多旋翼无人机果园植保作业规划及服务系统研发
这是一篇关于植保作业,多旋翼无人机,航迹规划,多机协同,web服务系统的论文, 主要内容为果园植保作业(喷洒农药、授粉等)是提升果实品质和果园经济效益的重要技术措施。近年来,随着我国农村劳动力老龄化的不断加剧和果园人力作业成本的逐步提高,应用多旋翼无人机提升果园植保作业效率成为农业领域重要的发展方向。无人机技术的新应用同时也伴随着新型农业生产实践技术需求,植保无人机作业团队在果园植保作业面临更加复杂的作业应用场景和作业调度需求。本文从实际农业应用价值的角度出发,面向三种果园植保作业场景,设计了植保无人机单机避障策略、单机多区域间调度和无人机集群协同作业的任务分配,最后设计和实现了植保无人机果园作业服务系统。具体研究工作如下:(1)植保无人机果园作业避障航迹规划。当面对混合着多种类型生态圈(例如:房屋、电线杆等)小区域的生态果园环境,植保无人机盲目的喷洒作业将严重影响果园生态平衡。为此,针对生态果园植保无人机作业需要避障的作业应用,在果园模型搭建的基础之上,研究了基于避障策略的生态果园作业航线规划设计方案,以实际果园环境进行全覆盖植保作业仿真,仿真结果表明,本文应用的避障算法可满足作业评价指标的总体要求,且可有效提升局部雾滴覆盖率,达到了总体指标寻优的目的。(2)单机多作业区域间调度及无人机集群协同作业任务分配。针对两类具有实际农业应用价值的特殊果园植保作业场景,在理论层面进行植保无人机作业技术的探索。一是面对归属不同、地域分隔且相近的小区域果园植保作业,使用分支限界法和双向的TSP模型对区域间的调度优化次序进行求解;二是面向较大规模果园或紧急植保作业场景,采用多旋翼无人机集群编队作业形式,应用蚁群算法对CVRP模型进行求解,实现了多旋翼无人机集群作业的任务分配仿真,相对于单机作业,该理论可有效提升果园植保作业的效率。(3)植保无人机果园作业Web服务系统。由于目前的第三方植保服务信息平台,只提供给农户植保公司的联系方式,缺乏实际作业前的作业数据预估,而农用无人机作业配套的农业大数据服务平台,将成为农用无人机服务公司的商业模式创新的重要方向。本文首先完成了用户角色用例模型、数据库设计和服务系统功能模块设计;然后,采用Vue前端框架和基于Spring Boot服务的后端框架,开发实现了作业服务系统用户管理、作业需求管理、作业实施技术调度方案和作业评估等功能模块;最后,通过软件测试,验证系统的健壮性、可靠性以及可扩展性。
多旋翼无人机果园植保作业规划及服务系统研发
这是一篇关于植保作业,多旋翼无人机,航迹规划,多机协同,web服务系统的论文, 主要内容为果园植保作业(喷洒农药、授粉等)是提升果实品质和果园经济效益的重要技术措施。近年来,随着我国农村劳动力老龄化的不断加剧和果园人力作业成本的逐步提高,应用多旋翼无人机提升果园植保作业效率成为农业领域重要的发展方向。无人机技术的新应用同时也伴随着新型农业生产实践技术需求,植保无人机作业团队在果园植保作业面临更加复杂的作业应用场景和作业调度需求。本文从实际农业应用价值的角度出发,面向三种果园植保作业场景,设计了植保无人机单机避障策略、单机多区域间调度和无人机集群协同作业的任务分配,最后设计和实现了植保无人机果园作业服务系统。具体研究工作如下:(1)植保无人机果园作业避障航迹规划。当面对混合着多种类型生态圈(例如:房屋、电线杆等)小区域的生态果园环境,植保无人机盲目的喷洒作业将严重影响果园生态平衡。为此,针对生态果园植保无人机作业需要避障的作业应用,在果园模型搭建的基础之上,研究了基于避障策略的生态果园作业航线规划设计方案,以实际果园环境进行全覆盖植保作业仿真,仿真结果表明,本文应用的避障算法可满足作业评价指标的总体要求,且可有效提升局部雾滴覆盖率,达到了总体指标寻优的目的。(2)单机多作业区域间调度及无人机集群协同作业任务分配。针对两类具有实际农业应用价值的特殊果园植保作业场景,在理论层面进行植保无人机作业技术的探索。一是面对归属不同、地域分隔且相近的小区域果园植保作业,使用分支限界法和双向的TSP模型对区域间的调度优化次序进行求解;二是面向较大规模果园或紧急植保作业场景,采用多旋翼无人机集群编队作业形式,应用蚁群算法对CVRP模型进行求解,实现了多旋翼无人机集群作业的任务分配仿真,相对于单机作业,该理论可有效提升果园植保作业的效率。(3)植保无人机果园作业Web服务系统。由于目前的第三方植保服务信息平台,只提供给农户植保公司的联系方式,缺乏实际作业前的作业数据预估,而农用无人机作业配套的农业大数据服务平台,将成为农用无人机服务公司的商业模式创新的重要方向。本文首先完成了用户角色用例模型、数据库设计和服务系统功能模块设计;然后,采用Vue前端框架和基于Spring Boot服务的后端框架,开发实现了作业服务系统用户管理、作业需求管理、作业实施技术调度方案和作业评估等功能模块;最后,通过软件测试,验证系统的健壮性、可靠性以及可扩展性。
无人机起落站系统研究与设计
这是一篇关于多旋翼无人机,无人机起落站,多电机协同控制,路径优化,B/S架构的论文, 主要内容为随着旋翼无人机相关技术的迅猛发展,相关应用研究也得到了较为广泛的推广。但执行任务时需要专业飞手控制并现场更换电池,另外,无人机续航能力存在不足,由此带来的成本高及时效性差的问题限制了其在行业应用领域的深入发展。因此,相关科研机构和科技公司根据行业需求,开始研究可以实现无人机全自主无人化作业的技术,本文研究和设计的无人机起落站系统从无人机作业流程出发,实现了从设计到应用的不断优化。本文将系统分为起落站模块、任务执行模块及监控平台三个部分,对其中关键算法进行仿真与实践,搭建了一套功能完备的起落站任务系统。主要研究内容与所做工作如下:1、根据相关行业应用需求,提出无人机起落站系统的功能要求与设计原则,针对起落站机械结构、控制系统、多电机协同控制策略设计相应方案;针对任务执行过程中的飞控导航、数据采集做出优化设计方案并研究路径优化算法;设计监控平台基本架构与功能模块方案。上述方案为系统的详细设计搭建框架。2、按照起落站的功能需求,完成起落站控制系统设计,利用工控机、运动控制板卡等硬件设备搭建伺服控制系统。采用Labview编程语言,完成了现场上位机的控制程序,满足了起落站模块的控制需要。从起落站多电机协同控制出发,研究基于偏差耦合控制策略的多电机协同控制策略,通过对偏差耦合控制策略的改进,使得系统在应对单电机跟随误差以及多电机同步误差时获得较好的运行输出。3、根据相关任务需要,设计任务执行模块,采用千寻位置定位技术实现无人机厘米级导航控制精度,采用图传和数传等多种方式完成采集数据的远程传输。重点针对无人机路径寻优问题,通过研究天牛须算法(BAS)、蚁群算法(ACO)及二者相融合的路径优化算法,结合Matlab建模仿真,并通过实地测试,说明融合算法在寻优效率以及最终的输出结果上明显优于传统寻优算法。4、根据远程监控的需要,从WEB应用系统入手,采用B/S架构搭建服务器端及浏览器端,利用数据库技术、网页开发语言、动态网页技术实现数据的上下游交互以及界面的展示。设计状态监控、任务管理、数据库三个模块,全方位规划并展示系统运行过程与结果。无人机起落站系统按照模块化的设计原则,通过集成优化,搭建起一套功能完备的任务系统,并通过在现场实际测试,实现了无人机无人化自主作业的功能。
多旋翼无人机果园植保作业规划及服务系统研发
这是一篇关于植保作业,多旋翼无人机,航迹规划,多机协同,web服务系统的论文, 主要内容为果园植保作业(喷洒农药、授粉等)是提升果实品质和果园经济效益的重要技术措施。近年来,随着我国农村劳动力老龄化的不断加剧和果园人力作业成本的逐步提高,应用多旋翼无人机提升果园植保作业效率成为农业领域重要的发展方向。无人机技术的新应用同时也伴随着新型农业生产实践技术需求,植保无人机作业团队在果园植保作业面临更加复杂的作业应用场景和作业调度需求。本文从实际农业应用价值的角度出发,面向三种果园植保作业场景,设计了植保无人机单机避障策略、单机多区域间调度和无人机集群协同作业的任务分配,最后设计和实现了植保无人机果园作业服务系统。具体研究工作如下:(1)植保无人机果园作业避障航迹规划。当面对混合着多种类型生态圈(例如:房屋、电线杆等)小区域的生态果园环境,植保无人机盲目的喷洒作业将严重影响果园生态平衡。为此,针对生态果园植保无人机作业需要避障的作业应用,在果园模型搭建的基础之上,研究了基于避障策略的生态果园作业航线规划设计方案,以实际果园环境进行全覆盖植保作业仿真,仿真结果表明,本文应用的避障算法可满足作业评价指标的总体要求,且可有效提升局部雾滴覆盖率,达到了总体指标寻优的目的。(2)单机多作业区域间调度及无人机集群协同作业任务分配。针对两类具有实际农业应用价值的特殊果园植保作业场景,在理论层面进行植保无人机作业技术的探索。一是面对归属不同、地域分隔且相近的小区域果园植保作业,使用分支限界法和双向的TSP模型对区域间的调度优化次序进行求解;二是面向较大规模果园或紧急植保作业场景,采用多旋翼无人机集群编队作业形式,应用蚁群算法对CVRP模型进行求解,实现了多旋翼无人机集群作业的任务分配仿真,相对于单机作业,该理论可有效提升果园植保作业的效率。(3)植保无人机果园作业Web服务系统。由于目前的第三方植保服务信息平台,只提供给农户植保公司的联系方式,缺乏实际作业前的作业数据预估,而农用无人机作业配套的农业大数据服务平台,将成为农用无人机服务公司的商业模式创新的重要方向。本文首先完成了用户角色用例模型、数据库设计和服务系统功能模块设计;然后,采用Vue前端框架和基于Spring Boot服务的后端框架,开发实现了作业服务系统用户管理、作业需求管理、作业实施技术调度方案和作业评估等功能模块;最后,通过软件测试,验证系统的健壮性、可靠性以及可扩展性。
仿蝙蝠式自主飞行栖附机器人研究
这是一篇关于飞行栖附机器人,多旋翼无人机,仿生设计,仿蝙蝠机器人的论文, 主要内容为随着多旋翼无人机相关技术的迅速发展,其已经广泛应用于生活的方方面面,带来了巨大的经济与社会效益。然而,多旋翼无人机普遍存在着飞行作业时间短、作业噪声大等问题。为解决这些问题,本文提出了一款仿蝙蝠式的可栖附式飞行机器人。同时为解决现有飞行栖附机器人环境感知能力弱、抗干扰性差、缺乏自主性等问题,本文还设计了该机器人的环境感知系统、伺服控制系统以及上层规划系统。具体而言,本文主要开展了如下研究:(1)仿生栖附机构的设计与优化:通过分析自然界典型的飞行栖附类生物蝙蝠的栖附机理,本文以连杆机构、棘轮机构等理论为基础,设计了承载能力高、适应性强、具有双重自锁机制的栖附机构,并对其进行了运动学、动力学分析,进而对机构尺寸进行了优化,最后将其与四旋翼无人机集成形成了仿蝙蝠式的飞行栖附机器人。(2)自主飞行栖附系统设计:为实现飞行栖附机器人面向典型环境目标的自主栖附,提高系统的自主性,本文首先基于双目立体视觉技术、图像的形态学处理方法以及卡尔曼滤波算法等实现了机器人对典型环境目标的实时追踪与感知;然后基于高鲁棒性的自抗扰控制器设计了飞行机器人的姿态与高度控制系统,并利用Matlab-Simulink对控制器的控制性能进行了仿真分析;最后基于时间接触理论设计了机器人的运动轨迹,以提高运动过渡的柔顺性,形成了感知-控制-规划一体的自主栖附系统。(3)飞行栖附机器人原理样机搭建及相关实验研究:根据前文的研究结果,本文首先对飞行栖附机器人的软硬件系统进行了设计,对相关零部件进行了选型,搭建了机器人样机;然后对栖附机构的负载能力与适应性、目标提取与跟踪算法的跟踪效果与鲁棒性进行了实验分析;最后针对典型栖附目标开展了自主栖附实验,分析了不同模式下系统的功耗。实验结果表明本文所设计的飞行栖附机器人在室外环境中适应性强,能够自主栖附于球杆等典型环境目标,同时其栖附功耗仅为多旋翼无人机悬停功耗的3.1%,静默栖附定点作业时间能够提升约32倍,且不产生环境噪声。验证了本文所提相关理论和方法的可行性以及本文研究内容的价值和意义。
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