《無人機(jī)藝術(shù)攝影》課件-項目3 無人機(jī)飛行操控

項目3無人機(jī)飛行操控?zé)o人機(jī)藝術(shù)攝影任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理目錄CONTENES任務(wù)3.2飛行前檢查及指南針校準(zhǔn)任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)任務(wù)3.4飛行模式任務(wù)3.5飛行訓(xùn)練多旋翼無人機(jī)飛行原理任務(wù)3.13.1.1流體基本特性任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理（1）流體的可壓縮性對流體施加壓力，流體的體積會發(fā)生變化。在一定溫度條件下，具有一定質(zhì)量流體的體積或密度隨壓力變化而改變的特性，稱為可壓縮性（或稱彈性）。（2）流體的聲速聲速c是指聲波在流體中傳播的速度，單位是m/s。1.流體的可壓縮性、聲速、黏性和傳熱性任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理（3）流體的黏性一般情況下，摩擦有外摩擦和內(nèi)摩擦兩種。一個固體在另一個固體上滑動時產(chǎn)生的摩擦稱為外摩擦，而同一種流體相鄰流動層間相對滑動時產(chǎn)生的摩擦稱為內(nèi)摩擦，又稱流體的黏性。（4）流體的傳熱性流體的傳熱性也是流體的一個重要物理屬性。當(dāng)流體中沿某一方向存在著溫度梯度時，熱量就會由溫度高的地方傳向溫度低的地方，這種性質(zhì)稱為流體的傳熱性。任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理物體在靜止的空氣中運(yùn)動或氣流流過靜止的物體，如果兩者相對速度相等物體上所受的空氣動力完全相等，這個原理稱為相對運(yùn)動原理。2.相對運(yùn)動原理3.1.2氣流流動的基本原理任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理流體的連續(xù)性原理指出當(dāng)流體穩(wěn)定連續(xù)地流過一個粗細(xì)不等的管子時，如圖所示，由于管子中任一部分的流體都不能中斷或堆積起來，因此，在同一時間內(nèi)，流進(jìn)任一切面的流體質(zhì)量可見，連續(xù)性原理實(shí)質(zhì)上是質(zhì)量守恒定律在流體中的應(yīng)用。1.連續(xù)性定理連續(xù)性定理示意圖任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理根據(jù)連續(xù)性原理，空氣流過管子任意兩切面的流量應(yīng)該相等，即式3-1-1稱為流體的連續(xù)性方程。從式中可以看出，氣流速度的大小是由切面面積和密度兩個因素決定的。（式3-1-1）任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理當(dāng)空氣穩(wěn)定連續(xù)地流過一條流管時，流速快的地方壓力小，流速慢的地方壓力大。這就是伯努利定理的基本內(nèi)容。伯努利定理的數(shù)學(xué)表達(dá)式即伯努利方程為：2.伯努利定理（式3-1-2）任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理地面效應(yīng)是一種使飛行器誘導(dǎo)阻力減小，同時能獲得比空中飛行更高升阻比的流體力學(xué)效應(yīng)：當(dāng)運(yùn)動的飛行器掉到距地面（或水面）很近時，整個飛行器體的上下壓力差增大，升力會陡然增加。3.地面效應(yīng)3.1.3作用在無人機(jī)上的空氣動力任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理作用在無人機(jī)上的空氣動力包括升力和阻力兩部分。升力主要靠機(jī)翼來產(chǎn)生，并用來克服無人機(jī)自身的重力，而阻力要靠發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的推力來平衡，這樣才能保證無人機(jī)在空中水平等速直線飛行。1.升力的產(chǎn)生升力的產(chǎn)生1—空氣動力作用點(diǎn)；2—前緣；3—后緣；4—翼弦翼型和作用在翼型上的空氣動力任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理1）機(jī)翼面積的影響。2）相對速度的影響。3）空氣密度的影響。4）機(jī)翼剖面形狀和迎角的影響。升力公式為：2.影響無人機(jī)升力的因素（式3-1-3）任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理為了使無人機(jī)在盡可能小的速度下產(chǎn)生足夠的升力，提高無人機(jī)的起飛和著陸性能，需要采用“增升裝置”。增升原則：1）改變機(jī)翼剖面形狀，增大機(jī)翼彎度。2）增大機(jī)翼面積。3）改變氣流的流動狀態(tài)，控制機(jī)翼上的附面層，延緩氣流分離。3.增升裝置任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理空氣與無人機(jī)作相對運(yùn)動時，除產(chǎn)生升力外，還要產(chǎn)生阻礙無人機(jī)前進(jìn)的阻力。無人機(jī)阻力按其產(chǎn)生原因的不同，分為摩擦阻力、壓差阻力、干擾阻力、誘導(dǎo)阻力。（1）摩擦阻力摩擦阻力是由于大氣的粘性而產(chǎn)生的。摩擦阻力的大小，取決于空氣的粘性、無人機(jī)表面的狀況、附面層中氣流的流動情況和同氣流接觸的無人機(jī)表面積的大小。空氣的粘性越大，無人機(jī)表面越粗糙，無人機(jī)的表面積越大，則摩擦阻力越大。為了減小摩擦阻力，應(yīng)在這些方面采取必要的措施。4.阻力任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理（2）壓差阻力翼型前后就形成了一個壓強(qiáng)差，阻礙無人機(jī)的向前飛行，因此，把這個由前后壓強(qiáng)差形成的阻力叫做“壓差阻力”。壓差阻力與物體的迎風(fēng)面積有很大關(guān)系，物體的迎風(fēng)面積越大，壓差阻力也越大。物體的形狀對壓差阻力也有很大影響。為了減小無人機(jī)的壓差阻力，應(yīng)盡量減小無人機(jī)的最大迎風(fēng)面積，并對無人機(jī)的各部件進(jìn)行整流，做成流線形。任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理（3）誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力是伴隨著升力而產(chǎn)生的，由升力誘導(dǎo)而產(chǎn)生的阻力稱為“誘導(dǎo)阻力”。誘導(dǎo)阻力與機(jī)翼的平面形狀、翼剖面形狀、展弦比等有關(guān)?？梢酝ㄟ^增大展弦比，選擇適當(dāng)?shù)钠矫嫘螤?。?）干擾阻力所謂“干擾阻力”就是無人機(jī)各部件組合到一起后由于氣流的相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。干擾阻力和無人機(jī)不同部件之間的相對位置有關(guān)，因此，在設(shè)計時要妥善地考慮和安排各部件的相對位置，必要時在這些部件之間加裝流線形的整流片，使連接處圓滑過渡，盡量減小旋渦的產(chǎn)生。3.1.4無人機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理旋翼對稱分布在機(jī)體的前后、左右四個方向，四個旋翼處于同一高度平面，且四個旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，四個電機(jī)對稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計算機(jī)和外部設(shè)備。1.多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)形式多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)形式任務(wù)3.1多旋翼無人機(jī)飛行原理四旋翼飛行器通過調(diào)節(jié)四個電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，但只有四個輸入力，同時卻有六個狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)。2.工作原理四旋翼飛行器運(yùn)動示意圖飛行前檢查及指南針校準(zhǔn)任務(wù)3.23.2.1飛行前的檢查任務(wù)3.2飛行前檢查及指南針校準(zhǔn)在操控?zé)o人機(jī)上天飛行前，我們需要做以下幾項檢查，以確保長時間的安全飛行。1）起降地點(diǎn)：起飛要選擇水平且視野開闊的地方。不僅要考慮起飛，還要計劃好降落地點(diǎn)。降落地點(diǎn)同樣要求空曠且沒有人、動物、樹木等障礙物。同時留意起降點(diǎn)的一些金屬物，它們可能會干擾無人機(jī)指南針的工作。我們所選擇的起飛點(diǎn)也會默認(rèn)為無人機(jī)的故障返航點(diǎn)。關(guān)于故障返航點(diǎn)的設(shè)定，可以通過問以下幾個問題來確定：這個地方是否足夠空曠可以降落無人機(jī)？無人機(jī)在返航途中是否會碰到樹木或電線？任務(wù)3.2飛行前檢查及指南針校準(zhǔn)2）飛行條件：確保風(fēng)力不會影響無人機(jī)的安全飛行。注意避免在雨天或大霧天氣飛行無人機(jī)，這是因為：第一，雨水或水汽會損壞電子設(shè)備：第二，無人機(jī)飛行對能見度有要求，我們要在視線范圍內(nèi)進(jìn)行飛行。除了氣象條件，飛手還需在應(yīng)用程序上查看航拍區(qū)域是否允許飛行拍攝，是否遠(yuǎn)離機(jī)場等禁飛區(qū)。3）電池狀態(tài)：確保所有設(shè)備的電池都已充滿，包括遙控器的電池、監(jiān)視器或移動設(shè)備的電池及無人機(jī)的電池。同時，還要確定電池的工作狀態(tài)是否良好，檢查電池是否膨脹或損壞。4）磨損程度：確保無人機(jī)及其他裝置上沒有損壞，如螺旋槳上沒有缺口，無人機(jī)外殼上沒有裂紋等。如果無人機(jī)的螺旋槳出現(xiàn)了缺口或變形，使用時會影響到機(jī)身的平衡，嚴(yán)重的還會造成相機(jī)振動，進(jìn)而導(dǎo)致拍出來的照片模糊。任務(wù)3.2飛行前檢查及指南針校準(zhǔn)5）零件固定：確保無人機(jī)的所有零件緊緊固定且狀態(tài)良好，尤其是所有的螺旋槳。確保無人機(jī)在飛行中不會有松動部件脫落。6）固件版本：固件是指無人機(jī)內(nèi)部的計算機(jī)與無人機(jī)硬件連接的程序。在飛行前，飛手要確定無人機(jī)已經(jīng)更新最新固件。如果有新的固件升級，大疆或3DR的無人機(jī)都會提示。任務(wù)3.2飛行前檢查及指南針校準(zhǔn)7）IMU和指南針校準(zhǔn)：當(dāng)IMU慣性測量單元和指南針沒有準(zhǔn)確運(yùn)行時，系統(tǒng)會給予警告。飛手可以在App應(yīng)用中對IMU和指南針進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，可以看到屏幕飛行器狀態(tài)提示欄變?yōu)榫G色并顯示“可安全飛行”，如圖所示。安全飛行提示注意：更換電池后需要做以下檢查。1）如果無人機(jī)在GPS模式飛行，要確保鎖定GPS信號。2）確定相機(jī)內(nèi)已經(jīng)插入存儲卡，并且要確保存儲卡插入正確。3.2.2指南針校準(zhǔn)任務(wù)3.2飛行前檢查及指南針校準(zhǔn)檢查并校準(zhǔn)無人機(jī)上的電子指南針是一項相當(dāng)重要的工作，有助于確保系統(tǒng)準(zhǔn)確標(biāo)記無人機(jī)的位置。無人機(jī)的安全返航功能及遙測功能都需要指南針運(yùn)行準(zhǔn)確。建議在飛去一個新地點(diǎn)飛行前對指南針進(jìn)行一次校準(zhǔn)。指南針校準(zhǔn)的過程是將無人機(jī)的指南針進(jìn)行360°垂直和水平旋轉(zhuǎn)。校準(zhǔn)工作需要在室外進(jìn)行，周圍不受有線和無線電波千擾，并且遠(yuǎn)離大型金屬物。此外，校準(zhǔn)人員還要檢查自己身上有沒有帶有磁性的物體，如手機(jī)、汽車鑰匙等。任務(wù)3.2飛行前檢查及指南針校準(zhǔn)具體校準(zhǔn)方式如下：1）在應(yīng)用程序上選擇“指南針校準(zhǔn)”進(jìn)入校準(zhǔn)模式。對于大疆無人機(jī)，還可以通過迅速開閉五次GPS開關(guān)，打開校準(zhǔn)模式。進(jìn)入后，無人機(jī)指示燈就會轉(zhuǎn)變成黃色常亮，表明已經(jīng)成功進(jìn)入校準(zhǔn)模式。2）抓住無人機(jī)水平順時針方向旋轉(zhuǎn)60°，這時指示燈顯示綠色常亮。3）將無人機(jī)機(jī)頭朝下，電池朝向自身，然后進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)。直到指示燈為閃爍的綠燈，表明已經(jīng)成功校準(zhǔn)了無人機(jī)的指南針。任務(wù)3.2飛行前檢查及指南針校準(zhǔn)若飛行器狀態(tài)指示燈顯示紅、黃燈交替閃爍，則說明校準(zhǔn)失敗。飛手可以重復(fù)上面的動作。若還未成功，則必須更換校準(zhǔn)場地，遠(yuǎn)離遮蔽衛(wèi)星信號的障礙物。如果指示燈為閃爍的紅燈，需要利用應(yīng)用程序?qū)χ改厢樳M(jìn)行校準(zhǔn)。在這種情況下,需要通過應(yīng)用程序中的指南針校準(zhǔn)選項進(jìn)行一次完整的校準(zhǔn)，之后再進(jìn)行一次指南針校準(zhǔn)。操控飛行基礎(chǔ)任務(wù)3.33.3.1配置無人機(jī)任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)掃描二維碼下載DJIGO4App。1.下載App任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)第一次使用需要注冊大疆賬號并激活飛行器，如圖所示。2.激活飛行器激活飛行器任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)激活完成后會提示固件更新，如圖所示。3.固件升級固件升級任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)遙控器如圖所示，其中數(shù)字含義如表所示。3.固件升級遙控器示意圖3.3.2認(rèn)識遙控器序號功能序號功能1電源開關(guān)2一鍵返航3搖桿4遙控器狀態(tài)指示燈5電池電量指示燈6充電接口7支架8卡扣9天線10提手11云臺俯仰撥輪12相機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)盤13錄影按鍵14飛行模式切換15拍照按鍵16回放按鍵17自定義按鍵18USB接口19MicroUSB接口

遙控器各部位名稱任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)遙控器與手機(jī)的連接：將遙控器支架展開，手機(jī)放入支架后調(diào)整支架夾緊手機(jī)，使用數(shù)據(jù)線連接手機(jī)與遙控器USB接口。連接手機(jī)與遙控器任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)為了能順利起飛，要詳細(xì)了解遙控器的使用。大疆精靈4PRO遙控器出廠默認(rèn)操控方式為“美國手”。具體來說，就是遙控器的左搖桿，負(fù)責(zé)飛行器的上升下降、原地順時針/逆時針旋轉(zhuǎn)；遙控器的右搖桿，負(fù)責(zé)飛行器在水平位置上的前后左右移動，如圖所示。連接手機(jī)與遙控器任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)激活飛行器時，選擇“新手模式”。在“新手模式”下，飛行器只能在起飛點(diǎn)30米附近飛行，可以先拿來練練手。熟悉后可以在設(shè)置（右上角三點(diǎn)處）中關(guān)閉“新手模式”，如圖所示。激活新手模式3.3.3激活新手模式任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)1）起飛前一定要等待DJIGO4App界面中的飛行狀態(tài)指示欄顯示為“起飛準(zhǔn)備完畢（GPS）。這樣飛行器會自動記錄當(dāng)前位置為返航點(diǎn)，當(dāng)飛行器發(fā)現(xiàn)意外情況時可以點(diǎn)擊“自動返航”使飛行器自動返回到返航點(diǎn)。2）選擇開闊、周圍無高大建筑物的場所作為飛行場地。飛行時，保持飛行器在視線控制內(nèi)，遠(yuǎn)離障礙物、人群、水面等。3.3.4無人機(jī)起飛1.飛行前的注意事項任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)將飛行器放置在開闊地，操作員離開飛行器到安全距離。點(diǎn)擊DJIGO4App中的“自動起飛”圖標(biāo)，飛行器自動起飛上升到1.2米處懸停。也可以手動起飛，將左右遙桿一起搖向內(nèi)側(cè)下方或外側(cè)下方即可啟動旋翼電機(jī)，再向上推動油門桿使飛行器上升起飛后，使無人機(jī)在較低的高度保持1分鐘左右懸停狀態(tài)，檢查是否發(fā)生漂移，如有漂移，需要重新校準(zhǔn)。再嘗試將無人機(jī)向指定方向移動，確保無人機(jī)完全在控制之下。2.起飛任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)推動油門將無人機(jī)上升到安全高度，注意無人機(jī)要高于區(qū)域內(nèi)的所有障礙物。推動遙控器搖桿的時候要緩慢推動，確保無人機(jī)平緩飛行。反復(fù)練習(xí)以上動作，將空間方位識別內(nèi)化于心。如需加強(qiáng)技能，可以在沿著線路進(jìn)行飛進(jìn)飛出訓(xùn)練時，加上右搖桿的左右推動練習(xí)。需要注意的是無人機(jī)在面朝使用者時，右搖桿的移動方向與無人機(jī)的移動是相反的。3.3.5操控平緩飛行任務(wù)3.3操控飛行基礎(chǔ)點(diǎn)擊DJIGO4App中的“自動起飛”圖標(biāo)，飛行器自動降落并停止旋翼電機(jī)。也可以手動降落，緩慢向下拉動油門桿，直至飛行器降落，保持油門桿處在最低位置2秒，直至旋翼電機(jī)停止，如圖所示。3.3.6降落無人機(jī)降落飛行模式任務(wù)3.43.4.1GPS模式任務(wù)3.4飛行模式GPS（全球定位系統(tǒng)）模式是最常用的一種模式。在該模式下，無人機(jī)使用定位衛(wèi)星確此外，GPS還能幫助無人機(jī)建立返航點(diǎn)，在安全返航啟動時，引導(dǎo)無人機(jī)自動返航并安全降落。如果無人機(jī)和遙控器之間的聯(lián)絡(luò)出現(xiàn)故障，如電池故障、設(shè)備損壞、遙控器失靈等，無人機(jī)便會進(jìn)入安全返航模式，自動降落在返航點(diǎn)上。所以當(dāng)發(fā)生緊急狀況時，一定不要慌張，安全返航功能可以保障無人機(jī)的安全。此外，當(dāng)電池電量變少時，許多無人機(jī)也會自動進(jìn)入安全返航模式，在GPS的指引下降落到既定的返航點(diǎn)。3.4.2ATTI姿態(tài)模式任務(wù)3.4飛行模式ATTI姿態(tài)模式使用的是無人機(jī)內(nèi)置的IMU慣性測量單元，所以可以在GPS信號弱時使用。IMU慣性測量單元由用于檢測運(yùn)動的加速度計和用于保持直立的陀螺儀組成。當(dāng)在室內(nèi)飛行或在有遮蔽的室外飛行時，我們可以使用ATTI模式，因為這些地方的衛(wèi)星信號較弱甚至沒有。這時不應(yīng)使用GPS模式，因為無人機(jī)很容易被其他信號干擾，導(dǎo)致亂飛甚至墜毀。有些無人機(jī)內(nèi)置視覺定位系統(tǒng)可探測下方距離，在ATTI模式下，配合IMU穩(wěn)定無人機(jī)。有的飛手喜歡使用ATT|模式飛行，因為在此模式下的飛行更為平滑流暢。GPS模式帶來的飛行修正容易導(dǎo)致運(yùn)動不夠順暢。還有的飛手在追求快速飛行時會切換至ATTI模式。因為該模式下沒有衛(wèi)星信號牽制,所以能夠使無人機(jī)實(shí)現(xiàn)更快的飛行速度。3.4.3航向鎖定任務(wù)3.4飛行模式航向鎖定是一個非常有趣的模式。在該模式下，航向?qū)⒈绘i定為一條直線，無論無人機(jī)機(jī)頭朝向哪里。首先，設(shè)定好返航點(diǎn)和起始方向。當(dāng)我們操控?zé)o人機(jī)往前飛時，無人機(jī)便會按照設(shè)定的航向保持直線飛行。我們這時可以操控左搖桿，使無人機(jī)的機(jī)頭旋轉(zhuǎn)，但只要一直向前推右搖桿，無人機(jī)便一直沿著設(shè)定好的直線飛行，無論機(jī)頭指向的是哪個方向。這種飛行可以用于拍攝飛越鏡頭，我們按照既定的線路飛向地面的拍攝目標(biāo)，在飛越時，可以操控左搖桿和云臺，讓無人機(jī)相機(jī)一直對準(zhǔn)拍攝對象，如圖所示。航向鎖定3.4.4返航點(diǎn)鎖定任務(wù)3.4飛行模式在返航點(diǎn)鎖定模式下，當(dāng)我們向自己方向拉右搖桿時，無人機(jī)便會向我們飛來，無論機(jī)頭的朝向和航向。反之，當(dāng)我們把右搖桿向前推時，無人機(jī)就會飛離我們。返航點(diǎn)鎖定模式可以實(shí)現(xiàn)許多鏡頭的拍攝。當(dāng)無人機(jī)返回并飛向自己的時候，我們可以旋轉(zhuǎn)相機(jī)，這時拍攝的畫面就有一種透過飛機(jī)舷窗看景色的效果。此外，當(dāng)我們不知道無人機(jī)飛到哪里的時候,可以使用該模式將無人機(jī)飛回來。只需將搖桿向自己方向拉，就