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(shuō)一下生活當(dāng)有哪位同學(xué)能夠說(shuō)一下生活當(dāng)中我們都看到過(guò)哪些飛行器？中我們都看到過(guò)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(guó)，第一個(gè)載人的四旋翼飛行器由法國(guó)，第一個(gè)載人的四旋翼飛行器由Breguet兄弟設(shè)計(jì)并制作兄弟設(shè)計(jì)并制作了出來(lái)，被命名為了出來(lái)，被命名為GyroplaneNo.1。其起飛時(shí)候需要大量人。其起飛時(shí)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(wú)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(wú)人，遙控到自主飛行的過(guò)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(guò)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(qiáng)。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(qiáng)。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(guó)飛行器設(shè)計(jì)師年美國(guó)飛行器設(shè)計(jì)師FrankNicholasPiasecki為美國(guó)海軍設(shè)計(jì)了一架可以在核潛艇上起降的四旋翼

3、為美國(guó)海軍設(shè)計(jì)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(wú)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(wú)人控制四旋翼飛行器。隨著科技的不斷進(jìn)步，微電子機(jī)械系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，以及傳感器進(jìn)步，微電子機(jī)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(lái)越廣泛。翼飛行器在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)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(jī)架多軸飛行器機(jī)架機(jī)架是一個(gè)多軸飛行器的核心

4、，幾乎所 有的配件都與它直接相連。機(jī)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(huì)用螺絲或者扎帶被固定在機(jī)架上，而且偶爾會(huì)把彈性泡沫塑料或者類似的填充物固定在機(jī)架上以減少外界因素對(duì)機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)架翅膀（軸）的數(shù)目；二是機(jī)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(duì)一個(gè)飛行器稱之為軸飛行器。我們一般對(duì)一個(gè)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(jī)一般有兩個(gè)軸在飛機(jī)正向，一個(gè)軸在飛機(jī)負(fù)向。所三旋翼機(jī)一般有兩個(gè)軸在飛機(jī)正向，一個(gè)軸在飛機(jī)負(fù)向。所以機(jī)身看起來(lái)應(yīng)該是以機(jī)身看起來(lái)應(yīng)該是T型或者型或者Y型。負(fù)向的電機(jī)通過(guò)自身的旋型。負(fù)向的電機(jī)通過(guò)自身的旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整飛機(jī)固定在某個(gè)航向上，三旋翼通常比兩旋翼更好轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整飛機(jī)固定在某個(gè)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(jī)?？刂疲采仙目煲恍?，但是并不顯著。當(dāng)然，如果電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，那么飛機(jī)必將墜毀，但這類模型相對(duì)比較敏捷。

6、止運(yùn)轉(zhuǎn)，那么飛機(jī)必將墜毀，但這類模型相對(duì)比較敏捷。四旋翼比三旋翼負(fù)重更多，也更容易組建，因?yàn)樗男聿恍枰?dú)立的四旋翼比三旋翼負(fù)重更多，也更容易組建，因?yàn)樗男聿恍枰?dú)立的旋翼來(lái)控制單一的參數(shù)。它們更穩(wěn)定，并且飛行時(shí)間更長(zhǎng)，因?yàn)槟憧尚韥?lái)控制單一的參數(shù)。它們更穩(wěn)定，并且飛行時(shí)間更長(zhǎng)，因?yàn)槟憧梢猿休d更大的電池。四旋翼通過(guò)減少其中兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)橫滾，以承載更大的電池。四旋翼通過(guò)減少其中兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)橫滾，而另外兩個(gè)電機(jī)就可以控制整個(gè)飛機(jī)的航向了。四軸分為正反槳，順而另外兩個(gè)電機(jī)就可以控制整個(gè)飛機(jī)的航向了。四軸分為正反槳，順時(shí)針轉(zhuǎn)風(fēng)向向下的為正槳；逆時(shí)針轉(zhuǎn)風(fēng)向向下的為反槳。時(shí)針轉(zhuǎn)風(fēng)向向下的

7、為正槳；逆時(shí)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中：可用于航空攝影、地質(zhì)勘探、氣象探測(cè)、環(huán)境監(jiān)控、化學(xué)取樣、災(zāi)情救護(hù)等。環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)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(cè)、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(cè)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(jī)電系統(tǒng)（傳感器）即微機(jī)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(guó)crazy開源微型四旋翼國(guó)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(jì)要求微小型飛行器由于體積小、載荷低等特點(diǎn)，與普通工業(yè)產(chǎn)品相比，對(duì)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)要求較高，有以下幾個(gè)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(tái)空間上；(3)要可靠性高，持續(xù)穩(wěn)定工作時(shí)間長(zhǎng)；(4)要功耗低，重量輕，保證飛行器具有較大的巡航時(shí)間；(5)飛行器控制系統(tǒng)要求要有良好的擴(kuò)展性, 方便日后

9、系統(tǒng)的升級(jí)和新功能的擴(kuò)展。2022-2-8小牛頓科學(xué)館小牛頓科學(xué)館PCB設(shè)計(jì)2022-2-8PCBPCB是線路板的簡(jiǎn)稱是線路板的簡(jiǎn)稱四軸飛行器的基本運(yùn)動(dòng)原理四軸飛行器的基本運(yùn)動(dòng)原理垂直運(yùn)動(dòng)垂直運(yùn)動(dòng)因有兩對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對(duì)機(jī)身的反扭矩，同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)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(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)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(yùn)動(dòng)原理四軸飛行器的基本運(yùn)動(dòng)原理俯仰運(yùn)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)2、電機(jī)4的轉(zhuǎn) 速保持不變。為了不因?yàn)樾磙D(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(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示），同理，當(dāng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。 四軸飛行器的基本運(yùn)動(dòng)原理四軸飛行器的基本運(yùn)動(dòng)原理滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與俯仰運(yùn)動(dòng)的原理相同，在圖（c）中，改變電機(jī)2和電機(jī)4 的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實(shí)現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 四軸飛行器的基本運(yùn)動(dòng)原理四軸飛行器的基本運(yùn)動(dòng)原理偏航運(yùn)動(dòng)偏航運(yùn)動(dòng)四旋翼飛行器偏航運(yùn)動(dòng)可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn) 。旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于空氣阻

11、力作用會(huì)形成與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對(duì)角線上的各個(gè)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，四個(gè)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(dòng)；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會(huì)引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖（d）中，當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，旋翼1和旋翼3對(duì)機(jī)身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4對(duì)機(jī)身的反扭矩，機(jī)身便在富余反扭矩的作用下繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)飛行器的偏航運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向與電機(jī)1、電機(jī)3的轉(zhuǎn)向相反。因?yàn)殡姍C(jī)的總升力不變，飛機(jī)不會(huì)發(fā)會(huì)垂直運(yùn)動(dòng)。 四軸飛行器的基本運(yùn)動(dòng)原理四軸飛行器

12、的基本運(yùn)動(dòng)原理前后運(yùn)動(dòng)前后運(yùn)動(dòng)要想實(shí)現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運(yùn)動(dòng)，必須在水平面內(nèi)對(duì)飛行器施加一定的力。在圖（e）中，增加電機(jī)3轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應(yīng)減小電機(jī)1轉(zhuǎn)速，使拉力減小，同時(shí)保持其它兩個(gè)電機(jī)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(shí)現(xiàn)飛行器的前飛運(yùn)動(dòng)。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(yùn)動(dòng)的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沿x、y軸的水平運(yùn)動(dòng)。 四軸飛行器的基本運(yùn)動(dòng)原理四軸飛行器的基本運(yùn)動(dòng)原理側(cè)向運(yùn)動(dòng)側(cè)向運(yùn)動(dòng)在圖（f）中，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以側(cè)向飛行的工作原理與前后運(yùn)動(dòng)完全一樣。 飛行器

13、結(jié)構(gòu)原理 發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)接收機(jī)多軸航模屬于遙控設(shè)備，所以你需要一個(gè)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X(jué)YZ軸的移動(dòng)。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(jī)架機(jī)架機(jī)架定義的飛機(jī)的基本外觀以及飛機(jī)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(jià)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(jī)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?yàn)橄鄬?duì)于其他電池電荷密度最高 電機(jī)電機(jī)/馬達(dá)馬達(dá)多軸飛行器多選用無(wú)刷電機(jī)。配合螺旋

14、槳能夠讓飛機(jī)在空中運(yùn)動(dòng)。 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(yuǎn)裝不完。你可能會(huì)想要加個(gè)圖傳來(lái)實(shí)現(xiàn)第一人稱視角（FPV）飛行，也可能想加一個(gè)攝像頭來(lái)實(shí)現(xiàn)航拍，或者加點(diǎn)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(lái)的新電池先充滿電，單片電壓在4.16V-4.2V之間不超過(guò)4.23V。2、然后把充好的電池放電到3.95-4V之間。這個(gè)過(guò)程盡量用中小電流放電，有些充電器有這個(gè)放電功能。一般模友沒(méi)有中高檔的充電器，可以用上機(jī)懸停的方式來(lái)放電。一般懸停1分鐘到1分半，基本就能達(dá)到4V左右的放電要求。（根據(jù)

15、每人飛機(jī)不同）。3、然后按照上面的步驟再來(lái)2次，一共做3次充、放電循環(huán)，就基本能達(dá)到激活電池的要求了。平時(shí)維護(hù)方法：平時(shí)維護(hù)方法：5 5個(gè)個(gè)“不不”1、不過(guò)充。 鋰聚電池充電的時(shí)候一定要有人照看，當(dāng)發(fā)現(xiàn)充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，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(guò)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(guò)放。 電池的放電曲線表明，剛開始放電時(shí)，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?yàn)殡姵剌^少，所以每次飛都會(huì)過(guò)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(gè)循環(huán)。寧可電池多買兩塊，也不要每次把電池飛到超過(guò)容量極限。 3、 不滿電保存。 這個(gè)原則，很多人會(huì)忽視。充滿電的電池，不能滿電保存超過(guò)3天， 如果超過(guò)一個(gè)星期不放掉，有些電池就直接鼓包了，有些電池可能暫時(shí)不會(huì)鼓，但幾次滿電保存后，電池會(huì)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(méi)飛，也要在充滿后3天內(nèi)找時(shí)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(huì)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(hù)和運(yùn)輸過(guò)程中。短路會(huì)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(shí)，特別要注意電烙鐵不要同時(shí)接觸電池的正極和負(fù)極。另外在去飛場(chǎng)運(yùn)