八旋翼无人机系统
无人机应用知识：无人机多旋翼控制系统分析与设计
无人机应用知识：无人机多旋翼控制系统分析与设计随着无人机技术的发展和应用领域的扩大，无人机控制系统及其相关技术已经成为无人机研究和应用中不可或缺的一部分。
本文旨在分析和探讨无人机多旋翼控制系统的基本原理、工作过程以及相关的设计方法和技巧。
一、多旋翼控制系统基本原理多旋翼无人机控制系统可以分为四个部分：传感器、控制器、执行机构和电源。
其中传感器负责获取无人机的运动状态数据，控制器则根据传感器数据计算出运动控制信号，执行机构负责根据控制信号对无人机进行控制，电源则提供控制系统和执行机构所需的能量。
在多旋翼控制系统中，最基本的控制方式是PID控制。
PID控制根据当前偏差量，即参考信号和实际输出的差值，通过比例积分微分计算出控制信号，然后输出给执行机构对无人机进行动态调整。
二、多旋翼控制系统工作过程在多旋翼无人机起飞时，传感器系统通过加速度计、陀螺仪等获取无人机的各项运动参数，控制器则根据这些传感器数据计算出控制信号，通过电调控制无人机电机工作，从而完成飞行动作。
控制器系统根据预设好的姿态角和控制策略计算出欲输出的控制信号，该控制信号会载波调制，以无线电的方式传输给无人机上面的电调（电调是用于调节电机的电压、电流和功率，控制电机加减速的装置），电调接收到控制信号后再将处理后的指令信号传递给电机，从而实现对无人机运动状态的调整。
三、多旋翼控制系统设计方法与技巧1、传感器选择：重要的无人机传感器包括加速度计、陀螺仪、罗盘等。
这些传感器需要具备高精度、高稳定性、低功耗等特点，才能保证控制系统的准确性和鲁棒性。
2、控制器算法优化：为了更好的控制无人机，需要考虑采用更加高效、准确的PID算法。
一般来说，需要优化参数、增加控制算法等方法来提升控制算法的性能。
3、执行机构选择：执行机构包括电机、电调等。
需要考虑其所需要的功率、重量、响应速度等因素，以及相关的信号输入接口和管理软件等因素，才能满足无人机的特定需求。
4、系统稳定性：为了保证无人机控制系统的稳定性，需要对传感器、控制器和执行机构等部分进行调试和验证。
浅谈多旋翼无人机避障系统
浅谈多旋翼无人机避障系统随着科技的不断发展，无人机技术也日益成熟，无人机在军事、农业、航拍、地质勘测等领域得到了广泛的应用。
无人机的安全性和稳定性一直是人们关注的焦点之一。
特别是在无人机执行任务时，遇到障碍物如建筑物或其他飞行物体可能会导致严重的事故，因此避障系统成为了无人机技术研发领域的重要方向之一。
本文将从多旋翼无人机避障系统的原理、技术方案和发展趋势等方面进行浅谈。
多旋翼无人机避障系统的原理主要是利用传感器实时感知周围环境，通过算法对障碍物进行识别、跟踪和避让。
常见的传感器包括激光雷达、红外线传感器、超声波传感器和视觉传感器等。
这些传感器可以实时采集周围环境的相关数据，采用不同的传感器可以有效地提高避障系统的可靠性和适用性。
避障系统的核心算法是障碍物检测与避障算法，其中障碍物检测主要包括对周围环境进行感知，通过传感器获取的数据进行物体的识别和跟踪；而避障算法主要是基于实时数据进行路径规划和决策，使无人机能够在飞行过程中避开障碍物并完成任务。
二、多旋翼无人机避障系统的技术方案1. 感知式避障：该技术方案通过激光雷达、红外线传感器、超声波传感器等感知设备对周围环境进行实时感知，然后通过算法进行障碍物检测和避让。
感知式避障系统可以实现较高的精度和可靠性，但受到传感器自身精度和环境影响较大。
2. 视觉式避障：该技术方案主要依靠无人机上搭载的摄像头或红外相机实现对周围环境的感知和障碍物检测。
视觉式避障系统的优势在于对于复杂环境的适应性较强，但同时也受到光线、雨雾等自然因素的影响。
3. 混合式避障：该技术方案是将感知式和视觉式避障系统进行有效结合，以提高避障系统的可靠性和适用性。
混合式避障系统通常会采用多种传感器进行环境感知，然后综合利用各种传感器的数据进行障碍物检测和避让，以提高无人机的避障效果。
随着无人机技术的不断发展和智能传感器技术的进步，多旋翼无人机避障系统也将迎来新的发展机遇。
未来的多旋翼无人机避障系统有望在以下几个方面有更多的突破和创新：1. 传感器技术的进步：随着传感器技术的不断提升，多旋翼无人机将有更多更先进的传感器可供选择，如毫米波雷达、红外热像仪等，这将大大提高无人机避障系统的感知能力和可靠性。
公共安全无人机系统通用标准
GJB 150.1A-2009 军用装备实验室环境试验方法 第1部分：通用要求 GJB 1389系统电磁兼容性要求 GJB 1403机载电子设备安装和试验通用规范 GJB 4108-2000军用小型无人机系统部队试验规程 GJB 5433-2005 无人机系统通用要求 GJB 5434-2005 无人机系统试验方法 GJBZ 17军用装备电磁兼容性管理指南
正常负载
最大起飞重量
最大起飞重量
电池重量 空机重量
最大负载
手持控制站重量
地面控制站重量
操作人数
总长×总宽×总高
轴距
外廓尺寸
折叠后长度（去旋翼） 折叠后宽度（去旋翼）
手持控制站
地面控制站
工作温度范围
环境适用性
存储温度范围 风力环境
海拔高度
最大平飞速度
飞行速度
巡航速度
最小平飞速度
最大使用高度
飞行高度
最佳巡航用高度
7
设计值
10000 2800 4200 3000 11000 2800 4200 4000 650 15000 2人 1690×1690×600以内 800-1040 800-1040 300 330×200×25 510×410×195 －20～55 －25～55 ≤6 4000
80 36 0.5 1500 400 3 2 45 8 15 1 10 ≥28 ≥36 ±1 ±1 ±1 ±3 ±1 ±3 ≤2.5 ≤2.5
（6）保障与维修分系统：保障维修设备等。 4.2主要技术参数
6
无人机系统的主要技术参数如表1：
表1 无人机系统的主要技术参数
多旋翼无人机动力系统各器件的功能
多旋翼无人机动力系统各器件的功能多旋翼无人机动力系统是无人机的核心部分，由多个器件组成，各具不同功能。
下面将分别介绍多旋翼无人机动力系统中各个器件的功能。
1. 电机（Motor）电机是多旋翼无人机动力系统的关键组件之一，主要负责提供动力。
电机通过转动螺旋桨产生的推力，使无人机能够在空中飞行。
根据无人机的大小和载重要求，电机的功率和转速可以有所不同。
2. 螺旋桨（Propeller）螺旋桨是将电机的动力转化为推力的装置。
它通过旋转产生气流，从而推动无人机向前飞行或保持平衡。
螺旋桨的形状和材料也会影响无人机的性能和稳定性。
3. 电调（Electronic Speed Controller，ESC）电调是无人机动力系统中的控制装置，用于调节电机的转速和功率。
通过接收飞控系统发送的指令，电调可以控制电机的转速，从而控制无人机的飞行姿态和速度。
4. 电池（Battery）电池是无人机动力系统的能量来源，提供给电机和其他电子设备所需的电能。
电池的容量和电压决定了无人机的续航能力和飞行时间。
不同类型的电池（如锂电池、聚合物电池等）具有不同的特性和适用场景。
5. 电源管理系统（Power Distribution Board，PDB）电源管理系统用于管理和分配电能，将电池的电能供给给各个部件。
它通常包括电源输入接口、分配电路和电源输出接口等。
通过电源管理系统，可以确保各个部件能够正常工作，并提供电流和电压保护功能。
6. 电源滤波器（Power Filter）电源滤波器用于过滤电源中的干扰和噪音，保证无人机系统能够正常运行。
它可以减少电源波动对其他电子设备的影响，并提高系统的稳定性和可靠性。
7. 传感器（Sensors）传感器在无人机动力系统中起到感知和监测的作用。
常见的传感器包括加速度计、陀螺仪、罗盘等。
它们可以测量无人机的姿态、速度、方向等参数，并将这些信息传输给飞控系统，从而实现无人机的自动控制和稳定飞行。
多旋翼无人机知识手册
[键入文字]V1.1版翎航智能科技工作室培训教材 多旋翼无人机知识手册前言随着多旋翼无人机的应用日趋广泛，多旋翼无人机的入门门槛越来越低，“到手飞”、个人航拍机等对操作人员的要求几乎是零，对毫无基本常识和经验的人来说也可以操作。
但这些都为人身和财产安全埋下了巨大的隐患，出于以上考虑，本教材阐述了多旋翼无人机的基本原理、总结了飞行过程中的注意事项、操作方法、以及如何规避风险。
这是一本适合飞行初学者的教材，旨在普及航空知识、和飞行常识等基本理论，根据经验提出在飞行中应该注意的问题和如何规避风险、应急处置等。
本教材的材料有些基于无人机方面的书籍，有些则基于航模飞行的经验，很多都是十分难得的第一手资料，因此可以作为飞行初学者的基础教程，也可以作为以拓宽知识面、开拓思路为主要目的的广大无人机爱好者的学习资料。
由于水平有限，时间仓促，书中疏漏之处在所难免，敬请读者朋友批评指正，以使我们在再版时修订。
作者目录前言................................................................................................... - 2 - 目录................................................................................................... - 3 - 第一章绪论 ....................................................................................... - 4 - 第二章系统组成及原理.................................................................... - 7 - 第三章飞行器 ................................................................................. - 18 - 第四章操作方法实例...................................................................... - 26 - 第五章其他细节 ............................................................................. - 45 - 第六章多旋翼无人机的作用与意义 .............................................. - 53 - 第七章与多旋翼无人机有关的航空法规及航空气象 ................... - 54 - 总结................................................................................................... - 66 - 参考文献 ........................................................................................... - 66 -第一章绪论关于无人机系统的发展历史在任何一本讲无人机的书里都有介绍，在这里不再重复。
系留多旋翼无人机及其应用
系留多旋翼无人机及其应用无人机是一种无人驾驶的飞行器，通过遥控或自动化系统进行操作。
近年来，多旋翼无人机的应用越来越广泛，尤其是在农业、航拍、物流和消防等领域。
多旋翼无人机使用多个旋翼来实现飞行，比如四旋翼、六旋翼和八旋翼等。
这些旋翼通过电动机驱动，可以进行垂直起降和悬停飞行，灵活性和机动性都非常高。
在农业领域，多旋翼无人机可以用于农作物的喷洒、播种和施肥等任务。
相比传统的农业机械，无人机更加灵活和高效，可以在不同地形和作物间自由飞行。
多旋翼无人机还可以通过搭载遥感设备，对农田进行巡检，及时发现和处理种植问题，提高农作物的产量和质量。
航拍是多旋翼无人机的另一个主要应用领域。
无人机可以搭载高分辨率的摄像机，对地面进行拍摄和记录。
这种拍摄方式可以获得独特的角度和视角，用于电影拍摄、旅游推广和城市规划等方面。
多旋翼无人机的机动性和稳定性使其能够在狭窄的空间中自由飞行，拍摄出更加精彩和生动的画面。
物流和快递是多旋翼无人机的另一个重要应用领域。
无人机可以快速和准确地将包裹和货物送达目的地，大大提高送货的效率和速度。
特别是在远程和交通不便的地区，无人机可以帮助解决最后一公里的配送难题。
多旋翼无人机还可以用于紧急救援和灾难响应，将紧急医疗用品和救援物资送达灾区。
消防是多旋翼无人机的另一个重要应用领域。
无人机可以搭载红外线热像仪和气体传感器等设备，用于检测火灾和烟雾。
通过快速响应和高效检测，无人机可以帮助消防人员更好地应对火灾，增加灭火的效率和安全性。
无人机还可以用于救援被困人员和提供实时视频监控。
多旋翼无人机在农业、航拍、物流和消防等领域具有巨大的应用潜力。
随着技术的不断发展和创新，相信无人机的应用范围还将继续扩大，为人们的生活带来更多便利和创新。
浅谈多旋翼无人机避障系统
浅谈多旋翼无人机避障系统多旋翼无人机在航行时需要避开各种障碍物，以确保安全的飞行。
避障系统是无人机自主飞行技术中的一个重要部分，它可以根据环境变化及时调整飞行姿态，以保证无人机的稳定飞行。
在避障系统中，主要应用的技术包括视觉、雷达、激光雷达和超声波等传感器技术。
无人机避障方案在设计上应考虑多种情况，如避障技术的稳定性、回馈机制的可靠性、系统的实时性、计算量的复杂度、携带设备的负载和对信号延时的影响等。
在设计多旋翼无人机避障系统时，需要考虑以下几个方面。
1. 环境感知环境感知是无人机避障系统的核心。
传感器可以通过收集来自周围环境的信息，感知遇到的障碍物并及时作出反应。
在合理的传感器布置下，多种传感器技术可以相互补充。
视觉传感器的工作条件适用应在较明亮的日光下，但在夜间或低光条件下工作则受到限制。
激光雷达、超声波和雷达适用范围广泛，这些传感器可以在几乎所有光照条件和天气条件下正常工作。
2. 算法避障算法是无人机避障系统的关键。
当前，全局规划和局部规划是避障算法的常见方法。
全局规划需要使用SLAM（simultaneous localization and mapping）技术，以实现基于地图的导航，并与实时感知相结合，实现动态避障。
局部规划是基于感知到的障碍物信息临时作出的反应，如通过路径规划算法实现避障。
3. 控制器飞行控制器是无人机避障系统的另一个重要组成部分。
不同的无人机控制器采用不同的PID调节器以保持飞行稳定，并采用不同的引导逻辑以适应不同的动态飞行过程。
避障算法根据传感器数据和计算出的控制信号控制到达目标点的速度和飞行高度，以完成避障任务。
综上所述，无人机避障系统是多旋翼无人机飞行技术中不可或缺的部分。
当前，避障系统的技术正在不断发展。
未来，更精细、更完善的避障系统将是实现安全、高效、便捷无人机飞行的必要条件。
同时，无人机避障系统有着广泛的应用前景，可在物流配送、搜救救援、环境监测等领域发挥重要作用。
第1章 无人机概述
第1章无人机概述1.1 无人机概述1.1.1 无人机驾驶航空器无人驾驶航空器（UA： Unmanned Aircraft），是一架由遥控站管理（包括远程操纵或自主飞行）的航空器，也称遥控驾驶航空器（RPA：Remotely Piloted Aircraft），以下简称无人机。
如下图所示：第一幅是纸飞机；第二幅是我们儿童手推的那种玩具飞机；第三幅是DIY的一种小飞机；第四幅虽然很像战斗机，但是它也是纸折的。
不管它们有多么像无人的飞机，但如果没有遥控站管理、不能自主飞行，那么它都不叫无人机。
1.1.2 无人机系统无人机系统（UAS ： Unmanned Aircraft System ），也称无人驾驶航空器系统（RPAS ： Remotely Piloted Aircraft Systems ），是指一架无人机、相关的遥控站、所需的指令与控制数据链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。
如下图所示：图1是鹰眼科技的航空箱；图2是地面站；图3是遥控器；图4、图5是无人机系统的主体——无人机。
一般情况下，通过在无人机下方挂载任务设备，来决定无人机的用途。
1.1.3 无人机驾驶员和机长1、定义：驾驶员：又叫视距内驾驶员，即无人机驾驶员与无人机保持直接目视视觉接触的操作方式，航空器处于驾驶员目视视距内半径500米，相对高度低于120米的区域内。
机长：又叫超视距驾驶员，除视距内还可通过操作地面站进行对无人机在目视视距以外的运行。
图1图2图3图5图42、作业方式驾驶员：需要在机长的陪同下作业；机长：可以单独作业。
在系统运行时间内负责整个无人机系统运行和安全。
1.1.4 无人机的分类无人机可按飞行平台构型、用途、尺度、活动半径、任务高度等方法进行分类：1、按平台构型无人机可分为：固定翼、旋翼、无人飞艇、伞翼、扑翼无人机等。
(1)固定翼无人机：机翼是固定不动的 [民航客机、战斗机等](2)旋翼无人机：第一类，直升机（单旋翼）第二类，四旋翼、六旋翼、八旋翼无人机（多旋翼）2、无人机也可以按用途分类：军用、民用(1) 军用无人机：侦查无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机以及靶机等。
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八旋翼无人机系统 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】
八旋翼无人机系统技术文件
一、产品名称：X-8八旋翼无人机系统
X-8是全新研制的八旋翼无人机系统，具有载重量大、续航时间长、体积小、重量轻、目标特性小，使用快捷、机动灵活、操作使用及维修简便等特点，自成体系独立执行电力巡检任务。
简介：
X-8 八旋翼是专业无人机技术研发团队经过多年研究、测试，最新推出的一款全球同类产品载重量最大、可垂直起降、拥有多项专利的无人飞行系统。
1）X-8选用自主驾驶设备，大大提高飞控稳定性。
2）可携带多种任务载荷。
3）可用于执行资料收集、测量、检测、侦查等多种空中任务，在电力巡检领域能发挥其高效、隐蔽性强的特点，能对目标物进行远距离监视。
产品特点：
（1）飞行器具有遥控、自主飞行能力，可以实时修改飞行航路和任务设置；（2）测控与信息传输设备具有遥控、实时信息传输的功能，具有多机、多站兼容工作及一定的抗截获、抗干扰能力；
（3）侦察任务设备能昼夜实时获取目标图像信息，具有手动、自动控制工作模式，可迅速发现、捕获、识别、跟踪目标；
（4）飞行控制与信息处理站具有对飞行器进行遥控飞行和对机载任务设备进行操控的功能，具有飞行参数/航迹显示、航路规划和实时修改飞行计划、重新设置任务样式的能力；具有通过视频实现第一视角控制飞行的能力；具有接收标准视频信号、实时处理/存储图像、数据叠加等能力，具有目标定位和引导打击的能力，且能与上级指挥机关、情报处理中心和指挥系统相通连；
（5）地面保障设备具有简易检测、维修与训练的能力，具有快速更换易
损件、备用动力电池组和双模态充电的功能；
（6）全系统外场展开迅速，具有车载大范围机动和携行能力。
机体结构技术参数：
刷
电
机
及
电
调
系
统
技
术
参
数
：
转
速
：
113
0KV
最
大
电
流效率：25-37A
峰值功率：1100W
电流容量：55A/60S
空载电流：
内阻：30毫欧姆
X8型电调系统
采用分立式设计，各元器件采用集成化设计，具有体积小、重量轻、引出线和焊接点少、寿命长、可靠性高、性能好等优点。
电调输出能力：持续电流40A，短时电流60A；
高性能锂离子聚合物电池
1.额定电压:
2.额定容量:15Ah
3.内阻:≤30mΩ
4.放电截止电压:
5.充电限制电压:
6.最大充电电流:5C
7.充电方法:CC/CV（恒流恒压）
8.最大放电电流:3C
9.循环寿命2000次
机体结构
机体结构采用新型复合材料，材质选用美国DuPont公司高强度碳纤维合成材料和7075航空铝合金材料，7075航空铝合金抗拉强度≥560MPa 。
机体结构拟采用框架式结构，保证了机体结构稳固。
在材料实验室对无人机机体制造材料进行力学、耐腐蚀和抗拉强度等方面测试。
电气机械设备防水防沙型设计
防水防沙设计能有效提高无人机的密封性可有效预防天气多变造成的机械或电气部分损坏。
1、无人机全包覆外壳设计，能有效阻挡沙层、雨雾影响。
2、对电机等关键部位做防水防沙处理。
3、对电线等接头部分采用防水接头。
4、对飞控控制盒加装密封圈等。
5、防护等级达到IP45
2、X-8飞控系统
技术参数：
工作电压 DC
功耗≤5W
工作温度 -5°C 到 +60°C
内置功能悬停精度
垂直方向: ±，水平方向: ±
抗风能力：6级
最大旋转角度 35°
垂直方向速度±6m/s
通信系统：
硬件接口：RS-232
通信频率900 MHz
信号吞吐量：最大 11,520 bps
通信距离、信号同步传输距离（室外开阔）：≤11km 使用普通天线
≤32km 使用高增益天线
软件图示
3 无人机遥测设备
FUTABA 美国 10C 10通无人机遥测设备
10C系列无线电遥控设备有以下几个特点：
1．简洁、传统的显示介面与设置风格。
有“系统菜单”、“关联菜单”、等复杂的菜单层级设置，将所有的功能分为“BASIC（基础菜单）”和“ADVANCE （高级菜单）”，这与FF9等原有设备的界面风格相同，某些功能设置项的内容和显示格式几乎未变，这种设计使得老用户更容易上手。
2．
拥有新一代遥控设备的诸多基本功能。
10C是从新的高度进行系统化设计的产品，而不仅仅是旧有9通道设备的简单升级。
例如可以在PCM制式和
FASST2.4G制式之间进行选择、仍然强调应用“飞行条件”等高级功能、对飞机舵面和混控的分类十分详细等。
在使用过程中，你的确会感受到它就像新一代设备与前一代的融合体，在新的标准下设计，但去掉了复杂、费解的菜单与PCM2048这样并非必备的内容，从而降低了成本、加快了数据输入的速度。
专用高强度铝合金遥控箱
4、X-8便携式地面站系统
特点：
1）采用高强度工程塑料作为壳体、坚固耐摔、防水性好，适合在野外进行作业。
2）屏幕采用17寸高亮度液晶屏。
3）配置高性能工业级计算核心。
4）内置高灵敏度数字接收机。
5）采用定向卫星自动跟踪天线系统。
6）支持操作杆及键盘等操作。
地面站系统框图
无线视频接收系统
产品特性
图像输出：一路模拟PAL/NTSC自适应，Full D1画质，720×576像素
语音输出：一路立体声，左右两个声道
接收门限： -105dBm（10-6 BER @2 MHz信道宽度）；
-104dBm（10-6 BER @4MHz信道宽度）
供电电源： AC220V，功耗小于8W
5 X-8机载无线数字视频传输系统
产品特点：
1、端到端超低延时(小于300ms)
2、具有体积小特点(最轻170g),适合在对体积有要求的设备中安装,如无人机,机器人等
3、具有ABS发射加密功能
4、支持一路标准数据传输(RS232电平,支持1200~115200),可以用于实时传输
GPS、飞机姿态信息等数据
5、散热片式铝材机壳，防水、防尘、抗冲击性好
6、模块化设计,锂电池供电,电池可更换也可借助设备上的DC12V直接供电
7、可选全封闭式防水机箱，带来更高的系统安全性
8、具有超视距（NLOS----NO LINE OF SIGHT）、运动中传输的特点
9、工作频率可调，即在指定的频率范围内可以自行设定
10、内置高性能功放
11、发射机采用加密技术，可以阻止他人接收相同频率的信号
12、采用COFDM调制技术和MPEG—2图像压缩技术，确保信号传输的稳定和音
视频的高质量
13、采用全向天线发射信号
14、可以同步输入音视频信号
15、音频左右声道、立体声非平衡输入，支持一路语音信号输出
16、视频输入PAL/NTSC可选
17、发射机输出功率可调技术参数：
无线数字发射部分
无线视频发射部分
6 X-8型增稳云台系统
特点：
可进行X/Y/Z三轴控制并自动水平稳定的无人机自稳定云台，包括机载姿态传感器，与所述机载姿态传感器相连的单片机，与所述单片机相连的伺服驱动装置，由所述伺服驱动装置驱动的X轴角度调整装置、Y轴角度调整装置和Z 轴角度调整装置；所述单片机用于接收机载姿态传感器的数据，并运算该数据得到伺服驱动信息，并将该伺服驱动信息传给伺服驱动装置，由伺服驱动装置驱动相应的X轴角度调整装置、Y轴角度调整装置和Z轴角度调整装置。
本实用新型的无人机自稳定云台，使地面人员可通过地面控制设备对，使机载设备（如高清相机、摄像机等）进行X轴/Y轴/Z轴运动，使其达到图像的稳定度和方位的准确度。
增稳云台原理图
技术参数：
减震方式四点连接空气阻尼减震器
控制方式X轴蜗杆、Y轴直齿、Z轴皮带
控制轴向3轴
控制角度X、Y、Z均360°
7机载设备
NEX-5单反相机（日本索尼）技术参数
8 X-8无人机专用运输箱
二、主要设备配置清单。