎(chǔ)上還要確保電池的充電能夠更加便捷。

2.5 多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)功能實現(xiàn)的注意事項

在對多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)進(jìn)行研制時，應(yīng)注意以下事項：

（1）無人機(jī)的空機(jī)質(zhì)量不得超過7公斤；

（2）無人機(jī)外殼為絕緣性材料；

（3）在無人機(jī)中搭載機(jī)載追蹤器；

（4）無人機(jī)中的各個緊固件與連接件應(yīng)采取防松措施且布局合理；

（5）無人機(jī)中的現(xiàn)場配套工具應(yīng)裝箱儲運，且儲運箱不得超過兩個；

（6）無人機(jī)的支架、旋翼等能夠進(jìn)行更換的部件應(yīng)進(jìn)行標(biāo)識；

（7）對無人機(jī)中電子元件及機(jī)械零部件的保養(yǎng)周期不得少于50個小時或100個起落。

3 多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)的應(yīng)用

在無人機(jī)的發(fā)展初期，人們對無人機(jī)的使用大多是用來進(jìn)行監(jiān)視的，現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展使無人機(jī)的功能變得越來越多，如今已經(jīng)不再僅僅局限于監(jiān)視功能。多功能多旋翼異物摘除無人機(jī)不僅對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)、功能多樣、配置簡單，而且便于維護(hù)、控制靈活、使用壽命大幅度提升，這也使其在異物摘除任務(wù)中的效率更高且成本更低，有效降低了人工進(jìn)行異物摘除時的風(fēng)險，這使其在社會中的應(yīng)用變得越來越廣泛。

4 結(jié)語

總而言之，由于多功能多旋翼無人機(jī)在異物拆除時具備無可比擬的優(yōu)勢，這也使其具備了極高的應(yīng)用價值，并在各個領(lǐng)域的異物摘除中得到了廣泛應(yīng)用，該無人機(jī)的功能多樣，能夠有效完成指定任務(wù)，降低人力物力損耗，為社會的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。

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作者單位

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