低空遥控无人施药机技术_老木一支笔专业编制可行性研究分析报告_资金项目立项申请报告

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低空遥控无人施药机技术

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1　范围
本标准规定了低空低量遥控无人施药机的术语和定义、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输与贮存。
本标准适用于低空低量遥控无人施药机（以下简称施药机），无人驾驶遥控飞行的其它植保机械也可参照执行。
2　规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 2828.1　计数抽样检验程序　第1部分：按接受质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划
GB/T 9480　农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械　使用说明书编写规则
GB 10396　农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械　安全标志和危险图形　总则
GB/T 13306　标牌
GB/T 13452.2—2008　色漆和清漆　漆膜厚度的测定
GB/T 20084　植物保护机械　词汇
GB/T 22451　无线电通信设备电磁兼容性通用要求
GB/T 24677.2　喷杆喷雾机　试验方法
JB/T 5673—2015　农林拖拉机及机具涂漆　通用技术条件
JB/T 9832.2　农林拖拉机及机具　漆膜附着性能测定方法　压切法
3　术语和定义
GB/T 20084界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1　
低空低量遥控无人施药机
采用低量喷头，飞行高度不超过300 m且无人驾驶，通过遥控操作进行农业施药作业的飞行器。通常由机体、动力装置、机载电子电器设备以及任务装备等几个部分组成。
3.2　
遥控
通过通信媒体对远距离被控对象进行控制，通信媒体由操作装置、编码装置、发送装置、信道、接收装置、译码装置和执行机构等部件组成。
3.3　
遥测
通过施药机无线电数据链的下行信道，对施药机状态参数进行的测量。
3.4　
飞行控制系统
是施药机上所有用来传递操纵指令、驱动舵面运动的所有部件和装置的总和。主要由机载部分和地面控制端两部分组成，机载部分主要包括传感器、舵机和飞行控制器三部分。
3.5　
飞行控制器
负责通过数据链与地面站之间传输数据、并通过遥控接收机接收来自地面控制端的飞行指令，指导控制施药机系统各部分的工作，从而使施药机能够根据事先编辑好的控制算法自动调整和保持预设的飞行姿态，按照指定的轨迹飞行与作业的装置。
3.6　
地面控制端
负责对接收到的施药机的各种参数进行数据分析处理，并在需要情况下对施药机的航迹进行修改和操控的装置。地面控制端一般由中央处理器、通讯系统、监测显示系统、遥控系统组成。
3.7　
作业高度
施药机在田间作业时，植保作业部件距离植物高度。
3.8　
超低空低量施药作业
指施药机在飞行高度10 m以下，亩喷洒量1.2 L以下的施药作业。
3.9　
控制模式
操作者可以指挥施药机飞行的方式，一般分为全自主控制、半自主控制和人工控制三种模式。
3.10　
全自主控制
施药机能够根据预先设定的航线、任务等预执行命令，进行无需人工干预的自主飞行作业模式。
3.11　
半自主控制
在预设的飞行指令准则下，操作者以通过局部修改施药机的控制命令，使其能按照操作者意愿完成作业任务的飞行模式。
3.12　
人工控制
操作者通过对地面控制端的人工操作，完成对施药机航向与姿态调整的一种飞行模式。
3.13　
机载电子电气设备
包括飞行控制与管理设备(含任务管理设备)、定位和导航设备以及机上电力的产生、存储、备用、变换、分配、传输和控制的所有部件。
4　技术要求
4.1　安全要求
4.1.1　对操作者有危险的部位，应固定永久性的安全标识；在机具的明显位置还应有警示操作者使用安全防护用具的安全标识，安全标识应符合GB 10396的规定。
4.1.2　施药机应具有失控安全保护功能。飞行控制系统应能够在启动时记录起飞地点的坐标信息，当地面通讯不畅、导航信号中断或失去遥控信号时，施药机应能够保持姿态稳定和安全高度并处于悬停状态等待地面通讯恢复或能够自动返回起飞地点并着陆。
4.1.3　施药机系统所有连接件和紧固件必须满足连接强度要求并有防松措施。
4.1.4　施药机应具有地面遥控器和声光警示装置，显示飞行状态和主要作业参数，保证操作者在按照操作规程作业的情况下能够安全起降、平稳飞行。
4.1.5　施药机应具有边界限定功能，高度和距离限定应符合产品使用说明书的相关规定。
4.1.6　施药机的电器系统应采取防水措施，所有接线均不应裸露。
4.1.7　施药机的制造厂或供应商应随机提供使用说明书。使用说明书应按GB/T 9480的规定编制，并至少应包括以下内容：
a) 起动和停止步骤；
b) 通讯设备功能介绍；
c) 地面操控装置和飞行控制装置介绍；
d) 安全停放步骤；
e) 运输状态机具布置；
f) 折叠喷雾机喷杆时，挤夹点和剪切点处的危险性；
g) 维护和保养要求；
h) 有关安全使用规则的要求；
i) 在处理农药时应当遵守农药生产厂所提供的安全说明；
j) 安装说明、故障处理说明；
k) 危险与危害一览表；
l) 制造厂或供应商名称、地址及电话。
4.2　作业性能要求
4.2.1　施药机存储应能适应-20 ℃～50 ℃的环境温度，在环境温度5 ℃～45 ℃和相对湿度不大于95 %的环境条件下应能进行作业飞行。
4.2.2　施药机应能在风速不大于5 m/s的自然环境中进行正常的施药作业，并应能在风速不大于7 m/s的环境条件下安全飞行。
4.2.3　施药机应保证超低空、低速飞行作业稳定性和优良的操纵性及机动性。
4.2.4　施药机应保证在承载全部作业载荷的条件下，最小续航时间不小于单次起降作业时间的1.2倍且保证安全返航。
4.2.5　施药机应至少具有飞行与控制稳定性增强功能。对于具备两种或两种以上飞行模式的施药机，应能确保飞行过程中飞行模式的自由无缝切换，切换响应速度应小于0.5 s。切换过程中，施药机的飞行姿态和飞行状态不发生明显变化。施药机在半自主控制或全自主控制模式下作业时至少应具备定高定速能力，能够按照设定的航线和速度飞行。具备感知规避系统的施药机应能根据施药机同障碍物的距离作出（报警，减速，悬停或绕行等）处理。在单方向遥控飞行时，应无明显的指令动作以外的其他方向运动。
4.2.6　在无遮挡物和电磁干扰的情况下，施药机遥控系统无线数据信号的传输控制距离应不小于500m；加载地面控制端的施药机，遥控/遥测距离应不小于800 m。
4.2.7　施药机通讯与控制系统应具有较强的电磁兼容性能和抗无线电干扰能力。特别针对同频干扰，应制定可靠的解决方案，具体要求与方法应符合GB/T 22451的规定。无线电测控频率应符合国家规定，严禁超范围使用其他领域用途的无线电频率。
4.2.8　施药机地面设备上应始终具备电子设备供电电压、发动机或动力电池工作状态显示，当动力低于预设值时应有明显的声或光提示。具备地面控制端的施药机，其控制端上应显示飞行航迹、飞行高度、飞行速度、航路地图、飞行姿态、传感器信息等数据显示。
4.2.9　施药机可根据用户要求安装配备保存飞行作业信息的加密存储系统，该系统安装在飞行器上或地面控制端内。
4.2.10　存储系统保存的数据内容至少应包括施药机所有飞行路线的位置信息，生产商、机体编码等身份识别信息并固化记录，该信息未经许可不得随意更改。
4.2.11　施药机主要性能指标应符合表1的规定。
表1　主要性能指标
项目指标
承载药液量/L ≥5
作业高度/m 0.5～3
飞行速度/（m/s） 0～6
喷幅宽度/m ≥3
喷洒流量/(L/min) 0.5～1.5（单个喷头）
压力雾化喷洒工作压力/（MPa） 0.2～0.4
目标相对距离定位精度/m ±1
目标相对高度定位精度/m ±0.5
雾滴直径/μm 50～200
作业效率不低于使用说明书的规定
4.3　可靠性要求
施药机平均故障间隔时间应不小于20 h，有效度应不小于93 %。
4.4　整机要求
4.4.1　施药机外观应整洁，各零件、仪表及附件齐备完好，联结紧固，各部件不应有妨碍操作、影响安全的现象。
4.4.2　各零部件应具有一定的防腐性能，需要密封的零部件应采取有效的防腐蚀密封形式。
4.4.3　施药机应具有地面保障装备，地面保障装备至少包括：充电设备、加药装置、调试工具、储存及运输工具等。
4.4.4　施药机结构应能根据农艺要求或作业条件进行相应的调整，各调整机构应操作方便，调节灵活、可靠，调节范围应能达到规定的极限位置。
4.4.5　施药机电器系统应安装到位，极性正确，与相应的配套设备匹配。电器系统的配线应与电流量相适应，以确保施药机工作时安全、可靠。
4.4.6　施药机涂层表面应平整、光滑、色泽均匀，不得有裸露、起泡、流挂、剥落等缺陷。施药机机罩、旋翼等其他装饰性部件的油漆涂层应符合JB/T 5673—2015中TQ-1-2-DM的规定，其他外露表面的油漆涂层应符合JB/T 5673—2015中TQ-2-2-DM的规定。
4.5　重要零部件要求
4.5.1　飞行器机体要求
4.5.1.1　施药机在飞行与正常起降条件下应能承受因操纵引起的飞行轨迹急速改变或突发气流扰动引起的动载荷变化而不发生明显的形变和损坏。
4.5.1.2　施药机在飞行条件下应保证在使用载荷下不发生影响工作的弹性变形，在设计极限载荷下不发生损坏。
4.5.1.3　施药机在飞行条件下应保证在空载飞行或搭载任务载荷飞行时无剧烈颤振，且应能在振动频率小于50 Hz时，振动加速度小于0.15 mm/s2，且不发生影响正常飞行作业的形变和损坏。
4.5.1.4　在地面操纵和起吊、运输、使用过程中，应保证固定任意旋翼臂或单旋翼直升机尾杆，其它部分悬空后，固定部位不折断或发生断裂，机体不发生变形。
4.5.2　动力要求
4.5.2.1　采用锂电池作为动力来源的施药机，一次充满电后，连续正常工作的时间应不少于10 min。
4.5.2.2　电动机寿命应不小于300 h，且在全寿命循环周期内能达到标准飞行载荷飞行时间。
4.5.3　喷洒装置要求
4.5.3.1　喷洒设备材质应具有足够的强度、刚度以及较轻的质量。
4.5.3.2　正常工作时，各零部件及连接处应密封可靠，不应出现药液泄露现象。
4.5.3.3　喷洒设备在施药机上布局应合理，在作业高度范围内的喷雾量分布均匀性变异系数应不大于40 %。
4.5.3.4　接触农药的零部件，特别是喷头中的垫片和药泵中的密封部件，应具有良好的防腐蚀性能；其结构应使药液的残留量最少，且能清洗排尽。
4.5.3.5　喷洒设备至少应有二级过滤装置，且最末级过滤网目不大于喷头孔径的75 %（离心雾化喷头除外）。过滤网应便于清洗和更换。
4.5.3.6　药液箱材质应具有防腐、密度小、易修复等特性；药液箱应具有显示装载容量或重量的装置，其安装位置应便于机组人员观察；药液箱实际容量应不少于额定容量的95 %。
4.5.3.7　药液箱口盖应固定牢靠且密封良好，内部应考虑防晃设计，以防施药机在作业过程中药液过度晃动，影响飞机的平稳性。
4.5.3.8　液泵和管路的制作材料应具有防腐、耐用、易维护等特性，宜采用不锈钢、铸铝、复合材料等。
4.5.3.9　应按植保要求选择相应的航空喷头，以适合不同剂型药物的喷洒要求；在规定的工作压力下，喷头应确保喷雾流量均匀、连续。喷头的喷量偏差应不大于额定喷量的±10 %。
4.5.3.10　压力雾化喷头应有防滴装置，当喷洒系统关闭后，每个喷头的滴漏数应大于10滴/min，且防滴装置应开闭灵敏、性能可靠；离心雾化喷头转速可调、雾化均匀，作业时转盘应始终处于工作状态。
4.5.3.11　从工作位置变成运输位置或从运输位置变成作业位置，应避免可能对喷杆产生的挤夹和剪切；在运输过程中，喷杆应固定在稳定可靠的运输位置上。
4.5.3.12　承压软管上应有永久性标志，直接或间接标明制造厂和最高允许工作压力；软管接头应能承受机具正常工作时产生的静载荷或冲击载荷，不应松脱和泄露；承压管路系统，包括仪表、压力计管路和所有承压软管，应能承受不小于规定最高工作压力的1.5倍的压力而无泄漏。
5　试验方法
5.1　总质量和药液箱容量
在磅秤上称量施药机净质量W1（kg），然后向药液箱内加水至额定容量的水位线，再称整机质量即总质量W2（kg），计算出实际容量V（L）。水的密度按1.0 g/cm3计算。
5.2　密封性试验
将机具按照正常工作状态进行组装、工作，观察喷雾是否均匀，除喷口外其他部位渗漏情况。观察时间1 min，试验中允许对机具进行1次调整，但不允许更换零部件。
5.3　空运转性能检验
整机装配后，启动遥控器，在不起飞的状态下空运转5 min，观察传动系统中有无异常响声，观察各紧固、连接部位有无松动现象，观察遥控器各信道能否正常工作，信号灵敏。
5.4　飞行性能试验
5.4.1　试验前，试验样机应按制造厂使用说明书的规定进行调整、保养和操作，并调至最佳技术状态。
5.4.2　试验场地应不小于500 m2。
5.4.3　风速应不大于≤7 m/s。
5.4.4　测试施药机在承载全部作业任务载荷条件下的飞行稳定性和遥控器的控制能力。
5.5　施药作业性能试验
5.5.1　作业条件
环境温度5 ℃～45 ℃、相对湿度不大于95 %，风速不大于5 m/s。
5.5.2　作业高度
先测定作物高度，然后在遥控器上设定参数，用GPS定位模式，喷头离作物高度（2～4）m后，悬停测量检验。
5.5.3　喷幅宽度
选择平坦地面，垂直于飞行方向设置3条相距5 m的质量检测线，在每条检测线上以航标为中心设12个水敏纸采样收集器，每个间隔0.5 m，施药机对准航标信号，按要求的作业高度进行喷洒作业。重复三次。根据雾滴直径和密度确定喷幅宽度。
5.5.4　作业效率
在地面控制器上设定飞行速度参数（0～2）m/s，测定飞机在一段时间内的作业距离，根据喷幅宽度计算作业效率。
5.6　涂漆厚度、涂漆附着力的检测
5.6.1　漆膜附着力的检测按JB/T 9832.2的规定进行。
5.6.2　漆膜厚度的检测按GB/T 13452.2—2008中5.2的规定进行。
5.7　锂电池连续工作时间
按说明书规定的方法将锂电池充好电，开机正常工作，记录到欠压保护报警，或观察监视系统低于说明书规定的最低工作电压时为止。这两种状态中最先达到的时间作为连续工作时间。
5.8　喷洒装置试验
按照GB/T 24677.2的规定测定。
5.9　可靠性试验
5.9.1　故障及其判定
5.9.1.1　故障：指施药机产品整机、部件或零件在规定条件下和规定时间内丧失规定功能。
5.9.1.2　关联故障：与施药机本质失效有关的故障、如危及作业安全、丧失功能以及零部件损坏等故障，但轻度影响产品功能、修理费低廉的故障以及经调整或保养能轻易排除的轻度故障（如紧固后可排除的轻微渗漏、螺栓松动、更换次要的外部紧固件、清除过滤器堵塞等）除外。
5.9.1.3　非关联故障：外界因素造成施药机的故障，如：
a) 由于超出使用说明书、技术条件规定的使用条件操作造成的故障；
b) 由于使用、保养不当或误动作造成的故障；
c) 外界偶然事故引起的故障，如天气恶劣等。
5.9.1.4　可靠性判定中，只计入关联故障。
5.9.2　试验方法
试验时，操作人员应按制造厂提供的产品使用说明书的规定进行操作和维修。试验时间应不少于50 h（包括排除故障时间，但不包括充电时间）。
5.9.3　计算方法
5.9.3.1　按式（1）计算平均故障间隔时间。
(1)
式中：
MTBF ——平均故障间隔时间，单位为小时（h）；
∑ti ——试验样机的累计工作时间之和，单位为小时（h）；
r ——被试样机在生产考核期间累计故障次数（轻度故障除外）。
5.9.3.2　按式（2）计算有效度。
(2)
式中：
A ——有效度，%；
∑tr ——试验样机故障排除和修复时间之和，单位为小时（h）。
6　检验规则
6.1　出厂检验
6.1.1　每台施药机出厂前应经制造厂质量检验部门检验合格后，附产品检验合格证方可出厂。
6.1.2　出厂检验项目应符合表2规定。出厂检验应全部检验项目合格，对于出厂检验中出现的故障，排除后应重新进行试验。发现的问题无法排除时，按不合格处理。
6.2　型式检验
6.2.1　型式检验要求
凡属下列情况之一者，应进行型式检验：
a) 新产品定型鉴定及老产品转厂生产时；
b) 正式生产后如结构、工艺、材料等有较大的改变，可能影响产品性能时；
c) 正常生产时，三年应进行一次型式检验；
d) 产品停产一年或一年以上，恢复生产时；
e) 国家质量监督机构提出进行型式检验要求时。

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