四轴飞行器航拍(1) - 副本
四轴飞行器的稳定飞行控制技术
四轴飞行器的稳定飞行控制技术四轴飞行器（Quadcopter）是一种具有四个旋翼的无人机，通过调节四个旋翼的转速来实现飞行。
由于其稳定性和机动性优秀，四轴飞行器在航拍、物流配送、农业植保等领域得到广泛应用。
而为了实现四轴飞行器的稳定飞行，飞行控制技术起着至关重要的作用。
一、传感器与数据获取四轴飞行器的稳定飞行控制技术需要依赖高精度的传感器来获取飞行器的姿态信息和环境数据。
例如，加速度计用于测量飞行器的加速度，陀螺仪用于测量转动角速度，磁力计用于测量地磁场，气压计用于测量飞行高度等等。
这些传感器通过称为“惯性测量单元（IMU）”的模块来集成，为飞行控制系统提供准确的数据。
二、飞行控制算法与姿态控制四轴飞行器的稳定飞行控制技术需要依靠精确的飞行控制算法来实现姿态控制。
常用的控制算法包括PID控制（比例、积分、微分控制）、模型预测控制以及自适应控制等。
PID控制通过调节旋翼转速，根据飞行器当前状态与期望状态之间的误差来实现姿态调整。
模型预测控制利用数学模型预测飞行器的未来响应，从而实现更加精确的控制。
自适应控制系统可以自动调整控制参数以适应各种环境条件和飞行状态。
三、飞行控制器与实时控制飞行控制器是四轴飞行器的核心部件，负责接收传感器数据、进行姿态控制算法运算，并输出控制指令。
目前市面上常用的飞行控制器主要有基于开源飞控软件的，如基于ArduPilot的Pixhawk飞控，以及基于Betaflight的F4 V3飞控等。
这些飞行控制器采用高性能的处理器和实时操作系统，能够实现稳定飞行控制算法的即时计算和输出。
同时，飞行控制器还提供与遥控器的通信接口，使得飞行器的遥控操作变得简单方便。
四、传输系统与遥控操作四轴飞行器的稳定飞行控制技术还需要借助传输系统来与地面站或遥控器进行通信。
常用的通信方式包括无线电遥控、蓝牙、Wi-Fi和4G等。
通过传输系统，飞行控制器可以接收来自地面站或遥控器的指令，反馈飞行器的飞行状态及其他数据，并实现相应的姿态调整。
四轴飞行器原理教程解读
2.5电池与充电器篇
为什么要选锂电池？
同样电池容量锂电最轻，起飞效率最高。 电池的多少 mAh 是 什么意思？ 表示电池容量，如 1000mAh 电池，如果 以 1000mA 放电，可持续放电 1 小时。 如果以 500ma 放电，可以持续放电 2 小时。 电池后面的 2S ，3S ，4S 什么意思？ 代表锂电池的节数，锂电池 1 节标准电压 为 3.7V，那么 2S 电池，就是代表有 2个 3.7V 电池在里面，电压为 7.4V。
第一章四轴飞行器工作原理
1.1四轴飞行器机械结构
四轴飞行器是一种由固连在刚性十字交叉结构上的 4 个电机驱动的 一种飞行器。飞行器动作依靠 4 个电机的转速差进行控制， 其机械结构 相对简单， 可由电机直接驱动，无需复杂的传动装置。四轴飞行器按照 电机轴的布置方式可分为十字模式和 X 模式，对于姿态测量和控制来说， 两种方式差别不大。考虑到 X 模式使用比较广泛， 本次以X模式讲解。
1.3.2电机串级PID控制
串级与单级PID区别：串级采用的是角度和角速度两级PID，单级只采用 角度PID。假如我们控制物体位移为零，采用单级位移PID控制，由于物 体速度不为零，我们就不能保证物体位移为零，如果采用位移和速度串 级PID就能保证物体位移为零了。所以四轴采用串级PID控制性和稳定新 都将更强。
四轴电机一般选朗宇电机，其它如新西达和银燕电机都不靠谱， 也要防止买到次品。四轴电调一般选用好盈电调，其它如新西达和 银燕电调都不靠谱，也要防止买到次品 做四轴是个烧钱东西，一般电机、电调、螺旋桨、机架、遥控 器、电池、充电器都需要买，这些自己动手做几乎不可能了，我们 能够自己做的也就是飞控板可以自己设计，初学者要能够完全做会 四轴一般得花3000元以上，所以选择做四轴飞行器的请慎重考虑。
四轴飞行器设计概述
四轴飞行器设计概述四轴飞行器（Quadcopter）是一种多旋翼飞行器，由四个电动马达驱动，并通过电子系统控制飞行。
它具有垂直起降、悬停、平稳飞行等优点，广泛应用于无人机航拍、物流配送、农业植保等领域。
本文将对四轴飞行器的设计概述进行详细介绍。
第一部分：概述四轴飞行器的设计涉及到机械结构设计、电子系统设计和飞行控制算法设计等方面。
在机械结构设计中，需要考虑到飞行器的重量、稳定性和飞行效率等因素；在电子系统设计中，需要考虑到电机驱动、传感器测量和通信等因素；在飞行控制算法设计中，则需要考虑到姿态控制、导航定位和自主避障等因素。
第二部分：机械结构设计四轴飞行器的机械结构主要包括机体、四个电动马达和螺旋桨等部分。
机体通常采用轻质材料制造，如碳纤维复合材料，以降低飞行器的重量；电动马达通常采用无刷电机，以提高功率输出和效率；螺旋桨通常采用塑料或碳纤维材料制造，以提供升力。
此外，机械结构设计还需要考虑到四轴飞行器的重心位置和稳定性，通过调整电动马达和螺旋桨的布局来实现。
第三部分：电子系统设计四轴飞行器的电子系统设计主要包括电机驱动、传感器测量和通信等模块。
电机驱动模块用于控制电动马达的转速和方向，通常通过电调与飞控板连接；传感器测量模块用于测量飞行器的姿态、加速度、陀螺仪等参数，通常包括陀螺仪、加速度计和磁力计等；通信模块用于与地面控制台进行数据传输和指令接收，通常采用无线通信技术，如蓝牙或Wi-Fi等。
第四部分：飞行控制算法设计四轴飞行器的飞行控制算法设计主要包括姿态控制、导航定位和自主避障等模块。
姿态控制模块用于控制飞行器的姿态，通常采用PID控制算法，通过调节电动马达转速来实现；导航定位模块用于确定飞行器的位置和航向，通常采用GPS和惯性导航系统等；自主避障模块用于识别和规避障碍物，通常采用机器视觉技术和激光雷达等。
第五部分：总结四轴飞行器设计的关键环节包括机械结构设计、电子系统设计和飞行控制算法设计等。
四轴飞行器的飞行原理
四轴飞行器的飞行原理四轴飞行器，作为一种现代飞行器形式，具有独特的设计和飞行原理。
其飞行原理主要基于空气动力学和控制理论。
四轴飞行器采用四个旋翼组件来产生升力和推力，并通过控制这些旋翼的转速和角度来实现飞行动作。
升力产生四轴飞行器的主要飞行模式是垂直起降，因此需要产生足够的升力来使其脱离地面并维持空中飞行。
四轴飞行器的四个旋翼通过旋转产生气流，这些气流在旋翼叶片的空气动力学作用下产生升力。
旋翼的升力与其旋转的速度成正比，因此控制旋翼的转速可以调节飞行器的升力。
姿态控制除了产生升力，四轴飞行器还需要控制其姿态，即控制其在空中的方向和倾斜角度。
四轴飞行器通过调节各个旋翼的推力和速度来实现姿态控制。
例如，如果要向前飞行，可以增加后方旋翼的推力或减小前方旋翼的推力，以产生向前的倾斜力矩。
稳定性控制为了保持飞行器在空中的稳定性，四轴飞行器需要进行实时的稳定性控制。
通常采用陀螺仪和加速度计等传感器来监测飞行器的姿态和运动状态，然后通过飞行控制系统来计算并调节旋翼的转速和姿态，使飞行器保持平稳飞行。
飞行模式四轴飞行器可以实现多种飞行模式，如手动控制飞行、自动悬停和自动返航等。
在手动控制模式下，飞行器由操纵员通过遥控器进行操控。
在自动悬停和自动返航模式下，飞行器通过预先设定的飞行控制算法和传感器数据来实现自主飞行。
综上所述，四轴飞行器的飞行原理基于空气动力学和控制理论，并通过旋翼产生升力、姿态控制和稳定性控制来实现飞行动作。
其独特的设计和飞行原理使其成为一种灵活多用途的飞行器形式，广泛应用于航拍、搜救、科研等领域。
四轴(多轴)飞行器概述
四轴（多轴）飞行器概述一、简介四轴（多轴）飞行器也叫四旋翼（多旋翼）飞行器它有四个（多个）螺旋桨，四轴（多轴）飞行器也是飞行器中结构最简单的飞行器了。
前后左右各一个，其中位于中心的主控板接收来自于遥控发射机的控制信号，在收到操作者的控制后通过数字的控制总线去控制四个电调，电调再把控制命令转化为电机的转速，以达到操作者的控制要求，前后马达是顺时针转动，需要安装反桨，左右马达是逆时针转动，需要安装正桨，机械结构上只需保持重量分布的均匀，四电机保持在一个水平线上，可以说结构非常简单，做四轴的目的也是为了用电子控制把机械结构变得尽可能的简单。
二、控制原理四轴飞行器的控制原理就是，当没有外力并且重量分布平均时，四个螺旋桨以一样的转速转动，在螺旋桨向上的拉力大于整机的重量时，四轴就会向上升，在拉力与重量相等时，四轴就可以在空中悬停。
在四轴的前方受到向下的外力时，前方马达加快转速，以抵消外力的影响从而保持水平，同样其它几个方向受到外力时四轴也是可以通过这种动作保持水平的，当需要控制四轴向前飞时，前方的马达减速，而后方的马达加速，这样，四轴就会向前倾斜，也相应的向前飞行，同样，需要向后、向左、向右飞行也是通过这样的控制就可以使四轴往我们想要控制的方向飞行了，当我们要控制四轴的机头方向向顺时针转动时，四轴同时加快左右马达的转速，并同时降低前后马达的转速，因为左右马达是逆时针转动的，而左右马达的转速是一样，所以左右是保持平衡的，而前后马达是顺时针转动的，但前后马达的转速也是一样的，所以前后左右都是可以保持平衡，飞行高度也是可以保持的，但是逆时针转动的力比顺时针就大，所以机身会向反方向转动，从而达到控制机头的方向。
这也是为什么要使用两个反桨，两个正桨的原因。
三、电调我们平时用的商品电调是通过接收机上的油门通道进行控制的，这个接收机出来的控制信号一般都是20mS 间隔的PPM脉宽控制信号，而四轴为了提高响应的速度，需要控制命令的间隔更短-比如说5mS，所以就需要特殊的电调而不能用普通的商品电调，但是为什么要使用I2C总线跟电调连接呢，这个跟电路设计以及软件编写等有关，I2C总线在硬件连接上可以多个设备直接并连在总线上，它有相应的传输机制保证主机与各个从机之前顺畅沟通，这样连接就比较的方便，所以四个电调的控制线是并接在一起连到主控板上就可以了，这个也跟我们选用的芯片相关，很多单片机都有集成I2C总线的，软件设计起来也得心应手。
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。
四轴飞行器知识简介
四轴飞行器知识什么是四轴飞行器？四轴飞行器也叫四旋翼飞行器。
通俗点说就是拥有四个独立动力旋翼的飞行器，有四个旋翼来悬停、维持姿态及平飞。
四轴飞行器是多轴飞行器其中的一种，常见的多轴飞行器有两轴，三轴，四轴，六轴，八轴或者更多轴。
四轴飞行器飞行原理重心的距离相等, 当对角两个轴产生的升力相同时能够保证力矩的平衡, 四轴不会向任何一个四轴飞行器有四个电机呈十字形排列,驱动四片桨旋转产生推力; 四个电机轴距几何中方向倾转; 而四个电机一对正转,一对反转的方式使得绕竖直轴方向旋转的反扭矩平衡,保证了四轴航向的稳定. 此飞行控制板规定四轴电机的排布方式相对应。
1,4号电机顺时针方向旋转, 2,3号电机逆时针方向旋转. 四个电机的转速做相应的变化即可实现四轴横向、纵向、竖直方向和偏航方向上的运动: 当四轴需要向前方运动时, 2,3号电机保持转速不变, 1号电机转速下降, 4号电机转速上升, 此时4号电机产生的升力大于1号电机的升力, 四轴就会沿几何中心向前倾转,桨叶升力沿纵向的分力驱动四轴向前运动. 当四轴要转向左转向时, 1,4号电机转速上升, 2,3号电机转速下降, 使向左的反扭距大于向右的反扭矩, 四轴在反扭距的作用下向左旋转.四个桨产生的推力, 超过或者低于四轴本身重力的时候能够实现竖直方向上升与下降的运动, 当桨的升力与四轴本身的重力相等的时候即实现悬停。
其他方式的运动原理与以上过程类似. 四轴飞行原理虽然简单, 但实现起来还需很多工作要做.四轴飞行器需要的零件无刷电机（4个）、电子调速器（简称电调，4个，）、螺旋桨（4个，需要2个正浆，2个反浆）、飞行控制板（常见有瑞伯达、KK等品牌）、电池（11.1v航模动力电池）、遥控器（最低四通道遥控器）、机架（非必选）、充电器(尽量选择平衡充电器)怎样知道是否能正常起飞？一切准备完毕，怎么知道可以试飞了呢，我个人建议为了避免匆忙上马，秒炸。
先拿手上试飞比较好，但要注意离身体距离。
四轴飞行器说明书
四轴飞行器作品名称：四轴飞行器工作原理：四轴飞行器主机采用了意法半导体公司的STM32F103CBT6处理器，该芯片采用ARM32位Cortex-M3内核。
具有128K的Flash与20K的SRAM，内部具有锁相环模块，最高频率可达到72MHZ。
板载MPU6050，该芯片整合了3轴陀螺仪与3轴加速器的6轴运动处理组件，与处理器采用I2C通信进行数据传送。
主机与遥控之间采用的是NRF24L01+模块，该模块工作在2.4～2.5GHz全球免申请ISM工作频段。
支持125个通讯频率。
使用增强型的Enhanced ShockBurst传输模式，支持6个数据通道（共用FIFO）。
通过SPI与MCU连接，速率0～8Mbps。
理论传输距离可达到2KM。
飞行器遥控器亦采用STM32F103CBT6处理器，通过摇杆的X,Y轴输出为两个电位器，再通过AD转换读出扭动角度，从而在程序内部定义其所读取角度信息的动作映射。
遥控器具有三组微调旋钮，可以调整到其水平位置。
遥控器也使用NRF24L01+芯片与飞行器主机进行数据传输。
遥控器板载TP4057芯片，可以直接给电池充电。
并且使用蜂鸣器，对主机状态（例如：无法连接，低电压，连接断开等）进行报警。
制作材料：1.STM32F103CBT6：该芯片由意法半导体生产，采用ARM32位Cortex-M3内核。
具有128K的Flash与20K的SRAM，芯片集成丰富的外设，例如：定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，PWM等。
内部具有锁相环模块，最高频率可达到72MHZ。
2. MPU6050，全球首例整合性6轴运动处理组件，整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌的加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，并为应用开发提供架构化的API。
四轴飞行器的基本相关知识
四轴飞行器的基本相关知识：四轴，顾名思义就是有四根轴的飞行器，它可以垂直起降，但与直升机又大不相同，是这几年来迅速兴起的一种飞行器本教程制作的是轴距550mm的1kg级别四轴飞行器，可以满足航拍（平民级别）等一系列需求，载重余量较大，扩展性也高。
组成部分：无刷电机*4无刷电调*4飞控板*1电池遥控器四轴机架名词解释：无刷电机：指航模用的三相交流无刷电机，低端品牌有新西达，好一点的有朗宇等；在这里我们选择2212级别kv850-1050之间的无刷电机（想知道具体是什么样的电机？TB一下“2212 kv1000”）很多人会问为什么不用直流电机？第一马力不够；第二自重太大；第三寿命太短；第四转速太高；第五效率低下；第六实践证明直流电机不适合做四轴动力。
不要和我说空心杯，那是玩具四轴用的。
无刷电调：即输出三相交变电流的电子调速器因为我们用电池供电，输出的是直流，需要经电子调速器（简称电调）转换成三相交流电。
同时电子调速器可以接受遥控信号从而调整电机转速。
这里我们选用20A ~30A 的电调，同样也有低端电调比如新西达，建议入门的话采用好盈20A电调。
（想了解更多有关电调？TB一下“无刷电调20A”）继续刚才的名词解释：飞控板：即飞行控制板，是飞行器的灵魂！！飞控板的基本功能就是协调四个电机的转速，比如要悬停，它就不停修正各个电机转速达到悬停，此时你不需要手动修正就可以问问地悬停了（我们称为自稳模式）；要前进，则四轴后方的电机转速增加，四轴被“顶”向前；后退，左移，右移同理；要旋转，则通过调整对角两个电机转速实现，这个以后再说。
一般飞控板除了自稳之外，还各自支持不同功能，如航拍云台控制、led夜航灯、gps模块等。
入门可以选择玉兔飞控、mmc10(FF)飞控等，价格便宜，也相对容易调试。
友情提醒：千万不要贪便宜去买KK飞控，你会后悔死的；也不要买MWC！！图为玉兔飞控接下来讲讲电池。
我们用锂聚合物电池，而且是大容量锂聚合物，而且是20倍放电电池，而且是三片电芯串联，也就是3.7*3=11.1V电压！哪里去买到这样的电池，还要自己串联？淘宝已经给你准备好了。
四轴飞行器的飞行原理
四轴飞行器的飞行原理一、概述四轴飞行器是一种利用四个电动机驱动的飞行设备，通过对电动机的速度和方向进行控制，能够实现稳定飞行、悬停、俯仰、横滚等动作。
它的飞行原理基于空气动力学和运动控制理论，结合先进的传感器和控制算法，能够实现精准控制和灵活操控。
二、四轴飞行器的构造四轴飞行器由四个电动机、电调、螺旋桨、机架、飞控系统和电源等组成。
其中，电动机通过螺旋桨产生升力，同时通过电调控制电机的转速，实现飞行器的稳定和动作控制。
机架起到支撑和保护的作用，飞控系统则是飞行器的大脑，负责接收传感器数据并进行处理，输出控制指令。
三、飞行原理四轴飞行器的飞行原理主要基于以下两个关键概念：升力和稳定控制。
3.1 升力四轴飞行器通过改变四个电动机的转速来调整升力的大小和方向。
电动机通过螺旋桨产生的气流，根据牛顿第三定律，产生一个与气流方向相反的反作用力，即升力。
通过改变四个电动机的转速，可以调整螺旋桨产生的气流的大小和方向，从而调整升力。
当升力大于重力时，飞行器就能够向上飞行；当升力等于重力时，飞行器就能够悬停在空中；当升力小于重力时，飞行器就会下降。
3.2 稳定控制四轴飞行器在飞行过程中需要保持稳定，即能够自动调整姿态并抵消外部扰动。
为了实现稳定控制，需要借助传感器和控制算法。
3.2.1 传感器四轴飞行器通常配备了加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计等传感器。
加速度计用于测量飞行器的加速度，陀螺仪用于测量飞行器的角速度，磁力计用于测量地磁场的方向，气压计用于测量大气压强。
通过获取这些传感器数据，可以实时监测飞行器的状态。
3.2.2 控制算法通过对传感器数据的分析和处理，结合控制算法，可以实现飞行器的稳定控制。
常用的控制算法有PID控制算法和模糊控制算法等。
PID控制算法通过比较实际姿态和期望姿态之间的差异，计算出控制指令，从而调整电机的转速，保持飞行器的稳定。
模糊控制算法则通过模糊推理，根据一系列规则和输入输出的关系，计算出控制指令。
4轴定向程序文本
4轴定向程序文本
4轴定向程序文本通常为控制四轴飞行器运动的指令集合，以下是一个示例程序文本：
1. 初始化程序：
- 设置四轴飞行器的初始姿态
- 启动传感器和通信模块
2. 无人机起飞：
- 将油门控制信号调整到起飞阶段，使无人机升起到指定高度
3. 定高飞行：
- 通过高度传感器读取当前高度信息
- 根据设定的目标高度和当前高度，调整油门控制信号，使无人机保持在目标高度上方
4. 定向飞行：
- 通过陀螺仪读取当前姿态信息
- 通过地磁传感器读取当前方向信息
- 根据设定的目标方向和当前方向，调整无人机的姿态控制信号，使其朝向目标方向飞行
5. 定点悬停：
- 使用定位传感器获取无人机的位置信息
- 根据设定的目标位置和当前位置，调整无人机的姿态控制信号，使其保持稳定悬停在目标位置
6. 紧急停机：
- 在出现故障或异常情况下，立即停止无人机的所有运动
7. 降落：
- 将油门控制信号调整到降落阶段，使无人机平稳降落到地面
8. 关闭程序：
- 停止传感器和通信模块的工作
- 关闭四轴飞行器的电源。
四轴飞行器的基本相关知识
四轴飞⾏器的基本相关知识四轴飞⾏器的基本相关知识：四轴，顾名思义就是有四根轴的飞⾏器，它可以垂直起降，但与直升机⼜⼤不相同，是这⼏年来迅速兴起的⼀种飞⾏器本教程制作的是轴距550mm的1kg级别四轴飞⾏器，可以满⾜航拍（平民级别）等⼀系列需求，载重余量较⼤，扩展性也⾼。
组成部分：⽆刷电机*4⽆刷电调*4飞控板*1电池遥控器四轴机架名词解释：⽆刷电机：指航模⽤的三相交流⽆刷电机，低端品牌有新西达，好⼀点的有朗宇等；在这⾥我们选择2212级别kv850-1050之间的⽆刷电机（想知道具体是什么样的电机？TB⼀下“2212 kv1000”）很多⼈会问为什么不⽤直流电机？第⼀马⼒不够；第⼆⾃重太⼤；第三寿命太短；第四转速太⾼；第五效率低下；第六实践证明直流电机不适合做四轴动⼒。
不要和我说空⼼杯，那是玩具四轴⽤的。
⽆刷电调：即输出三相交变电流的电⼦调速器因为我们⽤电池供电，输出的是直流，需要经电⼦调速器（简称电调）转换成三相交流电。
同时电⼦调速器可以接受遥控信号从⽽调整电机转速。
这⾥我们选⽤20A ~30A 的电调，同样也有低端电调⽐如新西达，建议⼊门的话采⽤好盈20A电调。
（想了解更多有关电调？TB⼀下“⽆刷电调20A”）飞控板：即飞⾏控制板，是飞⾏器的灵魂！！飞控板的基本功能就是协调四个电机的转速，⽐如要悬停，它就不停修正各个电机转速达到悬停，此时你不需要⼿动修正就可以问问地悬停了（我们称为⾃稳模式）；要前进，则四轴后⽅的电机转速增加，四轴被“顶”向前；后退，左移，右移同理；要旋转，则通过调整对⾓两个电机转速实现，这个以后再说。
⼀般飞控板除了⾃稳之外，还各⾃⽀持不同功能，如航拍云台控制、led夜航灯、gps模块等。
⼊门可以选择⽟兔飞控、mmc10(FF)飞控等，价格便宜，也相对容易调试。
友情提醒：千万不要贪便宜去买KK飞控，你会后悔死的；也不要买MWC！！图为⽟兔飞控接下来讲讲电池。
我们⽤锂聚合物电池，⽽且是⼤容量锂聚合物，⽽且是20倍放电电池，⽽且是三⽚电芯串联，也就是3.7*3=11.1V电压！哪⾥去买到这样的电池，还要⾃⼰串联？淘宝已经给你准备好了。
四轴飞行器的原理
四轴飞行器的原理
四轴飞行器的工作原理是通过四个电动马达驱动四个螺旋桨来产生升力和推力，从而使飞行器能够在空中悬浮和移动。
飞行器的四个螺旋桨分布在四个角落，其中两个螺旋桨沿着飞行器的纵轴方向旋转（称为俯仰轴），另外两个螺旋桨沿着飞行器的横轴方向旋转（称为横滚轴）。
当电动马达控制螺旋桨的转速时，飞行器就可以按照设定的姿态进行俯仰和横滚。
为了保持平衡，四轴飞行器需要通过控制螺旋桨的转速来调整四个角落的升力差异。
当一个螺旋桨的转速增加时，该位置的升力增加，飞行器就会向相反的方向倾斜。
通过合理地调整螺旋桨的转速和升力分配，飞行器就可以实现前进、后退、向左和向右的动作。
此外，飞行器还具备一个垂直方向上的螺旋桨（称为偏航轴），它控制飞行器的转向。
通过调整垂直方向的螺旋桨的转速，飞行器可以实现左转或右转。
为了控制飞行器的姿态和移动，在飞行器上安装了陀螺仪、加速度计、气压计等传感器，通过获取和处理这些传感器的数据，飞行控制系统可以不断调整螺旋桨的转速和升力分配，从而实现精准的操控和飞行。
四轴飞行器ppt
2.3角度测量模块的方案 MPU6050三轴陀螺仪。MPU6050三轴陀螺仪就是可以在同一时间内测 量三个不同方向的加速度、角速度、角度。单轴的话，就只可以测定 一个方向的量，那么一个三轴陀螺就可以代替三个单轴陀螺。它现在 已经成为激光陀螺的发展趋向，具有可靠性很好、结构简单不复杂、 重量很轻和体积很小等等特点，但是其输出数据需要大量的浮点预算 才能保证较高的精度，这样会影响主控板对最终的姿态控制的响应速 率。
七、经费预算
F450机架
科目
摄像头
摄像头固定夹和支架 飞行控制板制作
图像处理模块制作
螺旋桨*4 超声波测距模块
舵机载物装置 电源等其他配件
估计合计
经费金额（单位：元）
50 30 20 100 100 45 30 20 150 600元以上
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六、时间与进度安排
时间
2016.4——2016.5.1 2016.5.1——2016.6
进度安排
查阅相关书籍和文献资料， 了解研究背景，明确研究内 容，了解研究所需学习的理 论基础知识和掌握设计中需 要应用的软件操作.整套系统 的各模块硬件设计，以及组 装。
对整个系统的各个模块进行编程 及其模拟、实际测试。
1
控制系统的选择方案
2
飞行姿态控制方案
3
角度测量模块的方案
4
CCD相机图像识别的方案
2.1控制系统的选择方案 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。
2.2飞行姿态控制方案 十字飞行方式。四轴的四个电机以 十字的方式排列，x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。 鉴于我们是初 次设计，所以选择了十字飞行方式。
STM32的四轴飞行器
题目：基于STM32F4的四轴航拍飞行器关键词：四旋翼飞行器，STM32F4，捷联式惯导，飞行控制系统，四元数，云台摘要本设计是基于STM32F4的四轴航拍平台。
以STM32F407为控制核心，四轴飞行器为载体，辅以云台的航拍系统。
硬件上由飞控电路，电源管理，通信模块，动力系统，机架，云台伺服系统组成。
算法上采用简洁稳定的四元数加互补滤波作为姿态解算算法，PID作为控制器，实现飞行，云台增稳等功能。
具有灵活轻盈，延展性，适应性强好等特点。
1.引言四轴飞行器是一种利用四个旋翼作为飞行引擎来进行空中飞行的飞行器。
进入20世纪以来，电子技术飞速发展四轴飞行器开始走向小型化，并融入了人工智能，使其发展趋于无人机，智能机器人。
四轴飞行器不但实现了直升机的垂直升降的飞行性能，同时也在一定程度上降低了飞行器机械结构的设计难度。
四轴飞行器的平衡控制系统由各类惯性传感器组成。
在制作过程中，对整体机身的中心、对称性以及电机性能要求较低，这也正是制作四轴飞行器的优势所在，而且相较于固定翼飞机，四轴也有着可垂直起降，机动性好，易维护等优点。
在实际应用方面，四轴飞行器可以在复杂、危险的环境下可以完成特定的飞行任务，也可以用于监控交通，环境等。
比如，在四轴飞行器上安装甲烷等有害气体的检测装置，则可以在高空定点地检测有害气体；进入辐射区检查核设施；做军事侦察；甚至搬运材料，搭建房屋等等。
本设计利用四轴搭载云台实现航拍任务，当然经过改装也可以执行其他任务。
本设计主要研究了四轴飞行器的姿态结算和飞行控制，并设计制作了一架四轴飞行器，对关键传感器做了标定，并利用用matlab分析数据，设计算法，还进行了单通道平衡试验调试，进行试飞实验取得了一定的效果。
2.系统方案本设计采用STM32F4作为核心处理器，该处理器内核架构ARM Cortex-M4，具有高性能、低成本、低功耗等特点。
主控板包括传感器MPU6050电路模块、无线蓝牙模块、电机启动模块，电源管理模块等；遥控使用商品遥控及接收机。
四轴飞行器飞行参数介绍
四轴飞行器飞行参数Predator四轴航拍飞行器：飞行器电池7000mAh 锂电池重量（含电池和桨）1150g悬停精度（可安全飞行状态）垂直：0.8m；水平：2.5m最大旋转角速度300°/s最大可倾斜角度45°最大上升/下降速度上升：6m/s；下降：2m/s最大飞行速度20m/s（不推荐）轴距400mm云台(可选) 最大工作电流静态：750mA；动态：900mA角度控制精度±0.03°可控转动范围俯仰：-90°-0°最大控制转速俯仰：90°/s相机(可选) 工作环境温度0℃-40℃有效像素1200 万最大分辨率4032×3024高清录像1080p30 和720p遥控器工作频率 2.4GHz最大通讯距离（开阔室外）CE：400m；FCC：800m接收灵敏度（1%PER） -93dBm等效全向辐射功率（EIRP） CE：25mw；FCC：100mw工作电流/电压87mA@12V电池AA电池4只APP 移动设备系统版本要求Android 系统版本4.0 及以上支持的移动设备三星Galaxy S3、S4、Note 2、Note 3 或相近配置的手机功能遥控飞行获取飞行器的飞行数据及其状态瑞伯达致力于成为全球无人机飞行器领导品牌，是智能化无人机飞行器及控制系统的研制开发的专业厂商，生产并提供各行业无人机应用的解决方案。
产品线涵盖各种尺寸多旋翼飞行器、专业航拍飞行器、无人机飞行控制系统、无人机地面站控制系统、高清远距离数字图像传输系统、专业级无线遥控器、高精飞行器控制模块及各类飞行器配件。
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1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻转速度
低功耗
在72MHz时消耗36mA(所有外设处于工作状态)，待机时下降到2μA
最大的集成度
复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等
简单的结构和易用的工具
参数
2四轴飞行器后勤：电源是四轴飞行的保证，采用4手机锂电池，充电芯片就用TP4056之类吧。充电接口采用USB接口，顺便整合USB Bootloader以方便算法升级
图3LINUX下网络驱动程序的体系结构
（5）WIFI四轴安装说明
图4四轴安装说明
（6）WIFI四轴PCB贴片图
图5四轴PCB贴片图
（7）材料清单
1四轴飞行器总指挥：STM32F103C8是首选.
ARM公司的高性能”Cortex-M3”内核
1.25DMips/MHz,而ARM7TDMI只有0.95DMips/MHz
（4）信息处理
利用3d图片合成网站提供的服务器对收集的图片进行处理，实现立体街景的效果。
国内外研究现状和发展动态
早在1907年,Bré- Richet就让世界上第一guet架四旋翼飞行器Gyroplane No. 1升上了天空。但由于构造复杂、不易操纵等原因,大型四旋翼飞行器的发展一直都比较缓慢。
近年来,随着新型材料、微机电(MEMS)、微惯导( MIMU)以及飞行控制等技术的进步,微小型四旋翼飞行器得到了迅速发展,逐渐成为人们关注的焦点。
测控技术与仪器
男
2012.09
金晶
12401600235
测控技术与仪器
男
2012.09
指导教师
职称
学科专业
学生曾经参与科研的情况
组员负责过电气学院素质提升班电子制作活动，参与过电子爱好者协会电子实训，以及电气学院维修队的多次义务维修电器活动，部分组员学习过单片机，组员参与制作的电子作品有：半导体制冷片冰箱，可折叠实用太阳能充电器，8*8*8光立方，led4色音乐频谱，无线电遥控插座等等。
是一种具有四个螺旋桨的飞行器并且四个螺旋桨呈十字形交叉结构，相对的四旋翼具有相同的旋转方向，分两组，两组的旋转方向不同。与传统的直升机不同，四旋翼直升机只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作（目前，也出现可以改变螺距的四旋翼飞行器，这种控制方式比改变电机转速更灵活方便）。
传统的街景拍摄和航拍是在汽车和飞机等交通工具上实现的，其技术复杂，成本高昂，本系统的目标在于理由四轴飞行器完成同等工作，并将拍摄的成本大幅降低。由于四轴飞行器具有飞行稳定性，而且便于搭载数码摄像头，如今的四轴飞行器已经成航拍的利器，但是四轴飞行器的作用远远不只是用于航拍，改进现有的技术手段，我们能让搭载多个摄像头的四轴飞行器成为真正的“航拍飞机”，甚至取代街景车进行室外拍摄。
2、是它的相对稳定性。飞行姿态平滑稳定，机械振动被仅可能地减小是四轴的又一魅力，装载图像设备再好不过了。
3、是它的相对成本低廉，花尽可能少的钱获取最大的性价比是我们追求的境界，为工业开发其商业用途奠定了必要的基础。
项目的技术路线、进度安排及预期成果
技术旋转的同时，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。
微小型四旋翼飞行器特别适合在近地面环境(如室内、城区和丛林等)中
执行监视、侦察等任务,具有广阔的军事和民用前景。其对广大科研人员具有很强的吸引力,成为国际上新的研究热点。
世界上对小型四旋翼飞行器的研究主要集中在3个方面: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,其典型代表分别是:瑞士洛桑联邦科技学院( EPFL)的OS4、宾夕法尼亚大学的HMX4和佐治亚理工大学的GTMARS。
5.再加上电源芯片，采用低压差的LDO从锂电池直接生成3.3V。
进度安排
2014年4月~10月，建立嵌入式wifi控制四轴飞行器街景航拍系统的基本模型。
2014年10月~12月，对模型进行优化设计，并完成模型效果测试试验。
2015年1月~2015年3月，进一步完善系统效果，写出论文一篇。
2015年4月~5月，对样品的实际运用进行分析，并对其实用性能进行评估，以求达到最佳效果。
2015年6月~7月，写出总结报告。
预期成果
总结报告，写出关于本课题的总结报告一份。
争取在学术刊物上发表本课题研究论文1篇。
指导教师意见
签字：日期：
（2）构造
四轴飞行器其构造特点是在它的四个角上各装有一旋翼，由电机分别带动，叶片可以正转，也可以反转。为了保持飞行器的稳定飞行，在四轴飞行器上装有3个方向的陀螺仪和3轴加速度传感器组成惯性导航模块，它还通过电子调控器来保证其快速飞行。
（3）控制流程图
图2四轴飞行器控制流程图
（4）wifi控制模块
SDIO_WIFI整个设备分为两个部分，一个是SD卡，一个是WIFI。SD卡部分主要涉及的重点在与如何识别SD卡和支持热拔插，而WIFI部分主要的重点在于发送和接收数据，WIFI驱动属于网络设备驱动，那么我们首先从它的结构出发，要了解它的结构，我们首先了解一般网络设备驱动的结构
3通讯接口，那就选用2.4G无线通讯NRF24L01
【nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。
4.传感器就用6轴角加速度+加速度传感器：MPU-6050, 3轴数字也加进来，采用HMC5883L,气压高度计用处不大，体积不小，不确定是否使用
本项目学生有关的研究积累和已取得的成绩
研究积累：
（1）通过嵌入式wifi控制四轴飞行器街景航拍系统的研究小组在硬件方面对传感器有了一定的了解.
（2）我们也了解自动控制技术。
项目的创新点和特色
1、它的相对简单地机械构造。正因为简单，安全指数大大提高。无论是作为航空模型还是作为遥控平台，安全永远是第一位的。
指导教师承担科研课题情况
项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题
一、项目研究的目的
四轴飞行器（四旋翼飞行器）也称为四旋翼直升机，简称四轴、四旋翼，是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器。它是多旋翼飞行器中最基本的一种。近几年，得益于微型自动控制系统的发展，四旋翼飞行器发展十分迅速。
四轴飞行器是微型飞行器的其中一种，也是一种智能机器人。是最初是由航空模型爱好者自制成功，后来很多自动化厂商发现它可以用于多种用途而积极参于研制。它利用有四个旋翼作为飞行引擎来进行空中飞行，它的尺寸较小、重量较轻、适合携带和使用的无人驾驶飞行器一样能够携带一定的任务载荷，具备自主导航飞行能力。在复杂、危险的环境下完成特定的飞行任务。
二、项目研究的内容
（1）建立模型
根据设计思路，一方面运用自动化控制方面的专业知识，完成总体方案
设计，运用CAD、PRO/E、UG等软件建立样机基本模型。
（2）对模型进行优化设计
运用Adams、MTALAB等软件对样机基本模型进行运动仿真分析，快速
得到不同模型，得出最佳方案。
（3）样机制造
根据确定的参数及所设计的结构图，改进系统并完成其制造
湖南工业大学大学生研究性学习和创新性实验计划
项目申报表
项目名称:基于嵌入式wifi控制四轴飞行器街景航拍系统的研究与设计
学院名称
电气与信息工程学院
学生姓名
学号
专业
性别
入学年份
廖险峰
12401600224
测控技术与仪器
男
2012.09
刘斌
12401600223
测控技术与仪器
男
2012.09
林佐
12401600202
（2）系统控制设计
微型四旋翼无人飞行器是一个具有六个自由度，而只有四个控制输入的欠驱动系统。它具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性，飞行控制系统的设计要做的及其精确。
（3）利用陀螺进行物体姿态检测消除累计误差
利用陀螺进行物体姿态检测需要进行累计误差的消除，建立误差模型和通过组合导航修正累积误差是一个工程难题。这三个问题解决成功与否，是实现微型四旋翼无人飞行器自主飞行控制的关键，具有非常重要的研究价值。
图1运动示意图
与电直相比，四旋翼飞行器有下列优势：各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反，因此当电机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，可以平衡旋翼对机身的反扭矩。四旋翼飞行器在空间共有6个自由度（分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作），这6个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。
（4）对系统的实际运用进行分析，并对其实用性能进行评估。
①测出系统的反应时间并进行评估。
②对传感器的灵敏度进行测试、得出具体参数。
③对系统在飞行实验中的稳定性进行评估。
④将本系统拍摄效果与其他车载系统在效果上进行比较，寻找不足之处加以改进。
三、解决的主要问题
（1）稳定性问题
在飞行过程中它不仅受到各种物理效应的作用，还很容易受到气流等外部环境的干扰，系统将最大限度地消除外部环境带来的影响以获得其准确的性能参数。