四旋翼飞行器剖析
四轴飞行器报告
四轴飞行器报告1. 前言四轴飞行器是一种无人机，由四个电动机驱动，具有稳定飞行的能力。
它在军事、民用及娱乐领域都有广泛的应用。
本报告将对四轴飞行器的结构、工作原理以及应用进行详细介绍。
2. 结构四轴飞行器主要由以下部件组成：•机架：提供了支撑和连接其他部件的框架结构，通常是以轻质材料如碳纤维制成。
•电动机：驱动飞行器飞行的关键部件，通常使用直流无刷电机。
•螺旋桨：由电动机驱动的旋转桨叶，用于产生升力和推力。
•电调：控制电动机的转速和方向，从而控制飞行器的姿态。
•飞控系统：负责接收和处理来自传感器的数据，计算飞行器的姿态和控制指令。
•电池：提供能量给电动机和其他电子设备。
3. 工作原理四轴飞行器的飞行原理基于牛顿第二定律。
通过调整四个电动机的转速和方向，可以控制飞行器的姿态和运动。
飞行器的姿态包括横滚、俯仰和偏航。
通过增加相对转速，可以产生横滚和俯仰的力矩，从而使飞行器向相应方向倾斜。
飞行器倾斜后，电动机产生的升力也会有所改变，使得飞行器能够前进、后退或悬停。
飞行器的稳定性是通过飞控系统来保证的。
飞控系统通过接收来自加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的数据，计算飞行器的姿态和运动状态，并根据用户的控制输入调整电动机的转速和方向，以保持飞行器的稳定。
4. 应用四轴飞行器在军事、民用及娱乐领域都有广泛的应用。
在军事领域，四轴飞行器可以用于侦查、监视和目标跟踪。
由于其小型化、高机动性和隐蔽性，可以在不可接近的区域执行任务，提供重要的情报支持。
在民用领域，四轴飞行器可以用于航拍、物流和巡检等任务。
航拍业务能够提供高质量的航空影像，广泛用于地理信息和城市规划等领域。
同时，四轴飞行器还可以用于运送货物，解决最后一公里的配送问题。
此外，四轴飞行器还可以用于巡检任务，如电力线路、管道和建筑物的巡检，提高作业效率和安全性。
在娱乐领域，四轴飞行器常被用作遥控飞行器，供爱好者进行操控和竞赛。
爱好者可以通过多种方式定制飞行器的外观和性能，提升飞行器的性能和飞行体验。
四旋翼飞行器结构
四旋翼飞行器结构1. 概述四旋翼飞行器是一种利用四个对称排列的旋翼进行垂直起飞、悬停和操纵的飞行器。
其优势包括垂直起降、悬停能力强、灵活机动、飞行稳定等。
在无人机领域中，四旋翼飞行器已经得到了广泛应用，如航拍摄影、应急救援、农业植保等。
2. 结构组成四旋翼飞行器的结构组成主要包括机身、四个旋翼、电池、控制系统等组件。
2.1 机身四旋翼飞行器的机身是整个飞行器的主体部分，起到支撑和连接其他组件的作用。
通常由轻质材料制成，如碳纤维、玻璃纤维等，以提高飞行器的强度和降低重量。
机身的设计通常考虑空气动力学性能、结构强度和易制造性。
2.2 旋翼四旋翼飞行器通过四个对称排列的旋翼进行飞行。
旋翼包括电动机、螺旋桨和支撑梁等部分。
电动机作为旋翼的动力源，驱动螺旋桨旋转产生升力。
螺旋桨通过变化旋转速度和角度来控制飞行器的悬停、升降、前进、转向等动作。
支撑梁连接旋翼和机身，起到支撑和传递动力的作用。
2.3 电池四旋翼飞行器的电池是提供动力的重要组成部分。
通常使用锂电池作为飞行器的能源来源，具有高能量密度和长飞行时间的优势。
电池的选择应考虑飞行器的重量和飞行时间的需求，并且要遵循安全使用和充电的原则。
2.4 控制系统四旋翼飞行器的控制系统包括飞行控制器和遥控器。
飞行控制器是飞行器的大脑，通过接收遥控器的信号和传感器的数据，计算出飞行器的状态和控制指令，并控制旋翼的转速和角度。
遥控器是操作飞行器的手持装置，通过无线信号与飞行控制器进行通信，传输操纵指令。
3. 工作原理四旋翼飞行器通过控制旋翼的转速和角度来产生升力和推力，从而实现飞行。
通过改变旋翼的转速差异，可以实现飞行器的前进、转向和悬停动作。
飞行控制器根据遥控器输入和传感器反馈的数据，计算出适当的转速和角度，并通过电调调节电动机的输出，控制旋翼的运动。
4. 稳定性控制四旋翼飞行器的稳定性控制是实现飞行器平稳飞行的关键。
通过加速度计、陀螺仪、磁力计等传感器，飞行控制器可以感知飞行器的姿态和运动状态。
四旋翼
四旋翼飞行器的设计1.四旋翼飞行器结构1.1四旋翼飞行器的简介四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直起降机，因此非常适合静态和准静态条件下飞行；但是，从另一方面来说，四旋翼直升机有四个输入力，同时却有六个输出，所以它又是一种欠驱动系统(欠驱动系统是指少输入多输出系统)。
通常的旋翼式直升机具有倾角可以变化的螺旋桨，而四旋翼直升机与此不同，它的前后和左右两组螺旋桨的转动方向相反，并且通过改变螺旋桨速度来改变升力，进而改变四旋翼直升机的姿态和位置。
四旋翼飞行器实际是一种具有四个螺旋桨推进器的直升机，并且四个螺旋桨呈十字交叉结构。
如图下所示。
四旋翼飞行器结构图四旋翼飞行器的动作是通过改变四个螺旋桨产生的升力来控制的。
传统的旋翼式直升机通过改变螺旋桨的旋转速度，叶片攻击角(倾斜角)和叶片轮列角，从而既可以调整升力的大小又可以调整升力的方向。
与传统的旋翼式直升机不同，四旋翼飞行器只能够通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作。
尽管四旋翼飞行器的螺旋桨倾角是固定的，但是由于螺旋桨是用弹性材料制成的，因此可以通过空气阻力扭曲螺旋桨来改变倾角。
总之，升力是四个螺旋桨速度的合成效应，而旋转力矩则是由四个螺旋桨速度的差异效应引起的。
1.2 四旋翼直升机的特点四旋翼直升机通过平衡四个螺旋桨产生的力来实现稳定的盘旋以及精确飞行。
单个螺旋桨的旋翼式直升机(同时具有一个用于抵消感应力矩的尾部螺旋桨)在复杂环境下飞行是非常危险的，因为裸露的螺旋桨叶片很可能会碰到某些周围的物体，并因此导致旋翼式直升机的坠毁。
此外，即使是富有经验的飞行员也很难使这样的直升机靠近物体。
而四旋翼直升机可以完成这样的动作，是因为相对于一般的单螺旋旋翼式直升机它可以采用更小的螺旋桨，进而使飞行变得更加安全，不至于使裸露在外面的螺旋桨刮到周围物体而坠毁。
此外，四个螺旋桨产生的推力较单个螺旋桨产生的推力能更好的实现飞行器的静态盘旋。
四旋翼直升机是一种由四个输入力产生6个自由度方向运动的欠驱动旋翼式直升机。
四旋翼飞行器无人机结构和原理
四旋翼飞行器结构和原理1.结构形式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，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。
结构形式如图 1.1所示。
2.工作原理四旋翼飞行器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。
四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。
四旋翼飞行器的电机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。
在上图中，电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时针旋转，规定沿x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。
（1）垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的垂直运动。
当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。
（2）俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机 3 的转速下降（改变量大小应相等），电机2、电机 4 的转速保持不变。
由于旋翼1的升力上升，旋翼 3 的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y 轴旋转，同理，当电机1 的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。
（3）滚转运动：与图b 的原理相同，在图 c 中，改变电机2和电机4的转速，保持电机1和电机3的转速不变，则可使机身绕x 轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。
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。
毕业设计四旋翼飞行器
毕业设计四旋翼飞行器毕业设计四旋翼飞行器近年来，随着科技的不断发展，四旋翼飞行器成为了一个备受关注的话题。
无论是在军事领域还是民用领域，四旋翼飞行器都展现出了巨大的潜力和广阔的应用前景。
作为毕业设计的选题，四旋翼飞行器无疑是一个令人兴奋的选择。
首先，让我们来了解一下四旋翼飞行器的基本原理。
四旋翼飞行器是一种通过四个对称排列的螺旋桨产生升力，从而实现飞行的无人机。
它的优点在于灵活性高、悬停能力强、机动性好等。
这些特点使得四旋翼飞行器在航拍、勘测、救援等领域有着广泛的应用。
在设计四旋翼飞行器时，我们需要考虑多个方面。
首先是结构设计。
四旋翼飞行器的结构设计涉及到机身、螺旋桨、电机等多个部分。
合理的结构设计能够提高飞行器的稳定性和操控性。
其次是控制系统设计。
四旋翼飞行器的控制系统包括飞行控制器、遥控器等。
优秀的控制系统设计能够提高飞行器的飞行性能和安全性。
最后是能源供应设计。
四旋翼飞行器通常使用电池作为能源供应，因此需要考虑电池容量、充电时间等因素，以确保飞行器的续航能力。
在毕业设计中，我们可以选择不同的方向来进行研究。
一方面，我们可以研究四旋翼飞行器的稳定性和控制性能。
通过对控制算法的优化和飞行器结构的改进，提高飞行器的稳定性和操控性，使其能够在不同环境下完成各种任务。
另一方面，我们可以研究四旋翼飞行器的应用领域。
通过对不同应用领域的需求和特点的分析，设计出适应性强、功能多样的四旋翼飞行器，开拓新的应用市场。
当然，在进行毕业设计的过程中，我们也会面临一些挑战。
首先是技术挑战。
四旋翼飞行器涉及到多个学科的知识，如机械设计、电子技术、控制理论等。
我们需要充分利用所学知识，结合实践经验，解决技术上的问题。
其次是资源挑战。
进行四旋翼飞行器的设计和制作需要一定的资金和设备支持。
我们需要合理安排资源，确保毕业设计的顺利进行。
然而，面对挑战，我们更应该看到四旋翼飞行器的巨大潜力。
四旋翼飞行器不仅可以应用于军事、航拍等领域，还可以用于环境监测、物流配送等领域。
四轴飞行器设计概述
四轴飞行器设计概述首先是机身结构设计。
四轴飞行器的机身一般由主体机架、飞行控制电路和机载设备等组成。
主体机架通常采用轻质、坚固的材料制作，如碳纤维或铝合金。
其设计应考虑到在飞行中的稳定性和机动性，尽量减少风阻并提高机体刚性。
此外，机身上还需要安装螺旋桨挡板、摄像机支架等附属设备。
其次是电力系统设计。
四轴飞行器的电力系统由电机、电调器和电池等组成。
电机是提供动力的核心部件，一般采用无刷直流电机。
电调器用于控制电机的转速和方向，根据飞行控制信号调节电机的输出功率。
电池则是供给飞行器能量的源头，常用的是锂聚合物电池，其轻量、高能量密度的特点适合飞行器的需求。
控制系统是四轴飞行器的重要组成部分。
其主要功能是稳定和控制飞行器的姿态、高度、速度等。
该系统一般包括陀螺仪、加速度计、飞行控制器等硬件设备以及相关的软件算法。
陀螺仪用于测量飞行器在三个轴向上的角速度，加速度计则用于测量飞行器的加速度。
飞行控制器是整个控制系统的核心，将传感器数据进行处理，并根据预设的飞行控制算法来实现姿态稳定和飞行控制。
设计四轴飞行器还需要考虑到通信系统、导航系统、遥控系统等。
通信系统用于与地面站进行数据传输，如视频传输、遥测数据传输等。
导航系统用于飞行器的位置和定位，一般采用全球定位系统（GPS）等技术。
遥控系统是四轴飞行器的操控手段，一般包括遥控器和接收器等设备。
最后，设计四轴飞行器还需要考虑到安全性和可靠性。
飞行器应具备防风能力，以应对恶劣天气条件下的飞行。
此外，应考虑电池电量、电机温度等因素，以保证系统的安全运行。
对于关键部件如电机、电调器等，应进行质量控制和可靠性测试。
综上所述，设计四轴飞行器需要从机身结构、电力系统、控制系统等多个方面进行综合考虑。
在实际设计中，还需要根据具体应用需求和性能要求进行详细设计和优化。
随着科技的不断发展，四轴飞行器的设计将进一步完善，提升其飞行性能和应用范围。
四旋翼飞行器原理及实现
四旋翼飞行器原理及实现四旋翼飞行器（Quadcopter）是一种通过四个螺旋桨提供推力来实现垂直起降和水平飞行的飞行器。
它具有灵活性高、悬停稳定和机动能力强等特点，因此在航拍、农业喷洒、抢险救援等领域得到广泛应用。
原理四旋翼飞行器的原理基于螺旋桨提供的升力和扭矩。
四个螺旋桨分别固定在飞行器的四个支架上，两个螺旋桨按照同一方向旋转，另外两个按照相反方向旋转。
通过控制每个螺旋桨的转速，可以实现飞行器的上升、下降、向前、向后、向左、向右的运动。
四旋翼飞行器的飞行控制系统通常由飞控模块、传感器（加速度计、陀螺仪、磁力计）、遥控器和电调等部件组成。
飞控模块接收传感器信息和遥控器指令，经过算法计算得出螺旋桨的转速，从而实现对飞行器的控制。
实现材料准备搭建四旋翼飞行器需要准备以下材料： - 四个无刷直流电机 - 四个螺旋桨 - 电调- 飞控模块 - 电池 - 遥控器 - 机架 - 电子速度控制器搭建步骤1.将四个无刷直流电机安装在机架的四个支架上。
2.安装螺旋桨在每个电机上，确保两个螺旋桨按照同一方向旋转，另外两个按照相反方向旋转。
3.连接电调和电机，确保正确连接。
4.将飞控模块安装在机架上，并连接传感器和电调。
5.安装电池和遥控器，确保电路连接正确。
6.完成搭建后，对四旋翼飞行器进行调试和校准。
飞行控制控制四旋翼飞行器飞行的关键在于飞控系统的控制。
通过遥控器发送指令给飞控模块，调整螺旋桨的转速，可以实现飞行器的姿态控制、高度控制和位置控制。
同时，传感器也可以提供飞行器的姿态信息，帮助飞控系统实时调整螺旋桨的转速，保持飞行器的稳定飞行。
结语四旋翼飞行器的原理和实现涉及到力学、电子、控制等多方面的知识，在搭建和飞行过程中需要仔细操作和谨慎调试。
通过不断学习和实践，可以更好地理解四旋翼飞行器的运作原理，实现更加灵活、稳定的飞行。
愿四旋翼飞行器爱好者们在探索飞行器世界的过程中获得乐趣和成长！。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2020/10/4
小牛顿科学馆
2020/10/4
微小型飞行器由于体积小、载荷低等特点，
与普通工业产品相比，对控制系统的硬件设计要
求较高，有以下几个方面要求：
(1)要满足控制系统的性能要求；
设
(2)要集成度要高，尺寸小，能够安装在狭小
计 要
的平台空间上； (3)要可靠性高，持续稳定工作时间长； (4)要功耗低，重量轻，保证飞行器具有较大
2020/10/4
小牛顿科学馆 微型飞行器的用途
2015/5/7
输电线路巡查 顺丰无人快递
环境监测 空中航拍
2020/10/4
小牛顿科学馆
2020/10/4
小牛顿科学馆
随着MEMS技术的发展，四旋翼飞行器得 以小型化、微型化
MEMS即微机电系统（传感器）
2020/10/4
小牛顿科学馆
用于建筑物内勘测
机架定义的飞机的基本外观以及飞机的 大小。
2020/10/4
小牛顿科学馆
三多旋翼轴机飞一行般器有模两型个轴是在如飞何机被正定向义，一的个？轴在飞机负向。所 以机身多二看轴旋起飞行来翼器应的该定义是元T素型主或要者是两Y方型面。，负一是向电的机电的数机目通，过这定自义身的旋
转了来旋调翼整数的飞多机少固N；定二在是机某架个翅航膀（向轴上），的数三目旋M翼，这通定常义比了飞两行旋器翼更好 控是制M，轴也飞行上器升。的我四们快旋一一翼般比些对三一，个旋但飞翼是行负器并重称更不之多显为，M著也轴。N更桨当容飞易然行组器，。如果电机停 止运转，那么飞建机，必因为将四坠旋毁翼，不但需要这独类立模的型旋相翼来对控比较敏捷。
微型四旋翼
2020/10/4
小牛顿科学馆
有哪位同学能够说一下生活当 中我们欣飞赏行都一器看段 的到四 视过轴 频哪些飞行器？
2020/10/4
小牛顿科学馆
2020/10/4
早期的四旋翼飞行器
小牛顿科学馆
2020/10/4
现代四轴飞行器
小牛顿科学馆
微
型
飞
行
固定翼型微飞行器
器
种
类
扑翼型微飞行器 旋翼型微飞行器
下位机为飞行器主控制器STM32里的系统程序，主要任务有姿 态解算、电机输出控制，与上位机的通信。
小牛顿科学馆
系统调试与飞行测试
2020/10/4
小牛顿科学馆
总结展望
2020/10/4
捷联式惯性导航系统是把惯性元件,即 陀螺仪和加速度计固定在运机体上, 分别测 量运机体相对惯性空间的三个转动角速度和 三个线加速度沿运机体坐标系的分量,经过 计算,得到运机体的位置、速度、航向和水 平姿态等各种导航信息。
2020/10/4
小牛顿科学馆
导 航 系 统 坐 标 系
第三章 捷联式惯性导航基本原理
2020/10/4
小牛顿科学馆
微型四旋翼飞行器的姿态检测
常见的姿态测量器件有角速度计、加速 度计、磁力计、气压计，超声波传感器和 GPS 等等。
基于MEMS技术的加速度传感器和陀螺 仪具有抗冲击能力强、可靠性高、寿命长、 成本低等优点，是适于构建姿态检测系统的 惯性传感器。
小牛顿科学馆
系统建模及控制器设计
2020/10/4
小牛顿科学馆
发射机/接收机
多轴航模属于遥控设备 ，所以你需要一个遥控 器。它应该至少有4通道 ，包括油门，横滚，俯 仰，偏摆，也就是油门 加XYZ轴的移动。更多 的通道更有利于操控， 比如自稳飞行，打开/关 闭灯光等等。
2020/10/4
小牛顿科学馆
2020/10/4
小牛顿科学馆
求 的巡航时间；
(5)飞行器控制系统要求要有良好的扩展性,
方便日后系统的升级和新功能的扩展。
2020/10/4
小牛顿科学馆
P C B 设 计
PCB是线路板的简称
2020/10/4
小牛顿科学馆
机载控制系统软件设计
四旋翼飞行器实验平台的软件系统包括上位机和下位机两个部 分。
上位机是针对飞行器的需要，基于delphi开发的一个PC机桌面 应用程序，可以通过串口与飞行器相连，具备传感器校正、显示姿 态、测试电机、查看电量、设置参数等功能。
飞的电大他电 用 够池多电行核电（：数池无 让机螺件子电控心模人电/刷 飞旋了速调马制 ，型 使 荷桨，度 ）电 机达和用密器 有：也控机在：其锂度这是制（ 很。空他电最多些模器配中飞 多电池高轴是型子，。合运控 品最必飞原因螺动容不行） 牌件为易可旋。器这 和需相受少桨多要对是 价损的能供于选的。多位能其配轴可。 以选着。 机架：
制单一的参数。它们更稳定，并且飞行 时间更长，因为你可以承载更大的电池。 四旋翼通过减少其中两个电机的转速来 实现横滚，而另外两个电机就可以控制 整个飞机的航向了。
2020/10/4
小牛顿科学馆
多轴飞行器机架 机架是一个多轴飞行器的核心，几乎所 有的配件都与它直接相连。 机架可以由很多不同的材料构成，例如木头、塑料、金属(铝)、玻璃 纤维、碳纤维等其他材料。所有的配件会用螺丝或者扎带被固定在 机架上，而且偶尔会把弹性泡沫塑料或者类似的填充物固定在机架 上以减少外界因素对机架的冲击，起到缓冲的作用。
2020/10/4
小牛顿科学馆
多智能体集群协作，空中壁障
小牛顿科学馆
2020/10/4
德国crazy开源微型四旋翼
国内某大学微型四旋翼飞行器
小牛顿科学馆
四旋翼飞行器的基本结构 和飞行原理
2020/10/4
2020/10/4
小牛顿科学馆
垂直运动
俯仰、翻滚运动
偏航运动
小牛顿科学馆 捷联式惯性导航基本原理