四旋翼飛行器.ppt

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1、四旋翼飛行器制作資料信息整理山東農(nóng)業(yè)大學(xué)四旋翼飛行器四旋翼飛行器的概念：四旋翼飛行器就是一種具有四個(gè)螺旋槳的飛行器并且四個(gè)螺旋槳呈十字形交叉結(jié)構(gòu)，相對(duì)的四旋翼具有相同的旋轉(zhuǎn)方向，分兩組，兩組的旋轉(zhuǎn)方向不同。飛行器也通過(guò)控制這兩組螺旋槳的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向產(chǎn)生不同的升力實(shí)現(xiàn)上下前后左右的六個(gè)方向飛行的航模模型。四旋翼飛行器的組成：電機(jī)電調(diào)螺旋槳飛控板鋰電池遙控器（六通控制）個(gè)四軸機(jī)架基本線路連接四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式：四旋翼飛行器采用四個(gè)旋翼作為飛行的直接動(dòng)力源，旋翼對(duì)稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，旋

2、翼1和旋翼3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋翼2和旋翼4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，四個(gè)電機(jī)對(duì)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(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式如圖所示：四旋翼飛行器的飛行原理：四旋翼飛行器是通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)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)和位置由于飛行器是通過(guò)改變旋翼轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)升力變化，這樣會(huì)導(dǎo)致其動(dòng)力部穩(wěn)定，所以需要一種能夠長(zhǎng)期保穩(wěn)定的控制方法。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，因此非常適合靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)條件下飛行。但是四旋翼飛行器只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的直升機(jī)相比，

3、四旋翼飛行器有下列優(yōu)勢(shì)：各個(gè)旋翼對(duì)機(jī)身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對(duì)機(jī)身的反扭矩。四旋翼飛行器在空間共有6個(gè)自由度（分別沿3個(gè)坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作），這6個(gè)自由度的控制都可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。基本運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別是：垂直運(yùn)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)偏航運(yùn)動(dòng)前后運(yùn)動(dòng)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)垂直運(yùn)動(dòng)：在圖（a）中，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，當(dāng)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，

4、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，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿z軸的垂直運(yùn)動(dòng)，當(dāng)外界擾動(dòng)量為零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時(shí)，飛行器便保持懸停狀態(tài)。保證四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或減小是垂直運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。俯仰運(yùn)動(dòng)：在圖（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3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

5、個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)通過(guò)這實(shí)現(xiàn)了四軸飛行器的翻轉(zhuǎn)。滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與俯仰運(yùn)動(dòng)一樣，同樣是為了實(shí)現(xiàn)四軸飛行器的翻轉(zhuǎn)。只不過(guò)俯仰運(yùn)動(dòng)改變的是電機(jī)1、3的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)2、4的轉(zhuǎn)速不變，使得四軸飛行器繞y軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。而滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則是改變電機(jī)2、4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1、3轉(zhuǎn)速不變，使四軸飛行器繞x軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。原理如圖（c）示：看視頻請(qǐng)點(diǎn)這偏航運(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)角線上的來(lái)年各個(gè)旋翼轉(zhuǎn)

6、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。原理如圖（d）示：前后運(yùn)動(dòng)與側(cè)向運(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)，必須在水平電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。按圖b的面內(nèi)對(duì)飛行器施加一定的力

7、。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)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)。同理，根據(jù)四軸飛行器前后運(yùn)動(dòng)的工作原理，將飛行器x、y軸上的電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行互換便可以實(shí)現(xiàn)飛行器側(cè)向運(yùn)動(dòng)，原理圖如圖（f）所示。電機(jī)：電機(jī)也就是馬達(dá)，可以說(shuō)電機(jī)是四旋翼飛行器的基礎(chǔ)配件之一。電機(jī)分為有刷和無(wú)刷兩種，在四軸飛行器中無(wú)刷是主流，因?yàn)樗獯笄夷陀?，接?/p>

8、來(lái)說(shuō)一下電機(jī)的基本型號(hào)數(shù)據(jù)：不管什么牌子的電機(jī)，具體都要對(duì)應(yīng)4位這類數(shù)字如2212電機(jī)什么的，其中前面2位是