|
一，设计背景 二，设计方案及创新点 1，四旋翼运动方案设计 2,旋翼动力结构 3,飞行器主体设计 4，控制终端 三，总体效果显示 效果图，三视图，零件图 四，小结 一，设计背景 四旋翼飞行器有4个旋转的螺旋桨，前后螺旋桨顺时针方向旋转，左右螺旋桨逆时针方向旋转，同时2个轴向的马达反方向旋转方式抵消彼此转矩，从而使四旋翼飞行器能在空中保持悬停。前后螺旋桨推力的差别产生俯仰动作，翻滚动作由左右螺旋桨推力的差别产生。通过改变四旋翼2个轴向的转速来实现自旋。在控制四旋翼飞行器飞行时，只能通过控制飞行器的4个旋翼的升力来改变它的飞行姿态，所以这是1个欠驱动模型。四旋翼飞行器飞行噪音小，飞行稳定，机动性强，应用前景十分广阔，可以应用在电力寻线，国土勘测，防洪就灾，森林防火等领域。 特别是对于室内狭小空间的侦查任务，需要微型飞行器具有垂直起降能力，稳定悬停能力以及灵活的机动性．多旋翼微型飞行器是实现以上功能的理想选择．本文设计了一种微型四旋翼飞行器，使用三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计组成姿态测量系统，使用四元数算法进行姿态解算，使用互补滤波器进行数据融合以减小机体振动和陀螺漂移对姿态测量的影响．该飞行器体积小，重量轻，可垂直起降和悬停，适用于室内狭小空间的侦查任务． 二，设计方案及创新 1， 四旋翼运动方案设计 飞行器结构解析图 1），结构形式 直升机在巧妙使用总距控制和周期变距控制之前，四旋翼结构被认为是一种最简单和最直观的稳定控制形式。但由于这种形式必须同时协调控制四个旋翼的状态参数，这对驾驶员认为操纵来说是一件非常困难的事，所以该方案始终没有真正在大型直升机设计中被采用。这里四旋翼飞行器重新考虑采用这种结构形式，主要是因为总距控制和周期变距控制虽然设计精巧，控制灵活，但其复杂的机械结构却使它无法再小型四旋翼飞行器设计中应用。另外，四旋翼飞行器的 旋翼效率相对很低，从单个旋翼上增加拉力的空间是非常有限的，所以采用多旋翼结构形式无疑是一种提高四旋翼飞行器负载能力的最有效手段之一。至于四旋翼结构存在控制量较多的问题，则有望通过设计自动飞行控制系统来解决。四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度 平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，旋翼1和旋翼3逆时针旋转，旋翼2和旋翼4顺时针旋转，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。四旋翼飞行器的结构形式如图1.1所示。 2）.工作原理 典型的传统直升机配备有一个主转子和一个尾桨。他们是通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，从而控制直升机的姿态和位置。四旋翼飞行器与此不同，是通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。由于飞行器是通过改变旋翼转速实现升力变化，这样会导致其动力部稳定，所以需要一种能够长期保稳定的控制方法。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，因此非常适合静态和准静态条件下飞行。但是四旋翼飞行器只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。 四旋翼飞行器结构形式如图所示，电机1 和电机3 逆时针旋转的同时，电机2 和电机4 顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。与传统的直升机相比，四旋翼飞行器有下列优势：各个旋翼 | 
