四旋翼无人机前沿报告

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四旋翼无人机设计课程的收获和感想1000字

四旋翼无人机设计课程的收获和感想1000字

四旋翼无人机设计课程的收获和感想1000字四旋翼无人机设计课程的收获和感想在参加四旋翼无人机设计课程之前,我对无人机只是有一些基本的了解。

然而,在这门课上,我学到了很多有关无人机设计的知识和技能,使我对这个领域有了全新的认识和理解。

首先,我学到了有关无人机结构和原理的知识。

在课程中,我们了解了四旋翼无人机的基本构件和其工作原理。

通过学习无人机的结构,我深入了解了每个部件的功能和作用,例如电机、螺旋桨和飞行控制器等。

这些知识对于设计和制造一个稳定和高效的无人机至关重要。

其次,我学到了有关飞控系统和传感器的知识。

无人机的飞行控制器是其大脑,负责控制飞行和稳定无人机。

在课程中,我们学习了各种传感器,如加速度计、陀螺仪和磁力计等,以及它们在飞行控制系统中的作用。

通过学习这些知识,我能够更好地理解无人机的飞行原理和控制技术,从而提高无人机的飞行性能和稳定性。

此外,我还学到了有关无人机设计和建模的技能。

在课程中,我们使用CAD软件进行无人机的三维建模和设计。

这让我能够将理论知识应用到实际中,并且更好地了解无人机的结构和组装方式。

通过设计和建模,我能够更好地理解各个部件之间的相互作用和影响,以及如何进行优化和改进。

最后,通过参加这门课程,我还培养了一些重要的技能和能力。

例如,我学会了团队合作和沟通技巧。

在课程中,我们通常需要与同学们一起合作,共同完成无人机设计和制造的任务。

这要求我们能够有效地沟通和协调,以便达到团队的目标和要求。

此外,这门课程还增强了我的问题解决能力和创新思维。

在无人机设计过程中,我们经常会遇到各种问题和挑战,需要不断尝试和改进。

通过解决这些问题,我学会了如何灵活应对和创造性地解决问题。

总的来说,参加四旋翼无人机设计课程是一次非常有意义和有价值的经历。

我不仅学到了很多有关无人机设计的知识和技能,还培养了一些重要的能力和素质。

我相信这些收获将对我的未来学习和职业发展产生积极的影响。

我希望将来能够继续深入研究和探索无人机领域,为无人机的发展和应用做出自己的贡献。

电子设计大赛四旋翼设计报告最终版

电子设计大赛四旋翼设计报告最终版

四旋翼飞行器〔A 题〕参赛队号:20140057号四旋翼飞行器设计摘要:四旋翼作为一种具有构造特殊的旋转翼无人飞行器,与固定翼无人机相比,它具有体积小,垂直起降,具有很强的机动性,负载能力强,能快速、灵活的在各个方向进展机动,构造简单,易于控制,且能执行各种特殊、危险任务等特点。

因此在军用和民用领域具有广泛的应用前景如低空侦察、灾害现场监视与救援等。

多旋翼无人机飞行原理上比拟简单,但涉及的科技领域比拟广,从机体的优化设计、传感器算法、软件及控制系统的设计都需要高科技的支持。

四旋翼无人机的飞行控制技术是无人机研究的重点之一。

它使用直接力矩,实现六自由度〔位置与姿态〕控制,具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性。

此外,由于飞行过程中,微型飞行器同时受到多种物理效应的作用,还很容易受到气流等外部环境的干扰,模型准确性和传感器精度也将对控制器性能产生影响,这些都使得飞行控制系统的设计变得非常困难。

因此,研究既能准确控制飞行姿态,又具有较强抗干扰和环境自适应能力的姿态控制器是微小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究的当务之急。

一、引言:1.1 题目理解:四旋翼飞行器,顾名思义,其四只旋转的翅膀为飞行的动力来源。

四只旋转翼是无刷电机,因此对于无刷电机的控制调速系统对飞行器的飞行性能起着决定性的作用。

在本次大赛中,需要利用四旋翼飞行器平台,实现四旋翼的起飞,悬停,姿态控制,以及四旋翼和地面之间的测距等功能。

以往做的核心板较大,所需的电路较多,考虑到四轴飞行器的轻便,故而不太是一个很理想的选择。

方案二:主控板使用STM32。

STM32板子的I/O口很多,自带定时器和多路PWM,可以实现的功能较多,符合实验要求。

Stm32迷你板在体积和重量上也不是很大,对飞机的载重量要求不是很高。

综上所述,我们一致决定使用STM32 MMC10作为此次大学生电子竞赛的主控板。

2.2 飞行姿态的方案论证:方案一:十字飞行方式。

四轴的四个电机以十字的方式排列,*轴和y轴成直角,调整俯仰角和翻滚角的时候分开调整,角度融合简单,适合初学者,能明确头尾,飞行时机体动作精准,飞控起来也容易。

四旋翼无人机发展现状

四旋翼无人机发展现状

四旋翼无人机发展现状近年来,四旋翼无人机的发展取得了快速的进步。

无人机技术的不断创新和市场需求的增长推动了四旋翼无人机的发展。

首先,四旋翼无人机的技术不断提升。

新型的无人机采用了更加先进的材料和组件,提高了飞行的稳定性和精度。

例如,一些无人机使用了高性能的陀螺仪和加速度计,能够更好地感知飞行状态并作出相应的调整。

同时,无人机的传感器技术也得到了突破,使得无人机可以进行更加精确的定位和避障。

其次,四旋翼无人机的功能不断扩展。

除了传统的航拍功能,无人机在农业、物流、救援等领域也开始得到广泛应用。

农业无人机可以帮助农民进行植保、喷洒等工作,提高作业效率;物流无人机可以快速送达货物,减少人力成本和交通拥堵问题;救援无人机可以用于搜救、灾情评估等任务,提高救援效率。

此外,四旋翼无人机的市场规模也在迅速扩大。

随着无人机技术的普及和大众对无人机的认可度提升,越来越多的人开始购买和使用无人机。

各大厂商纷纷推出了更加便携、易操作的无人机产品,并不断加大对无人机市场的投入。

同时,政府也积极出台相关法规和政策,为无人机的发展提供了良好的环境和保障。

然而,在四旋翼无人机发展的同时,也存在一些挑战和问题。

其中,安全问题是最突出的一个。

无人机的飞行安全、隐私保护等问题亟待解决。

此外,无人机的航程和续航能力仍然有限,需要更加高效的能源管理和充电技术来解决。

综上所述,四旋翼无人机在技术、功能和市场规模等方面都取得了显著的发展。

随着技术的不断进步和市场的不断扩大,四旋翼无人机的应用前景将会更加广阔。

然而,我们也需要持续关注随之而来的安全和管理问题,以确保无人机的可持续发展。

四旋翼无人机开题报告

四旋翼无人机开题报告

四旋翼无人机开题报告四旋翼无人机:摘要:渺小型多旋翼无人机在军事、平易近用和科技范畴施展着愈来愈主要的感化。

旋翼无人机具有体积小、质量轻、无人驾驶、可垂直起降和定点悬停、操作性好等优势。

无人机飞翔掌握体系的设计是完成无人机自立飞翔的症结与焦...展开Abstract:A small multi rotor UAV in the military, civil and technology areas play an increasingly important role. Rotor UAV has the advantages of small size, light weight, unmanned, vertical takeoff and landing and hovering, good operation and other advantage...展开目录:摘要 4-5ABSTRACT 5第一章绪论 15-221.1 研究背景与意义 15-161.2 国内外研究现状及发展 16-181.2.1 国外研究现状 16-181.2.2 国内研究现状 181.3 四旋翼无人机研究中的关键技术 18-191.3.1 微型四旋翼无人机特点 181.3.2 四旋翼无人机飞行控制系统研究中的关键技术 18-191.4 课题研究的内容以及章节安排 19-221.4.1 研究目标 19-201.4.2 研究内容和章节安排 20-22第二章 M4R 运动建模与控制律设计 22-352.1 引言 222.2 M4R 工作原理及其组成 22-252.2.1 M4R 工作原理 22-242.2.2 M4R 组成 24-252.3 M4R 的数学模型 25-292.3.1 坐标系定义 25-262.3.2 动力学建模 262.3.3 M4R 角运动模型 26-292.3.4 M4R 线运动模型 292.4 M4R 控制律设计 29-312.4.1 M4R 控制系统结构 29-302.4.2 M4R 稳定回路控制律设计 30-312.4.3 M4R 制导回路控制律设计 312.5 飞行控制系统仿真分析 31-342.6 本章小结 34-35第三章 M4R 飞行控制系统硬件设计 35-433.1 引言 353.2 M4R 飞行控制系统需求分析 35-363.3 M4R 飞行控制系统设计方案 36-373.4 M4R 飞行控制系统各组成模块硬件设计 37-413.4.1 飞控计算机 37-383.4.2 传感器模块 38-393.4.3 执行机构驱动模块 39-403.4.4 遥控无线链路模块 403.4.5 通信无线链路模块 403.4.6 电源系统模块 40-413.5 M4R 飞行控制系统硬件电路实现 41-423.6 本章小结 42-43第四章飞行姿态参考系统设计实现 43-564.1 引言 434.2 传感器误差特性分析 43-484.2.1 MEMS 陀螺仪误差分析及校正 43-464.2.2 MEMS 加速度计原始数据分析及预处理 46-484.3 基于四元数卡尔曼滤波算法的姿态参考系统设计 48-534.3.1 四元数介绍 48-494.3.2 卡尔曼滤波器介绍 49-504.3.3 基于四元数卡尔曼滤波器姿态参考系统实现 50-53 4.4 基于互补滤波器的姿态参考系统设计 53-544.5 姿态参考系统飞行实验 54-554.6 本章小结 55-56第五章 M4R 飞行控制系统软件设计 56-745.1 引言 565.2 软件总体设计与系统初始化 56-595.2.1 软件总体设计 56-575.2.2 系统初始化 57-595.3 传感器模块软件设计 59-645.3.1 姿态参考系统软件设计 60-625.3.2 位置定位系统软件设计 62-645.4 信号输入输出模块设计 64-665.4.1 遥控信号输入解码模块 64-655.4.2 I~2C 电调控制信号输出模块 65-665.5 轨迹控制回路软件设计 66-675.6 飞行控制地面站设计 67-735.6.1 飞行控制地面站通讯协议设计 67-695.6.2 遥控信号初始化通讯协议设计 69-705.6.3 基于 Qt 的飞行控制地面站软件设计 70-735.7 本章小结 73-74第六章 M4R 飞行实验 74-856.1 引言 746.2 姿态参考系统测试 74-766.3 飞行控制地面站测试 76-806.4 地面飞行测试 80-846.5 本章小结 84-85第七章总结与展望 85-877.1 本文的主要工作 85 7.2 进一步展望 85-87 参考文献 87-91致谢。

四旋翼无人机前沿报告

四旋翼无人机前沿报告
从上述的研究状况可以看出,四旋翼无人机的研究重点一是功能全面的控制器与传感器系统,二是四旋翼无人机的控制方法。控制器与传感器系统大多包括微控制芯片、导航系统、各种测距传感器以及视觉辅助设备。控制方法比较多样,PID、LQ、Backstepping、Sliding-mode等都有应用。
5.四旋翼无人机的运动能力
图1-5:四旋翼式蜂鸟无人机
目前我国的无人机产业最耀眼的明星就是大疆创新了。大疆是一家总部位于中国深圳的无人机制造厂商,成立于2006年。该公司生产的DJI无人机被广泛运用于航拍,并且很受专业及业余级摄影师们的青睐。其产品线涵盖中端价位的Phantom以及高端市场绝对王者的Inspire系列。
一架无人机系统由地面站、飞机、链路三个核心部分组成。无人机地面站是整个无人机系统的指挥控制中心,专门用于对无人机的地面控制和管理。飞机是无人机系统的主体,而它的核心组件是其飞行控制系统(简称飞控),它是飞行器稳定飞行的保证。链路主要负责飞机与地面站之间的通讯,通过多种通信方式将飞机上的飞行数据实时传输到地面站,并可以将地面站发出的控制信号传给飞机,从而使得无人机按照既定的指令飞行。
3)体感控制技术
体感控制包括手势和姿态,类似于PS4等游戏机上的体感控制,有着直观、易学、易操作等特点。随着信息时代的不断发展,人机交互越来越成为科研人员研究的重点,Kinect传感器作为人机交互的中介,自然会被应用到无人机的控制中来。
Kinect传感器由Microsoft公司于2010年推出,可以同时获取彩色图像数据和深度图像数据,支持实时的全身骨骼跟踪,获取人体骨架的20个关节点[2]。同时,Kinect SDK允许开发者借助Visual Studio 2010进行相关开发,通过相关算法设计实现人体的动作识别。

四旋翼无人机研究现状及研究意义

四旋翼无人机研究现状及研究意义

四旋翼无人机研究现状及研究意义虽然目前四旋翼飞行器因为自身诸多优点吸引了很多研究者的注意,并且己经被应用到各种领域,但是在技术方面依然存在很多难题需要克服。

其中,最为关键的问题便是飞行控制问题,在设计控制策略方面主要存在两个方面的困难:第一,难以对其建立精确的数学模型。

和一般飞行器一样,四旋翼飞行器在飞行过程中,不仅要受到重力、空气动力、本体升力等作用,还要受到未知并且变化的气流等外部干扰的影响,这导致很难获得准确的气动性能参数,从而难以建立精确有效的数学模型,大大阻碍了设计控制效果优良的控制策略的设计。

第二,四旋翼飞行器是一个典型的多输入多输出(MIMO)、非线性、强耦合的欠驱动系统,同时对干扰比较敏感,这大大增加了控制的难度,使得飞行控制系统的设计变得非常困难。

针对四旋翼飞行器,目前主要有三种控制策略:局部线性化、非线性控制和智能控制。

(1)局部线性化方法局部线性化方法是基于线性化的思想,首先将四旋翼飞行器的非线性模型通过小扰动模型思想或者局部线性化的思想转化为线性模型,然后基于线性控制方法设计控制器,其主要包括传统PID控制和最优LQR控制。

PID控制基本思想是将四旋翼飞行器的模型分为化个独立的线性化通道,并分别对每个通道设计PID控制律,步骤简单,易于实现。

例如,Salih设计了一种PID控制器对四旋異飞行器进行飞行控制,他将四旋翼系统分为全驱动和欠驱动通道,分别对两个通道设计PID控制器,并通过仿真证明了控制器的有效性[8]。

LQR(Linear Quadratic Regulator)即线性二次型调节器是一种最优控制策略,基本思想是在满足性能函数取得最优值的约束下,根据相应原理设计控制器。

例如,高青等人为四旋翼飞行器的姿态稳定控制提出了新的LQR控制器,该控制器能够实现姿态的快速稳定控制并跟踪参考输入[9];李一波等人采用一种指令跟踪増广LQR方法设计了飞翼式无人机纵向姿态控制律,并取得不错的控制效果[10]。

电子设计大赛四旋翼设计报告

电子设计大赛四旋翼设计报告

电子设计大赛四旋翼设计报告一、设计背景和目的四旋翼是一种无人机的形式,它由四个旋转桨叶提供升力和稳定性。

四旋翼的设计和制造对于提高飞行品质和有效性非常重要。

因此,我们参加了电子设计大赛,目的是设计一种高性能、高稳定性的四旋翼。

二、设计要求和功能1. 提高飞行品质:设计一个稳定的四旋翼,可以在各种气候和环境条件下飞行,并保持平稳。

2. 提高控制性:设计一个精确的控制系统,可以实现精确的飞行操作和操纵。

3. 增强可靠性:设计一个可靠的四旋翼,能够有效地预防故障并提供必要的安全性能。

4. 提高机动性:设计一个具有高机动性的四旋翼,能够实现各种飞行动作和任务,如起飞、降落、转弯等。

三、设计方案1. 结构设计:- 使用轻质材料制造机身和旋转桨叶,以减少整体重量并提高机动性。

- 采用可折叠设计,便于携带和储存。

2. 电力系统:- 配备高性能的电机和螺旋桨,以提供足够的升力和稳定性。

- 安装高容量的电池,以延长飞行时间。

3. 控制系统:- 使用高精度的陀螺仪和加速度计,以提供准确的飞行数据。

- 配备先进的飞行控制系统,实现精确的操纵和飞行操作。

4. 通信系统:- 配备可靠的遥控器,实现远程控制操作。

- 安装高清晰度的摄像头,传输实时视频和图像。

5. 安全系统:- 配备传感器和防撞装置,以避免与障碍物碰撞。

- 设置飞行限制区域和高度限制,确保飞行的安全性。

6. 程序设计:- 开发合适的飞行控制软件,实现四旋翼的智能化飞行和任务执行。

四、预期成果和可行性分析我们预期通过设计和制造一个高性能、高稳定性的四旋翼,能够在电子设计大赛中取得好成绩。

我们的设计方案经过多次验证和测试,证明具有良好的可行性和实用性。

在实际操作中,我们可以利用这个四旋翼进行各种任务和应用,如航拍、物流输送、环境监测等。

这个四旋翼除了参加电子设计大赛,还可以在其他领域得到广泛应用,具有很高的市场潜力。

我们相信我们的四旋翼设计能够达到预期的目标,并取得好成绩。

2024年中国无人机行业研究报告简版

2024年中国无人机行业研究报告简版

根据最新的统计数据显示,2024年中国无人机行业呈现出飞速发展的趋势。

在无人机技术的不断成熟和市场的不断扩大的推动下,中国无人机行业在各个领域都取得了显著的成就。

首先,2024年中国无人机市场规模达到了约340亿元人民币,同比增长了53%。

目前,中国已经成为全球最大的无人机市场,而且预计未来几年仍将保持高速增长。

其中,民用无人机市场占据了市场份额的70%,军事和安全领域则占据了市场份额的30%。

其次,2024年中国无人机技术取得了突破性进展。

在军事领域,中国无人机的作战能力得到了显著提升,包括侦察、打击、雷达干扰等多种功能。

同时,中国还取得了很多无人机技术方面的突破,例如自主导航、自动控制、智能识别等。

这些技术的突破不仅提高了无人机的性能和可靠性,也为无人机在各个领域的应用提供了更多可能性。

再次,2024年中国无人机市场应用领域进一步拓展。

除了传统的军事、航拍和拍摄领域,无人机还逐渐应用于农业、工业、物流、消防、环保等各个领域。

例如,在农业领域,无人机可以用于植保、播种、施肥等工作,能够提高工作效率、节约成本、减少对环境的影响。

在物流领域,无人机可以实现快速、高效、低成本的货物运输,为传统物流业提供了全新的解决方案。

最后,2024年中国无人机行业的发展也面临着一些挑战和问题。

首先是法律和安全问题。

由于无人机技术的快速发展,法律和监管措施还无法及时跟上,导致一些不安全和违法的行为频发。

其次是技术和人才问题。

虽然中国无人机技术取得了突破,但与国际先进水平相比仍存在一定差距,同时人才供给也存在不足的问题。

最后是隐私和安全问题。

无人机的高清摄像和监视功能可能对个人和企业的隐私和安全造成威胁,需要加强相关的监管和保护措施。

综上所述,2024年中国无人机行业经历了快速发展的一年。

无人机市场规模的不断扩大和无人机技术的突破性进展为无人机在各个领域的应用提供了更多可能性。

然而,也需要进一步加强相关的法律和监管措施,解决技术和人才问题,加强隐私和安全保护,才能够更好地推动无人机行业的健康发展。

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蜻蜓无人机的空气流动可以让它收集样本和测量的种类获得增加。在时长1个小时的飞行中,飞行器大概能飞10到20公里。这意味着蜻蜓可以在为期两年的任务中探测到的范围非常广。
2.“OS4”四旋翼无人机
OS4是EPFL自动化系统实验室开发的一种小型四旋翼飞行器,研究的重点是自主飞行控制算法和机构设计方法,目标是要实现室内和室外环境中的完全自主飞行。目前,该项目以及进行了两个阶段。OS4I最大长度约为73CM,质量为235g,它使用了Draganflyer3的十字框架和旋翼,电机型号为Faulhaber1724,微惯性测量单元为Xsens的MT9-B。研究人员通过万向节将它固定在飞行测试平台上,使其只具有3个转动自由度;电机驱动模块、能源供给、数据处理等都由飞行器外部提供。目前,EPFL已经实现了OS4 2在室内环境中给予惯导的自主悬停控制。
4.Microdroቤተ መጻሕፍቲ ባይዱes四旋翼无人机
德国Microdrones公司开发出了一款小型四旋翼无人机,型号为MD4-200,这个无人机采用MD公司自行设计的盘式电机,机身全部用碳纤维制作,悬停时电流参考值为2A,装有GPS定位系统,并配有相应的地面站系统以及视频传输系统。
Sanford大学使用一个改进后的Drangonflyer作为其自主飞行器Multi-Agent控制研究的测试平台。选择Draganflyer四旋翼无人机进行方案验证。Draganflyer原先的芯片被Stanford大学自主设计的控制器所取代。这款控制器用于执行所以的传感和通讯任务,他由如下组件构成:一个被称为MicroStrain的商用IMU,两块PICS微控制芯片,一个超声速声纳定位传感器,一个GPS单元和一个有效距离为150—300英尺的而行蓝牙设备。地面计算系统由几台PC机和一个配有用于遥控飞行器的标准操作杆的笔记本电脑组成。IMU从传感器得到相关数据后估算出当前飞行器的高度及其变化速度,然后将这两个数据输出,由于飞行器的支架在升力很大时会有强烈的震动,这两个数据很可能混有较大的噪声,因而准确性较低。系统同时加入了一个红外距离传感器来帮助飞行器飞行轨迹在特定区域时的声纳测距任务。使用卡尔曼滤波器对位置和速度的信息进行估计。实验表明,该飞行器在户外盘旋状态下表现良好。并具有一定的抗风险能力。
图1-6大疆无人机
我认为目前我们的无人机应该更加的重视交互技术:
1)手势控制技术
手势交互是一种未来的人机交互趋势,目前在精确度上存在挑战。在CES2014的展场上,有利用MYO手势控制臂带来控制AR.Drone2.0四旋翼的演示。
2)脑机接口技术
近年来,科研人员在多个领域都运用到了BCI(Brain Computer Interface)脑机接口技术)技术,各类科技公司运用该技术制作新型玩具、为残疾人制作义肢。但若是作为对安全性要求较高的飞行器,这种技术目前还不成熟。它可作为一种验证性质的技术展示,离实际还有不少距离。
[7]刘焕业,小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究与设计,硕士学位论文,上海,上海交通大学,2009
[8]吴森唐,费玉华。飞行控制系统。北京航空航天大学出版社,2005.09
3.GTMARS无人机系统
GTMARS是佐治亚理工大学面向火星探测任务而设计的无人机系统。它中20KG,旋翼半径0.92m,续航时间30min。GTMARS开始为折叠状态,陆器登陆火星后,几个将自动展开,它能够自主起飞和降落,巡航速度可达72KM/H,当能量不足时,它可以返回到着陆器补充能量,着陆器装载有太阳能电池。
图1-5:四旋翼式蜂鸟无人机
目前我国的无人机产业最耀眼的明星就是大疆创新了。大疆是一家总部位于中国深圳的无人机制造厂商,成立于2006年。该公司生产的DJI无人机被广泛运用于航拍,并且很受专业及业余级摄影师们的青睐。其产品线涵盖中端价位的Phantom以及高端市场绝对王者的Inspire系列。
一架无人机系统由地面站、飞机、链路三个核心部分组成。无人机地面站是整个无人机系统的指挥控制中心,专门用于对无人机的地面控制和管理。飞机是无人机系统的主体,而它的核心组件是其飞行控制系统(简称飞控),它是飞行器稳定飞行的保证。链路主要负责飞机与地面站之间的通讯,通过多种通信方式将飞机上的飞行数据实时传输到地面站,并可以将地面站发出的控制信号传给飞机,从而使得无人机按照既定的指令飞行。
[4]高倩,徐文.国外微型无人机发展概况. 飞航导弹,2003,(06):14-18
[5]李占科,宋笔锋. 微型飞行器的研究现状及其关键技术[J].飞行力学,2003,21(4):124
[6]邱立葳,宋梓山,沈伟群.用于无人直升机着舰系统控制的计算机视觉技术研究[J].航空学报,2003,(04).
无人机不论是从它的发展前景,理论技术还是从发展传统汽车行业,增大行业竞争力来看都是非常具有研究潜力的。这些系统的出现离不开很多关键技术,也正是因为这些技术的进步,未来的无人机将会跃向一个新的高度。以史为鉴,我们不难发现无人机发展有几个大致方向:更精密的算法使它们变得越来越智能,而多项尖端科技的加持,减轻了无人机驾驶员在操作无人机时的负担,使得无人机更加“来去自如”。而无人机的高速发展与科研人员的定向研究必将会使它们的成本变低,未来无人机将会步入普通家庭,成为民用的摄影、探索利器。
从上述的研究状况可以看出,四旋翼无人机的研究重点一是功能全面的控制器与传感器系统,二是四旋翼无人机的控制方法。控制器与传感器系统大多包括微控制芯片、导航系统、各种测距传感器以及视觉辅助设备。控制方法比较多样,PID、LQ、Backstepping、Sliding-mode等都有应用。
5.四旋翼无人机的运动能力
在2013年,一个TED的无人机视频火遍了全网,叫做《四旋翼直升机的惊人运动机能》,视频中演示人员用平衡杆、乒乓球、酒杯等向我们演示了无人机的运动能力,让人叹为观止。最后研究人员表示这一切的运动能力的来源都是算法的作用。时间过去了几年,Raffaello D'Andrea和他创立的工作室可没闲着:他们让无人机作为搬运工,在法国当代艺术中心上演了一场运货表演——用1500块砖搭建了6米高的塔。以及操纵无人机用绳子编出一座简易桥梁(确实可以使用)。
近些年来,各国的许多研究机构都对小型四旋翼无人机进行了一系列的研究,下面列出来一些比较有代表性的四旋翼无人机研究成果。
一、国内外技术发展现状
1.“蜻蜓”无人机
近期,约翰-霍普金斯大学的应用物理实验室的一个研究小组就开发出了一个叫做“蜻蜓(Dragonfly)”的概念无人机任务。该任务提出了一款利用放射性同位素驱动的双四旋翼飞行器,它将可以在土星最大的卫星Titan上执行太空任务。蜻蜓项目首席研究员Elizabeth Turtle指出,这种实验是他们在实验室无法进行的,因为涉及到时间尺度问题,而Titan富含有有机分子和液态水的表面却能维持很长一段时间的时间尺度。该项目就是为了研究Titan生命前化学而设计的。由于Titan表层厚重的云层使得那里的太阳能效率并不高,为此,研究人员改用了多任务放射性同位素热电机(MMRTG)为飞行器提供能源。据了解,MMRTG能让这架双四旋翼无人机在白天持续飞行一个小时的时间,夜晚它将接受充电。
参考文献
[1]赵毓. 基于群体智能算法的无人机航迹规划研究[D].哈尔滨工业大学,2016
[2]李辉,芦利斌,金国栋. 基于Kinect的四旋翼无人机体感控制[J]. 传感器与微系统,2015,(08):99-102
[3]邹湘伏,何清华,贺继林. 无人机发展现状及相关技术[J]. 飞航导弹,2006,(10):9-14.
3)体感控制技术
体感控制包括手势和姿态,类似于PS4等游戏机上的体感控制,有着直观、易学、易操作等特点。随着信息时代的不断发展,人机交互越来越成为科研人员研究的重点,Kinect传感器作为人机交互的中介,自然会被应用到无人机的控制中来。
Kinect传感器由Microsoft公司于2010年推出,可以同时获取彩色图像数据和深度图像数据,支持实时的全身骨骼跟踪,获取人体骨架的20个关节点[2]。同时,Kinect SDK允许开发者借助Visual Studio 2010进行相关开发,通过相关算法设计实现人体的动作识别。
二、现状的总结和思考
四旋翼无人机的发展不断朝着智能化、集成化发展,未来的四旋翼无人机飞行动力以及能源问题将会得到解决,利用燃料电池、太阳能电池或者油动发动机,其续航时间将会大大增加;其飞行控制系统将是一个集成导航、通信、自动控制的飞行芯片,运用更高级的控制算法,实现多旋翼无人机与大型多旋翼无人机并驾齐驱发展,其中大型多旋翼能搭载更多的任务设备甚至载人飞行。
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