本文關(guān)鍵詞：具有自復(fù)位能力的四旋翼飛行器機構(gòu)設(shè)計及控制方法研究

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 自復(fù)位 姿態(tài)解析 受力分析 ZigBee

【摘要】：無人飛行器在多種領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,諸如災(zāi)后搜救、星球探索、軍事偵察、環(huán)境探測以及影視制作等。四旋翼飛行器是無人飛行器中的一個重要分支,其優(yōu)點主要包括體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、控制靈活以及飛行性能穩(wěn)定等。簡單的結(jié)構(gòu)、卓越的飛行性能以及獨特的飛行控制方式使得四旋翼飛行器能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的環(huán)境、應(yīng)用于更多領(lǐng)域。然而傳統(tǒng)四旋翼飛行器的研究側(cè)重于避障的設(shè)計,無法解決飛行器意外墜落導(dǎo)致飛行器傾覆而無法繼續(xù)飛行的問題。針對四旋翼飛行器平臺,本文提出一種新穎的保護和復(fù)位機構(gòu)設(shè)計方法和相應(yīng)的控制策略,將傳統(tǒng)的避撞型飛行器向新型的耐撞型飛行器轉(zhuǎn)變,解決了普通四旋翼飛行器在傾覆狀態(tài)下無法起飛的難題,大大地提高了四旋翼飛行器執(zhí)行任務(wù)的能力。本文設(shè)計了一種具有自復(fù)位能力的四旋翼飛行器,飛行器的主體機身大小為29.5cm × 29.5 cm × 26 cm,重345g。在機身的上方由碳纖維桿形成弧形保護籠架,自復(fù)位機構(gòu)對稱安裝于機身兩側(cè)。自復(fù)位機構(gòu)主要包括一對長28.8cm的導(dǎo)臂以及一對直流減速電機。四旋翼飛行器以Atmega328P為主控芯片的控制板為飛行控制中心,MPU6050為姿態(tài)解算單元,CC2530模塊為無線通信單元,基于ZigBee協(xié)議棧實現(xiàn)飛行器與網(wǎng)關(guān)的無線通信與數(shù)據(jù)傳輸,從而實現(xiàn)對飛行器的遠程控制。飛行器利用姿態(tài)解算單元能夠?qū)崟r檢測飛行器姿態(tài),當(dāng)檢測到飛行器處于傾覆狀態(tài),則啟動自復(fù)位機構(gòu),利用導(dǎo)臂實現(xiàn)飛行器的翻滾運動,達到飛行器從傾覆狀態(tài)到正立起飛狀態(tài)的自復(fù)位。針對自復(fù)位失敗的情況,本文設(shè)計了人工干預(yù)復(fù)位功能,通過上位機遠程發(fā)送命令形式控制自復(fù)位機構(gòu)運動。最后對四旋翼飛行器的基本性能進行了試驗研究。該飛行器能夠通過遠程控制實現(xiàn)起飛、懸停、降落基本飛行動作,并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠程傳感器數(shù)據(jù)采集。飛行器能夠根據(jù)姿態(tài)檢測結(jié)果判斷飛行器是否傾覆并能夠判斷傾覆面,根據(jù)不同的傾覆面啟動相應(yīng)的自復(fù)位方案。飛行器自復(fù)位機構(gòu)能夠完成在水平地面上以及傾斜角度在10。以內(nèi)的斜坡上的自復(fù)位運動。人工干預(yù)復(fù)位能夠完成飛行器落于拐角中的復(fù)位運動。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 自復(fù)位 姿態(tài)解析 受力分析 ZigBee
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 引言8
• 1.2 四旋翼飛行器發(fā)展概述8-13
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容13-16
• 1.3.1 研究背景和意義13-14
• 1.3.2 本文的主要工作14
• 1.3.3 內(nèi)容安排14-15
• 1.3.4 項目支持15-16
• 第二章 飛行器的系統(tǒng)模型及機構(gòu)設(shè)計16-30
• 2.1 四旋翼飛行器工作原理與動力學(xué)建模16-23
• 2.1.1 飛行原理16-17
• 2.1.2 飛行器姿態(tài)表示17-20
• 2.1.3 動力學(xué)建模20-23
• 2.2 飛行器機構(gòu)設(shè)計23-29
• 2.2.1 飛行器整體構(gòu)架23
• 2.2.2 自復(fù)位機構(gòu)設(shè)計23-24
• 2.2.3 翻滾復(fù)位運動方案分析24-25
• 2.2.4 水平地面自復(fù)位運動受力分析25-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計30-47
• 3.1 飛行器系統(tǒng)整體架構(gòu)30
• 3.2 飛行器硬件平臺搭建30-36
• 3.2.1 飛行控制模塊31-32
• 3.2.2 動力模塊32-33
• 3.2.3 無線通信模塊33-35
• 3.2.4 自復(fù)位功能模塊35-36
• 3.2.5 電源模塊36
• 3.3 下位機軟件設(shè)計36-44
• 3.3.1 飛行控制36
• 3.3.2 傾覆姿態(tài)檢測36-40
• 3.3.3 自復(fù)位控制40-41
• 3.3.4 基于ZigBee協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)組建41-43
• 3.3.5 基于ZigBee協(xié)議棧的數(shù)據(jù)傳輸43-44
• 3.4 上位機軟件設(shè)計44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 四旋翼飛行器基本性能測試研究47-59
• 4.1 飛行器基本飛行動作測試47
• 4.2 飛行器自復(fù)位能力測試47-56
• 4.2.1 姿態(tài)角測量48-50
• 4.2.2 自復(fù)位性能試驗50-56
• 4.3 人工干預(yù)復(fù)位性能試驗56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-60
• 5.1 本文工作總結(jié)59
• 5.2 未來工作展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果64

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋亞平;淺談旋翼的防腐維護[J];航空維修與工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文編號：811601