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无人机新应用--海关检验取样系统
发布时间:2022-09-22 来源:本站 浏览量:154

近年来,随着无人机技术、机器人技术、人工智能与测量技术的发展,各行业均在研究基于无人机技术在本领域的应用,遥控和可编程无人机被当作实验平台用以完成目标识别、采样、搬运及远程物流等一系列特殊任务。除国防军事领域应用外,无人机已在航拍摄影、农业植保、救援消防、电网巡线等民用领域有着广泛应用。

随着进口粮食贸易的增长,海关对进境散粮进行检验检疫的工作量日益繁重。如海沧海关关区内海隆码头每次对进境散粮实施检验检疫时,需抽取检验样多达60份之多,耗费时间久,需要人力多。现阶段散粮检验取样采用传统的钢针取样器,效率低下,尤其是工作人员还要面临船高水深、舱内行走粮食“塌方”被埋的安全隐患,使得取样成为影响高效生产的重大安全问题。这种取样方式劳动强度大、工作条件艰苦、取样效率低,并且危险度高,已不能满足大批量货物检验采样的发展和安全运行的需求。这使得利用无人机技术来辅助或取代传统的人工检验采样具有重大意义。

 

无人机检验取样应用是最近十年才开始发展的一门新兴技术,融合了航空、机器人、自动化、飞行控制、通信、图像识别等多个高尖技术领域,实现起来难度比较大,世界范围内专门研究无人机粮食检验取样技术的较少。尽管国内关于无人机取样应用的报道比较少,但一些高校、研究所、企业开展了各自领域的取样研究工作,取得了阶段性的成果。研究人员通过对无人机系统等硬件平台开发、改造并与多传感器集成研究,利用无人机搭载高清相机拍摄甄别目标,利用机械爪完成取样工作。

天津大学齐俊桐等人设计了一套基于无人机的单自由度夹爪系统的抓取机构,并完成了抓取过程中的路径规划动力学建模和实验验证,但该系统是在室内运动捕捉系统完成的实验,难以在室外使用,且因为单自由度夹爪系统由于自由度单调,用途有一定限制。

耶鲁大学Paul等人在海军研究基金的支持下设计了一种直升机无人机抓取器系统(图11-12),该系统能够在人为控制下可靠地抓取和取回物体,可以抓握重量在160 ~900 g范围内的块,球,瓶子和圆柱体等各种物体,成功率在67%~100%,不过在考虑飞行过程中抓地力和不稳定平台上抓地的控制方面还需要优化。

 

洛克希德·马丁公司先进技术实验室的首席研究员Todd W与内华达大学拉斯维加斯分校无人机与自主系统实验室主任Paul Y等人联合提出了将并联机械手安装在无人机上执行六自由度的操纵物体,该方案重点研究飞行平台与并联机械手末端之间的运动控制关系,距离实际工程应用还有待探索。

 

值得注意的是,厦门海关与深圳捷牛智能公司联合开发了一款稳定高效的无人机采样系统,由无人机搭载取样装置,可实现在货轮上对粮食等产品进行多点取样,大大降低了关员上船的频次,减少了关员的安全风险和病毒感染可能。

港口船舶附近具有较多大型装卸工程机械,这类工程机械具有几何形状多样、船舶工作空间狭小,风浪大,且周围具有太多钢铁结构严重影响磁场。对无人机平台稳定性和操作水平要求较高,所以该项目无人机提供两种模式飞行,保障飞行安全。工作时,无人机从起飞点飞越过障碍物到达采样点上方,可一键全自动实现取样。取样装置的电气拟采样压力传感器,振动电机、执行电机、控制器和指示灯等电子元器件分别实现信号采集、控制与执行。工作流程是,当取样装置接收到采集命令,自主降落到谷物表面,压力传感器接收到压力信号,振动电机开始振动一定时间,开始取样,单点取样结束后停止取样装置,飞行至下一个点继续采样。

据悉,该项目具有三项创新点,一是深入论证基于港口船舶的无人机粮食检验取样系统的采样无人机选型及挂载方式。开创性的研究应用于港口复杂工况的无人机软挂载方案以及其改装方案,创造性的提出多功能挖槽取样装置,并开发样机工作。二是创造性的提出基于多传感器的全自动取样系统方案,并完成样机部件及整机的结构设计、加工、测试和试验。三是该设备一旦应用到进境散粮的通关的检验取样工作,将创造性改变通关方式、生产流程和作业规范。

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