四旋翼無人機系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：無人機的發(fā)展方興未艾，在各行各業(yè)中扮演了十分重要的角色，它已經(jīng)迅速在人民大眾的生活中普及，我們可以用無人機進行航拍，巡檢電力高壓線，它可以輕巧靈活的是完成原來需要有人作業(yè)的繁復(fù)工作，本文集中闡述了四旋翼無人機最近三年發(fā)展動態(tài)以及它的功能結(jié)構(gòu)。并對它做了一定的歸納總結(jié)與分析，集中展示了它給我們的生活帶來的便利與豐富多彩。

關(guān)鍵詞：無人機系統(tǒng)；飛控；機械手

無人機[ 1 ]是指無人駕駛飛機，英文縮寫（Unmanned Aerial Vehicle）。它無需安裝生命保障設(shè)備和環(huán)境支持系統(tǒng)，所以可以大幅減輕重量，降低載荷，支持長時間的巡航飛行活動，無人機的過載負荷達到12個G，不用考慮對人體的影響，它可以在很多有人狀態(tài)不適應(yīng)的場合進行作業(yè)活動，它具體可以分為：固定翼無人機、垂直起降無人機、無人飛艇、無人多旋翼機等等，它由機載電子設(shè)備自控或者地面站等進行遙測和無線電控制，軍用領(lǐng)域為無人偵察機，靶機，戰(zhàn)斗機，干擾機等；民用領(lǐng)域分為航拍，測繪，快遞，救災(zāi)，影視品拍攝等。它在我們生活中發(fā)揮著舉足輕重的作用，其有效縮短了商品到消費者的物流距離，便捷獲取航拍圖像信息的渠道，在交通事故中減輕了警察維持秩序之工作強度，實時地現(xiàn)場傳送人們所關(guān)注的熱點信息。

本文集中闡明四旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)而后討論了如何基于四旋翼無人機平臺增添機械抓手的功能。

1 E400-四旋翼無人機系統(tǒng)

1.1 無人機結(jié)構(gòu)

無人機平臺系統(tǒng)模塊（圖1）由以下幾部分組成：機架、云臺、電調(diào)、無刷電機、飛控、電池管理系統(tǒng)、螺旋槳模塊組成，同時可以對它進行簡單的二次開發(fā)，外加攝像模塊可以錄像，外加運輸模塊可以運快遞，外加機械手可以抓取東西等等。

四旋翼無人機主要依靠四組無刷電機提供升力，通過無人機飛控實現(xiàn)自穩(wěn)懸浮，通過遙控器手柄可以作出前進，后退，上升，下降等各個動作。四旋翼無人機采用對漿設(shè)計，任意相鄰的兩個漿葉分別為“順時針+逆時針”旋轉(zhuǎn)組合，這種組合有效克服了單螺旋槳造成的自旋不穩(wěn)定效應(yīng)，它有效保證了無人機平穩(wěn)流暢飛行。無人機云臺主要提供無人機航拍攝像頭的操作平臺，該平臺可以調(diào)整攝像頭前后左右搖擺拍攝姿態(tài)。無線電發(fā)射機圖傳模塊調(diào)制發(fā)射無人機所采集的視頻信號，進一步通過無線電接收機圖傳到手持設(shè)備顯示屏。

1.2 無人機飛控結(jié)構(gòu)

圖2為無人機飛控電路板[ 2 ]，顯而易見它集成了加速度計，氣壓計，陀螺儀等各種元器件傳感器。它們在飛行途中分別將無人機的姿態(tài)參數(shù)傳遞給無人機的飛控，最終由無人機飛控進行算法處理，進一步協(xié)調(diào)無刷電機保證無人機的飛行姿態(tài)。該飛控采用了冗余設(shè)計，可以由兩套并行的傳感器提供數(shù)據(jù)采樣，避免干擾和數(shù)據(jù)丟失的情況發(fā)生。

1.3 無人機機械手控制模塊

圖3（四旋翼無人機機械手開合）主要依靠調(diào)節(jié)方波的占空比來進行操控[ 3 ]，此次使用信號源產(chǎn)生的信號進行調(diào)試可以很方便的觀察它的開合，其次我們通過51單片機產(chǎn)生方波，亦達到了所預(yù)期的效果。

while（1）

{

PWM=1； // 當按鍵KEY1不等于1的時候，

delayms（5）；// 讓信號變?yōu)?，延時1.068ms，

PWM=0；// 讓信號變?yōu)?，延時21.659ms，

delayms（95）； //循環(huán)該操作讓其形成

if（KEY1！=0）break；// 占空比5%的信號

} // 當按鍵KEY1不等于0時跳出循環(huán)

2 結(jié)論

本文集中論述了四旋翼無人機在現(xiàn)階段的發(fā)展狀況，而后討論了機械手模塊的具體運用。由于旋翼無人機迅速便捷等優(yōu)點，它可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的不同領(lǐng)域中。

參考文獻：

[1] 無人駕駛飛機.

[2] E400多旋翼飛行器以及飛控系統(tǒng).中科浩電科技有限公司.

[3] 昂海松.無人機設(shè)計導(dǎo)論.南京航空航天大學(xué)MOOC.

作者簡介：

馬良（1981-），男，陜西臨潼人，北京大學(xué)計算機同等學(xué)力碩士，北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，主要研究方向：電子信息、IC失效分析。