買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 旋翼無人飛行器組裝與優(yōu)化 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學生： 指導老師： 要 隨著材料技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、動力系統(tǒng)技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，近年來，裝備了自動駕駛設(shè)備的六旋翼無人飛行器也得到了快速的發(fā)展，其應用領(lǐng)域越來越廣泛。其主要優(yōu)點體現(xiàn)在其復雜和危險的環(huán)境下也能進行航空偵查工 作。對六旋翼無人飛行器的研究也將是科技創(chuàng)新的潮流。六旋翼無人飛行器主要是通過遙控器發(fā)射信號，接收機接收信號然后傳輸?shù)斤w行控制器，飛行控制器綜合傳感器的各項信號及接收機接收的信號控制電流的輸出，從而控制飛行器各旋翼轉(zhuǎn)速達到相應的飛行姿態(tài)。首先對多旋翼無人飛行器進行研究，梳理整體的設(shè)計思路。通過模仿創(chuàng)造和功能分解組合的方法對多旋翼無人飛行器整體分解為各項模塊，包括機架、無刷電機、電子調(diào)速器、電池、飛行控制器、遙控器等，分析其主要作用且進行優(yōu)缺點的對比，然后對飛行器各模塊進行分析，使飛行器的各模塊的選擇能合理的組 合起來，且能夠在經(jīng)濟高效的前提下達到畢業(yè)設(shè)計的的要求。 關(guān)鍵詞 ： 多旋翼無人飛行器 選擇 優(yōu)化 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 of in a AV is in On of AV is by is to of of By of as a is of of to of of be in of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 錄 1 概論 . 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 1 要研究內(nèi)容 . 1 2 六旋翼無人飛行器的結(jié)構(gòu)分析與選擇 . 3 構(gòu)形式 . 3 作原理 . 3 架及槳葉的選擇 . 4 個槳葉空氣動力分析及槳葉的選擇 . 4 料的選擇 . 6 架結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化 . 6 3 電機 . 7 機的分類與介紹 . 7 機參數(shù)簡介與選擇 . 7 4 電調(diào) . 9 調(diào)的選擇 . 9 5 電池 . 10 池選擇 . 10 6 飛行控制器 . 12 行姿態(tài)模型分析 . 12 控調(diào)試 . 16 行模式配置 . 17 7 遙控設(shè)備 . 18 控器的選擇 . 19 參考文獻 . 21 致 謝 . 22 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 1 概論 究背景與意義 近年來，裝備了自動駕駛設(shè)備的多旋翼無人飛行器得到了快速的發(fā)展，這些無人飛行器也稱為空中無人機器人，其應用領(lǐng)域越來越廣泛 1 。按照用途可以分為軍用和民用兩種，其中在軍用領(lǐng)域已經(jīng)得到了顯著的發(fā)展，而其杰出的性能在民用領(lǐng)域的潛能還沒有得到開發(fā)。多旋翼無人飛行器的主要優(yōu)點體現(xiàn)在其復雜和危險的環(huán)境下也能航空偵查工作。特別是以四旋翼為基礎(chǔ)升級的六旋翼無人飛行器具有升力大，成本低，升級空間廣闊，柔性強，飛行靈活，操作簡單等諸多優(yōu)點。目前六旋翼無人飛行器廣泛應用于農(nóng)藥噴灑、播種，檢查 電纜，婚禮拍攝，電影取景等諸多領(lǐng)域。此外六旋翼無人飛行器還可以搭載可見光變焦攝像機。紅外線攝像機、機載雷達和通信天線等各種載荷，完成安保監(jiān)控、應急搶修、交通管制等任務 2。六旋翼無人飛行器的應用必將會成為當今社會發(fā)展的趨勢所需，對六旋翼無人飛行器的研究也將是科技創(chuàng)新的潮流。六旋翼無人飛行器的快速發(fā)展必將會為人們的生活帶來無限便利，所以這項研究具有巨大的現(xiàn)實意義。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2012 年大約 24000 架多旋翼無人飛行器在日本注冊，這是因為日本將大量多旋翼無人飛行器應用到了農(nóng)藥噴灑領(lǐng)域 3。 2011 年以來美國發(fā)展預算快速增長，多旋翼無人飛行器的研究和發(fā)展得到了有力的推動。另一方面，歐洲的研究與發(fā)展預算增長相對緩慢，目前諸多公司已經(jīng)研究和生產(chǎn)的百余款無人多旋翼無人飛行器，其中四旋翼、六旋翼最為多見。而且，主動防御技術(shù)也被引入到無人飛行器 4。同時，小型公司攜帶的新技術(shù)不斷加入，使得無人飛行器種類更加多樣。六旋翼無人飛器攜帶攝像機執(zhí)法、錄像、檢查的新聞屢見不鮮。以 深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司 為例， 2012 年以來規(guī)模不斷壯大，如今已 是全球領(lǐng)先的無人飛行器 控制系統(tǒng) 及 無人 飛 行 器 解決方案的研發(fā)和生產(chǎn)商 5。公司客戶遍布全球 100多個國家 。 要研究內(nèi)容 主要內(nèi)容是在四旋翼無人飛行器相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上進行研究和分析，選擇出最佳的配件來組裝一架六旋翼無人飛行器并進行優(yōu)化，將從無人飛行器的機架、飛行控制器、電機、電調(diào)、電池、遙控裝置等幾個主要配件進行分析優(yōu)化，選出最佳的配件來組裝一架六旋翼無人飛行器。 從幾個不同方面對四軸飛行器做的全面的研究， 具體內(nèi)容將通 過六 個 章 節(jié)進行描述 ，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章 ： 重點介紹六旋翼無人 飛行器的 發(fā)展歷程和 國內(nèi)外 發(fā)展 現(xiàn)狀，分析了 六旋翼無人 飛行器的研究意義。 第二章 ：首先對 六旋翼無人 飛行器的 機架結(jié)構(gòu) 進行了介紹，然后對 六旋翼 飛行器的 原理 進行了 介紹以及飛行姿態(tài)的介紹， 最后是 根據(jù)工作的要求對六旋翼無人飛行器的機架進行分析和選擇 。 第三章：首先對有刷電機、無刷的種類進行介紹，然后對電機的選擇進行分析，最后買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 根據(jù)六旋翼無人飛行器的運載要求選擇合適的電機。 第四章：首先對有刷電調(diào)、無刷電調(diào)的工作原理進行介紹，然后對電機的選擇進行分析，最后根據(jù)六旋翼無人飛行器的電機載荷要求選擇最佳的電調(diào)。 第五章：首先對各種充電電池 的各種特征進行介紹，然后解析鋰聚合物電池的各項參數(shù)和性能，最后根據(jù)六旋翼無人飛行器的工作要求選擇最佳電池作為飛行器的工作電源。 第六章：首先對 行控制器進行介紹，然后根據(jù)飛行姿態(tài)的模型表示，使地面軟件對 行控制器進行調(diào)試，最后解釋 行控制下可編輯的幾種飛行模式。 第七章：首先對遙控器常用信號進行介紹，然后對遙控器的種類進行介紹分析，最后根據(jù)飛行半徑的要求選出合適的遙控器。 第八章：首先對六旋翼無人飛行器的配件選擇進行總結(jié)，然后對所存在的不足進行闡述，最后對六旋翼無人 飛行器存在的一些不足假設(shè)出相應的彌補措施。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 2 六旋翼無人飛行器的結(jié)構(gòu)分析與選擇 構(gòu)形式 六旋翼無人飛行器通常采用六個旋翼作為飛行器的動力源。六個旋翼處于同一高度平面。相鄰兩旋翼，一個逆時針旋轉(zhuǎn)，一個順時針旋轉(zhuǎn)，六個電機對稱的安裝在飛行器的支架末端，且對角線上相對的兩旋翼旋向相反 6。支架中間的工作臺上層安放信號接送機、位系統(tǒng)，中間層安放飛行控制計算器、電流電調(diào)集成板。下層安放飛行器鋰電池，以及航拍所需要的云臺、相機及圖形傳送系統(tǒng) 7。六旋翼最大的優(yōu)點在于升級空間廣闊，不僅可 以運載攝像頭，還可以卸載攝像頭后在工作臺下層按照其他設(shè)備，例如農(nóng)藥噴灑器、種子播撒器等等。六旋翼無人飛行器的結(jié)構(gòu)形式見圖 2 圖 2機架圖 作原理 六旋翼無人飛行器通常是由飛行控制器控制六個電機轉(zhuǎn)速的變化來實現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器。一個飛行器姿態(tài)包括仰飛 , 翻滾和偏航，不管是固定翼還是旋翼飛行器，都必須要實現(xiàn)這三種基本控制 8。旋翼還有懸停特殊飛行姿態(tài)，因此對于六旋翼無人飛行器，它通過對六個電機旋轉(zhuǎn)的速度和力矩、方向的所產(chǎn)生差值來滿足以上飛行姿態(tài)。對于這個操作而言，六旋 翼無人飛行器只有完全平衡才能滿足這些要求，當六個旋翼的重量和大小完全一致，槳工作時會產(chǎn)生作用力和反作用力。機架要讓槳旋轉(zhuǎn)，槳也會給機架一個大小相等，方向相反的扭力。如果不能相互抵消這個扭力，機身就會因此而旋轉(zhuǎn)。如果正槳反槳旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)方向剛好相反，則正好抵消扭力。單旋翼的傳統(tǒng)直升機，就需要配一個產(chǎn)生側(cè)向推力的尾旋翼來抵消這個扭力 9。所以最優(yōu)化的設(shè)計就是三個正槳正向旋轉(zhuǎn)，三個反買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 槳反向旋轉(zhuǎn)，這樣也能降低設(shè)計工作量及復雜度。 常見的飛行姿態(tài)及原理見表 2 架及槳葉的選擇 個槳葉空氣動力分 析及槳葉的選擇 圖 2單片槳葉空氣動力分析 如圖 2示， 在旋翼槳葉上任意取足夠短的長度 槳葉半徑為 b，合速度為 w， 螺旋角為 ， 由升力公式，得： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 （ 2 （ 2 假設(shè)空間豎直方向 上的槳葉拉力 水平方向上的槳葉阻力 氣流阻力角為 ， 則： （ 2 通常 趨于零可忽略不計 ， 所以： （ 2 根據(jù) 公式 （ 2中假設(shè)，得 知 具有 K 片槳葉的單個 螺旋槳 的 總 拉力 T 為： （ 2 由于槳葉還受其他因數(shù)的影響，所以假定槳葉在理想情況下 T 簡化為： （ 2 假設(shè)空間豎直方向上的槳葉拉力 同時水平方向上的槳葉阻力 會產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)力矩 具有 K 片槳葉 的螺旋槳 ， 阻轉(zhuǎn)力矩為： （ 2 因為流角通常情 況下很小且?guī)缀踮呌诹悖裕?（ 2 對 上 式 進行積分得： （ 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 由等式（ 2可知螺旋槳的阻力扭轉(zhuǎn)，其大小取決于槳葉的螺旋角和槳葉表面的粗糙度， 槳葉表面越粗糙， 螺旋角越大，螺旋槳的阻力扭轉(zhuǎn)也越大，所以選擇螺旋角較小，表面光滑的槳葉至關(guān)重要，現(xiàn)擬定 1255纖維槳為六旋翼無人飛行器的工作槳。 料的選擇 一般制作多旋翼飛行器常用的材料有尼龍塑料、玻璃纖維、碳纖維三種材料，部分大型機架因為特殊要求有用合金材料，但合金重量大，對小型飛行器不利 10。 尼龍材料便宜，但受環(huán)境影響大，長期處于高溫環(huán)境容易老化和脆斷、玻璃纖維相比尼龍材料價格略高，但受環(huán)境的影響比尼龍材料要低，但缺存在最大的缺點就是脆性大，不耐磨且容易折斷、碳纖維材料相對于前兩種材料來說最昂貴，但性能是三種材料種最強的。六旋翼無人飛行器既要機身自身重量輕以獲得更大的運載載荷，又要滿足在復雜的環(huán)境中工作。碳纖維材料是制作機架的最佳選擇。目前 市場上主要以碳纖維材料的機架為主，大型航拍和空中作業(yè)的多旋翼飛行器更是完全以碳纖維為機身材料，由于碳纖維高昂的價格。所以部分航模愛好者和玩具制造商任然采用尼龍材料和玻璃材料。 架結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化 市場上常用的飛行器都是四旋翼飛行器，其結(jié)構(gòu)簡單，飛行控制計算簡易，所以大部分航模愛好者及玩具制造商都以生產(chǎn)四旋翼飛行器為主 10。但由于只要四個螺旋槳作為飛機動力，所以，只能搭載小型的運動相機，不能運載大型的單反相機及其他空中作業(yè)設(shè)備。如果選用六軸作為飛行器的機架，那么其六軸的電機產(chǎn)生的升力就 會比四軸大，經(jīng)過測試可以運載各類相機攝像機，及空中工作設(shè)備。因此選擇六軸機架作為無人飛行器的機身是最合適的。 一維空間三百六十度分布，六軸分布在水平面內(nèi)分布，前支架與中支架夾角成 53、中支架與后支架夾角成 67、兩前支架夾角 43分配、后支架夾角 76 11。所以機架的中央工作臺上的電機支架必須適度分配。電機機架的選擇要滿足電機升力和各漿之間互不干擾的條件，所以兩相鄰電機之間的直線距離等于電機支架的長度 12。所以支架的長度最短為電機螺旋槳的工作直徑。 中央控制工作臺的設(shè)計主要是根據(jù) 電子設(shè)備的大小來設(shè)計，初步設(shè)計兩層工作臺，又由兩塊碳纖維板組成，兩板之間安裝電機支架成六十度分布，其中間的空隙就可以安裝電子調(diào)速器、無人機飛行控制計算器，電機電路集成版，工作臺的上層就可以安裝 位系統(tǒng)、信號接送機、信號放大器。下層安裝電池、云臺、運動相機、圖像信號傳輸系統(tǒng)等。 起落架有弓形和丁字形兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計。弓形起落架強度高韌性強，耐摔，但占用空間大，且不可折疊，導致飛行器在運輸攜帶的過程中很不方便，容易折斷 12。丁字形起落架最大的優(yōu)點是起落架可折疊，攜帶運輸方便，但相比弓形起落架任性 較弱。由于戶外操作無人機要求攜帶便利，質(zhì)量輕巧，考慮到攜帶的因素，所以選擇最后丁字形起落架。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 3 電機 機的分類與介紹 目前市場上常見的電機有刷電機和無刷電機兩種。 有刷 電機 是電機內(nèi)部含有 電刷 裝置的將電能轉(zhuǎn)換成 機械能 的旋轉(zhuǎn)電機。有刷電機最大的優(yōu)點是價格低，比一般有刷高速電機低 40 50 13。但是有刷電機摩擦大、損耗大 、易磨損、壽命短且效率是幾種電機中最低的。安裝在飛行器上后，有些航模愛好者駕駛飛行器半年、一年以后，飛行器續(xù)航能力下降就是這個原因。所以這種電機不適宜運載重型設(shè)備的多旋翼飛行器，只適合安裝于普通玩具飛行器上。圖 3常見的兩種航模有刷電機。 圖 3見的兩種有刷電機 圖 3見的兩種有刷電機 無刷電機就是在有刷電機的基礎(chǔ)上去除了電刷，最直接的后果就是沒有了有刷電機工作時時所產(chǎn)生的電火花。無刷電機去掉了電刷，工作時的 摩擦力就大大減小。因為采用無刷構(gòu)造，所以需要通過一個電子換向器來完成電流的切換問題，這個控制過程相對復雜。航模 界所用的 航模無刷電機其實就是三相交流電機，相當于三相同步電動機，轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的速度相同， 主要 是通過 電子調(diào)速器 將直流電轉(zhuǎn)變成交流電 ，然后交流電輸出 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場來驅(qū)動電機 旋轉(zhuǎn) ，控制 無刷 電機有專門 指定 的 電子調(diào)速器。圖 3常用的幾款無刷電機。綜合了有刷電機和無刷電機的各項特點，最終選擇無刷電機作為六旋翼無人飛行器的動力源。 機參數(shù)簡介與選擇 是無刷電機最核心的參數(shù)指標，是判斷無刷電 機性能特點的一個主要參數(shù)。表示每增加一伏電壓，電機轉(zhuǎn)速就提高相應數(shù)值的轉(zhuǎn)速 14。 除此之外還有尺寸、重量、電壓范圍、空載電流、最大電流等參數(shù)。電機的選擇一般和槳葉的選擇有關(guān)，一般是大 無買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 刷電機配小槳，小 無刷電機配大槳。電機的 越大，輸出的扭力就越小。因此，的大小就與漿的大小有著密切的關(guān)系，如表 3 常見的電機品牌有新西達、朗宇、群汐、颶風等。其中以朗宇最為流行。六旋翼無人飛行器所設(shè)定的運載載荷為 3000N，根據(jù)其機身的自重和所需運載的設(shè)備來初步選定大槳與小 配對，以便于 提供工作效率，其配對參數(shù)要求詳細見表 3合以上的要求，現(xiàn)在初步選定選擇朗宇 刷電機和 1255纖維正反槳作為六旋翼無人飛行器的工作動力。 表 3機工作參數(shù) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 4 電調(diào) 電調(diào)全稱電子調(diào)速器，簡稱 在飛行器所有配件中的地位被形象的比喻為人的心臟，可見電調(diào)對飛行器正常工作的重要性。根據(jù)有刷和無刷電機的輸入電流需要，電調(diào)可分有刷電調(diào)和無刷電調(diào)。 調(diào)的選擇 航模電子調(diào)速器 一般都是無刷電子調(diào)速器。由于 無刷電機 在 相同 功率下 ， 體積要比有刷 電機小得多 ，所以有刷 電機目前已經(jīng)漸漸退出了航模界，不過在攀爬模型車領(lǐng)域任然大量采用 。航模 界常用的 電調(diào) ，主要 以美國的鳳凰 牌 為 主 ， 不過近兩年國產(chǎn)的 好盈 由于防水性高、響應速度快和性價比高等優(yōu)點高受到眾多模友的青睞，其次常用的國產(chǎn)電調(diào)還有中特威， 飛盈佳樂 等 知名電調(diào)，如圖 4 圖 4常見的有刷、無刷電調(diào) 電調(diào) 的選擇 需要根據(jù) 飛行器工作情況 和電機的 功率 的 要求來選擇。 事實上 許多品牌的電調(diào) 的工作功率都不能達到額定功率 ， 比如電機 需要 60A 的電調(diào)， 如果選擇 60A 的電調(diào)，其 最大能釋放 55A 就無法再 釋放更多電流了 ，所以 一般選擇電調(diào)的時候都要選擇電調(diào)功率略大于電機功率的電調(diào)。根據(jù)選擇的朗宇 刷電機，所以可以初步選擇 好盈樂天 40A 電 調(diào)為六旋翼無人飛行器的電子調(diào)速器。電機、電調(diào)、電池、接收機間的線路連接圖如圖 4 4電機、電調(diào)、電池、接收機連接圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 5 電池 常用的充電電池有鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子 電池、鋰聚合物電池、鉛酸電池。其性能參數(shù)見下表 5池參數(shù)意義見表 5 池選擇 航模界所用的電池都是 鋰聚合物電池 ，六旋翼無人飛行器也不例外，電池的選擇與電機、螺旋槳、飛行器的自重、運載載荷以及續(xù)航時間息息相關(guān)。容量越大、放電倍率越高、 電池串聯(lián)個數(shù)越多，則續(xù)航能力越強，可運載的載荷越大，升力越強，可操控性越強。但電池就越重，對飛行器的飛行壓力越大，工作效率越低。從飛行的效率來看，電池越輕，飛行器自重越小，飛行效率越高，但運載的能力就差了，而六旋翼無人飛行器的主要工作指標的運載能力， 所以必須選用大槳和高功率電機 15，如果配備小容量低放電倍率的電池就會導致電機動力不足、續(xù)航能力下降，運載能力降低，嚴重時還可能導致飛行器無法起飛和飛行過程中掉高、墜機。由于六旋翼無人飛行器選用的電機是朗宇 刷電機，螺旋槳是 1255纖維正反槳，電調(diào)是 40A 的電調(diào)，加之后期還要運載買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 一系列的空中作業(yè)設(shè)備，其運載量不下于 3000N。所以至少選擇 6 塊單位電池串聯(lián)和 30倍放電倍率的電池及 6了延長續(xù)航能力，可以選擇 8000大容量電池。最后通過運載能力和全方面 的工作效率分析得知，選擇 8000 鋰聚合物電池 作為六旋翼無人飛行器的工作電源。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 6 飛行控制器 六旋翼無人飛行器 之所以能夠在空中 飛行主要是 因為 它也 和人類 相似 ，也擁有一個大腦 系統(tǒng) ， 就是飛行控制器，簡稱飛控也稱自駕儀，是飛行器的核心 16。 能夠 使飛行器 自主起飛、自主導航、自主降落、自主完成 事先所 設(shè)定任務 。 航模界常用的飛控是 控， 控系統(tǒng)是外國的一個開源飛控系統(tǒng)，能夠支持固定翼、直升機、旋翼無人飛行器等飛行器工作。根據(jù)六旋翼無人飛行器 所要求的飛行姿態(tài)現(xiàn)初步選擇 控。其主要組成和功能如表 6飛控是飛行器的大腦，所以安裝和調(diào)試及其重要。 控有兩處接線，輸入端和輸出端 17。輸入端接接收機信號輸出線，一般從一通道連接到六通道，若遙控器是六通道以上的多通道，同理按信號線的數(shù)值一一對應。 輸出端接電調(diào) 。 行姿態(tài)模型分析 分析六旋翼無人飛行器的姿態(tài)對飛行控制器的調(diào)試起著至關(guān)重要的作用，分析得出的結(jié)果將最為飛行控制器調(diào)試的基本依據(jù)，根據(jù)分析得出的結(jié)果調(diào)節(jié)飛行控制器分別對六個電機輸出功率的調(diào)整，以至于六旋翼無人 飛行器達到預期的工作效益。所以在六旋翼無人飛行器的運動分析過程中，需要進行分析它的飛行軌跡和飛行姿態(tài)?，F(xiàn)引進空間坐標系，定義兩個不同的三維空間坐標，如圖 6所示。一個三維坐標為世界參考坐標系，用來買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 描述飛行器的運行位置信息；另一個三維坐標為載體坐標，用來描述飛行器的運動姿態(tài)信息 17。 E E 代表世界參考坐標系， 表載體坐標系。 Y 軸方向?qū)頍o人飛行器的飛行正方向， Y 軸與 X 軸在同一水平面，方向與 X 軸方向垂直， Z 軸與六旋翼無人飛行器的幾 何中心垂直 X 軸和 Y 軸所在平面向上重合， Z 軸、 Y 軸與 X 軸 組成了一個右手空間坐標系。假定世界坐標系與載體坐標系重合。在六旋翼無人飛行器運行 過程中，載體坐標系相對世界坐標系進行旋轉(zhuǎn)或平移，不斷產(chǎn)生新的載體坐標系。 圖 6參考坐標系和載體坐標系 首先，將載體坐標系的原始點相對于世界坐標系的原始點的位置標記為： （ 6 六旋翼無人飛行器的翻滾角、俯仰角以及偏航角分別記作 以及 、 以及 ，則世界（ 6 由公式（ 6（ 6以定義載體坐標系，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和平移后的擴展坐標： （ 6 從轉(zhuǎn)換后的載體坐標系與前面的載體坐標系兩個之間的位置關(guān)系可以看出，轉(zhuǎn)動關(guān)系買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 必須用旋轉(zhuǎn)矩陣來表示。假設(shè)開始的載體坐標系為 與世界坐標系 E E 重合，且世界坐標系始終為固定坐標系，載體坐標系為運動坐標系。繞三個獨立的軸分別旋轉(zhuǎn)一個相對的角度，三次轉(zhuǎn)換后得到新的載體坐標系為 因為 Z 軸、 X 軸、 以六旋翼無人飛行器的任何空間飛行姿態(tài)都可以由以 Z 軸為旋轉(zhuǎn)軸、以 X 軸為旋轉(zhuǎn)、以軸 Z 軸為旋轉(zhuǎn)軸這三種旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。 假定以 Z 為旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)度，則偏航角為度；然后以 Y 為相對旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)度，則俯仰角為度；最后以 X 為相對旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)度，則俯仰角為度。所以載體坐標系的旋轉(zhuǎn)順序如下所示： 據(jù)以上步驟，首先將坐標系 為相對旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)度，則偏航角為度，如圖 6示。所以該旋轉(zhuǎn)過程可用旋轉(zhuǎn)矩陣表示，如公式（ 6所示。 圖 6 Z 軸旋轉(zhuǎn)示意圖 （ 6 然后把坐標系 Y 為相對旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn) 度，則俯仰角為 度，如圖 6示。所以該旋轉(zhuǎn)過程可用旋轉(zhuǎn)矩陣表示為如公式（ 6所示。 圖 6 Y 軸旋轉(zhuǎn)示意圖 （ 6 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 最后將坐標系 X 為相對旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn) 度，則俯仰角為 度，如圖 6示。所以該旋轉(zhuǎn)過程可用旋轉(zhuǎn)矩陣可以表示為如公式（ 6所示。 圖 6 X 軸旋轉(zhuǎn)示意圖 （ 6 以上過程，是按照 Z 為相對旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 度、 Y 為相對旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 度、 X 為相對旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 度的順序，經(jīng)過三次角度旋轉(zhuǎn)后，六旋翼無人飛行器得到了一個全新的運動姿態(tài)。結(jié)合公式（ 6（ 6（ 6得出新載體坐標系與原來載體坐標系之間的變換關(guān)系： （ 6 當每改變所選中的相對旋轉(zhuǎn)軸的順序時，結(jié)果會出現(xiàn)不一樣的旋轉(zhuǎn)矩陣。假如，用上面的方法采取以下的旋轉(zhuǎn)順序，就會得到像公式（ 6表示的結(jié)果。 6 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 公式（ 6的結(jié)果與公式（ 6中的結(jié)果明顯不一樣，同理也能計算出其他幾種不同順序下的結(jié)果也不一樣。所以，相對坐標系的旋轉(zhuǎn)矩陣不僅與各個方向的相對旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)，而且還與旋轉(zhuǎn)軸選取順序有關(guān)。因此在每個方向上的相對旋轉(zhuǎn)角度都相同的情況下，旋轉(zhuǎn)軸選擇的順序不同，得出旋轉(zhuǎn)矩陣也不同。 然而，六旋翼無人飛行器對各個方向上的角度采樣率較高，所以每次采樣中，各個方向上的相對旋轉(zhuǎn)角度都較小。當角度 x 的值足趨于無限小時， 在數(shù)學中有 x x ， x 1 這種近似關(guān)系。 將這種近似關(guān)系代入公式（ 6可得出： （ 6 將這種近似關(guān)系代入公式（ 6可得出： （ 6 從上面的公式 （ 6（ 6 出，在經(jīng)過近似計算的結(jié)果后，兩種不同的相對旋轉(zhuǎn)軸選擇的順序得出的結(jié)果完全一致。 同 樣也可以驗證其他幾種順序的選擇所得的結(jié)果也與此相同。因此飛行控制器不需要對每個電機有額外的輸出控制。 控調(diào)試 電腦端地面站 就是 載并安裝。然后 過 連接電買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 腦，最后在進行 件更新 。 當一個全新的固 件下載進 以后， 接下來要進行 遙控輸入 、 加速度 、 羅盤 的 校準 。當 控輸入 、 加速度 、 羅盤 都完全 校準 后就才可以進行解鎖。通常會遇上羅盤有數(shù)據(jù)但是無法校準，大部分原因是因為在新版 ，羅盤校準有一個形象的球形用來指示轉(zhuǎn)動情況，但有時原有的羅盤校準數(shù)據(jù)誤差過大 ，會導致從新校準時，球形數(shù)據(jù)點分布不能布滿整個球，羅盤指向也只能在某個范圍內(nèi)幾度變化，無法 360 度正確指向，解決方法是先還原羅盤的校準數(shù)據(jù)在從新校準，還原方 法：進 數(shù)列表，找到 將這三個參數(shù)的值改為 0，然后點擊寫入?yún)?shù)保存。如果解鎖后電機輸出上不去，可能是因為此故障為保存了錯誤遙控校準參數(shù)引起，需要從新校準遙控，但有時會發(fā)現(xiàn)即使從新校準遙控也故障依舊，此時就要先手動還原遙控校準數(shù) 據(jù)再從新校準，還原方法，進 數(shù)列表，找到 三個參數(shù)，當然還包括 各個通道的 ，其中 最大值默認 1900， 最小值默認 1100， 中間值默認 1500，電機 輸出上不去很多就是 間值被校準保存在了低點 的 1100 附近，導致油門打滿電機轉(zhuǎn)速也上不去。只要把每個通道的這三個值改為默認，然后寫入?yún)?shù)并從新校準遙控。有時候如果參數(shù)無法寫入，則進終端執(zhí)行 令或者 先刷一下車再刷回飛機也可以解決。 如 果 面站上無法加載 3傳配置，可能此故障只是因為數(shù)傳飛機端連了 存在數(shù)據(jù)通訊導致無法進入 3命令行模式，解決方法只要按住 鈕停止 片機的運行即停止 收發(fā)就能加載 3配置信息了。解鎖動作是以檢測到第三通道最低值 、 第四通道最高值為標準的，即油門最低，方向最右。所以無論 遙控器是 左手油門還是右手油門，只要操作搖桿使油門最低，方向搖桿最右 ， 即可執(zhí)行 解鎖動作。當 到解鎖信號后， 先 自檢，自檢通過后 ，解鎖 才算 成功 。 行模式配置 在實際飛行當中， 功能切換是通過切換飛行模式實現(xiàn)的， 行控制器可設(shè)置 多種飛行模式， 因為常規(guī)的遙控器只有六個通道，所以 一般一次只能設(shè)置六種 飛行模式 ， 加上 輔助，最多八種。 因此需要 遙控器 的 其中一個通道支持可切換六段輸出 ，推薦的六個 是 1165， 1295， 1425， 1555， 1685， 1815在不同的 下設(shè)置不同的飛行模式。一般常見的有穩(wěn)定模式、比率控制模式、 定高模式、懸停模式、簡單模式、自動模式 、繞圈模式、 指導模式。其 行模式注解見表 6文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 7 遙控設(shè)備 常見的無線遙控按照使用技術(shù)不同，主要 分 紅外 線 遙控和 頻 遙控。紅外遙控有穿墻能力差 ，距離短等 缺點， 所以航模 界 遙控器基本上都是使用 頻 無線遙控 器 。 常見的 藍牙 、 都是采用的 段 119。 線技術(shù)如今已經(jīng)成為了無線產(chǎn)品的主流傳輸技術(shù)。所謂的 指的是一個工作頻段 2400M 到 2483M 的 范圍。藍牙 、 是 基于 ， 但是 采用的協(xié)議不同，其傳輸速率不同， 僅僅 在傳輸數(shù)據(jù)量上 看 ，就有著從 1M 每秒到 100M 每秒的差別。 如圖 7圖 7段無線信號比較圖 控器的選擇 在航模界根據(jù)遙控器的操作桿的位置分布可將遙控器分為美國手遙控器和日本手遙控器， 日本手 即 左手 控制 升降舵和方向舵 、 右手 控制 油門和副翼 。美國手即左手油門和方向舵，右手升降和副翼。如圖 7 7 圖 7本手遙控器 圖 7國手遙控器 常 見的遙控器品牌有天地飛、樂迪、華科爾、富斯。但對于娛樂玩家非專業(yè)人士，天地飛和富斯是比較合適的選擇，價格低廉功能齊全 20。所以現(xiàn)初步選擇富斯 性價比很高，適合新手。富斯 作圖如下如圖 7文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 圖 7斯 作圖 整個遙控設(shè)備由發(fā)射機也稱遙控器和接送機組成。接收機與舵機連接線路圖如圖 7控器和接送機之間并非一對一對的關(guān)系，而是一個遙控器可以同時控制多個接收機，也就是說當接送機損壞后，不需要再購買一套遙控設(shè)備，只需要購 買接送機即可，然后進行對碼設(shè)置，即遙控器發(fā)射的信號接收機能收到并進行解碼。并非任何遙控器都可以對上任意的接收機。根據(jù)制造商的規(guī)定不同遙控器系列不同接收機系列對碼有相應的要求。 圖 7收機線路連接圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 參考文獻 1 程 雪工 . 六旋翼無人 飛行器設(shè)計 D.博士學位論文 西安：西安 電子科技大學 ,2013. 2 肖 錢