四旋翼微型飛行器

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一，設計背景

二，設計方案及創新點

1，四旋翼運動方案設計

2,旋翼動力結構

3,飛行器主體設計

4，控制終端

三，總體效果顯示

    效果圖，三視圖，零件圖

四，小結

一，設計背景

   

四旋翼飛行器有4個旋轉的螺旋槳，前后螺旋槳順時針方向旋轉，左右螺旋槳逆時針方向旋轉，同時2個軸向的馬達反方向旋轉方式抵消彼此轉矩，從而使四旋翼飛行器能在空中保持懸停。前后螺旋槳推力的差別產生俯仰動作，翻滾動作由左右螺旋槳推力的差別產生。通過改變四旋翼2個軸向的轉速來實現自旋。在控制四旋翼飛行器飛行時，只能通過控制飛行器的4個旋翼的升力來改變它的飛行姿態，所以這是1個欠驅動模型。四旋翼飛行器飛行噪音小，飛行穩定，機動性強，應用前景十分廣闊，可以應用在電力尋線，國土勘測，防洪就災，森林防火等領域。

特別是對于室內狹小空間的偵查任務，需要微型飛行器具有垂直起降能力，穩定懸停能力以及靈活的機動性．多旋翼微型飛行器是實現以上功能的理想選擇．本文設計了一種微型四旋翼飛行器，使用三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸磁力計組成姿態測量系統，使用四元數算法進行姿態解算，使用互補濾波器進行數據融合以減小機體振動和陀螺漂移對姿態測量的影響．該飛行器體積小，重量輕，可垂直起降和懸停，適用于室內狹小空間的偵查任務．

二，設計方案及創新

1，          四旋翼運動方案設計

飛行器結構解析圖

1），結構形式

直升機在巧妙使用總距控制和周期變距控制之前，四旋翼結構被認為是一種最簡單和最直觀的穩定控制形式。但由于這種形式必須同時協調控制四個旋翼的狀態參數，這對駕駛員認為操縱來說是一件非常困難的事，所以該方案始終沒有真正在大型直升機設計中被采用。這里四旋翼飛行器重新考慮采用這種結構形式，主要是因為總距控制和周期變距控制雖然設計精巧，控制靈活，但其復雜的機械結構卻使它無法再小型四旋翼飛行器設計中應用。另外，四旋翼飛行器的

旋翼效率相對很低，從單個旋翼上增加拉力的空間是非常有限的，所以采用多旋翼結構形式無疑是一種提高四旋翼飛行器負載能力的最有效手段之一。至于四旋翼結構存在控制量較多的問題，則有望通過設計自動飛行控制系統來解決。四旋翼飛行器采用四個旋翼作為飛行的直接動力源，旋翼對稱分布在機體的前后、左右四個方向，四個旋翼處于同一高度

平面，且四個旋翼的結構和半徑都相同，旋翼1和旋翼3逆時針旋轉，旋翼2和旋翼4順時針旋轉，四個電機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和外部設備。四旋翼飛行器的結構形式如圖1.1所示。

2）.工作原理

典型的傳統直升機配備有一個主轉子和一個尾槳。他們是通過控制舵機來改變螺旋槳的槳距角，從而控制直升機的姿態和位置。四旋翼飛行器與此不同，是通過調節四個電機轉速來改變旋翼轉速，實現升力的變化，從而控制飛行器的姿態和位置。由于飛行器是通過改變旋翼轉速實現升力變化，這樣會導致其動力部穩定，所以需要一種能夠長期保穩定的控制方法。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機，因此非常適合靜態和準靜態條件下飛行。但是四旋翼飛行器只有四個輸入力，同時卻有六個狀態輸出，所以它又是一種欠驅動系統。

四旋翼飛行器結構形式如圖所示，電機1 和電機3 逆時針旋轉的同時，電機2 和電機4 順時針旋轉，因此當飛行器平衡飛行時，陀螺效應和空氣動力扭矩效應均被抵消。與傳統的直升機相比，四旋翼飛行器有下列優勢：各個旋翼

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背景圖片很好看。