绿翼使者——农业喷洒无人机

申报人：冯世琛申报日期：2025-01-10

基本情况

所属批次:

2025年批次

项目名称:

绿翼使者——农业喷洒无人机学生申报

项目类型:

创新训练项目

所属学科门类:

工学

所属专业类:

机械类

项目来源名称:

E竞赛专项

项目归属学院:

项目期限:

一年期

项目简介:

智能农业喷洒无人机系统的研发及推广应用。该项目依托尖端的人工智能、物联网、大数据分析等综合性技术，专攻精准农业作业自动化，旨在显著提升农业生产效能，精简化学物质施用量，进而构建可持续农业生态环境。核心目标包括实现自主导航、智能识别及靶向喷洒等多项高精尖功能，同时，强调用户体验与设备的稳定运行，确保解决方案的高度实用性和便捷性。更将在生态保护、食品安全乃至农村经济振兴等方面产生深远而积极的影响。

负责人曾经参与科研的情况:

1、2024 Robomaster机甲大师超级对抗赛全国赛国家级优胜奖；

2、2024 Robomaster机甲大师超级对抗赛区域赛国家级优胜奖；

3、第十七届全国3d大赛工业设计赛道省级一等奖；

4、第十七届全国3d大赛工业设计赛道省级二等奖；

5、第十七届全国3d大赛工业设计赛道省级二等奖；

6、2024年“数据要素x”大赛广西分赛高校赛道数据产品创新优秀奖

指导教师承担科研课题情况:

参与完成国家基金项目1项、区级重大专项项目1项、省部级项目1项，主持完成省部级项目1项、地厅级科研项目1项，主持校级科研启动项目1项。发表论文30篇，其中SCI/EI收录论文21篇。获得中国人工智能学会高校机器人产教融合典型案例成果1次。

指导教师对本项目的支持情况:

支持

项目级别:

区级

项目成员

序号	学生	所属学院	专业	年级	项目中的分工	成员类型
1	冯世琛	机械与控制工程学院	机械设计制造及其自动化（中外合作办学）	2023	规划并统筹项目	第一主持人
2	傅宇豪	机械与控制工程学院	机械设计制造及其自动化（中外合作办学）	2023	机械结构设计	成员
3	吴玉珍	测绘地理信息学院	地理信息科学	2023	设计调试对机器人进行测试，并记录与处理实验数据电子控制系统	成员
4	裴筱琰	测绘地理信息学院	地理信息科学	2023	设计调试电子控制系统	成员
5	刘思翰	机械与控制工程学院	机械设计制造及其自动化（中外合作办学）	2023	对机器人进行测试，并记录与处理实验数据	成员

指导教师

序号	教师姓名	所属学院	是否企业导师	教师类型
1	梁勇	机械与控制工程学院	否	第一指导教师
2	韦华泽	机械与控制工程学院	否	指导教师

立项依据

研究目的:

农业喷洒无人机的研发与应用主要围绕以下几个核心研究目的展开，旨在推动农业向智能化、精细化、可持续化的方向发展：

1. 提高效率与精确度：传统的人工喷洒方法存在劳动强度大、工作效率低的问题，且易造成农药过量使用。农业喷洒无人机利用先进的GPS定位系统和自动化控制技术，能实现高精度定点定量喷洒，显著提升工作效率，并减少资源浪费。

2. 降低环境污染：精准施药减少了化学物质的过度扩散，有助于降低对非目标生物的影响，包括有益昆虫和其他野生动物，从而保护生态环境。同时，减少农药残留，保障食品安全，促进农业生产的可持续性。

3. 节省成本：无人机喷洒技术可大幅降低人工成本，减少劳动力需求。此外，由于精确施药降低了农药用量，长期来看也有助于农民节约开支，提高经济效益。

4. 增强灵活性与适应性：农业无人机能在各种地形条件下进行作业，如丘陵、山区等复杂地貌，提高了农业生产的适应性和覆盖面。同时，它们不受时间限制，夜间也能工作，进一步提升了作业效率。

5. 促进数据驱动决策：配备传感器和遥感技术的农业无人机收集大量农田数据，包括土壤湿度、作物健康状况等信息，帮助农民做出科学种植决策，优化资源配置，实现精准农业管理。

6. 应对人口老龄化与劳力短缺：随着全球人口结构变化，年轻一代不愿从事重体力农业劳动，农业喷洒无人机的应用部分缓解了农村劳动力不足的问题，保证了粮食安全和农业持续产出。

总之，农业喷洒无人机的研究与推广，对于推动农业现代化进程、提升农产品竞争力、促进环境保护等方面都有着深远的意义，是现代农业不可或缺的一部分。

研究内容:

1.提高无人机喷洒提高效率与精确度

2.飞行稳定性与自主导航

3.喷洒系统设计

4.载荷承载能力

5.能源解决方案

国、内外研究现状和发展动态:

当前，全球农业喷洒无人机技术正处于迅猛发展的黄金时期，中国、美国、欧洲及日本等地区展现出卓越的领导力与创新能力，共同塑造着农业科技新纪元。

中国，得益于前瞻性的政策引导与企业界的不懈探索，已然构筑起稳固的农业无人机技术生态链。诸如大疆、极飞科技等行业领军者，依托于自主研发的高端传感器与智能控制系统，大幅提升农业作业效率与精准度。政府通过设立基金、优惠政策等措施，有效促进了农业无人机技术的转化与商业化，形成科技驱动的增长格局，为我国乃至全球农业现代化树立典范。

例如美国，身为现代农业技术的发源地，其农业无人机应用场景涵盖了从大面积农场的精准耕作到数据驱动的作物健康管理。该国的科研力量与商业实体携手合作，持续深化对智能感知、决策算法的研究，确保农业无人机系统兼具效能与安全性，为农业决策提供实时、可靠的依据，引领行业迈向更高的智能化水平。

欧洲，恪守环保理念与标准化建设，正构建开放而协调的农业无人机应用环境。通过强化法规框架，促进跨国合作，欧洲不仅培育了成熟的市场氛围，也激发了农业无人机技术的广泛传播。多国间的知识分享与技术转移，有效催化了农业无人机的地域适宜性改进，使其更好地服务于当地农业需求。

概览全球，农业喷洒无人机的革新与应用，正深刻重构农业产业结构，汇聚物联网、大数据分析、5G通信等尖端科技，绘就一幅幅集约化、数字化、可持续发展的未来农业蓝图。农业无人机不仅极大优化了农业生产方式，更在全球范围内彰显出科技对粮食安全、生态平衡与经济增长的深远影响力。未来，随着技术迭代与跨界融合的持续深化，农业喷洒无人机势必将开创更多可能，引领全球步入一个智能、高效、和谐共生的农业新时代。

创新点与项目特色:

1.整体外观

设计机架过程中，参考了现成驱鸟无人机的结构,考虑到天空中有许多不可控的自然因素，例如鸟类撞机，气流变化等等,故在桨叶的周围添加了框架，在框架周围还覆盖了渔网，作为桨叶保护，可以极大预防炸机等意外发生。还有无人机机架的载荷部分是用来携带各神传感器、相机、通信设备和其他附加装置的碳板平台。这一部分的设计考了才载荷的重量、重心位置和平衡性,以确保无人机在飞行时能够稳定地携带并操作载荷。

2.播撒系统

播撒系统是自动播撒无人机的关键部分，它包括填料装置和发射系统等。播撒器通常采用先进的螺旋推进式设计，保证播撒物料的均匀性。同时，播撒管的设计也经过精心优化，确保播撒的范围和精度

3.多功能电路集成

自动播撒无人机装载了六块超大电池，保证了其在空中作业的续航和稳定，该电池具有长续航，质量小的特点，并且将六块电池对称放置，不会影响该无人机的正常飞行和使用，同时，这六块电池还装载了内置智能芯片，在为无人机的正常使用提供电力输送时还能参与智能系统的调动和分配。

4.增强抗干扰能力

差分信号传输：CAN总线使用差分信号传输，具有很强的抗共模干扰能力，能够在电磁环境复杂的场景下稳定工作。

冗余机制：CAN总线支持冗余设计，即使部分通道出现故障，系统也能通过备用通道继续运行，从而增强无人机在恶劣环境下的抗干扰能力。

无人机CAN通信带来了显著优势，包括提高通信实时性和系统可靠性，简化系统设计和降低成本，提升系统灵活性和增强抗干扰能力。这些优点为无人机在各种应用场景中的高效、安全和稳定运行提供了坚实的基础。

技术路线、拟解决的问题及预期成果:

机械技术路线

1.为保证发射装置和输料系统正常运行，在输料装置和发射装置之间，采用丝杆结构以提高发射物料的效率和精度，本结构应用了T5丝杆和精确计算的导程，保证了发射装置的稳定性，使其在发射物料时不会引起平台抖动。

2.由于使用的次数的增加，机器不免发生磨损，为此将多功能无人机的云台和飞机的机架仅用四根长度为120mm的高强度铝柱进行连接，方便拆卸维修个部分受损部位，同时该设计遵循其他常用机器的安装孔位，这意味着可以换成其他机械结构，以实现其他功能的转换。

3.对与无人机来说重量至关重要，在基础结构完善的情况下对无人机的零件进行solidworks有限元分析最大限度的镂空以减轻重量。

电控技术路线

1.FreeRTOS作为一个轻量级的实时操作系统，能够提供任务管理、时间管理、内存管理等功能，确保系统的实时性和可靠性，数据采集任务、数据分析任务、喷洒控制任务等，每个任务都可以并行运行，互不干扰，提高系统的效率。

2.传感器数据采集与通信，无人机的传感器部分负责采集周围环境的数据，如无人机的位置、速度、姿态等。对于无人机的飞行控制至关重要，并且需要通过通信模块实时传输给地面控制站。

3.PID控制器采集植保无人机的实时飞行速度和距离作物的实时高度，控制器采集流量计的实时流量信息，输出控制指令给中央处理器，以控制喷洒泵的转速，实现精准喷洒。

视觉技术路线

1.利用深度学习等算法，对预处理后的图像进行目标识别和分析，识别出作物、病虫害、杂草等目标物体，根据目标识别与分析的结果，控制系统制定相应的农药喷洒决策，确保农药均匀地覆盖在作物表面，提高防治效果，同时减少农药的浪费和对环境的污染。

2.无人机搭载的摄像头实时采集农田

和作物的图像信

息，获取农作物的生长状况、病虫害迹象、杂草分布等原始数据，还可以分析作物的生长阶段、健康状况、密度等参数，为农药喷洒决策提供依据

项目研究进度安排:

项目名称：智能农业喷洒无人机系统开发与应用推广

第一阶段：概念验证

目标：确定项目可行性，完成初步技术方案论证。

活动：

1. 市场调研与竞品分析，明确市场需求与技术趋势。

2. 组建跨学科专家团队，涵盖农业、机械、电子、软件等领域。

3. 设计概念原型，包括硬件架构、软件界面、操作流程等。

4. 进行室内模拟测试，验证基本功能与性能指标。

预期成果：项目可行性的研究报告，概念设计方案文档。

第二阶段：技术开发

目标：关键技术攻关与产品原型制作。

活动：

1. AI算法优化，提升图像识别准确率与自主导航稳定性。

2. 材料选型与结构设计，确保轻量化与耐久性。

3. 开发定制化操作系统，整合多传感器数据，实现智能决策。

4. 田间试验，测试在复杂环境下的表现。

预期成果：具有自主知识产权的核心技术，原型机试制成功。

第三阶段：实地测试与优化

目标：完善产品，解决实际使用中遇到的问题。

活动：

1. 选定试点区域，开展大规模实地测试，收集第一手数据。

2. 用户反馈收集，针对性改进用户体验。

3. 安全与合规性审查，确保产品符合国际标准。

预期成果：产品功能稳定，用户认可度高。

预期成果：维持行业领先地位，贡献农业现代化进程。

此项目进度安排旨在按部就班推进智能农业喷洒无人机的开发与应用，每一步都力求细致入微，确保项目的顺利实施与长远发展。通过团队的专业与执着，我们期待为农业领域带来真正的价值与变革。

已有基础:

与本项目有关的研究积累和已取得的成绩:

本产品已经有完整形态的图纸和相对比较成熟的代码，并且样品机型在比赛中取得了不错的成绩。

已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法

已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法:

技术成熟度不足

具体问题：关键核心技术如AI算法、飞行控制、传感器精度等仍需进一步优化以适应复杂多变的农业环境。

解决办法：增加研发投入，吸引对应人才加入，与高校、研究机构合作共建实验室，加快技术迭代速度。

资金缺口

具体问题：研发与产业化初期投入，需要资金支持。

解决办法：申请政府科技项目补贴，私募等多元化融资渠道，同时合理规划财务预算，提高资金使用效率。

经费预算

开支科目	预算经费（元）	主要用途	阶段下达经费计划（元）
开支科目	预算经费（元）	主要用途	前半阶段	后半阶段
预算经费总额	10000.00	无	5350.00	4650.00
1. 业务费	5500.00	购买所需各种材料	1850.00	3650.00
（1）计算、分析、测试费	1000.00	机器人测试阶段耗材费用	500.00	500.00
（2）能源动力费	1000.00	锂电池购买费用	250.00	750.00
（3）会议、差旅费	0.00	无	0.00	0.00
（4）文献检索费	500.00	国内外文献检索网站文献检索与下载费用	100.00	400.00
（5）论文出版费	3000.00	论文出版	1000.00	2000.00
2. 仪器设备购置费	0.00	无	0.00	0.00
3. 实验装置试制费	0.00	无	0.00	0.00
4. 材料费	4500.00	制作无人机所需的各种材料费用	3500.00	1000.00

结束