电赛四轴论文
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结构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行机动，结构简单，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较简单，但涉及的科技领域比较广，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，研究既能精确控制飞行姿态，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。
2.1.1 方案一：选择Coldfire系列芯片作为系统控制的主控板，因为在以往队员们做过飞思卡尔智能车竞赛，对此系列的芯片做的比较熟悉，芯片功能强大，但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。
2.1.2 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：2.2.1 方案一：十字飞行方式。
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。
四轴飞行器设计毕业设计论文
目录第一部分设计任务与调研 (1)1研究背景 (1)2毕业设计的主要任务 (1)第二部分设计说明 (2)1理论分析 (2)2设计方案 (6)2.1 微控制器的选择 (6)2.2 无线模块的选择 (7)2.3 其他模块图片 (9)第三部分设计成果 (10)第四部分结束语 (11)第五部分致谢 (12)第六部分参考文献 (13)第一部分设计任务与调研1研究背景四轴飞行器具备VTOL(Vertical Take-Off and Landing，垂直起降)飞行器的所有优点，又具备无人机的造价低、可重复性强以及事故代价低等特点，具有广阔的应用前景。
可应用于军事上的地面战场侦察和监视，获取不易获取的情报。
能够执行禁飞区巡逻和近距离空中支持等特殊任务，可应对现代电子战、实现通信中继等现代战争模式。
在民用方面可用于灾后搜救、城市交通巡逻与目标跟踪等诸多方面。
工业上可以用在安全巡检，大型化工现场、高压输电线、水坝、大桥和地震后山区等人工不容易到达空间进行安全任务检查与搜救工作，能够对执行区域进行航拍和成图等。
因此，四轴飞行器的研究意义重大。
2毕业设计的主要任务本设计基于Arduino平台的四轴飞行器，包括Arduino最小系统、传感器模块、供电模块、电机驱动模块、蓝牙通讯模块等部分组成。
通过Arduino最小系统采集各传感器模块的数据并进行分析，将处理结果送入电机驱动模块进行姿态调整，实现四轴平稳飞行，系统框图如下：图1 系统框图第二部分设计说明1理论分析设计一个基于Arduino开源硬件平台的最小系统板，采集传感器的数据，传递给主芯片，芯片通过具体算法得出数据调整翼动部分实现水平。
下面将分析一种常见的四轴飞行器姿态解算方法，Mahony的互补滤波法。
此法简单有效，先定义Kp，Ki，以及halfT 。
Kp，Ki，控制加速度计修正陀螺仪积分姿态的速度halfT ，姿态解算时间的一半。
此处解算姿态速度为500HZ，因此halfT 为0.001#define Kp 2.0f#define Ki 0.002f#define halfT 0.001f初始化四元数float q0 = 1, q1 = 0, q2 = 0, q3 = 0;定义姿态解算误差的积分float exInt = 0, eyInt = 0, ezInt = 0;以下为姿态解算函数。
武汉理工大学-基于STM32F4的四轴航拍飞行器-论文【范本模板】
论文格式*＊*＊＊＊＊*＊****＊*＊***＊＊＊*＊*****＊＊***＊＊＊*＊*＊＊*＊*＊＊＊＊＊＊******＊*注意：此为封面格式＊＊*＊＊＊＊*＊＊＊＊***＊＊*＊*＊＊＊*＊*＊＊*＊＊*＊＊＊＊*＊*＊**＊＊＊＊＊**＊＊＊＊***＊*＊ARM—STM32校园创新大赛项目报告题目: 基于STM32F4的四轴航拍飞行器学校：武汉理工大学指导教师: 黄立文刘克中参赛队成员名单：视频观看地址：http://v。
youku。
com/v_show/id_XNjE3NzM0NTky。
html 如在报名后有修改，请在此注明。
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正文+附录尽量控制在20页内＊＊＊＊*＊*＊*＊＊＊*＊＊＊＊*＊＊＊**＊＊＊＊*＊*＊＊＊＊*****＊*＊*＊*＊＊*＊＊*＊＊*＊**＊*＊＊****＊***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。
全国电子设计大赛省一获奖论文-四旋翼
.学校统一编号:HLJ-B-学校名称：哈尔滨理工大学队长姓名：学生姓名：指导教师：时间：四旋翼自主飞行器摘要四旋翼的结构是一种比较简单和直观化的稳定控制性飞行器。
通过调节4个电机转速改变旋翼转速，改变升力的变化调整飞行器的姿态和位置。
四旋翼飞行器的动力来源是无刷直流电机，因此针对该类无刷直流电机的调速系统对飞行器的性能起着决定性的作用。
四旋翼的动力来源为无刷直流电机，采用单边pwm 的控制方式实现电机的调速，采用三段式启动方式实现电机的软启动。
用超声波传感器测距是四旋翼飞行器定高，采用ov7620摄像头循迹使飞行器从A区到B区。
通过对四旋翼工作模式与控制参数的研究，得到相应的控制算法，然后编程实现，模拟相应的飞行姿态，实验结果表示四旋翼实现自主飞行、自主悬停控制。
关键词：四旋翼飞行器；无刷直流电机；PWMabstractThe structure of the four rotor is a relatively simple and intuitive stability controlling aircraft. By adjusting the four motor speed change the rotor speed, the change of lift change aircraft attitude and position. Four rotor aircraft power source is brushless dc motor, so for this class of brushless dc motor speed control system plays a decisive role on the performance of the aircraft. Four rotor power source for the brushless dc motor, motor speed control is realized by using unilateral PWM control mode, the three-step startup mode was adopted to realize motor soft start. Four rotor aircraft with ultrasonic sensor range is set high, use ov7620 camera tracking make aircraft from area A to area B. Through the study of four rotor working mode and the control parameters, get the corresponding control algorithm, and then simulate the flight attitude, programming the results said four rotor to realize autonomous flight, hovering control independently.Key words: four rotor aircraft; Brushless dc motor; PWM目录四旋翼自主飞行器 (1)摘要 (1)一、设计任务 (3)1.1 任务 (3)1.2.1 基本要求 (4)1.2.2 发挥部分 (4)二、方案论证 (5)1、控制器模块方案 (5)三、理论分析与计算 (5)1、系统硬件设计与实现 (5)1.1陀螺仪和加速度传感器 (6)1.2控制系统 (7)1.3超声波传感器 (7)1.4摄像头ov7620 (8)2、软件系统设计 (9)2、1PWM脉冲宽度调制 (9)2、2数学PID控制算法 (10)四、测试结果与误差分析 (11)1、飞行测试 (11)2、无刷电机测试 (11)五、结论、心得体会 (12)参考文献 (12)附录： (13)附录1 ：元器件明细表 (13)附录2：仪器设备清单 (13)附录3：程序清单 (13)一、设计任务1.1 任务四旋翼自主飞行器（下简称飞行器）摆放在图1所示的A区，一键式启动飞行器起飞；飞向B区，在B区降落并停机；飞行时间不大于45s。
四轴飞行器的设计与研究
The Research and Design of Quadrotor
Candidate: Cheng Xuegong Supervisor:Prof. Xue Anke, Lecturer Zou Hongbo
December，2012
杭州电子科技大学硕士学位论文
摘
要
四轴飞行器具备 VTOL(Vertical Take-Off and Landing，垂直起降)飞行器的所有优 点， 又具备无人机的造价低、 可重复性强以及事故代价低等特点， 具有广阔的应用前景。 可应用于军事上的地面战场侦察和监视，获取不易获取的情报。能够执行禁飞区巡逻和 近距离空中支持等特殊任务，可应对现代电子战、实现通信中继等现代战争模式。在民 用方面可用于灾后搜救、城市交通巡逻与目标跟踪等诸多方面。工业上可以用在安全巡 检，大型化工现场、高压输电线、水坝、大桥和地震后山区等人工不容易到达空间进行 安全任务检查与搜救工作，能够对执行区域进行航拍和成图等。因此，四轴飞行器的研 究意义重大。 本文主要讨论四轴飞行器的设计实现、建模分析与控制器设计。首先从历史的角度 介绍小型四轴飞行器的发展以及研究成果，引入现代四轴飞行器的研究，以及运用现代 控制理论进行的研究方法和所取得成果。 其次给出本项目所设计的四轴飞行器样机模型 与飞行控制器电路设计。 着重从机械结构与飞行控制器硬件电路设计方面论述四轴飞行 器的样机设计。文中详细分析了机械结构设计中的选材以及元器件选型，实现了一个切 实可用，能够满足应用研究的四轴飞行器样机模型。一个稳定可用的样机模型是实现四 轴飞行器的基础。之后分析四轴飞行器的飞行控制原理，在此基础上进行动力学分析， 建立四轴飞行器的动力学模型。准确建立数学模型，对分析其飞行姿态原理具有很重要 的作用；准确的分析与建模是四轴飞行器控制算法设计的基础。在飞行器动力学建模的 基础上提出切实可行的控制算法， 并对控制器中需要用到姿态角求解部分进行了详细论 述。姿态角的求解在整个四轴飞行器设计中也是核心内容之一。通过软件设计实现飞行 控制器方案。最后对飞行器各性能指标进行考察，进行实地飞行、调试优化飞行器软件 控制器设计。 关键词：四轴飞行器，无人机，飞行控制器，嵌入式
基于arm的四轴飞行器的设计
毕业设计（论文）题目：基于ARM的四轴飞行器的设计*名：**学号： **********专业：电子信息工程班级： 01所在学院：电气信息学院2013年 5 月目录摘要 (II)Abstract (III)第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题内容 (2)第二章总体设计 (5)2.1 系统组成 (5)2.2 软硬件功能分配 (5)2.3 I/O口分配 (6)第三章理论及计算 (9)3.1 滤波算法 (9)3.2 姿态转换与数据融合算法 (14)3.3 平衡控制算法 (17)3.4 飞行控制算法 (19)第四章硬件设计 (23)4.1 STM32最小系统电路 (23)4.2 电源供应电路 (24)4.3 各传感器驱动电路 (25)4.4 主控板PCB (28)第五章软件设计 (31)5.1 程序流程设计 (31)5.2 底层驱动子程序设计 (32)5.3 飞行姿态检测子程序设计 (33)5.4 平衡自稳子程序设计 (35)5.5 上位机数据采集子程序设计 (35)第六章调试 (37)总结 (41)致谢 (43)参考文献 (45)摘要四轴飞行器是一种集单片机技术、传感器技术、自动控制原理、无线传输技术于一身的机电一体化智能机器人。
该系统可在空中自动实现悬停，并可由人工无线控制航向以及飞行速度。
系统主要集成了内核为Cotex-M3的ARM主控芯片STM32F103、集三轴加速度计和三轴陀螺仪于一体的传感器芯片MPU6050、三轴地磁仪芯片HMC5883、高灵敏度气压计BMP180、高清晰度液晶显示模块OLED、无线传输模块NRF24L01、蓝牙串口等。
系统利用C语言进行开发，数据采集使用IIC总线协议，数字信号滤波采用一阶低通滤波、互补滤波以及滑动窗口滤波，系统控制使用增量式PID以及位置式PD算法，并在设计中使用到了MDK4.0、Altium Designer9.0、虚拟示波器、串口调试助手以及PROE5.0等开发工具。
基于DSP和FPGA的四轴运动控制卡的研究与开发
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谢明 陈德荣
上海交通大学 硕士学位论文 基于DSP和FPGA的四轴运动控制卡的研究与开发 姓名：谢明 申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动 指导教师：陈德荣 20050101
基于 DSP 和 FPGA 的四轴运动控制卡的研究与开发 摘 要
数控技术是生产设备自动化水平的重要标志之一 是现代制造的核 心技术 运动控制卡是数控技术的核心部件 是 ＰＣ 机与驱动执行部件之 间的桥梁 近年来 工业发达国家数控技术发展迅速 我国也在积极研
日期 2005 年 1 月 10 日 日期 2005 年 1 月 10 日
上海交通大学硕士学位论文
第一章 引言
1.1 数字控制技术的基本概念
数字控制 numerical control
简称数控 NC 是近代发展起来的一种自动控制
技术 国家标准 GB 8129-87 对其进行的定义为 用数字化信号对机床运动及其加 工过程进行控制的一种方法 换言之 数控技术就是以数字量编程实现控制机械或其 他设备自动工作的技术 如果一种设备的控制过程是以数字形式来描述的 其工作过 程是可编程序的 并能在程序控制下自动地进行 那么这种设备就从称为数控设备[1] 数字控制的对象是多种多样的 事实上 所有能计算确定运动要求的设备 都可 能实现数控化 如 数控机床 数控火焰切割机 数控绘图机 数控冲剪机等都是属 于这个范围的自动化设备 数控设备的一般工作原理如下
直线和圆弧插补算法以及数字积分插补原理也进行了分析 最终 提出 总体程序流程控制 行了具体程序设计 速度控制算法 四轴运动控制卡在硬件上实现了直线插补 插补算法等的程序设计框架 并进
最好最详细四轴飞行器论文
菜鸟飞行器交流群 200718960 更多资料下载：https:///index.htm?spm=2013.1.w5002-1174......................................................................错误!未定义书签。 1.1 研究背景与意义 ...............................................................错误!未定义书签。 1.2 国内外研究现状 ...............................................................错误!未定义书签。 1.3 论文的主要工作 ...............................................................错误!未定义书签。 第二章 四轴飞行器工作原理 ............................................错误!未定义书签。 2.1 四轴飞行器机械结构 .....................................................错误!未定义书签。 2.2 四轴飞行器飞行动作原理 .............................................错误!未定义书签。 2.3 四轴飞行器坐标系统 .....................................................错误!未定义书签。 2.4 四轴飞行器姿态 ........................................................................................... 5 2.4.1 姿态解算 ..................................................................................................... 5 2.4.2 姿态控制 ..................................................................................................... 6 2.5 电机串级 PID 控制 ....................................................................................... 7 2.5.1 串级 PID 控制器简介 .................................................................................. 7 2.5.2 串级 PID 控制器在四轴飞行器中的应用 ................................................... 8 第三章 四轴飞行器硬件组成 .......................................................................... 9 3.1 电机 .............................................................................................................. 9 3.1.1 无刷电机厂商的选择 .................................................................................. 9 3.1.2 无刷电机参数的选择 .................................................................................. 9 3.1.3 无刷电机使用注意事项 ............................................................................ 10 3.2 电调 ............................................................................................................ 10 3.2.1 电调选型 ................................................................................................... 10 3.2.2 电调编程 ................................................................................................... 11 3.2.3 电调使用注意事项 .................................................................................... 11 3.3 螺旋桨 ........................................................................................................ 12 3.3.1 浆的选型 ................................................................................................... 12 3.4 机架的选择................................................................................................... 13 3.5 电池和充电器 ............................................................................................... 13 3.5.1 电池的选择 ................................................................................................ 14 3.5.2 电池使用注意事项 .................................................................................... 14 3.5.3 充电器 ....................................................................................................... 14 3.6 遥控器 .......................................................................................................... 15 3.7 飞控板 .......................................................................................................... 15 3.7.1 STM32F103 单片机简介 ............................................................................. 16 3.7.2 陀螺仪加速度计传感器 MPU6050 简介 ..................................................... 17 3.7.3 其它传感器简介 ........................................................................................ 18 3.7.4 电源模块 ................................................................................................... 18
四轴飞行器论文
2014-2015年大学生创业新基金项目结题论文作品名称：用于作物生长监测的飞行机器人学院：工学院指导老师：孙磊申报者姓名（团队名称）：李家强、梁闪闪、谈姚勇二〇一五年五月目录摘要 (3)关键词 (3)引言 (3)多旋翼农用无人机的发展简史 (4)作品设计方案1.1 飞行器的结构框架和工作原理 (5)1.2 硬件选择 (6)1.3硬件电路设计1.3.1：主控模块 (7)1.3.2：姿态传感器模块 (8)1.3.3：电源模块 (9)1.4 软件系统设计1.4.1：总体设计 (9)1.4.2：姿态解算实现 (10)参考文献 (11)附件1：作品实物图 (12)附件2：原件清单 (13)附件3 电路原理图 (14)附件4 部分程序（遥控器） (15)关于作物成产检测的飞行机器人的研究报告作者：李家强、梁闪闪、谈姚勇指导老师：孙磊（安徽农业大学工学院合肥市长江西路130号 230036）摘要:四旋翼飞行器通过排布在十字形支架四个顶端的旋翼，产生气动力，控制飞行器的升降、倾斜、旋转等。
本文主要讨论四旋翼飞行器所选用的单片机类型，以及选用此款单片机的原因。
通过PWM技术来调节飞行器的飞行状态，以MPU-6050为惯性测量器件。
所形成的飞行控制系统使得飞行器能达到较平稳的飞行姿态。
整体采用无线遥控控制，无线频波为2.51GHZ。
关键词：四旋翼飞行器、作物检测、飞行时间、飞行距离Abstract:through four rotor aircraft configuration at the top of the cross-shaped bracket four rotor, aerodynamic force, control aircraft movements, tilt, rotation, etc. This article focuses on four rotor aircraft chooses the types of single chip microcomputer and choose this single chip microcomputer. Through the PWM technology to adjust the aircraft's flight status, inertial measurement device for MPU - 6050. Formed by makes the aircraft flight control system can achieve a smooth flight. Overall the wireless remote control, wireless 2.51 GHZ frequency wave. Keywords: four rotor aircraft, crop detection, time of flight, flight distance引言：随着我国的经济迅速发展，农业种植的规模化、机械化、信息化。
电子设计大赛四旋翼设计报告最终版精选全文
可编辑修改精选全文完整版四旋翼飞行器〔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方案一：选择Coldfire系列芯片作为系统控制的主控板，因为在以往队员们做过飞思卡尔智能车竞赛，对此系列的芯片做的比拟熟悉，芯片功能强大，但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。
多旋翼自主飞行器论文
全国大学生电子设计竞赛（江苏赛区TI杯）题目: _ 多旋翼自主飞行器题目编号：（C 题）多旋翼自主飞行器（C 题）摘要四旋翼飞行器是一种采用了固连在刚性十字架交叉结构上的4个电机驱动的一种飞行器。
该飞行器以Stm32f103ZE单片机为飞控板作为控制核心，工作频率高达72MHz，运算速度快，系统功耗低。
飞控板通过采用MPU-6050整合的3轴陀螺仪、3轴加速器，以及地磁传感器等控制飞行器飞行姿态。
同时使用RL78/G13 MCU板控制US-100超声波，进行测距，实现对四旋翼飞行器飞行高度的准确控制；并控制OV2640摄像头，采集图像数据，实现了四旋翼飞行器沿黑线循迹，在规定区域起降、悬停等功能。
所采用的设计方案先进有效，完全达到了设计要求。
电子示高装置使用激光收发器件，设计电路，实现题目要求。
一、系统方案设计方案主要内容1、设计方案工作原理本四旋翼系统主要由电源模块、姿态传感器模块、循迹航拍模块、测距定高模块组成，拾物模块构成。
下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 电源模块的论证与选择方案一：采用线性元器件LM7805三端稳压器构成稳压电路，为单片机等其他模块供电，输出纹波小，效率低，容易发热。
方案二：采用元器件LM2596为开关稳压芯片，效率高，输出的纹波大，不容易发热。
方案三：采用线性元器件LM2940构成稳压电路，为单片机等其他模块供电，输出纹波小，效率高，不容易发热，综合性能高。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.2 姿态传感器模块的论证设计中选用加速度和角速度两种传感器来进行姿态测量，用加速度的测量数据来互补角速度传感器测量的不足；设计中采用 6 轴运动处理组件 MPU-6050，其特点：(a) 免除了组合陀螺仪与加速计时存在的轴差问题，减少了大量的包装空间。
(b) MPU-6050 整合了 3 轴角速度和 2 轴加速度传感器，并含可用第二个 IIC 端口连接其他厂牌的磁力传感器或其他传感器的数位运动处理(DMP)硬件加速引擎，由主IIC 接口以单一数据流的形式向应用提供输出完整的 9 轴融合演算技术。
四轴机器人的组装与维护论文
四轴机器人的组装与维护论文《论如何在科技馆中开展中小学机器人教育》[摘要]随着机器人产业的发展,世界各国都认识到,培养机器人设计与操作人才的重要性。
因此,纷纷出台政策加强对中小学生的机器人教育。
科技馆作为重要的校外教育机构,也有必要在此领域发挥自己的作用。
通过分析认为,科技馆的机器人教育应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高,提出在建构主义教育理论的指导下,以项目学习的模式,开展机器人俱乐部、夏令营及机器人比赛等形式的中小学生机器人教育。
[关键词]科技馆中小学机器人教育建构主义项目学习自上世纪50年代以来,随着人工智能技术的迅速发展,机器人产业也发生了日新月异的变化。
虽然其初衷是为工业、农业、国防等领域服务,但随着技术的进步及社会需求的发展,它已对普通公众的生活产生了潜移默化的影响,在医疗、教育、娱乐、交通等领域都能看到机器人“身影”,这也使人们愈来愈认识到,培养机器人设计与操作人才对机器人产业发展的重要性。
因此,目前很多中小学校和校外机构都开设了机器人教育及培训课程,这对机器人人才储备而言具有重大意义。
而作为校外教育不可或缺的一个环节,科技馆在中小学机器人教育体系中理应占据一席之地,发挥出自己的作用。
那么,如何发挥呢?笔者认为,应在明确机器人教育的概念、厘清其发展现状的基础上,结合科学教育理论,确定合适的教育模式并加以实施。
一、机器人教育的概念1920年,当捷克斯洛伐克作家卡雷尔•恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中创造出“机器人(Robot)”这个词的时候,他肯定没料到在近一个世纪之后,其小说中让机器人代替人类劳动的情节已经变成了现实,并且它们还对公众生活产生了巨大的影响。
伴随着“机器人”这个词的诞生,社会各界一直对它的定义争论不已,但是一般说来,人们都可以接受这种说法,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。
联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:“一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。
四轴机械手毕业设计
四轴机械手毕业设计【篇一：机械工程及自动化专业毕业设计论文-四轴简易机械手的设计】1前言1.1 设计的目的和意义机械手自问世以来，经过了40多年的发展，已广泛应用于各个领域。
机械手最早应用于汽车制造工业，常用于喷漆、焊接、搬运和上下料。
机械手可代替人从事危险、有毒、有害、高温、高压、重载、噪音、粉尘和低温等恶劣环境中的工作；代替人完成单调重复和繁重的劳动，不仅减少了人力资源的浪费，减轻了劳动强度，而且大大改善了工人的劳动条件，提高了生产效率和生产自动化水平。
目前机械手主要用于以下几个方面。
在核工业中，核反应堆内具有较强的放射性，为了人员的安全，经常需要机械手来完成相关的清理工作，另外在压铸、冲压、热处理、锻造、喷漆车间以及有强烈紫外线照射的电弧焊等危险领域的作业中也经常需要用到机械手。
目前研制出了搬运机械手、码垛机械手、汽车座椅装配机械手、点胶机械手等各类工业机械手，主要用于生产上实现自动化。
如当末端夹持焊枪时，可以对汽车或摩托车的车体进行点焊或弧焊作业；当末端安装喷枪时可以进行喷涂作业；当末端安装手钳时，可以给压铸机或成型机进行上下料作业或者用来装配机械零部件。
目前我国已经建成的自动生产线有很多，如沈阳水泵厂的环类深井泵轴承体加工自动线、上海动力机厂的箱体类气缸盖加工自动线、大连电机厂的轴类4号和5号电动机轴加工自动线、上海拖拉机齿轮厂的盘类齿坯加工自动线等等[1]。
在一些极地探索、火山探险、空间探索、深海探密等领域经常要用到机器人去探索，目前研制出了螃蟹机器人，用于水下勘测任务操作，它的身体结构接近于螃蟹，能够完成指定的指令，也可以用于海洋搜寻及石油天然气的勘测。
还有用于国际空间站的机器人，可以对空间站的外外表进行检测。
目前研制出了太阳能农用机器人，他可以找到隐藏在农作物中的杂草，这主要依赖于它的视觉系统，当发现有别于农作物的植物时，它便利用数据库提供的植物的特性与目标植物加以比较，当确定为杂草时，就会用机械手隔断杂草，同时还可以喷洒除草剂。
四轴飞行器毕业设计论文
四轴飞行器毕业设计论文
摘要：
本文主要介绍了一种四轴飞行器的设计与实现，以满足特定的需求。
通过对四轴飞行器的设计原理、结构、控制方法以及相关技术的介绍和分析，实现了飞行器的简单控制和稳定飞行。
通过实验验证了该设计的可行
性和优越性，为今后更复杂的四轴飞行器的设计提供了一定的基础和参考。
1.引言
2.设计原理
3.设计结构
本文设计的四轴飞行器采用过程控制方式，使用材料和组件包括主控
制器、电池、电机、螺旋桨等。
四个电机驱动四个螺旋桨，通过调节螺旋
桨的转速来实现飞行器的悬停和飞行。
4.控制方法
本文中采用PID控制器来实现对四轴飞行器的控制。
PID控制器可以
根据感知系统的反馈信号实时调整螺旋桨的转速，使飞行器能够在空中保
持平稳的飞行状态。
5.相关技术
在四轴飞行器的设计和实现过程中，涉及到的相关技术包括姿态测量、位置测量、通信协议、无线传输等。
通过这些技术的应用和优化，可以提
高飞行器的性能和使用体验。
6.实验与结果
通过实验验证了该设计的可行性和优越性。
实验结果表明，飞行器能够实现定点悬停、平稳飞行的任务，并具有较好的稳定性和控制性能。
7.结论
本文设计了一种简单的四轴飞行器，并实现了其控制和稳定飞行。
通过对该设计的分析和实验验证，证明了其可行性和优越性。
今后可以基于该设计进一步优化和发展更复杂的四轴飞行器。
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电赛四轴论文 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-2015年全国大学生电子设计竞赛多旋翼自主飞行器（C题）2015年8月15日摘要四旋翼飞行器结构较简单，且能够控制其稳定飞行。
通过对MPU6050陀螺仪姿态索取，并以R5F100LEA单片机作为主控芯片，利用其内部资源，进行运算完成四元数矩阵转换及姿态解算、融和、矫正。
针对四旋翼飞行器的动力来源为直流电机，通过采用PWM控制方式对电机进行调速，通过调节电机转速，实现升力变化，控制飞行器的姿态及位置变化。
采用ov7620摄像头循迹使飞行器从A区到B区。
通过对四旋翼工作模式与控制参数的研究，采用PID算法，编程实现，模拟相应的飞行姿态，使四旋翼飞行器能够实现自主飞行、自主悬停控制，并且能够完成题目要求内容。
关键词：四旋翼飞行器；PWM；PIDAbstractFourrotatingpropeller-drivenaircraftstructureisrelativelysimple.ThroughtotheMPU6050gyrosc opetoreadgestures.AndR5F100LEAsingle-chipmicrocomputerasmaincontrolchip,Operationswithitsinternalresou rces,completethequaternionmatrixtransformationandattitudealgorithm ,harmony,andcorrect.Inviewofthefourrotoraircraftpowersourcefordcmot or,throughtheadoptionofPWMcontrolmethodformotorspeedadjustment, foradjustingthemotorspeed,implementchangestolift,andcontrolaircraft attitudeandpositionchanges.Weuseov7620cameratrackingmakeaircraft fromareaAtoareaB.Throughthestudyoffourrotorworkingmodeandthecon trolparametersofthePIDalgorithm,andprogrammingimplementation,sim ulationofthecorrespondingflightattitude,makefourrotoraircraftcanrealizeautonomousflight,hoveringcontrolindependentlyandcompletethesubje ctrequirements.keywords：Fourrotatingpropeller-drivenaircraft;PWM;PID目录1.系统方案论证与选择 (1)1.1姿态检测模块 (1)1.2电源模块 (2)1.3光电传感器模块 (2)2．系统理论分析与计算 (3)2.1姿态控制方法 (3)2.2电机驱动模块 (5)3．系统硬件电路设计与分析 (5)3.1电机驱动 (6)3.2姿态检测模块 (6)3.3MCU主控电路 (6)4．系统软件设计 (7)4.1中值窗口滤波算法 (8)4.2PID算法 (8)5.仿真测试与实飞 (9)5.1仿真测试 (9)5.2作品实物图 (10)5.3实飞测试 (11)6．结论 (12)参考文献 (I)多旋翼自主飞行器（C题）1.系统方案论证与选择随着传感器技术和控制理论的不断发展,尤其是微电子和微机械技术的逐步成熟使四轴飞行器的自主飞行控制变得易实现并成为国际上的热点研究对象。
以此为背景，2015年第十二届全国大学生电子设计竞赛本科组C题要求设计一个四旋翼自主飞行器，可以自动识别指示线、降落区，实现自主循线飞行、起降吸合贴片等动作。
本论文针对该问题，采用新型磷酸铁锂电池组为动力，MPU6050整合性6轴运动处理组件作为飞行器姿态检测传感器，通过卡尔曼、窗口滤波对MPU6050测量数据进行整定，并以R5F100LEA单片机作为主控芯片，利用其内部资源，进行运算完成四元数矩阵转换及姿态解算、融和、矫正，飞行导航用摄像头作为检测模块，设计实现了四旋翼自主飞行器工作系统。
下面对各个关键模块进行说明。
1.1姿态检测模块方案一：利用串口读取模式MPU6050（JY-61），模块内部集成了姿态解算器，配合动态卡尔曼滤波算法，能够在动态环境下准确输出模块的当前姿态，姿态测量精度0.01度，稳定性极高。
采用高精度的陀螺加速度计MPU6050，通过处理器读取MPU6050的测量数据然后通过串口输出，免去了用户自己去开发MPU6050复杂的I2C协议。
模块内部自带电压稳定电路，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系统，连接方便。
采用先进的数字滤波技术，能有效降低测量噪声，提高测量精度。
方案二：利用I2C读取模式6轴飞控传感器模块GY-521（MPC6050），以数字输出6轴或9轴的旋转矩阵、四元数、欧拉角格式的融合演算数据。
具有131?LSBs/°c?敏感度与全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°c?的3轴角速度感测器(陀螺仪)。
可程式控制，且程式控制范围为±2g、±4g、±8g和±16g的3轴加速器。
数字运动处理（DMP）引擎可减少复杂的融合演算数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷。
高达400kHz快速模式的I2C。
方案三：利用I2C读取模式10轴飞控传感器模块GY-86，模块I2C总线上挂载MPU6050+HMC5883L+MS5611，可以测量出三轴加速度、三轴角速度、三轴磁场和气压。
综合比较，方案三包含方案二的所有优点，且采样周期较方案一短，方案三中数据采样更多，在运动过程中，GY-86更适合于四旋翼飞行器的姿态控制，故选择方案三。
1.2电源模块方案一：利用铅蓄电池，电极主要由铅制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。
其通过氧化还原反应对用电设备进行供电。
方案二：利用锂聚合物电池，锂聚合物电池是采用锉合金做正极，采用高分子导电材料、聚乙炔、聚苯胺或聚对苯酚等做负极，有机溶剂作为电解质。
该电池具有安全性能好、更轻薄、容量大、内阻小、放电性能佳等优点。
综合比较，通过对飞行器的载重能力进行分析，故选择方案二。
1.3光电传感器模块方案一：OV7620OV7620是一款CMOS摄像头器件，是一款彩色CMOS型图像采集集成芯片，提供高性能的单一小体积封装，该器件分辨率可以达到640X480，传输速率可以达到30帧。
内置10位双通道A/D转换器,输出8位图像数据;具有自动增益和自动白平衡控制,能进行亮度、对比度、饱和度、γ校正等多种调节功能;其视频时序产生电路可产生行同步、场同步、混合视频同步等多种同步信号和像素时钟等多种时序信号;5V电源供电,工作时功耗<120mW,待机时功耗<10μW。
针对于本次电子设计大赛，OV7620能够采集相应场地情况，在姿态较为平稳的条件，实现比赛场地数据读取，可姿态飞行控制，实现巡线起飞降落等多个功能实现的关键控制因素。
其实物图如图2.1所示。
图2.1OV7620摄像头方案二：TSL1401CL线性CCDTSL1401CL的线性传感器阵列由一个128×1的光电二极管阵列，相关的电荷放大器电路，和一个内部的像素数据保持功能，它提供同时集成起始和停止时间所有像素。
该阵列是由128个像素，其中每一个具有光敏面积3,524.3平方微米。
像素之间的间隔是8微米。
操作简化内部控制逻辑，需要只有一个串行输入端（SI）的信号和时钟。
其具有操作较为简单，数据量少，处理难度低等优点。
图2.2TSL1401CL线性CCD综合比较，OV7620在单片机资源丰富的情况下，能够识别更多场地信息，对比TSL1401CL线性CCD，其信息更加丰富，并且在飞行器姿态稳定度不足的情况下，其能够提供更加准确的车控制信息，为飞行器飞行，功能实现提供飞行控制数据。
在此，为实现比赛功能，选择OV7620作为场地数据采集模块。
2．系统理论分析与计算2.1姿态控制方法欧拉角Eulerianangles用来确定定点转动刚体位置的3个一组独立角参量，由章动角θ、旋进角（即进动角）ψ和自转角j组成。
为欧拉首先提出而得名。
它们有多种取法，下面是常见的一种。
如图所示，由定点O作出固定坐标系Oxyz和固连于刚体的动坐标系Ox′y′z′。
以轴Oz和Oz′为基本轴，其垂直面Oxy和Ox′y′为基本平面。
由轴Oz量到Oz′的角θ称章动角。
平面zOz′的垂线ON称节线，它又是基本平面Ox′y′和Oxy的交线。
在右手坐标系中，由ON的正端看，角θ应按逆时针方向计量。
由固定轴Ox量到节线ON的角ψ称旋进角；由节线ON量到动轴Ox′的角j称自转角。
由轴Oz和Oz′正端看，角ψ和j 也都按逆时针方向计量。
若令O x′y′z′的初始位置与Oxyz重合，经过相继绕Oz、ON和Oz′的三次转动后，刚体将转到图示的任意位置。
如果刚体绕通过定点O的某一轴线以角速度ω转动，而ω在动坐标系Ox′y′z′上的投影为ωx′、ωy′、ωz′，则它们可用欧拉角及其微商表示如下：ωx′=sinθsinj+cosj，ωy′=sinθcosj－sinj，ωz′=cosθ+。
如果已知ψ、θ、j和时间的关系，则可用上式计算ω在动坐标轴上的3个分量；反之，如已知任一瞬时t的ω各个分量，也可利用上式求出ψ、θ、j和时间t的关系，因而也就决定了刚体的运动。
2.1.1欧拉角根据欧拉定理，刚体绕固定点的位移也可以是绕该点的若干次有限转动的合成。
在欧拉转动中，将参与坐标系转动三次得到星体坐标系。
在三次转动中每次的旋转轴是被转动坐标系的某一坐标轴，每次的转动角即为欧拉角。
因此，用欧拉角确定的姿态矩阵是三次坐标转换矩阵的乘积。
这些坐标转换矩阵都有如下标准形式：RX(φ)=Ry(θ)=Rz(ω)=最终的姿态矩阵还与三次转动的顺序有关，即按照Z-Y-X轴的顺序旋转。
于是可得姿态矩阵A=RX(φ)Ry(θ)Rz(ω)=式中，字符"c"，"s"分别为"cos"和"sin"的缩写形式。
2.1.2四元数在刚体定点转动理论中有一个着名的欧拉定理：刚体绕固定点的任一位移，可由绕通过此点的某一轴转过一个角度而得到。
在单位时间间隔Δt内假设刚体角速度为，则该转动轴的方向及绕该轴转过的角度分别为：=/，φ=Δt，相应四元数表示式为：q=（q0，q1，q2，q3）T=满足约束条件q02+q12+q22+q32=1以超复数形式表示有q=cos(φ/2)+isin(φ/2)+jsin(φ/2)+ksin(φ/2)满足约束条件：i2=j2=k2=-1；ij=?ji=k；jk=?kj=I;ki=-ik=j.利用三角公式:cosφ=2cos2(φ/2)?1，sinφ=2sin(φ/2)cos(φ/2),可将四元数转化成姿态矩阵2.1.3四元数转欧拉角根据上述可得欧拉角：?=arctan()θ=arcsin[A(1,3)]φ=arctan()及欧拉角的四元数表述式：Φ=arctan()Θ=arcsin(-2(q1q2-q0q2))φ=arctan()在四旋翼自主飞行器设计中，主控MCU读回飞行器在三轴上的加速度，角速度，通过四元数空间转换得出飞行器当前姿态，以此姿态数据，通过卡尔曼滤波和窗口滤波，得到稳定可靠的数据，控制四个电机的转速以调整飞行器的飞行姿态。