微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术_聂博文
四旋翼飞行器动力学建模与控制技术研究
四旋翼飞行器动力学建模与控制技术研究随着无人机技术的不断发展，四旋翼飞行器已经成为了无人机市场中的一种重要机型。
四旋翼飞行器由于其体积小、操作灵活、便携性强等特点，被广泛应用于农业、地质勘探、安防、航拍等领域。
然而，四旋翼飞行器的稳定性及控制问题一直是制约其广泛应用的关键性技术之一。
因此，本文将探究四旋翼飞行器动力学建模及控制技术的研究现状和趋势。
一、四旋翼飞行器动力学建模四旋翼飞行器的动力学模型一般包括四个方程，分别是运动学方程、动力学方程、气动平衡方程以及电机方程。
首先，运动学方程是描述四旋翼飞行器在空间的运动轨迹和姿态的方程。
这个方程组包括七个微分方程，包括三个表示位置的方程和四个表示姿态的方程。
位置方程描述飞行器在三个自由度上的运动，姿态方程描述飞行器在三个方向上的旋转。
接下来，动力学方程主要描述四旋翼飞行器的运动和状态方程。
四旋翼飞行器的动力学方程主要包括牛顿定律、欧拉定理、动量定理和角动量定理。
气动平衡方程则描述了四旋翼飞行器在空气中的运动状态。
这个方程组包括六个方程，其中四个方程描述四个电机的输出，两个方程描述飞行器的速度和角速度。
电机方程则描述了四个电机的动力输出。
这个方程通常采用电机的转矩和输出功率来进行建模，用来计算四旋翼飞行器的运动状态。
二、四旋翼飞行器控制技术四旋翼飞行器的控制技术是保障其稳定飞行的关键之一。
控制技术的核心是设计合理的控制算法和系统结构，通过对飞行器的状态进行控制，以达到预定的控制目标。
其中，传统的PID控制算法无法适应四旋翼飞行器的高自由度、快速响应的特点。
针对这个问题，目前研究较多的是基于模型预测控制（MPC）和切换控制的方法。
MPC将控制问题视为一个优化问题，通过对未来状态进行预测，优化当前状态，从而实现系统控制。
而切换控制则通过将控制问题分成多个子空间，通过切换不同的控制子空间，实现系统控制。
同时，四旋翼飞行器的控制技术也离不开传感技术的支撑。
四旋翼飞行器需要准确地获取各种姿态、位置、速度等信息才能进行控制。
微型飞行器的研究现状与关键技术
第22卷 第5期宇 航 学 报V o l.22N o.5 2001年9月JOU RNAL O F A STRONAU T I CS Sep.2001微型飞行器的研究现状与关键技术肖永利 张 琛(上海交通大学信息存储研究中心,上海200030)摘要:微型飞行器目前在国际上是一个研究热点,它突破了传统常规飞行器的设计和制作概念,是随着微米纳米科技和微电子机械系统(M E M S)的蓬勃兴起而发展起来的一个新的研究领域。
本文介绍了国内外各种微型飞行器当前的研究发展状况,分析了微型飞行器研制中的一些关键技术,并对其未来发展前景作了展望。
关键词:微型飞行器;微飞行机器人;微电子机械系统(M E M S);扑翼中图分类号:V279+12 文献标识码:A 文章编号:100021328(2001)0520026207STUDY ON PRESENT SITUAT I ON AND D EVELOP M ENTOF M I CRO A IR VEH I CL ESX iao Yongli Zhang Chen(Info r m ati on Sto rage R esearch Center,Shanghai J iao tong U niversity,Shanghai200030)Abstract:T he study of m icro air veh icles(M AV s)has now becom e the focal po int of re2 search in the w o rld.It broke th rough the traditi onal design concep t of the aircraft,and becam ea new research field w ith the developm ent of m icro and nanom eter science and m icro elec2trom echanical system(M E M S).T he p resent develop ing situati on of vari ous m icro air veh icles inthe w o rld w as introduced in details in th is paper.T he key techno logies of the m icro air veh iclesw ere analyzed and their future long ter m po tential w as also discussed.Key words:M icro air veh icles(M AV s);F lying m icro robo ts;M icro electrom echanical sys2 tem(M E M S);F lapp ing w ing1 引言人类对微型飞行器的梦想和渴望由来已久,但受到理论认识和科技发展速度制约,微型飞行器在很长一段时间里并未得到足够的重视和发展,成为航空领域内一项长期的研究空白。
基于视觉的微小型四旋翼飞行器位姿估计研究与实现
基于视觉的微小型四旋翼飞行器位姿估计研究与实现近年来，随着无人机技术的飞速发展，微小型四旋翼飞行器（Micro Aerial Vehicles，MAV）在军事、民用以及科学研究领域得到广泛应用。
然而，由于微小型四旋翼飞行器具有体积小、负载轻的特点，机载传感器受限，同时在复杂环境下的准确位姿估计仍然是一个挑战。
位姿估计是微小型四旋翼飞行器实现自主飞行和导航的重要环节。
传统的位姿估计方法主要依靠惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）和全球定位系统（Global Positioning System，GPS）等传感器的测量数据。
然而，这些传感器仅能提供有限的信息，并且容易受到环境干扰，从而导致位姿估计的不准确性。
因此，基于视觉的位姿估计方法成为研究的热点和难点。
基于视觉的位姿估计方法利用了飞行器上搭载相机的图像信息，通过对图像进行分析和处理，获得飞行器相对于地面的准确位置和姿态。
在实现过程中，首先需要对图像进行特征提取和特征匹配，通过寻找图像中的角点或者特定的纹理特征，计算出特征点的位置和方向。
接着，通过特征点的匹配，建立相机坐标系与世界坐标系之间的映射关系，从而得到相机相对于世界坐标系的位姿信息。
然而，基于视觉的位姿估计方法仍然面临一些挑战。
首先，由于微小型四旋翼飞行器的体积小，相机像素尺寸有限，导致捕获的图像分辨率较低，特征提取的精度和鲁棒性受到限制。
其次，微小型四旋翼飞行器飞行速度较快，快速的姿态变化会导致特征点在相邻帧之间的跟踪失败，进而影响位姿估计的准确性。
此外，光照变化和遮挡等环境因素也会对视觉位姿估计方法的性能产生影响。
为了解决以上问题，研究人员提出了一系列基于视觉的位姿估计方法和算法。
例如，利用非线性优化方法，通过最小化图像特征点在不同帧之间的重投影误差，从而得到最优的位姿估计结果。
另外，基于视觉惯导融合的方法也被广泛应用。
该方法将视觉信息与惯性测量单元的测量结果进行融合，通过互补滤波器或者扩展卡尔曼滤波器等算法，最终得到更准确的位姿估计结果。
微型四旋翼飞行器及关键技术分析
·263·Shang Pin Yu Zhi Liang 商品与质量技术探讨Ji Shu Tan Tao 引言当前四旋翼飞行器的研究在国外处于领先地位，我国对四旋翼飞行器的研究还处于起步阶段，但在国内各所高效内已经相继开展了四旋翼飞行器的研究工作，当前国内已经完成完整的飞行器数学模型的建立以及飞行器系统的软硬件设计，结合多种控制方法的应用，实现四旋翼飞行器设计上的突破性进展。
一、四旋翼飞行器的研究现状目前世界上的四旋翼飞行器一般可分为三类：遥控航模四旋翼飞行器、小型四旋翼飞行器以及微型四旋翼飞行器。
1.1遥控航模四旋翼飞行器美国的Dragon flyer 公司研制的Dragon flyer 和香港银辉玩具制品有限公司研制的X-UFO 是遥控航模四旋翼飞行器的典型代表，前者主要用于航拍，机体有效载荷达到113.2g，旋翼直径28cm，机体由碳纤维和高性能塑料构成，可实现16到20分钟的持续飞行。
X- UFO 为玩具制品，机体最大长度 68.5 cm， 高14cm，持续飞行时间约为5分钟，100米的遥控距离，但安全性较高。
1.2小型四旋翼飞行器当前小型四旋翼飞行器的研究主要集中在基于惯导的自主飞行控制、基于视觉的自主飞行控制和自主飞行器系统方案三个方面。
瑞士几所大学研发了OS4、HMX4和GTMARS 小型四旋翼飞行器。
其中OS4融入了小型飞行器机构设计的新方法和自助飞行控制算法，可以实现室内和室外环境的飞行的完全自主化。
其中OS4I 的最大长度约 73 cm， 质量为 235 g，采用了Dragon flyer 的旋翼和十字框架，研究人员将一个X sense 的MT9- B 微惯性测量单元通过万向节固定于飞行测试平台上，控制其具有三个转动自由度，通过多种控制算法的应用实现飞行器的姿态控制。
1.3微型四旋翼飞行器德国2006年研发的md-200微型四旋翼飞行器推出后，在欧洲的警察、消防、军队等多个领域快速应用，在欧洲市场取得了巨大的成功。
四旋翼飞行器设计资料
四旋翼飞行器的设计查重98%四旋翼微型飞行器是一种以4个电机作为动力装置.通过调节电机转速来控制飞行的欠驱动系统;为了实现四旋翼微型飞行器的自主飞行控制,对飞行控制系统进行了初步设计,并且以C8051F020单片机为计算控制单元,给出了飞行控制系统的硬件设计,研究了设计中的关键技术;由于采用贴片封装和低功耗的元器件,使飞行器具有重量轻、体积小、功耗低的优点;经过多次室内试验,该硬件设计性能可靠,能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求.一．微小型四旋翼飞行器的发展前景根据微小型四旋翼飞行器发展现状和相关高新技术发展趋势，预计它将有以下发展前景。
1 )随着相关研究进一步深入，预计在不久的将来小型四旋翼飞行器技术会逐步走向成熟与实用。
任务规划、飞行控制、无 G P S 导航、视觉和通信等子系统将进一步健全和完善，使其具有自主起降和全天候抗干扰稳定飞行能力。
它未来的主要技术指标：任务半径 5 k m，飞行高度 1 0 0 m，续航时间 1 h ，有效载荷约 5 0 0 g ，完全能够填补目前国际上在该范围内侦察手段的空白。
2 )未来的微型四旋翼飞行器将完全能够达到美国国防预研局对 M A V基本技术指标的要求。
随着低雷诺数空气动力学研究的深入，以及纳米和 M E MS 技术的发展，四旋翼 M A V必然取得理论和工程上的突破。
它将是一种有 4个旋翼的可飞行传感器芯片，是一个集成多个子系统 ( 导航与控制、动力与能源、任务与通信等子系统) 的高度复杂ME M S系统；不但能够在空中悬停和向任意方向机动飞行，还能飞临、绕过甚至是穿过目标物体。
此外，它还将拥有良好的隐身功能和信息传输能力。
3 )微小型四旋翼飞行器的编队飞行与作战应在未来的战争中，微小型四旋翼飞行器的任务之一将是对敌方进行电子干扰并攻击其核心目标。
单个微小型飞行器的有效载荷量毕竟有限，难以有效地完成任务，而编队飞行与作战不仅可以极大地提高有效载荷量，还能够增强其突防能力。
四旋翼无人机的发展现状
四旋翼无人机的发展现状
无人机是一种不搭载人员的飞行器，具备自主飞行能力。
四旋翼无人机是其中一种常见的型号，它以四个旋翼为动力，可以在空中悬停、垂直起降、进行定点飞行和航线飞行。
目前，四旋翼无人机的发展非常迅速，其广泛应用于各个领域。
在农业方面，农民可以利用四旋翼无人机进行农田测绘、精准施药和作物监测，提高农业生产效率。
在物流方面，四旋翼无人机可以进行快递配送，解决交通拥堵和偏远地区物流难题。
在安全领域，四旋翼无人机可以进行边境巡查、灾害勘测和消防救援，提高安全防护能力。
技术方面，四旋翼无人机的性能也在不断提升。
新一代的四旋翼无人机拥有更高的飞行稳定性和控制精度，能够在恶劣天气条件下进行飞行，并搭载更多的传感器和设备。
此外，无人机制造商还在研发可折叠设计的四旋翼无人机，使其更加便携和易携带。
虽然四旋翼无人机发展迅速，但仍然面临着一些挑战。
首先是飞行安全问题，由于无人机的普及和飞行控制难度较低，存在潜在的飞行事故风险。
其次是法律和隐私问题，需要制定相应的法规和政策来管理和监管无人机的使用。
此外，飞行时间较短、飞行高度受限等技术问题也需要进一步解决。
总体而言，四旋翼无人机的发展前景广阔，将在各个领域发挥重要作用。
随着技术的进步和应用的不断拓展，相信无人机的性能将不断提升，应用场景也将越来越多样化。
微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析
微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析岳基隆,张庆杰,朱华勇(国防科学技术大学机电工程与自动化学院,长沙410073)摘要:随着嵌入式处理器、微传感器技术和控制理论的发展和成熟,微小型四旋翼无人机逐步向高效、多功能化方向发展,并广泛应用于军事、民用、以及科学研究等多个领域。
首先,从原型研发、平台集成和商业化应用3个方面介绍了目前国内外在该领域最新的研究情况。
结合四旋翼无人机的特点,着重分析了微型机电系统、空气动力学设计、非线性系统建模以及飞行控制等关键技术。
最后,在国内外研究进展和关键技术分析的基础上,指出了未来四旋翼无人机技术发展趋势。
关键词:四旋翼;无人机;进展;关键技术中图分类号:V279文献标志码:A文章编号:1671-637X(2010)10-0046-07Research Progress and Key Technologies ofM icroQuad-Rotor UAVsYUE Jilong,Z HANG Q ing jie,ZHU H uayong(Co ll ege ofM echtron ic&A uto m ation,N a ti ona lU n i ve rs i ty o f D efense T echno l ogy,Changsha410073,Ch i na)A bstract:W ith the develop m en t of e mbedded processors,m icro-sensor techno l o gy and contro l theory, m icro quad-ro tor UAV i s g radually deve l o ped to be m ore e ffi c ient and m u lt-i f u nctiona,l and has found w i d e application in m ilitary,c i v ili a n,scientific research and other fie l d s.F irst o f a l,l the latest research situati o n at ho m e and abroad is introduced fro m t h ree aspects of pr o totype research and developm en,t p latf o r m i n tegration and co mm ercia l applicati o n.Second,accordi n g to the characteristics of quad-rotor UAV,the key technolog ies of m icro-electrical syste m,aerodyna m ic design,nonlinear syste m m ode ling and fli g ht contro l are ana l y zed i n detai.l F i n ally,the future developm ent trend of quad-r o tor UAV is presented based on the research progress and key techno log ies analysis.K ey words:quad-r o tor;Unm anned AerialV eh icle(UAV);developm en;t key techno logy0引言近年来,无人机(U n m anned A erial V ehicles,UAV)的应用和研究广泛受到有关各个方面的重视。
微型飞行器的研究进展和关键技术
微型飞行器的研究进展和关键技术随着芯片技术和单片技术的快速发展，微型飞行器在日常生活中也越来越常见，无论是娱乐、科研还是工作，微型飞行器的应用越来越广泛。
由于微型飞行器的体积小、重量轻、携带方便，可广泛适应于各个应用场景，因此得到了广大使用者的青睐，也推动了我国微型飞行器技术的快速发展。
文章首先对微型飞行器的研究进展和研究现状做简要的介绍，然后针对微型飞行器的关键技术进行详细的说明，为今后微型飞行器的研究指出相应的研究方向。
标签：微型飞行器；研究；进展；关键技术Abstract：With the rapid development of chip technology and monolithic technology，micro air vehicle is becoming more and more common in daily life. Whether it is entertainment，scientific research or work，the application of micro air vehicle is more and more extensive. Because of its small size，light weight，and easiness to carry，it can be widely used in various application scenarios，so it has been favored by the vast number of users，and has also promoted the rapid development of microair vehicle technology in China. In this paper，the research progress and current situation of micro air vehicle are briefly introduced，then the key technology of micro air vehicle is described in detail，and the corresponding research direction is pointed out for the future research of micro air vehicle.Keywords：micro air vehicle；research；progress；key technology引言隨着科学技术的快速发展，微型飞行器在日常生活中的应用也越来越广泛。
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文章编号:1671-637Ⅹ(2007)06-0113-05微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术聂博文, 马宏绪, 王 剑, 王建文(国防科学技术大学机电工程与自动化学院,长沙 410073)摘 要: 微小型化是世界无人机发展的重要方向之一。
对一种新颖的微小型四旋翼无人飞行器进行了介绍,综合了微小型四旋翼飞行器的概念和特性,然后主要从机构设计和飞行控制两方面介绍了世界微小型四旋翼飞行器的发展现状,详细叙述了小型四旋翼飞行器的发展技术路线。
在此基础之上,进一步分析了相关的关键技术问题,并对未来发展、应用前景作了展望。
最后介绍了某微小型四旋翼飞行器研究进展情况。
关 键 词: 四旋翼飞行器; 微小型无人机; 微机电系统(ME MS); 飞行控制; 编队飞行中图分类号: V271.4文献标识码: AStudy on actualities and criticaltechnologies of micro mini quadrotorNIE B o-wen, MA Hong-xu, W ANG Jian, WANG Jian-wen(Co llege of Mechtronic&Automation,National University of Defense Technology,Changsha410073,China)A bstract: Micromation miniaturization is one of the most important trends of the world's UAVs.In this pa-per,a novel micro mini four rotor vehicle(quadrotor)was summarized.At first,the concept and characteris-tics of the quadrotor were pr oposed.Then the status of the micro mini quadrotor was introduced and its fabrica-tion and flight control were summarized.The trends of the mini quadr otor's development were described in de-tail.Further more,the associated critical technologies and future development were presented.The research status of the quadrotor developed by the Robot Lab in National University of Defense Technology was also de-scribed.Key words: quadrotor; micr o mini unmanned air vehicle; micr o electromechanical system; flight con-trol; formation flight0 引言微小型四旋翼飞行器是一种电动的、能够垂直起降(VTOL)的、多旋翼式遥控自主飞行器。
它在总体布局形式上属于非共轴式碟形飞行器,与常规旋翼式飞行器相比,其结构更为紧凑,能够产生更大的升力,并且4只旋翼可相互抵消反扭力矩,不需要专门的反扭矩桨。
早在1907年,Bréguet-Richet就让世界上第一架四旋翼飞行器“Gyroplane No.1”升上了天空[1]。
收稿日期:2006-06-23 修回日期:2006-08-09作者简介:聂博文(1981-),男,四川自贡人,硕士生,主要从事微小型无人机方面的研究。
但由于构造复杂、不易操纵等原因,大型四旋翼飞行器的发展一直都比较缓慢。
近年来,随着新型材料、微机电(ME MS)、微惯导(MI MU)以及飞行控制等技术的进步,微小型四旋翼飞行器得到了迅速发展,逐渐成为人们关注的焦点。
微小型四旋翼飞行器特别适合在近地面环境(如室内、城区和丛林等)中执行监视、侦察等任务,具有广阔的军事和民用前景;与此同时,它还是火星探测无人飞行器的重要研究方向之一[2];另外,新颖的外形、简单的结构、低廉的成本、卓越的性能以及独特的飞行控制方式[3](通过控制4只旋翼的转速,实现飞行控制)使其对广大科研人员具有很强的吸引力,成为国际上新的研究热点。
第14卷第6期2007年12月 电光与控制ELECTRONICS OPTICS&C ONTROL Vol.14 №.6Dec.20071 微小型四旋翼飞行器的研究现状目前世界上存在的四旋翼飞行器基本上都属于微小型无人飞行器,一般可分为3类:遥控航模四旋翼飞行器、小型四旋翼飞行器以及微型四旋翼飞行器。
1.1 遥控航模四旋翼飞行器遥控航模四旋翼飞行器的典型代表是美国Dra -ganflyer 公司研制的Draganflyer Ⅲ[3-4]和香港银辉(silverlit )玩具制品有限公司研制的X -UFO 。
Dra ganflyer Ⅲ是一款世界著名的遥控航模四旋翼飞行器,主要用于航拍。
机体最大长度(翼尖到翼尖)76.2cm ,高18cm ,重481.1g ;旋翼直径28c m ,重6g ;有效载荷113.2g ;可持续飞行16～20min 。
Dra ganflyer Ⅲ采用了碳纤维和高性能塑料作为机体材料,其机载电子设备可以控制4个电机的转速。
另外,还使用了3个压电晶体陀螺仪进行姿态增稳控制。
X -UFO 机体最大长度68.5cm ,高14cm ;持续飞行时间约5min ;遥控距离可达100m 。
X -UFO的旋翼被置于发泡聚丙烯(EPP )制成的圆环中,比Draganflyer Ⅲ有更好的安全性。
图1 Draganflyer Ⅲ 图2 X -UF O1.2 小型四旋翼飞行器世界上对小型四旋翼飞行器的研究主要集中在3个方面:基于惯导的自主飞行控制、基于视觉的自主飞行控制和自主飞行器系统方案,其典型代表分别是:瑞士洛桑联邦科技学院(EPFL )的OS4[5-7]、宾夕法尼亚大学的HMX4[8]和佐治亚理工大学的GT MARS [2]。
OS4是EPFL 自动化系统实验室开发的一种电动小型四旋翼飞行器,研究的重点是机构设计方法和自主飞行控制算法,目标是要实现室内和室外环境中的完全自主飞行。
目前,该项目已经进行了两个阶段。
OS4I 最大长度约73cm ,质量为235g ;它使用了Draganflyer Ⅲ的旋翼和十字框架,4个Faulhaber 1724电机,以及一个Xsense 的MT9-B 微惯性测量单元。
研究人员通过万向节将它固定于飞行测试平台之上,使其只具有3个转动自由度;能源供给、数据处理、电机驱动模块以及飞行控制单元都由飞行器外部提供;至2004年,已经分别基于多种控制算法(例如:PID [5]、LQ[5]、Backstepping[6]、Sliding -mode [6]),实现了飞行器姿态控制。
OS4II 的机身最大长度72c m ,重520g ;机载230g 的锂电池,能提供自主飞行30min 的能量。
它与OS4I 的区别主要有:使用了桨叶面积更大的新旋翼;使用了更轻、功率更大的LR K 无刷电机B LDC ;使用皮带减速装置代替了电机减速箱;控制器、传感器、电池和电机驱动模块等都直接安装在机体上,不再由机体外部提供。
2006年1月,EPFL 已经实现了OS4II 在室内环境中基于惯导的自主悬停控制。
图3 OS4I 图4 OS4IIH MX4在机构上与Draganflyer Ⅲ相似,最大长度76cm ,重约700g ,机体底部有5个彩色标记。
地面摄像头跟踪并测量标记的位置与面积,从而计算获得飞行器的3个姿态角(角速率则由3轴陀螺仪测量获得,主要用于飞行器姿态增稳控制)和位置。
研究人员将整个系统安装在一个实验平台上(该实验平台只对飞行器在水平面内的运动范围进行了限制),实现了自主悬停控制,使用的控制算法是Backstepping 。
最近,H MX4研究人员又开发了一套基于机载和地面双摄像头的视觉定位与定姿系统,进一步提高了测量的精度。
这种基于视觉的飞行控制方法可以很好地应用于一些特殊的任务,比如:在固定平台自主起飞与降落,与地面可移动机器人协同等。
GT MARS 是佐治亚理工大学面向火星探测任务而设计的C AD 无人机系统。
它重20kg ,旋翼半径0.92m ,续航时间30min 。
折叠封装的GTMAR S 随四面体着陆器登陆火星后,能自动将机构展开;能自主起飞和降落,巡航速度可达72km h ;另外,它还能返回到着陆器补充能量(着陆器装载有太阳能电池)。
1.3 微型四旋翼飞行器微型飞行器(MAV )从一开始就引起了人们极大的兴趣,斯坦福大学的Mesicopter 是目前世界上最著名、最重要的MAV 之一[9]。
Mesicopter 是斯坦福大学的研究小组在NASA 支持下,为研究微型旋翼飞行器技术而设计的。
机114 电光与控制 第14卷图5 HMX4 图6 GTMARS身为16mm ×16mm 方形框架;旋翼直径1.5cm ,厚度0.08mm ;电机直径3mm ,重量325mg 。
目前已经完成了试验样机在一竿臂上的离地起飞,进一步的工作仍在继续,最终目标是实现自主飞行和多飞行器协同完成具体任务。
图7 Mesicopter2 微小型四旋翼飞行器发展的关键技术 迄今为止,微小型四旋翼飞行器基础理论与实验研究已取得较大进展,但要真正走向成熟与实用,还面临着诸多关键技术的挑战。
2.1 最优化总体设计进行微小型四旋翼飞行器总体设计时,需要遵循以下原则:重量轻、尺寸小、速度快、能耗和成本低。
但这几项原则相互之间存在着制约与矛盾,例如:飞行器重量相同时,其尺寸与速度、能耗成反比[10]。
因此,进行微小型四旋翼飞行器总体设计时,首先要根据性能和价格选择合适的机构材料,尽可能地减轻飞行器重量;其次,需要综合考虑重量、尺寸、飞行速度和能耗等因素,确保实现总体设计的最优化。
2.2 动力与能源动力装置包括:旋翼、微型直流电机、减速箱、光电码盘和电机驱动模块,能量由机载电池提供。
微小型四旋翼飞行器的重量是影响其尺寸的主要因素,而动力与能源装置的重量在整个机体重量中占了很大比例。
对于OS4II ,该比例就高达75%[7]。
因此,研制更轻、更高效的动力与能源装置是进一步微小型化四旋翼飞行器的关键。
另一方面,动力装置产生升力时,消耗了绝大部分机载能量。