無人直升機的設(shè)計方案 無人機的設(shè)計與組裝

無人直升機設(shè)計方案前言—個簡單的無人直升機被稱為非線性控制技術(shù)的測試平臺。無人機直升機包括：１、先進的無線電遙控作為一項基本載體;２、一個簡單的航空電子系統(tǒng)；３、地面支持系統(tǒng)。航空電子系統(tǒng)包括一個小型的PC－104電腦系統(tǒng)和微機電系統(tǒng)（微機電系統(tǒng)）導(dǎo)航和慣性測量裝置作為主要測量感應(yīng)組件。一對全雙工收發(fā)器是用來給直升機和地面之間提供無線通信。地面接收器和一個在地面的計算機系統(tǒng)形成一個支撐體系。無人直升機是用來實現(xiàn)自動飛行的控制系統(tǒng)。引言在過去幾年里學(xué)術(shù)界無人飛行器（UAV）引起了極大的興趣。它可以服務(wù)于許多應(yīng)用平臺和純學(xué)術(shù)研究。作為一個有機動性和多功能性的學(xué)科，無人駕駛飛行器具有潛在軍事以及在民用領(lǐng)域的科學(xué)意義。許多世界各地的研究小組選擇了無人機直升機作為學(xué)科研究方向，探索和測試先進的控制技術(shù)。多樣的方法如近似線性，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和學(xué)習(xí)控制，已用于設(shè)計無人直升機的飛行控制規(guī)律。提高自動著陸，懸停和自動飛行的性能。我們的動機是為了發(fā)展一個無人直升機，作為一個試驗平臺驗證我們提出非線性控制系統(tǒng)。一個典型的無人機飛行器應(yīng)包括以下基本組成部分：有引擎的飛行器以完成一些基本的飛行功能2）一個簡單的航空電子系統(tǒng)實現(xiàn)自動飛行的控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)應(yīng)包括：a）一個機載計算機系統(tǒng)，以收集數(shù)據(jù)，以執(zhí)行飛行控制，以及完成與地面系統(tǒng)的通信;b）必要的傳感器來測量和控制信號用于驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu);c）通信系統(tǒng)，以提供無線通信，其中包含兩個全雙工收發(fā)器，一個是機載另一個是在地面上;d）一個機載電源系統(tǒng);

e）自動飛行控制系統(tǒng)。地面支持系統(tǒng)，包括：a）一個全雙工收發(fā)器提供飛機無線通信;b）計算機系統(tǒng)，以預(yù)先安排飛行路線，并收集飛行數(shù)據(jù)。據(jù)悉，該無人機飛行上面列出的組件是比較簡單的一種。集成的無人駕駛直升機只是用于學(xué)術(shù)研究。軍用或商用無人機更為復(fù)雜。在了解無人飛行器的基礎(chǔ)上，我們設(shè)計并組裝一個簡單的原型無人直升機。先進的無線電遙控玩具直升機被選擇作為基本飛行器。一個簡單的航空電子系統(tǒng)的設(shè)計。這種微型PC-104將被用于機載計算機系統(tǒng)和微機電系統(tǒng)的導(dǎo)航，慣性測量組件被選擇作為一個主要的航空電子傳感裝置。一對全雙工收發(fā)器將用于提供和地面計算機系統(tǒng)的實時通信。這樣一個簡單的無人直升機有足夠的能力執(zhí)行飛行速度為20米/秒的飛行任務(wù)。本文的內(nèi)容如下：在下一節(jié)中，我們提出了一個簡單的無人直升機設(shè)計，簡單的航空電子系統(tǒng)的部件將在第三節(jié)介紹，裝配無人直升機將在第四節(jié)提到。最后，第五節(jié)我們得出一些結(jié)論。無人直升機的設(shè)計在這一節(jié)，我們介紹了支持系統(tǒng)組成部分的詳細(xì)無人機直升機，其中包括基本直升機，簡單航空電子系統(tǒng)和支持系統(tǒng)?；局鄙龣C先進的無線電遙控（RC）直升機（猛禽90），如圖1，被評為基本飛機。這樣的選擇是重要的是適合我們的需要，因為它更可輕松升級為自動無人機直升機是一個具有完整試驗的系統(tǒng)，傳感器和必要的通信的調(diào)制解調(diào)器，它的飛行可以利用控制法律的實施。更重要的是，我們更便宜的升級遙控直升機比購買了一套完整的商業(yè)無人機直升機系統(tǒng)更便宜。這猛禽90遙控直升機是一種高品質(zhì)的玩具直升機。在愛好產(chǎn)業(yè)，這些遠(yuǎn)程控制完全是手動的。它有穩(wěn)定的懸停，飛行敏捷和溫順的處理。它是理想的服務(wù)作為一個基本的無人機。該猛禽90直升機的尺寸列于表一，它是微型大小。圖1基本型直升機猛禽90遙控直升機的尺寸全機身長度1410mm全機身寬度190mm總高度476mm主旋翼直徑1605mm尾旋翼260mm它配備了一個“OS91C型聚苯乙烯”引擎，是發(fā)電15000轉(zhuǎn)，一位移3.1ps的能力CC和實際的14.95角速度2,000至16,000不等轉(zhuǎn)。該直升機齒輪比率為8.45:1:4.65。最大起飛重量直升機的達15公斤，而直升機本身重量約4.9公斤。因此，可以提供一個有效載荷可達10公斤，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我們的預(yù)算對航空電子系統(tǒng)和其他重組件被升級。它可以有效地減少偶聯(lián)集體和循環(huán)之間有一個命令混合控制單元，這使得直升機操作便利的手動操作。B.簡單的航空電子系統(tǒng)一個簡單的航空電子系統(tǒng)和地面支持系統(tǒng)的設(shè)計，以提高玩具無線電遙控直升機。圖2顯示了航空電子系統(tǒng)和機載系統(tǒng)連接的計算機之間，地面支持系統(tǒng)和手工作業(yè)系統(tǒng)。該計算機系統(tǒng)安裝在直升機是PC-104，一個典型的工業(yè)嵌入式計算機系統(tǒng)，它是適合小型規(guī)模和經(jīng)營環(huán)境的強烈振動大的工業(yè)噪聲，干擾和。在PC-104電腦系統(tǒng)是裝在模塊與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)（ISA）總線。它由4塊板的印刷電路板，即主處理板，串行通訊板，一個A/D數(shù)據(jù)采集板和一個DC-DC轉(zhuǎn)換器。串行通信板是采取延長處理的主要溝通電路板及周邊設(shè)備，如伺服控制器板，傳感器與數(shù)字串行通訊端口和A/D數(shù)據(jù)采集，收集與模擬輸出傳感器的模擬信號從。一個全雙工收發(fā)器是提供現(xiàn)代計算機系統(tǒng)和機載計算機系統(tǒng)，通過無線通信與地面。磁性轉(zhuǎn)速（每分鐘轉(zhuǎn)速）傳感器是測量主旋翼的轉(zhuǎn)速。凈產(chǎn)值-IMU的單位（慣性/全球定位系統(tǒng)）是）技術(shù)的主要傳感器在航空電子系統(tǒng)，它是一個綜合傳感單元使用的MEMS（微機電系統(tǒng)。這些傳感器提供3軸加速度，三軸速度和，俯仰和滾動角三軸角速率對身體的框架，經(jīng)度，緯度，相對高度及航向以及主旋翼的轉(zhuǎn)速。雖然傳感器無法測量周圍空氣的相對運動和飛機之間的，他們可以提供足夠的信號，以控制多達秒至米/運動的直升機有效的空速由于空氣動力作用的直升機從這么小的機身是在小空速，它可以安全地忽略。此外，周圍空氣相對運動之間的直升機，其影響很小主葉片空氣動力效應(yīng)對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到比較快速旋轉(zhuǎn)。有5架正在安裝的伺服舵機。在上述五個伺服系統(tǒng)，一個是控制驅(qū)動裝置的齒輪旋轉(zhuǎn)，速度比通過轉(zhuǎn)子和尾槳在一個固定齒圈發(fā)動機用于控制旋轉(zhuǎn)速度的主要。另有3伺服鏈接到十字盤控制主旋翼葉片集體和循環(huán)的角度攻擊。最后是伺服控制尾槳槳葉角度。伺服所有這些都是小尺寸和調(diào)制驅(qū)動脈沖寬度（PWM）信號。一種鎳氫電池用于供電的伺服系統(tǒng)和伺服控制器板，它是控制模式之間切換的自動模式和手動稍后提出。另一種鋰離子電池組供電，以用于機載計算機系統(tǒng)，傳感器和通信系統(tǒng)。這種系統(tǒng)設(shè)計的電源保護的伺服系統(tǒng)，產(chǎn)生的干擾機載計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)承擔(dān)大負(fù)荷來驅(qū)動控制面。C.支持系統(tǒng)支撐系統(tǒng)包括一個地面全雙工收發(fā)器和一個地面計算機系統(tǒng)。該收發(fā)器是為現(xiàn)代計算機系統(tǒng)和地面計算機系統(tǒng)，通過無線通信之間的空氣。地面計算機系統(tǒng)用于預(yù)先安排的無人機直升機飛行軌跡的和收集飛行數(shù)據(jù)。D.運營的航空電子系統(tǒng)原控制系統(tǒng)的直升機手工操作的玩具留在我們的廣播是航空電子系統(tǒng)。手動操作體系是非常有用的我們，以確定該模型的數(shù)據(jù)與飛行無人機直升機圖2簡單的航空電子系統(tǒng)第一階段。系統(tǒng)的手動操作也可以成為一個無人直升機輔助部分的，可以投產(chǎn)，如果必要的開關(guān)。因此，有兩種操作模式手動模式在航空電子系統(tǒng)，即自動模式和。模式開關(guān)控制由原始手工操作的系統(tǒng)。該手冊操作之前，自動操作，因為它的可靠性的。如果有必要，它可以從自動模式切換到手動模式，以避免混亂的直升機飛行的無人機。自動模式，自動飛行控制系統(tǒng)將在設(shè)計和實施了航空電子系統(tǒng)。在自動模式下，計算機系統(tǒng)執(zhí)行空中飛行管制法例，以推動無人機直升機。運作的基礎(chǔ)上設(shè)計的命令時，空氣中的計算機系統(tǒng)是搜集如從傳感單位實時數(shù)據(jù)資產(chǎn)凈值-慣性測量單元和轉(zhuǎn)速傳感器，計算命令和發(fā)送指令來驅(qū)動伺服控制直升機飛行的無人機。在每一個區(qū)間，時間槽要離開了系統(tǒng)的機載計算機之間的通信地面計算機系統(tǒng)。操作員可以修改計算機系統(tǒng)的地面飛行前計劃以改變無人機直升機飛行軌跡的。手動模式，在手動模式下，無人機直升機成為手動無線電遙控。猛禽90直升機使用“小PROPOPCM9X”九大通道無線電控制系統(tǒng)，透射電子顯微鏡，它包括四個部分：發(fā)射機，9通道接收機鎳氫電池組和5個舵機。最后的三個組成部分都安裝在直升機伺服框架。輸入信號，伺服四個五個伺服發(fā)送和接收輸入信號到最后是從一個接收器陀螺儀測量偏航率，其中輸入信號實際上是從一個合成信號的測量和命令從。其中5個伺服系統(tǒng)，一個是控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速環(huán)的，這是通過控制轉(zhuǎn)子的比例和尾槳在一個固定齒輪的齒輪傳動裝置的紡絲速度的主要主體，如齒輪傳動裝置和尾。另外三是與斜盤伺服控制集體和循環(huán)的角度刀片攻擊主旋翼。最后是控制伺服自動角度，尾旋翼，其中一個閉環(huán)包括陀螺儀，伺服和直升機，以穩(wěn)定的方位直升機。機械手可以在地面飛行控制發(fā)射機對發(fā)送信號通過無線控制。航空電子系統(tǒng)的組成我們提出在本節(jié)中的每一個航空電子系統(tǒng)的簡單，其中包括以PC-104電腦系統(tǒng)，如NAVIMU傳感器傳感裝置和轉(zhuǎn)速傳感器，伺服控制器和無線通信設(shè)備組件的詳細(xì)說明PC-104計算機系統(tǒng)如前所述，機載計算機系統(tǒng)是PC-104電腦系統(tǒng)如圖3所示。在PC-104是一種工業(yè)嵌入式振動計算機系統(tǒng)具有良好的抗能力。該系統(tǒng)規(guī)模的印刷電路板（PCB）在這個工業(yè)計算機毫米。該系統(tǒng)由4塊板的PCB，即一個主處理板，串行通訊板，一個A/D數(shù)據(jù)采集板和直流到直流轉(zhuǎn)換器。它們連接通過休克ISA總線與反引腳和插座連接插座。一個實時操作系統(tǒng)（實時操作系統(tǒng)）是必需的機載計算機系統(tǒng)。實際上，對于我們做好實時操作系統(tǒng)基于DOS操作系統(tǒng)的工作體系的威力。機載計算機系統(tǒng)是用于執(zhí)行命令的任務(wù)在指定的定期。經(jīng)過慎重考慮后，我們最后選擇了“QNX的中微子”作為實時操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)為我們的空降。這種制度具有以下特點：“QNX的中微子”有一個完美的集成德弗爾詹姆斯古斯塔夫斯佩思環(huán)境（IDE），可以減少負(fù)擔(dān)的編碼和調(diào)試。許多其他常見的電腦，如C語言，C++和Java語言也被納入QNX的實施飛行控制系統(tǒng)。應(yīng)用程序可以被編碼和主機調(diào)試在遠(yuǎn)程Windows的主機電腦或QNX的，電腦和可以執(zhí)行在空中的COM-帕特系統(tǒng)獨立，它提供了飛行控制系統(tǒng)大時地venience建模的發(fā)展過程中的直升機和無人機。3）QNX的RTOS是微內(nèi)核和中斷響應(yīng)要求在微秒。主要處理板有86賽揚處理器，完全兼容的RTOS與QNX的，具有650MHz的主頻和512MB的內(nèi)存。一個2GB的CF卡是作為機載計算機系統(tǒng)的存儲介質(zhì)的。主要處理板只提供兩個串行通訊端口，這是不足夠的處理器主要溝通與周邊設(shè)備。因此，串行通信電路板被用作處理器擴展為主要溝通與周邊設(shè)備。串行通信接口板提供8套的RS-232串行通信。該A/D數(shù)據(jù)采集板提供16個頻道的16-位A/D轉(zhuǎn)換器，以收集與模擬傳感器輸出的模擬信號的。D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間的影響，A/是在微秒。直流到直流轉(zhuǎn)換器電路板是把一個9-30伏直流電輸入電壓為標(biāo)準(zhǔn)+5V和+12V電壓，以支持航空電子系統(tǒng)，除了五伺服系統(tǒng)和伺服控制器板。B.傳感器資產(chǎn)凈值-IMU的傳感單元是一個完整的計量單位，其中措施幾乎所有必要的信號。該轉(zhuǎn)速傳感器測量直升機旋翼的旋轉(zhuǎn)速度的主要。雖然這些傳感器無法測量空氣相對運動的荷蘭國際集團之間的直升機和無人機的環(huán)繞，測得的信號，足以控制直升機運動中的無人機，因為空氣動力學(xué)效應(yīng)可以忽略的小第空速可達20米/NAV-IMU的傳感單元是一個微機電產(chǎn)品，在圖4所示接收器，與大小毫米，其中包括三軸向加速度計，三軸角速度傳感器，三軸磁力計和1個通道的GPS，提供3軸加速度，3軸速度和三軸角速率對身體的框架，經(jīng)度，緯度和地方相對高度以及）方向的偏轉(zhuǎn)角的車身骨架的歐拉角（即滾動，俯仰和。相關(guān)規(guī)格列于表二。全球定位系統(tǒng)信號更新率的測量信號（除）是可編程從1-100赫茲，這是法律的實施足夠的控制我們的航班范圍，精度和resolu，信號樹高測量都很好，足以保證法律執(zhí)行情況的閉回路控制系統(tǒng)，包括無人機的飛行和直升機。如果無人機直升機是被設(shè)計為在更高的飛行空速，空速所需的傳感器，以及攻擊的側(cè)滑角度會發(fā)生改變。圖4、NAV-IMUC.伺服控制伺服控制器板是提供手動模式和自動模式10毫秒之間切換，如圖5所示。該開關(guān)是在自動飛行混亂的情況下手動操作控制。通道的無線電控制系統(tǒng)0是在開關(guān)模式充電的。伺服控制器板有一個80*90毫米的大小和共享電源供應(yīng)該伺服。這樣的安排是為了以確保手動操作可以運行獨立進行。無人機直升機可以是自動操作模式也可以是手動模式D無線通信設(shè)備一個收發(fā)器設(shè)置一個全雙工無線電臺和一個調(diào)制解調(diào)器（見圖6）安裝在直升機和無人機機載計算機連接到系統(tǒng)。其他設(shè)置一個全雙工的無線電收發(fā)器和一個無線調(diào)制解調(diào)器（見圖7）被放置在地上，連接到地面計算機系統(tǒng)。機載裝置較少緊湊尺寸和重量超過100克，的規(guī)格對發(fā)射機和重新列于表三。它們可以提供全雙工的視線光無線通信與115.2kbps的20英里范圍內(nèi)。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了范圍，經(jīng)營范圍的飛行試驗中，該無人機直升機。圖5·伺服控制器板圖7·地面接收器和天線四．無人直升機的組裝這架直升機組裝的無人機將會在本節(jié)中的前兩個階段。在原有的猛禽90直升機起落架的意志加以修訂，然后將所設(shè)計的航空電子系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)陌b和安裝在機身的基本直升機。無人機直升機零部件的組裝與必要的是如圖8所示。原有的基本的直升機降落齒輪是塑料的，這是無力承擔(dān)模式的數(shù)量碰撞穆明所發(fā)出的聲音時，無人機直升機手冊降落在地面或在自動。沒有足夠的空間基本直升機在機身安裝航空電子系統(tǒng)設(shè)計（見圖1）。因此，我們設(shè)計和改變齒輪的材料為鋁合金登陸，并作出更大的空間的航空電子系統(tǒng)在直升機機身的基本。圖6·機載收發(fā)器航空電子系統(tǒng)是裝在一個碳纖維框。盒子內(nèi)的布局如圖9所示，這是設(shè)置均衡的慣性測量裝置，盡可能接近以及對系統(tǒng)的中心avonic重心基本直升機的航空電子系統(tǒng)和。布局是由水平面主要的考慮因素的權(quán)重分配的基本制度，并在直升機的航空電子設(shè)備，內(nèi)容如下：1）衡量纖維框預(yù)測點碳中心的重力水平底平面的基本直升機上。2）慣性測量裝置被放置以盡量接近預(yù)測點的平面中心底部重力水平的基本直升機。3）慣性測量裝置，被定為中心的航空電子系統(tǒng)水平的嚴(yán)重性，以找到其他組件。這樣的設(shè)計將使纖維框預(yù)測點碳重心的水平對底平面的慣性測量裝置的綜合無人機直升機附近的位置。如有必要，可以采取額外的考慮，以平衡分發(fā)的組件的重量確保在IM