四旋翼飛行器課件

1、 微型四旋翼2022-2-82022-2-8 小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館有哪位同學(xué)能夠說一下生活當(dāng)有哪位同學(xué)能夠說一下生活當(dāng)中我們都看到過哪些飛行器？中我們都看到過哪些飛行器？欣賞一段四軸欣賞一段四軸飛行器的視頻飛行器的視頻小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館早期的四旋翼飛行器2022-2-82022-2-8四旋翼飛行器最早誕生于上世紀(jì)初的歐洲，在公元四旋翼飛行器最早誕生于上世紀(jì)初的歐洲，在公元1907年的年的法國，第一個載人的四旋翼飛行器由法國，第一個載人的四旋翼飛行器由Breguet兄弟設(shè)計并制作兄弟設(shè)計并制作了出來，被命名為了出來，被命名為GyroplaneNo.1。其起飛時候需要大量人。其起飛時候需

2、要大量人員的協(xié)助，且飛行控制的穩(wěn)定性并不是很理想，且體積龐大，員的協(xié)助，且飛行控制的穩(wěn)定性并不是很理想，且體積龐大，功能極其有限。四旋翼飛行器的發(fā)展經(jīng)歷了載人到無人，遙控功能極其有限。四旋翼飛行器的發(fā)展經(jīng)歷了載人到無人，遙控到自主飛行的過程，結(jié)構(gòu)也在向小型化的方向發(fā)展，功能也在到自主飛行的過程，結(jié)構(gòu)也在向小型化的方向發(fā)展，功能也在不斷的增強。上世紀(jì)初到上世紀(jì)中葉，四旋翼飛行器的主要以不斷的增強。上世紀(jì)初到上世紀(jì)中葉，四旋翼飛行器的主要以載人為主，公元載人為主，公元1958年美國飛行器設(shè)計師年美國飛行器設(shè)計師FrankNicholasPiasecki為美國海軍設(shè)計了一架可以在核潛艇上起降的四旋翼

3、為美國海軍設(shè)計了一架可以在核潛艇上起降的四旋翼飛行器。它是第一架無人控制四旋翼飛行器。隨著科技的不斷飛行器。它是第一架無人控制四旋翼飛行器。隨著科技的不斷進步，微電子機械系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，以及傳感器進步，微電子機械系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，以及傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用，他們和四旋翼飛行器技術(shù)相結(jié)合，使得四旋技術(shù)的廣泛應(yīng)用，他們和四旋翼飛行器技術(shù)相結(jié)合，使得四旋翼飛行器在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。翼飛行器在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館2022-2-8現(xiàn)代四軸飛行器現(xiàn)代四軸飛行器2022-2-8多軸飛行器機架多軸飛行器機架機架是一個多軸飛行器的核心

4、，幾乎所 有的配件都與它直接相連。機架可以由很多不同的材料構(gòu)成，例如木頭、塑料、金屬(鋁)、玻璃纖維、碳纖維等其他材料。所有的配件會用螺絲或者扎帶被固定在機架上，而且偶爾會把彈性泡沫塑料或者類似的填充物固定在機架上以減少外界因素對機架的沖擊，起到緩沖的作用。 小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館2022-2-8 小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館多軸飛行器模型是如何被定義的？多軸飛行器模型是如何被定義的？ 多軸飛行器的定義元素主要是兩方面，一是電機的數(shù)目，這定義多軸飛行器的定義元素主要是兩方面，一是電機的數(shù)目，這定義了旋翼數(shù)的多少了旋翼數(shù)的多少N；二是機架翅膀（軸）的數(shù)目；二是機架翅膀（軸）的數(shù)目M，這定義了飛行器

5、，這定義了飛行器是是M軸飛行器。我們一般對一個飛行器稱之為軸飛行器。我們一般對一個飛行器稱之為M軸軸N槳飛行器。槳飛行器。二旋翼二旋翼三旋翼機一般有兩個軸在飛機正向，一個軸在飛機負向。所三旋翼機一般有兩個軸在飛機正向，一個軸在飛機負向。所以機身看起來應(yīng)該是以機身看起來應(yīng)該是T型或者型或者Y型。負向的電機通過自身的旋型。負向的電機通過自身的旋轉(zhuǎn)來調(diào)整飛機固定在某個航向上，三旋翼通常比兩旋翼更好轉(zhuǎn)來調(diào)整飛機固定在某個航向上，三旋翼通常比兩旋翼更好控制，也上升的快一些，但是并不顯著。當(dāng)然，如果電機?？刂?，也上升的快一些，但是并不顯著。當(dāng)然，如果電機停止運轉(zhuǎn)，那么飛機必將墜毀，但這類模型相對比較敏捷。

6、止運轉(zhuǎn)，那么飛機必將墜毀，但這類模型相對比較敏捷。四旋翼比三旋翼負重更多，也更容易組建，因為四旋翼不需要獨立的四旋翼比三旋翼負重更多，也更容易組建，因為四旋翼不需要獨立的旋翼來控制單一的參數(shù)。它們更穩(wěn)定，并且飛行時間更長，因為你可旋翼來控制單一的參數(shù)。它們更穩(wěn)定，并且飛行時間更長，因為你可以承載更大的電池。四旋翼通過減少其中兩個電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)橫滾，以承載更大的電池。四旋翼通過減少其中兩個電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)橫滾，而另外兩個電機就可以控制整個飛機的航向了。四軸分為正反槳，順而另外兩個電機就可以控制整個飛機的航向了。四軸分為正反槳，順時針轉(zhuǎn)風(fēng)向向下的為正槳；逆時針轉(zhuǎn)風(fēng)向向下的為反槳。時針轉(zhuǎn)風(fēng)向向下的

7、為正槳；逆時針轉(zhuǎn)風(fēng)向向下的為反槳。小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館輸電線路巡查微型飛行器的用途2015/5/7在國民經(jīng)濟中在國民經(jīng)濟中：可用于航空攝影、地質(zhì)勘探、氣象探測、環(huán)境監(jiān)控、化學(xué)取樣、災(zāi)情救護等。環(huán)境監(jiān)測無人快遞空中航拍小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館2022-2-8在軍事方面，除了可以完成偵查任務(wù)外，還可用于通信聯(lián)系，電磁干擾、戰(zhàn)地檢測、目標(biāo)攻擊、邊境巡邏等。小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館用于建筑物內(nèi)勘測2022-2-8小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館 隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，四旋翼飛行器得以小型化、微型化2022-2-8MEMSMEMS即微機電系統(tǒng)（傳感器）即微機電系統(tǒng)（傳感器） 小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館固定翼

8、型微飛行器撲翼型微飛行器旋翼型微飛行器微型飛行器種類2022-2-8小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館德國crazy開源微型四旋翼國內(nèi)某大學(xué)微型四旋翼飛行器2022-2-8小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館多智能體集群協(xié)作，空中壁障2022-2-8小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館設(shè)計要求微小型飛行器由于體積小、載荷低等特點，與普通工業(yè)產(chǎn)品相比，對控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計要求較高，有以下幾個方面要求：(1)要滿足控制系統(tǒng)的性能要求；(2)要集成度要高，尺寸小，能夠安裝在狹小的平臺空間上；(3)要可靠性高，持續(xù)穩(wěn)定工作時間長；(4)要功耗低，重量輕，保證飛行器具有較大的巡航時間；(5)飛行器控制系統(tǒng)要求要有良好的擴展性, 方便日后

9、系統(tǒng)的升級和新功能的擴展。2022-2-8小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館PCB設(shè)計2022-2-8PCBPCB是線路板的簡稱是線路板的簡稱四軸飛行器的基本運動原理四軸飛行器的基本運動原理垂直運動垂直運動因有兩對電機轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對機身的反扭矩，同時增加四個電機的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機的重量時，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時減小四個電機的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降， 四軸飛行器的基本運動原理四軸飛行器的基本運動原理俯仰運動俯仰運動電機1的轉(zhuǎn)速上升，電機3的轉(zhuǎn)速下降，電機2、電機4的轉(zhuǎn) 速保持不變。為了不因為旋翼轉(zhuǎn)速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩

10、及總拉力改變，旋翼1與旋翼3轉(zhuǎn)速改變量的大小應(yīng)相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機身繞y軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示），同理，當(dāng)電機1的轉(zhuǎn)速下降，電機3的轉(zhuǎn)速上升，機身便繞y軸向另一個方向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)飛行器的俯仰運動。 四軸飛行器的基本運動原理四軸飛行器的基本運動原理滾轉(zhuǎn)運動滾轉(zhuǎn)運動與俯仰運動的原理相同，在圖（c）中，改變電機2和電機4 的轉(zhuǎn)速，保持電機1和電機3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機身繞x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運動。 四軸飛行器的基本運動原理四軸飛行器的基本運動原理偏航運動偏航運動四旋翼飛行器偏航運動可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來實現(xiàn) 。旋翼轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻

11、力作用會形成與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個旋翼中的兩個正轉(zhuǎn)，兩個反轉(zhuǎn)，且對角線上的各個旋翼轉(zhuǎn)動方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個電機轉(zhuǎn)速相同時，四個旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動；當(dāng)四個電機轉(zhuǎn)速不完全相同時，不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動。在圖（d）中，當(dāng)電機1和電機3的轉(zhuǎn)速上升，電機2和電機4的轉(zhuǎn)速下降時，旋翼1和旋翼3對機身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4對機身的反扭矩，機身便在富余反扭矩的作用下繞z軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)飛行器的偏航運動，轉(zhuǎn)向與電機1、電機3的轉(zhuǎn)向相反。因為電機的總升力不變，飛機不會發(fā)會垂直運動。 四軸飛行器的基本運動原理四軸飛行器

12、的基本運動原理前后運動前后運動要想實現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運動，必須在水平面內(nèi)對飛行器施加一定的力。在圖（e）中，增加電機3轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應(yīng)減小電機1轉(zhuǎn)速，使拉力減小，同時保持其它兩個電機轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。按圖（b）的理論，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實現(xiàn)飛行器的前飛運動。向后飛行與向前飛行正好相反。當(dāng)然在圖（b）圖（c）中，飛行器在產(chǎn)生俯仰、翻滾運動的同時也會產(chǎn)生沿x、y軸的水平運動。 四軸飛行器的基本運動原理四軸飛行器的基本運動原理側(cè)向運動側(cè)向運動在圖（f）中，由于結(jié)構(gòu)對稱，所以側(cè)向飛行的工作原理與前后運動完全一樣。 飛行器

13、結(jié)構(gòu)原理 發(fā)射機發(fā)射機/接收機接收機多軸航模屬于遙控設(shè)備，所以你需要一個遙控器。它應(yīng)該至少有4通道，包括油門，橫滾，俯仰，偏擺，也就是油門加XYZ軸的移動。更多的通道更有利于操控，比如自穩(wěn)飛行，打開/關(guān)閉燈光等等。 2022-2-8 小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館機架機架機架定義的飛機的基本外觀以及飛機的大小。飛行控制器飛行控制器(飛控飛控)這是多軸的核心。有很多品牌和價位可以選擇。 電子速度控制器電子速度控制器(電調(diào)電調(diào))飛機的控制器，調(diào)節(jié)和管理模型的速度。 電池電池模型和其他電子原件需要供能。大多數(shù)人使用鋰電池，因為相對于其他電池電荷密度最高 電機電機/馬達馬達多軸飛行器多選用無刷電機。配合螺旋

14、槳能夠讓飛機在空中運動。 螺旋槳螺旋槳這些是最容易受損的配件了，也是模型必不可少的。 其他其他配件永遠裝不完。你可能會想要加個圖傳來實現(xiàn)第一人稱視角（FPV）飛行，也可能想加一個攝像頭來實現(xiàn)航拍，或者加點燈光、GPS以及任何你可以想象到的東西。 四軸飛行器電池使用四軸飛行器電池使用鋰聚電池激活方式如下：1、買來的新電池先充滿電，單片電壓在4.16V-4.2V之間不超過4.23V。2、然后把充好的電池放電到3.95-4V之間。這個過程盡量用中小電流放電，有些充電器有這個放電功能。一般模友沒有中高檔的充電器，可以用上機懸停的方式來放電。一般懸停1分鐘到1分半，基本就能達到4V左右的放電要求。（根據(jù)

15、每人飛機不同）。3、然后按照上面的步驟再來2次，一共做3次充、放電循環(huán)，就基本能達到激活電池的要求了。平時維護方法：平時維護方法：5 5個個“不不”1、不過充。 鋰聚電池充電的時候一定要有人照看，當(dāng)發(fā)現(xiàn)充電時間過長時，要人工檢查充電器是否出現(xiàn)故障，如果出現(xiàn)故障要盡快拔掉電池，否則鋰聚電池過充的話，輕則影響電池壽命，重則直接出現(xiàn)爆炸起火。2、不過放。 電池的放電曲線表明，剛開始放電時，電壓下降比較快，但放電到3.9-3.7V之間，電壓下降不快。因此，飛完后檢查，即便是同樣的3.7V，放電容量是不一樣的。有些人因為電池較少，所以每次飛都會過放，這樣的電池很短命。方法是，每次少飛一分鐘，壽命就多飛一

16、個循環(huán)。寧可電池多買兩塊，也不要每次把電池飛到超過容量極限。 3、 不滿電保存。 這個原則，很多人會忽視。充滿電的電池，不能滿電保存超過3天， 如果超過一個星期不放掉，有些電池就直接鼓包了，有些電池可能暫時不會鼓，但幾次滿電保存后，電池會直接掛掉。因此，正確的方式是，準(zhǔn)備飛之前才充電，如果因各種原因沒飛，也要在充滿后3天內(nèi)找時間把電池放電到3.9V。4、不損壞外皮。 電池的外皮是防止電池爆炸和漏液起火的重要結(jié)構(gòu)，鋰聚電池的鋁塑外皮破損將會直接導(dǎo)致電池起火或爆炸。5、不短路。 這種情況往往發(fā)生在電池焊線維護和運輸過程中。短路會直接導(dǎo)致電池打火或者起火爆炸。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池出現(xiàn)斷線需要重新焊線時，特別要注意電烙鐵不要同時接觸電池的正極和負極。另外在去飛場運