沈躍和孫志偉團(tuán)隊(duì)一起調(diào)試直線型植保無(wú)人機(jī) 江蘇大學(xué)供圖
“相比目前市場(chǎng)上常見的多旋翼植保無(wú)人機(jī)，可能有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嗎？比如,，直線型,？”“不可能！即使真的飛起來(lái)也不會(huì)穩(wěn),?！币荒昵埃K大學(xué)里的一群飛控迷們?cè)趺匆膊幌嘈?，一根噴桿如何能變身自由穿梭的飛行器,。
然而，經(jīng)過(guò)一年時(shí)間反復(fù)打磨試驗(yàn),，江蘇大學(xué)控制科學(xué)與工程專業(yè)研究生孫志偉和他的伙伴們帶著他們?cè)O(shè)計(jì)的兩代“飛桿”作品,，在日前舉辦的“兆易創(chuàng)新杯”第十六屆中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、“光谷杯”第三屆中國(guó)研究生機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中連奪兩項(xiàng)一等獎(jiǎng),，更是一路挺進(jìn)全國(guó)top10,，參加即將在11月舉辦的中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽路演展示。
在江蘇大學(xué)校園東北角的一座山坡上,，可見一幢白色三層小樓,，這便是“飛桿”的誕生地：電氣信息工程學(xué)院躍然創(chuàng)客工作室。每次走進(jìn)工作室,，孫志偉的目光總是習(xí)慣在雪白墻上的八個(gè)大字“勇于探索,、敢于創(chuàng)新”上停留片刻。
“從0到1最厲害,，有用的創(chuàng)新是真創(chuàng)新,。”孫志偉是躍然創(chuàng)客工作室飛控組團(tuán)隊(duì)的學(xué)生負(fù)責(zé)人,。據(jù)孫志偉介紹,，來(lái)到工作室的隊(duì)員都是喜歡創(chuàng)新性研究的愛(ài)好者?！皠?chuàng)新就是我們的主旋律,。如果只是在復(fù)制別人走過(guò)的模式，那就沒(méi)有真正學(xué)到那股創(chuàng)新精神,?！?/p>
第一代“飛桿”是一款直線型植保無(wú)人機(jī)。相較于傳統(tǒng)多旋翼植保無(wú)人機(jī)普遍存在續(xù)航時(shí)間短,、風(fēng)場(chǎng)擾流導(dǎo)致噴霧不均勻等問(wèn)題,，團(tuán)隊(duì)提出了一種直線型無(wú)人機(jī)噴桿噴霧結(jié)構(gòu),。
“越簡(jiǎn)單越好，越容易實(shí)現(xiàn)越好”是他們的設(shè)計(jì)初衷,。由于市場(chǎng)中從未出現(xiàn)過(guò)直線型的飛行器結(jié)構(gòu),，起初設(shè)計(jì)思路一經(jīng)提出，團(tuán)隊(duì)中不乏有不看好的聲音,，但經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo),，直線型飛行器結(jié)構(gòu)的可行性及其植保作業(yè)的優(yōu)越性讓隊(duì)員們選擇了堅(jiān)持，開啟一條顛覆性創(chuàng)新之旅,。
“直線型分布旋翼產(chǎn)生的下洗風(fēng)場(chǎng)更加均勻,，能夠有效增加藥液在植株冠層間的附著，噴霧質(zhì)量更高的同時(shí),，大大提升田間作業(yè)效率,。”孫志偉解釋說(shuō),，以市場(chǎng)上常見的四旋翼,、六旋翼、八旋翼,，甚至更多旋翼的飛行器為例,，旋翼都是對(duì)稱分布在機(jī)體四周，形成了多點(diǎn)位下洗風(fēng)場(chǎng),。但對(duì)于植保作業(yè)來(lái)說(shuō),，實(shí)際只有直線方向上的下洗風(fēng)場(chǎng)才有效。因此,，如何最大程度地利用旋翼下洗風(fēng)場(chǎng),，提高作業(yè)效率成為了團(tuán)隊(duì)探索的方向之一。
“停下來(lái),，慢一點(diǎn),，步子可以小一點(diǎn)”
江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院教授沈躍是躍然工作室的創(chuàng)辦人。談起飛控組團(tuán)隊(duì),，沈躍對(duì)他們頗為贊賞，最得意的還是這些學(xué)生坐得住,?！案憧蒲袆?chuàng)新的學(xué)生很多，但最后真正能堅(jiān)持下來(lái)的比較少,，這不是一條好走的路,，免不了遇到坎坷、瓶頸,，能夠坐得住‘冷板凳’的人,，才有可能做出些成績(jī),。”
創(chuàng)新思路可以天馬行空,，但應(yīng)用還得腳踏實(shí)地,。
植保無(wú)人機(jī)，植保才是它的重點(diǎn),，效果才是它的考量標(biāo)準(zhǔn),。作為一款最終服務(wù)于農(nóng)的植保無(wú)人機(jī)，隊(duì)員們清楚它的作業(yè)效率還沒(méi)有達(dá)到目前認(rèn)知的最高理論水平,。在沈躍的指導(dǎo)下,，不滿足于現(xiàn)狀的隊(duì)員們開始尋找升級(jí)方案。
從動(dòng)力選型,、硬件布局到軟件框架搭建,、控制算法編寫再到仿真實(shí)驗(yàn)、調(diào)試飛行,，其間凝聚了團(tuán)隊(duì)無(wú)數(shù)個(gè)白天與黑夜的艱辛,。“基本上每突破一個(gè)難題,，就會(huì)迎來(lái)新的技術(shù)難題,，但大家都是迎難而上，抽絲剝繭,，一遍遍地改進(jìn)調(diào)試,，辛苦并快樂(lè)著?！弊罱K長(zhǎng)約3米的碳纖維主桿,，搭載大升力主升電機(jī)，有效提升載荷的同時(shí)加入航姿修正更為快速的舵機(jī)傾轉(zhuǎn)控制結(jié)構(gòu),，一款傾轉(zhuǎn)翼植保無(wú)人機(jī)由此誕生,。
不僅敢想，而且敢干,。這條創(chuàng)新道路,，這群“95后”創(chuàng)客雖走得磕磕絆絆，但總體還算順暢,。然而,，其中一次的失敗試驗(yàn)給了他們一記“當(dāng)頭棒喝”。
團(tuán)隊(duì)中負(fù)責(zé)風(fēng)場(chǎng)分析及霧滴沉積分布的江蘇大學(xué)研究生沈亞運(yùn)曾獲邀參加第十一屆江蘇國(guó)際農(nóng)業(yè)機(jī)械展覽會(huì),，展會(huì)上很多來(lái)自企業(yè)的研究人員都對(duì)這款新型植保無(wú)人機(jī)表現(xiàn)出極大的興趣,，但同時(shí)也對(duì)它的實(shí)際應(yīng)用存在質(zhì)疑。鑒于此，欣喜于3米長(zhǎng)機(jī)型的試飛成功,，團(tuán)隊(duì)便躍躍欲試進(jìn)一步增大噴幅,，將機(jī)身設(shè)計(jì)至5米。試飛前的調(diào)試很順利,，不想正式起飛后沒(méi)兩秒便“咣當(dāng)”摔下,，碎了一地。
“發(fā)生的那一瞬間確實(shí)挺失望的,，也會(huì)懷疑我們之前的思路是否正確,。”在沈躍建議“步子不能邁得太大,，要搞清楚主桿變長(zhǎng)后不穩(wěn)定的因數(shù)”后,，團(tuán)隊(duì)認(rèn)識(shí)到，應(yīng)該停下來(lái),，慢一點(diǎn),。“創(chuàng)新研究就像一棵大樹,，有了牢固的根基才能枝繁葉茂,，有了創(chuàng)新的‘金點(diǎn)子’，也要有腳踏實(shí)地,、持之以恒的勤勉鉆研才能夠?qū)崿F(xiàn),。”沈亞運(yùn)感慨道,。
想象與追夢(mèng)的道路上,，并非單打獨(dú)斗
在研發(fā)出直線型植保無(wú)人機(jī)和傾轉(zhuǎn)翼植保無(wú)人機(jī)之前，孫志偉和團(tuán)隊(duì)成員們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)多種機(jī)型結(jié)構(gòu),，固定翼式,、飛艇式、滑翔式……造型可謂千奇百怪,。孫志偉回想起來(lái)覺(jué)得這段摸索過(guò)程十分有趣,。他笑著說(shuō)：“想象與追夢(mèng)的道路上，我不是一個(gè)人在戰(zhàn)斗,。即使面對(duì)再多次的‘炸機(jī)’也不怕,，大家共同思考和琢磨便總能找出條路來(lái)?！?/p>
兩代作品從直線型旋翼結(jié)構(gòu),、飛行控制器設(shè)計(jì)到相關(guān)旋翼、機(jī)身參數(shù)辨識(shí)平臺(tái)等,，均由團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，目前已申請(qǐng)5項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，2項(xiàng)獲實(shí)用新型專利授權(quán),。實(shí)際上,，“以賽促學(xué)、以賽促研”是躍然工作室的傳統(tǒng),，自2015年成立以來(lái),，致力于農(nóng)業(yè)智能控制領(lǐng)域的大學(xué)生們已組隊(duì)在各類國(guó)家級(jí)賽事中獲獎(jiǎng)30余項(xiàng)。
據(jù)負(fù)責(zé)通信協(xié)議編寫和硬件驅(qū)動(dòng)工作的江蘇大學(xué)研究生王德偉介紹,，目前他們正嘗試為直線型植保無(wú)人機(jī)搭載固態(tài)雷達(dá),，強(qiáng)化感知功能，通過(guò)飛行狀態(tài)云監(jiān)測(cè),，提升人機(jī)交互體驗(yàn),，進(jìn)一步解鎖更多應(yīng)用場(chǎng)景。有趣的是,，今年他們還利用了這款設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與飛控算法的魯棒性,，連夜做了一個(gè)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了跨介質(zhì)飛行,。通俗地說(shuō),，就是能在天上飛，也能在海中游,。王德偉回憶當(dāng)時(shí),，“看著無(wú)人機(jī)出水的那一刻我們都興奮地叫出了聲?！?/p>
文章來(lái)源：科學(xué)網(wǎng) 2021年11月2日
文章鏈接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/11/468282.shtm
