多旋翼无人机云台动力学特性分析及减振控制研究
多旋翼无人机云台动力学特性分析及减振控制研究多旋翼无人机是一种能够垂直起降的无人直升机,随着多旋翼无人机在不同行业不同领域应用的越来越广泛,也伴随着越来越多的问题的出现,在不同行业不同领域出现各自不同的问题需要去解决。为了无人机能够更好的服务于上述的各项应用,无人机需要一个稳定的可以挂载各种类型的拍摄设备或者其他设备的云台系统。对减振云台进行建模,分别对云台结构中的复合材料碳纤维板、三轴陀螺仪结构与橡胶减振球进行建模。应用ANSYS Workbench复合材料仿真模块ACP(ANSYS Composite PrepPost)对减振云台的复合材料碳纤维板进行建模。
应用Solidworks质量属性模块计算三轴陀螺仪结构的重心、质量和转动惯量。通过应用2参数Mooney-Rivlin超弹体模型对橡胶减振球进行建模。最终实现对整个减振云台的建模。之后对减振云台整体结构进行静力学分析,并对碳纤维板材进行失效分析。
对减振云台结构进行了动力学分析,应用ANSYS Workbench对减振云台进行模态分析与谐波响应分析,模态分析确定减振云台的前20阶固有频率与振型图,以及每一阶固有频率下产生最大位移的节点位置。通过谐波响应分析上述节点得到频响图,并确定上述节点对应最大幅值以及对应的频率。对三种硬度橡胶减振球,应用两种布局进行同样的分析并做结果对比。最后多旋翼无人机进行实际振动测试,得到无人机机身三个方向的振动信号,并将得到的三个方向的加速度频谱作为激励加载在减振云台仿真模型上,对减振云台进行响应谱分析。
采用数值模拟的方法对多旋翼无人机的减振云台进行建模与仿真,从静力学的角度对减振云台的结构强度进行了校核,并对减振云台进行了一系列的动力学分析,对于应用不同硬度使用不同布局的橡胶减振球进行了对比分析。虽然数值模拟较为理想性,相对实验的方式缺少说服力,但也足以定性的说明一些问题,对多旋翼无人机减振云台进一步设计研制具有一定的工程意义。
云台控制系统开题报告
云台控制系统开题报告 篇一：开题报告-网络摄像机云台高 毕业设计（论文）开题报告 题目网络摄像机云台高精度控制算法与实现学院通信工程学院 专业通信工程 姓名 班级 学号 指导教师 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1、国内云台研究动态： 随着社会的发展，视频监控行业在IT行业中逐渐占据一角，同样作为视频监控中摄像机的一部分——云台，也扮演着重要的角色。云台是一种主要由两个高精度步进电机组成的用于承载镜头的支架，其中一个步进电机负责控制云台水平转动，另一个步进电机用于控制云台的垂直方向转动，从而使摄像机镜头能够在水平360°范围内，垂直180°范围内转动。带云台的摄像机已占据了视频监控行业的半壁江山，很多厂家都有专门负责云台方面研究的团队。云台质量的好坏，主要在于预置位的精准度，预置位即是预先设定好
一个位置，当需要摄像机镜头重新回到某个位置时候，只要调用预置位。回到预置位的偏差越小，说明云台的精度越高，做的好的厂家像大华、海康等视频监控厂家云台转动精度能达到0.2°以内，即设定一个预置的位置，云台转动到该位置的偏差不会超过0.2°。而精度差点的产品精度可能就大于这个值了，现在很多厂家都在致力于云台转动精度问题，主要是预置位的精度，以及如何自动矫正预置位的偏差，目前大部分云台都不带转动偏差校正功能，而市场上有转动偏差校正的云台虽然能在云台出现较大偏差时候进行校正，但是其每次转动的误差会比没有偏差校正的云台误差大，因为校正的过程会引入偏差。因此，拥有转动偏差校正而且能够将校正误差减小的云台是许多公司的追求。 2、选题依据和意义： 云台在球型摄像机中扮演的角色非常重要。在一些大型场合，比如说大型超市，一般都安装球型摄像机，因为球型摄像机转动灵活，可以快速地转动到某个角度，也可以全场监控，当发现画面中的某个区域有异常情况时候，操作人员可以手动快速移动到那个区域，再利用摄像机镜头变倍功能可进一步查看异常区域。在一些大些场合，球型摄像机也可以设定几个预置位，然后启动自动巡航，每隔一段时间球型摄像机可以依据云台自动地切换另一个场景或画面，使用非常灵活。然而在一些大型场合若使用不带云台的摄像机，比
四旋翼无人机毕业设计
渤海大学本科毕业论文（设计）四旋翼无人机设计与制作 The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle 学院（系）： 专业： 学号： 学生姓名： 入学年度： 指导教师： 完成日期：
摘要 四旋翼无人机飞行器因为它的结构简单，而且控制起来也很方便，因此它成为了近几年来发展起来的热门产业。在这里本文详细的介绍了四旋翼飞行器的设计和制作的过程，其中包括了四旋翼无人机飞行器的飞行原理，硬件的介绍和选型，姿态参考算法的推导和实现，系统软件的具体实现。该四旋翼飞行器控制系统以STM32f103zet 单片机为核心，根据各个传感器的特点，采用不同的校正方法对各个传感器数据进行校正以及低通数字滤波处理，之后设计了互补滤波器对姿态进行最优估计，实现精确的姿态测量。最后结合GPS控制与姿态控制叠加进行PID控制四旋翼飞行器的四个电机，来达到实现各种飞行动作的目的。在制作四旋翼飞行器的过程中，进行了大量的调试并且与现有优秀算法做对比验证，最终设计出能够稳定飞行的四旋翼无人机飞行器。 关键词：姿态传感器；四元数姿态解算；STM32微型处理器；数据融合；PID
The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle Abstract Quad-rotor unmanned aerial vehicle aircraft have a simple structure, and it is very easy to control, so it has become popular in recent years. Here article describes in detail the design and the process of making the four-rotor aircraft, including Quad-rotor UAV aircraft flight principle, hardware introduction and selection, implementation and realization of derivation attitude reference algorithm, the system software . The Quad-rotor aircraft control system STM32f103zet microcontroller core, and the advantages and disadvantages based on the accelerometer sensor, a gyro sensor and electronic compass sensors using different correction methods for correcting various sensor data and low-pass digital filter processing, after design complementary filter to estimate the optimal posture, precise attitude measurement. Finally, GPS control and attitude control PID control is superimposed four-rotor aircraft four motors to achieve a variety of flight maneuvers to achieve the purpose. Four-rotor aircraft in the production process, a lot of debugging and do comparison with the existing excellent algorithm validation, the final design to stabilize the Quad-rotor UAV flying aircraft. Key Words：MEMS Sensor; Quaternion; STM32 Processor; Data Fusion; PID
通过iVMS-4200客户端的云台控制协议操作F100_300
操作说明 程序版本：V2.66 1 准备工作 正确安装网络视频监控软件iVMS-4200客户端及流媒体服务器等，并连接视频服务器（视频服务器默认用户名为admin，默认密码为12345），给F100-300C连监控设备连上电源，创建超级用户后输入自定义的用户名和密码点击登录进入客户端软件（图1.1），进入控制面板，各项功能如图1.2所示。 图1.1 图1.2
导入监控点对应所连接的设备输入点1（或2、3、4）（图1.3），通过主预览 打开监控视频（图1.4），双击camera 01视频画面可由1/4屏幕变为整个屏幕显示（图1.5）。 通过点击控制面板中进行设备的管理，显示在线设备、添加、修改或删除设备（图1.6），可通过点击控制面板中进入系统配置界面修改保存文件目录（图1.7）。 图1.3 图1.4
图1.5 图1.6 图1.7
2 PTZ云台控制菜单 2.1 调出PTZ云台控制菜单 连接上视频服务器后，通过右键点击监控视频（图2.1）或者点击在视频右下方的云台图标（图2.2）调出云台控制的界面PTZ（图2.3）。 图2.1 图2.2 图2.3 2.2 配置PTZ云台参数 通过控制面板->监控点配置->云台控制来配置监控点对应的云台参数，参数配置如图2.4所示，然后保存。再点击视图菜单或控制面板中的主预览回到监控点视频。 图2.4 3 菜单的操作 设置预置点：选择要设置的预置点，点击，输入预置点的别名（比如可以设置成预
置点126或yzd移动侦测126），点击确定就完成了对预置点的设置。可设置的预置点范围：01-255. 3.1 移动侦测和打坏点的操作 通过设置预置点126、127来调用移动侦测和打坏点菜单，通过来改变菜 单项的值，通过来切换到不同的菜单项，如图3.1所示。 移动侦测菜单：移动侦测Y/N是否开启移动侦测。 报警模式可以设置自动报警持续的时间，如10s，或者手动关闭报警。 目标指示Y/N是否指示移动的物体（在移动侦测开启状态下才有用）。 灵敏度表示灵敏度的调节，随着值的增大灵敏度也增大。 地址和预地址配合使用，将预地址设置为想要设置的地址，在地址处改 变菜单项的值，就可以把地址设置成预地址的值。（注：监控点配置对 应的地址需要与移动侦测的地址一致，PTZ菜单才能有效操作。）打坏点菜单：x和y配合使用更改光标坐标定位坏点位置。总：坏点总数。T：坏点阈值。菜显：菜单显示在视频的上部还是下部。坏显：（Y/N），坏点是 否显示，标记为白色。对准：（Y/N），光标是否对准坏点。替换：（Y/N）， 是否替换当前坏点。撤销：（Y/N），是否撤销倒数第一个坏点。存：（Y/N）， 是否保存。清空：（Y/N），是否清空所有坏点。自动：（Y/N），是否自 动查找坏点。菜显：选择菜单在上/下部显示。 注：1.坏点处理时请用均匀的物体遮挡住探测器或镜头；2.灵敏度不宜设置得过高，会导致设备受外界因素如刮风干扰较大。可通过PTZ云台控制菜单修改移动侦测的灵敏度。 图3.1 3.2 屏蔽区域的选择 调用预置点：通过双击预置点1、2进行画/消除屏蔽区域和显示/不显示屏蔽区域。 调用预置点1：画屏蔽区域，或者消除屏蔽区域。 调用预置点2：显示屏蔽区域，或者不显示屏蔽区域。 当要画或者消除屏蔽区域时，首先调用预置点2让屏蔽区域显示，画面会出现一个十字
多旋翼无人机的结构和原理
多旋翼无人机的结构和原理 翼型的升力： 升力的来龙去脉这是空气动力学中的知识，研究的内容十分广泛，本文只关注通识理论，阐述对翼型升力和旋翼升力的原理。 根据流体力学的基本原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小。由于机翼一般是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平（翼型），流过机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水，流速较快，而流过机翼下表面的气流正好相反，类似于较宽地方的流水，流速较上表面的气流慢。大气施加与机翼下表面的压力（方向向上）比施加于机翼上表面的压力（方向向下）大，二者的压力差便形成了升力。［摘自升力是怎样产生的］。所以对于通常所说的飞机，都是需要助跑，当飞机的速度达到一定大小时，飞机两翼所产生的升力才能抵消重力，从而实现飞行。 旋翼的升力飞机，直升机和旋翼机三种起飞原理是不同的。飞机依靠助跑来提供速度以达到足够的升力，而直升机依靠旋翼的控制旋转在不进行助跑的条件下实现垂直升降，直升机的旋转是动力系统提供的，而旋翼旋转会产生向上的升力和空气给旋翼的反作用力矩，在设计中需要提供平衡旋翼反作用扭矩的方法，通常有单旋翼加尾桨式（尾桨通常是垂直安装）、双旋翼纵列式（旋转方向相反以抵消反作用扭矩）等;而旋翼机则介于飞机和直升机之间，旋翼机的旋翼不与动力系统相连，由飞行过程中的前方气流吹动旋翼旋转产生升力（像大风车一样），即旋翼为自转式，传递到机身上的扭矩很小，无需专门抵消。 而待设计的四旋翼飞行器实质上是属于直升机的范畴，需要由动力系统提供四个旋翼的旋转动力，同时旋翼旋转产生的扭矩需要进行抵消，因此本着结构简单控制方便，选择类似双旋翼纵列式加横列式的直升机模型，两个旋翼旋转方向与另外两个旋翼旋转方向必须相反以抵消陀螺效应和空机动力扭矩。
无人机飞行控制方法概述
2017-10-08 GaryLiu 于四川绵阳 无人机的飞行控制是无人机研究领域主要问题之一。在飞行过程中会受到各种干扰，如传感器的噪音与漂移、强风与乱气流、载重量变化及倾角过大引起的模型变动等等。这些都会严重影响飞行器的飞行品质，因此无人机的控制技术便显得尤为重要。传统的控制方法主要集中于姿态和高度的控制，除此之外还有一些用来控制速度、位置、航向、3D轨迹跟踪控制。多旋翼无人机的控制方法可以总结为以下三个主要的方面。 1.线性飞行控制方法 常规的飞行器控制方法以及早期的对飞行器控制的尝试都是建立在线性飞行控制理论上的，这其中就有诸如PID、H∞、LQR以及增益调度法。 1)PID PID控制属于传统控制方法，是目前最成功、用的最广泛的控制方法之一。其控制方法简单，无需前期建模工作，参数物理意义明确，适用于飞行精度要求不高的控制。 2)H∞ H∞属于鲁棒控制的方法。经典的控制理论并不要求被控对象的精确数学模型来解决多输入多输出非线性系统问题。现代控制理论可以定量地解决多输入多输出非线性系统问题，但完全依赖于描述被控对象的动态特性的数学模型。鲁棒控制可以很好解决因干扰等因素引起的建模误差问题，但它的计算量非常大，依赖于高性能的处理器，同时，由于是频域设计方法，调参也相对困难。 3)LQR LQR是被运用来控制无人机的比较成功的方法之一，其对象是能用状态空间表达式表示的线性系统，目标函数是状态变量或控制变量的二次函数的积分。而且Matlab软件的使用为LQR的控制方法提供了良好的仿真条件，更为工程实现提供了便利。 4)增益调度法 增益调度（Gain scheduling）即在系统运行时，调度变量的变化导致控制器的参数随着改变，根据调度变量使系统以不同的控制规律在不同的区域内运行，以解决系统非线性的问题。该算法由两大部分组成，第一部分主要完成事件驱动，实现参数调整。如果系统的运行情况改变，则可通过该部分来识别并切换模态；第二部分为误差驱动，其控制功能由选定的模态来实现。该控制方法在旋翼无人机的垂直起降、定点悬停及路径跟踪等控制上有着优异的性能。 2.基于学习的飞行控制方法 基于学习的飞行控制方法的特点就是无需了解飞行器的动力学模型，只要一些飞行试验和飞行数据。其中研究最热门的有模糊控制方法、基于人体学习的方法以及神经网络法。 1)模糊控制方法（Fuzzy logic） 模糊控制是解决模型不确定性的方法之一，在模型未知的情况下来实现对无人机的控制。 2)基于人体学习的方法（Human-based learning） 美国MIT的科研人员为了寻找能更好地控制小型无人飞行器的控制方法，从参加军事演习进行特技飞行的飞机中采集数据，分析飞行员对不同情况下飞机的操作，从而更好地理解无人机的输入序列和反馈机制。这种方法已经被运用到小型无人机的自主飞行中。 3)神经网络法（Neural networks）
二自由度简易云台增稳控制系统设计
二自由度简易云台增稳控制系统设计 项目简介：本课题要求学生在查阅相关资料的基础上，利用单片机、IMU姿态测量元件、舵机等设备搭建二自由度增稳控制平台，设计姿态数据的读取程序，设计舵机的控制程序，设计增稳平台的机械结构，对所设计的程序进行调试，实现云台的增稳控制。 项目方案： 本课题分以下步骤展开研究： 2014年4月~ 2014年10月 收集有单片机接口程序设计方面的资料，学习相关理论知识； 2014年11月~2014年12月 学习MWC飞行控制板的程序设计技术； 2015年1月~2015年4月 设计板载姿态传感器数据读取； 2015年5月~ 2015年8月 设计舵机控制程序和平台机械结构，测试平台增稳性能； 2015年9月~2015年10月 撰写研究报告、结题，项目鉴定。 本项目主要使用MWC飞行控制板和舵机实现二自由度平台的增稳控制 预期成果： 本项目要求完成如下成果： 设计并实现二自由度增稳平台的软、硬件系统，搭建增稳平台的机械结构，完成系统的负载测试。完成研究报告一份。 二自由度云台概述: 云台是一种安装、固定摄像装置的支撑设备，用于摄像装置与支撑物的联结。其英文名称为Pan-Tilt(简称PT),即可以在水平方向和俯仰方向旋转的机械装置。主要用于安装监控、动态摄像等需要进行运动图像（视频）捕捉的场合或环境，使采集方式更直接方便；在需要摇摆和摆动的机构中，如机械臂等，也利用云台来实现可接触范围的延伸和扩展。 根据云台的回转特点可以分为只能左右旋转的水平旋转平台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台，即二自由度（2-Degree of Freedom）云台，简称2-DOF云台。 增稳的意义： 比如飞行器在飞行过程中，由于自身的抖动以及外界因素对它的影响，它的姿态不断变化，装在上面的图像采集装置一起变化，导致图像的不稳定。如果采用反馈控制原理，先测量姿态变化，再传输到控制装置（舵机），达到稳像的目的。将一个二自由度的稳像平台与遥控直升机恰当地结合在一起，实现了在飞行过程中跟踪目标稳定图像，保持图像质量的功能。
基于51单片机的云台控制系统设计
李建：基于单片机的云台控制系统设计 ABSTRACT This paper design a Yuntai control system using AT89C52 MCU based on analysis of the Yuntai of the structure and it's control requirements. And the same time realize communication of computer through serial communication of RS-485 bus. MCU control module, keyboard module, motor driver module and remote control module comprise the control system. And complete the corresponding software design, testing and simulation. Key word: A T89C52; Yuntai control; Stepper motor; Simulation ;Serial communication 目录 摘要........................................................................................... 错误！未定义书签。ABSTRACT ................................................................................................................... I 第1章引言 (1) 1.1 云台 (1) 1.2 单片机 (1) 1.3 本设计完成的任务 (2) 第2章云台 (3) 2.1 云台概述 (3) 2.1.1 云台内部结构 (3) 2.1.2云台的性能指标 (3) 2.1.3云台电机 (5) 2.2 步进电机 (6) 2.2.1步进电机的工作原理 (6) 2.2.2 步进电机主要技术指标 (8) 第3章总体方案 (10) 3.1云台控制系统简析 (10) 3.2控制系统实现 (10)
基于多旋翼无人机平台的便携式空中训练模拟器设计
基于多旋翼无人机平台的便携式空中训练模拟器设计 周一辉１,姚一伟１,周一强２ (１．中国电子科技集团公司第五十一研究所,上海２０１８０２;２．解放军３２０９０部队,河北秦皇岛０６６１００)摘要:舰载电子战装备存在因辐射源架设原因引起的反射二散射问题导致模拟作战训练困难的情况,难以对使用人员的技术水平和操作能力进行快速提升.设计了一款挂载在多旋翼无人机平台上的小型化训练模拟器,可在空中任意位置或任意轨迹遥控发射射频信号模拟训练目标,解决了模拟训练困难的问题.通过样机测试数据及相关试验效果验证了本设计的可行性,可有效提高使用人员的技术水平二操作能力. 关键词:电子战装备;训练模拟器;多旋翼无人机;技术水平 中图分类号:T N ９７一一一一一一一一文献标识码:B 一一一一一一一文章编号:C N ３２Ｇ１４１３(２０１９)０３Ｇ０１０４Ｇ０４ D O I :１０．１６４２６/j ．c n k i ．j c d z d k ．２０１９．０３．０２３D e s i g no fP o r t a b l eA i rT r a i n i n g S i m u l a t o rB a s e do n M u l t i Ｇr o t o rU A VP l a t f o r m Z HO U H u i １,Y A O W e i １,Z HO U Q i a n g ２(１．T h e ５１s tR e s e a r c h I n s t i t u t e o fC E T C ,S h a n g h a i ２０１８０２,C h i n a ;２．U n i t ３２０９０o fP L A ,Q i n h u a n g d a o ０６６１００,C h i n a )A b s t r a c t :T h e p r o b l e m s o f r e f l e c t i o n a n d s c a t t e r i n g c a u s e d b y t h e e x e r t i o n o f r a d i a t i o n s o u r c e s e x i s t i n s h i p Ｇb o r n e e l e c t r o n i cw a r f a r ee q u i p m e n t ,w h i c h m a k e s i td i f f i c u l t t os i m u l a t ec o m b a t t r a i n i n g ,a n d i t i s d i f f i c u l t t o r a p i d l y i m p r o v e t h e t e c h n i c a l l e v e l a n d o p e r a t i o n a b i l i t y o f t h e u s e r s ．T h i s p a p e r d e s i g n s am i n i a t u r i z e d t r a i n i n g s i m u l a t o rm o u n t e do nm u l t i Ｇr o t o r u n m a n n e da e r i a l v e h i c l e (U A V )p l a t f o r m ,w h i c hc a nr e m o t e l y c o n t r o l st h er a d i of r e q u e n c y s i g n a l st r a n s m i s s i o nt os i m u l a t et h e t r a i n i n g t a r g e t s a t a n yp o s i t i o no r t r a j e c t o r y i n t h e s k y ,s oa s t os o l v e s t h ed i f f i c u l t y o f s i m u l a t i o n t r a i n i n g ．T h r o u g h t h e t e s t d a t a o f t h e p r o t o t y p e a n d t h e r e l a t i v e t e s t r e s u l t s ,t h e f e a s i b i l i t y o f t h e d e s i g n i s v e r i f i e d ,a n d t h e t e c h n i c a l l e v e l a n do p e r a t i o n a b i l i t y o f u s e r s c a nb e i m p r o v e d e f f e c t i v e l y ．K e y w o r d s :e l e c t r o n i cw a r f a r ee q u i p m e n t ;t r a i n i n g s i m u l a t o r ;m u l t i Ｇr o t o ru n m a n n e da e r i a l v e h i c l e ;t e c h n i c a l l e v e l 收稿日期:２０１９０５０７０一引一言电子战装备在战争中发挥着越来越重要的作 用,电子信息装备数量日趋庞大,运用复杂,种类繁 多[１],特别是雷达侦察设备的应用最为广泛[ ２].随着电子战装备的高频率使用,如何提高使用人员技 术能力二操作水平,保障电子战装备性能完好,充分 发挥装备的战斗力,是现下亟需解决的问题. 本文根据舰载电子战装备训练存在困难的情 况,提出基于多旋翼无人机平台的便携式空中模拟 训练器设计方案,可适用于舰载电子战装备的日常 训练二试验验证等,达到提升使用人员的技术水平二 充分发挥电子战装备战斗力的作用.１一需求分析１ １一电子战装备训练情况舰载电子战装备进行训练一是依靠装备本身设计进行自检判断设备工作状态是否正常,二是使用射频注入法测试来检验装备的接收机二信号处理系２０１９年６月 舰船电子对抗J u n ．２０１９第４２卷第３期S H I P B O A R DE L E C T R O N I CC O U N T E R M E A S U R E V o l ．４２N o ．３
无人机云台电机参数
无人机云台是无人机用于安装、固定摄像机等任务载荷的支撑设备。云台就是两个交流电机组成的安装平台，可水平和垂直的运动。但要注意区别于照相器材中的云台概念。照相器材的云台一般来说只是一个三脚架，只能通过手来调节方位；而监控系统所说云台是通过控制系统在远程可控制其转动及移动的方向。云台转动速度衡量云台档次高低重要指标。云台水平和垂直方向是由两个不同的电机驱动的，因此云台的转动速度也分为水平转速和垂直转速。无人机云台电机是一种应用在无人机飞行器拍摄旋转云台上的驱动电机，具有传动、减速、输出转速功能的齿轮电机，主要传动结构由驱动电机、齿轮箱集成制造组装而成，驱动电机可采用直流无刷电机、直流有刷电机、步进电机、空心杯电机，齿轮箱可采用行星齿轮箱、圆柱齿轮箱、平行齿轮箱、蜗轮蜗杆齿轮箱。可按照需求定制技术参数，定制参数范围规格在3.4mm-38mm，电压：3V-24V，功率：0.01-40W，输出转速：5-2000rpm，减速比：5-1500，输出扭矩：1gf.cm-50Kgf.cm； 产品名称：12MM减速齿轮箱 产品分类：塑胶行星齿轮箱 外径：12mm 材质：塑料 旋转方向：cw&ccw 齿轮箱回程差：≤3° 轴承：烧结轴承;滚动轴承 轴向窜动：≤0.3mm(烧结轴承);≤0.2mm(滚动轴承) 输出轴径向负载：≤5N(烧结轴承);≤10N(滚动轴承) 工作温度：-20 (85)
无人机云台电机规格、参数范围： 尺寸规格系列：3.4mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、28mm、32mm、38mm； 材质系列：塑胶行星齿轮箱、金属行星齿轮箱 输出力矩范围：1gf-cm至50kg-cm； 减速比范围：5-1500； 输出转速范围：5-2000rpm； 产品名称：智能电动云台齿轮箱 项目背景：智能自动云台与摄像机配合使用能达到扩大监视范围的作用，提了摄像机的使用价值，是用于安装摄像机，它在控制电压（云台控制器输出的电压）的作用下，做水平和垂直转动，使摄像机能在大范围内对准并摄取所需要的观察目标。 技术方案：智能电动云台的区别是采用永磁直流电动机作为传动模式，采用涡轮蜗杆和斜齿
四旋翼无人机毕业设计
四旋翼无人机毕业设计 目录 摘要 ............................................................................................. 错误！未定义书签。Abstract ................................................................................................ 错误！未定义书签。1绪论 .. (1) 1.1研究背景及意义 (1) 1.2 国内外四旋翼飞行器的研究现状 (1) 1.2.1国外四旋翼飞行器的研究现状 (1) 1.2.2国内四旋翼飞行器的研究现状 (3) 1.3 本文研究内容和方法 (4) 2 四旋翼飞行器工作原理 (5) 2.1 四旋翼飞行器的飞行原理 (5) 2.2 四旋翼飞行器系统结构 (5) 3 四旋翼飞行器硬件系统设计 (7) 3.1 微惯性组合系统传感器组成 (7) 3.1.1 MEMS陀螺仪传感器 (7) 3.1.2 MEMS加速度计传感器 (7) 3.1.3 三轴数字罗盘传感器 (8) 3.2 姿态测量系统传感器选型 (8) 3.3 电源系统设计 (10) 3.4 其它硬件模块 (10) 3.4.1 无线通信模块 (10) 3.4.2 电机和电机驱动模块 (11) 3.4.3 机架和螺旋桨的选型 (12) 3.4.4 遥控控制模块 (13) 4 四旋翼飞行器姿态参考系统设计 (15) 4.1 姿态参考系统原理 (15) 4.2 传感器信号处理 (16) 4.2.1 加速度传感器信号处理 (16) 4.2.2 陀螺仪信号处理 (16) 4.2.3 电子罗盘信号处理 (17) 4.3 坐标系 (17) 4.4 姿态角定义 (18) 4.5 四元数姿态解算算法 (19) 4.6 校准载体航向角 (27) 5 四旋翼飞行器系统软件设计 (29) 5.1 系统程序设计 (29) 5.1.1 姿态参考系统软件设计 (29) 5.1.2 PID控制算法设计 (30)
详细解析无人机飞控技术
详细解析无人机飞控技术 以前，搞无人机的十个人有八个是航空、气动、机械出身，更多考虑的是如何让飞机稳定飞起来、飞得更快、飞得更高。如今，随着芯片、人工智能、大数据技术的发展，无人机开始了智能化、终端化、集群化的趋势，大批自动化、机械电子、信息工程、微电子的专业人材投入到了无人机研发大潮中，几年的时间让无人机从远离人们视野的军事应用飞入了寻常百姓家、让门外汉可以短暂的学习也能稳定可靠的飞行娱乐。不可否认，飞控技术的发展是这十年无人机变化的最大推手。 飞控是什么？ 飞行控制系统（Flight control system）简称飞控，可以看作飞行器的大脑。多轴飞行器的飞行、悬停，姿态变化等等都是由多种传感器将飞行器本身的姿态数据传回飞控，再由飞控通过运算和判断下达指令，由执行机构完成动作和飞行姿态调整。 控可以理解成无人机的CPU系统，是无人机的核心部件，其功能主要是发送各种指令，并且处理各部件传回的数据。类似于人体的大脑，对身体各个部位发送指令，并且接收各部件传回的信息，运算后发出新的指令。例如，大脑指挥手去拿一杯水，手触碰到杯壁后，因为水太烫而缩回，并且将此信息传回给大脑，大脑会根据实际情况重新发送新的指令。无人机的飞行原理及控制方法（以四旋翼无人机为例） 四旋翼无人机一般是由检测模块，控制模块，执行模块以及供电模块组成。检测模块实现对当前姿态进行量测；执行模块则是对当前姿态进行解算，优化控制，并对执行模块产生相对应的控制量；供电模块对整个系统进行供电。 四旋翼无人机机身是由对称的十字形刚体结构构成，材料多采用质量轻、强度高的碳素纤维；在十字形结构的四个端点分别安装一个由两片桨叶组成的旋翼为飞行器提供飞行动力，每个旋翼均安装在一个电机转子上，通过控制电机的转动状态控制每个旋翼的转速，来提供不同的升力以实现各种姿态；每个电机均又与电机驱动部件、中央控制单元相连接，
多旋翼无人机飞行控制系统设计研究
www?ele169?com | 27实验研究 0 引言 多旋翼无人机是集合多项现代高新科技的成果，无人机 行业的蓬勃发展是中国崛起、中国航空产业崛起的重要体现，多旋翼无人机具有系统安全性好、可靠性高、负载能力强等特点，具有非常广阔的应用前景。多旋翼无人机的作业方式相比于传统的人工作业方式，大大提高了作业效率、降低作业成本与风险。在无线通信技术与图像处理技术快速发 展的背景下，多旋翼无人机逐渐向智能化的方向发展，另外， 独特的机械结构使多旋翼无人机更加灵活。随着无人机在人们生活中的进一步普及，无人机故障的影响也会越来越大，在大多数故障中，主要是控制器故障后果最为严重，所以飞行控制器的结构健康管理始终受到人们高度重视。1 多旋翼无人机任务需求分析 多旋翼无人机飞行控制系统主要服务于公安消防、公共 安全、勘察搜救等领域，对无人机的飞行安全、可靠性等要求较高，针对多旋翼无人机所应用的特殊场合，其飞行控制 系统需要具备以下性能指标：首先要具备机载飞控系统与地面站两部分，由机载飞控 系统来进行控制律的运算，通过电机控制指令对地面站发送的信息进行接收。地面站会显示无人机当前的飞行状态以及 主控件的基本性能。其次要具有良好的传感器以及多种飞行模式，传感器主要对无人机飞行姿态、高度、位置等信息进行采集，通过机载计算机对相应数据进行处理，多旋翼无人机存在多种飞行模式，需要根据实际情况选择最佳飞行模 式。最后，多旋翼无人机飞行控制系统要具有多种读取遥控 信号的方式，实现多种多旋翼无人机的飞行控制。还要具有在线调整及保存相关的控制参数功能、在异常情况下应急处理功能等。根据多旋翼无人机飞控系统的要求指标，提出了飞控系统具体的设计要求： ■1.1 飞行控制处理器 飞行控制处理器需要对传感数据进行收集并处理，对控 制律进行运算，保持与地面站之间通信畅通。飞行控制处理器只有缩短调节电机转速的指令周期，才能更好的发挥控制性能。由于飞行控制处理器面临的任务众多，所以要求飞控处理器处理速度快、计算能力强。飞控处理器必须快速对传感器数据进行读取，第一时间与无线通信设备进行连接，实现与地面站之间的通信，另外飞控处理器必须具备存储空间大、低功耗、体积小等特点。 ■1.2 传感器传感器需要选择精度较高的传感器以及通信距离较远的无线通信设备，满足飞控系统的性能指标，确保传感器使用简单、通信接口通用。 ■1.3 软件开发多旋翼无人机的飞控软件系统要有很强的可靠性与稳定性，具备通信链路异常状况下的紧急处理，具备相应的备份程序，避免无人机在飞行过程中发生故障，另外地面站要具备故障报警功能。飞行控制系统的采样频率不易过小以免出现控制输出调节量滞后造成严重后果。2 多旋翼无人机飞行控制系统总体架构设计多旋翼无人机飞行控制系统总体架构由机载部分与地面站部分组成，机载部分主要由飞控处理模块、传感器模块、电源模块、执行机构构成。地面部分与机载部分之间的信息交互 主要通过无线通信模块来完成。飞控系统总体架构如图1所示。图1 飞控系统总体架构 ■2.1 飞控系统硬件平台设计当前的飞行控制系统控制芯片多采用ARM、DSP 等高 速处理器，单处理器的使用会抑制控制系统的进一步拓展，多旋翼无人机飞行控制系统设计研究张建学 （中国民航飞行学院计算机学院，四川广汉，618307）摘要：多旋翼无人机具有优良的操作性能、维护简单、成本较低等特点，已经成为微小型无人机的主流，获得了广大的消费群体。飞控系统作为无人机的核心技术，始终是无人机学术与工程领域研究的热点。本文以多旋翼无人机为研究对象，根据多旋翼无人机的结构特点，对飞行控制系统进行设计与研究，从硬件原理与软件原理对多旋翼无人机飞行控制系统的构建过程进行详细介绍。关键词：多旋翼；无人机；飞控系统
四旋翼无人机带机械臂的设计与研究
四旋翼无人机带机械臂的设计与研究 发表时间：2018-06-06T15:23:16.953Z 来源：《科技新时代》2018年3期作者：鲍佳松[导读] 摘要：四旋翼无人机已经进入了众多的应用领域，在国家建设以及工程中扮演着越来越重要的角色。目前研究四旋翼无人机姿态及机身设计的文章较多，但是很少有带机械手臂的无人机。因此，本文采用了以往常见的无人机模型，摘要：四旋翼无人机已经进入了众多的应用领域，在国家建设以及工程中扮演着越来越重要的角色。目前研究四旋翼无人机姿态及机身设计的文章较多，但是很少有带机械手臂的无人机。因此，本文采用了以往常见的无人机模型，设计出机械手臂，既能保证无人机飞行过程的平稳性，而且保证抓取东西的快速、准确性。本文不仅设计了无人机的整体形态，而且选择了适合无人机飞行的硬件设施，为工程 应用打下了基础。 关键字：四旋翼飞行器；机械手臂；抓取；硬件设施 一、前言 目前，国内外研究无人机的人员越来越多，先进的无人机也层出不穷。但是大多数研究者只是关注于飞行姿态、飞行稳定性，而带有机械手的无人机则研究较少。在近年来，无人机不管是在飞行姿态、操纵系统、稳定性设计等都有长足发展，但是带有机械手的无人机动态操作等问题还比较突出。 在设计研究当中，无人机加上先进的操纵手臂之后，不仅改变了飞行器的整体重量，而且对于飞行中的控制提出了较大问题。在无人机飞行过程中，抓取动作的准确性、稳定性是考虑的重要问题。比如说，无人机在告诉的飞行中，对于其飞行速度与飞行的时间要求比较高，这就要要求无人机能够快速、及时地抓住物体，而且有时还需要对目标进行监视，这样就会避免因为噪音而引起的注意。除此之外，无人机动态抓握功能可以扩展到实时栖息，这可以用来快速地躲避大风、通过减少悬停时间来提高续航时间。 华北电力大学张虎[1]等在众多无人机研究的基础上，利用四旋翼飞行器作为基本结构，进行改进与创新，研究了一种飞滑式输电线巡检机器人，这种无人机结合了现有的四旋翼飞行器与巡线机器人优点的具有飞行与线上滑行巡检功能的机器人。Justin Thomas团队[2]在多年观察仿生机械的基础上设计研究了一种采用被动机制的机械手爪，这种手爪在抓取中能够不受外界环境的干扰，同时在垂直起飞和着陆系统中启用被动栖息的设计上采用了优化分析；Courtney E. Doyle团队[3]在多年针对放生机械研究的基础上，在无人机上加入了受到控制的附属物，使其能够高速地锁定对象并进行抓取。 本文以无人机整体设计为核心，分别对无人机的控制系统、工作原理及控制做出介绍，合理选择适合无人机的硬件，对工程应用具有较大的指导价值。 二、无人机总体设计 1.无人机控制系统组成 在整个的无人机系统当中，系统通过无线电与地面实现通信。在四旋翼无人机下方设置机械手，通过舵机控制其运动[4-6]。操作人员可以在地面输入指令，进而控制飞行器的飞行状态。同时，控制器还可以控制机械手的动作，实现抓举、松开等动作 2.无人机飞行器工作原理 四旋翼飞行器由四个螺旋桨驱动，螺旋桨分别有独立电机带动。在控制系统当中，旋转的力矩与平移动作实现了耦合。如果排除外界扰动，旋翼就能够产生与重力相等的升力，飞行器便处于悬停状态[7]。同时另外一组螺旋桨一个速度增大，一个速度减小就会产生俯仰和滚动的姿态；两组螺旋桨阻力矩的差异产生偏航姿态。 3.机械手控制 机械手的控制是此次设计的关键。手爪的设计要顾及到飞行器的相对移动速度，这样就能够获得相应的载荷；同时要考虑到其栖息能力，适应不同的环境，能够在广泛的区域停留。 4.无人机整体效果图
多旋翼无人机的发展以及应用
多旋翼无人机的发展以及应用 多旋翼无人机是一种能够垂直起降的无人直升机，其发展历史最早可以追溯到1907年，当时Breguet兄弟Louis和Jacque在法国科学家CharlesRichet的指导下，设计制造了世界上第一架有人驾驶的多旋翼飞机—“旋翼机一号”。 多旋翼无人机根据旋翼的数目可以分为四旋翼、六旋翼、八旋翼等类型，还有一些特殊造型的多旋翼无人机，其最大特点就是具有多对旋翼，并且每对旋翼的转向相反，用来抵消彼此反扭力矩。多旋翼无机人相较于其它无人机具有得天独厚的优势，与固定翼飞机相比，它具有可以垂直起降，可以定点盘旋的优点；与单旋翼直升机相比，它采用无刷电机作为动力，并且没有尾桨装置，因此具有机械结构简单、安全性高、使用成本低等优点。多旋翼无人机的诸多优点使它在以下领域获得了广泛的应用： 1．教育科研领域应用，多旋翼无人机的研究涉及到自动控制技术、MEMS传感器技术、计算机技术、导航技术等，是多科学领域融合研究的一个理想平台； 2．航拍领域应用，利用多旋翼无人机搭载相机设备（可见光相机/红外相机），并配备图像传输系统，被人们称为“可飞行的相机”已被广泛的应用于影视航拍。 3．军事领域应用，多旋翼无人机搭载侦查设备快速飞行到危险区域执行侦查任务，为作战人员提供战场信息，是单兵作战的理想装备； 4．警用安全领域应用，无人机可搭载高清晰度数码摄像机：实时图传系统和地面控制系统可有效协助工作人员锁定、凝视关注事物。无人机可搭载物质投递设备：通过集成探杆、线轮、物品仓、软梯等装备，并搭载相关投放设备，可执行物资横向运输、线路牵引、传单投递、物资投递等。警用安防无人机无人机能利用承载的高灵敏度照相机可以进行不间断的画面拍摄，获取影像资料，并将所获得信息和图像传送回地面。应用于反恐维稳，如遇到突发事件、灾难性暴力事件，可迅速达到实时现场视频画面传输，传供指挥者进行科学决策和判断；成为一种不可多得的重要工具。无人机能进一步提高公安干警的响应、决策、评估效率，推动公安的信息化建设进程。 5．农业领域应用，利用多旋翼无人机替代人进行喷洒农药，具有成本低、效率高，减少农药对人体伤害等优势；除了喷洒农药，无人机还可以用来检测水稻长势，这项研究已经开发出了成熟产品。无人机装载光谱传感器，在稻田上空飞一圈，就可以记录下水稻颜色深浅，人们可以此来判断水稻生长情况，对后续农药、肥料喷洒提供参考。无人机还能用来研究土地荒漠化变化历程、植被变迁、土壤盐渍化检测等方面，对农林植物进行病虫害监测和预警。 6．交通领域应用，交警在执法过程中用上了无人机，用于抓拍违法行为。无人机能对监控盲区的违法行为进行补充抓拍，在交通拥堵的情况下，无人机可以率先赶到现场勘察，通过图传功能将交通状况传回指挥中心，便于远程指挥疏导。 7.环保领域应用，无人机可用来观测空气、土壤、植被和水质状况，也可实时跟踪和监测突发环境污染事件的发展；监测企业工厂的废气与废水排放，寻找污染源。 8．救生医疗应用，当发生洪水时，无人机可携带救生绳或救生圈，将其投到需要者身边。当有人在登山过程中突发疾病，无人机可携带急救药品飞到患者身边。 9．电力行业应用，电力无人机应用优势具备防雨水功能的无人机可在大雨、中雪天气飞行，不受恶劣天气影响，可随时巡航，有利于加大重点区段的特巡力度，增加大负荷运行下设备检测次数。无人机机动灵活，机身轻巧可靠，结构紧凑、性能卓越，使用不受地理条件、环境条件限制，特别适合在复杂环境执行任务，可定期对线路通道内树木、违章建筑等情况进行重点排查、清理，确保输电通道安全。傻瓜式自主飞行。无人机系统具备全自动一
旋翼无人机的组成部分
旋翼无人机的组成部分 1、动力系统 （1）电动机 小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）大都选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。 （2）电子调速器 电子调速器用于驱动无刷直流电机，比较重要的参数是工作电流，刷新频率，重量。一般而言，当前市场上的大部分电子调速器的刷新频率都大于400hz。 （3）电调连接板 电调连接板，其本质为一块电源配电板，用于简化电池与电调、电调与飞控之间的电气连接，同时可以避免导线拆装时的反复焊接。 （4）桨叶 桨叶与电机的搭配主要是从机架大小、能否提供足够动力这两方面进行考虑。 （5）电池 现在几乎所有的四旋翼无人机都使用锂电池，主要考量电池的容量、放电速率、自身重量。如：ACE格瑞普2200mAh锂电池，充电倍率20C，重量186g，尺寸25mm*34mm*105mm 2、支撑和外观系统 支撑和外观系统（机架）是指无人机的承载平台，所有设备都是用机架承载起来飞上天上的，所以无人机的机架好坏，很大程度上决定了这部无人机的使用寿命。衡量一个机架的好坏，可以从坚固程度、使用方便程度、元器件安装是否合理等等方面考察。 现在常见的无人机，多数指多轴飞行器的形式，机架的组成大同小异，主要由中心板、力臂、脚架组成，有结构简单的特点。 多轴飞行器的轴数，从两轴开始，到十多轴都有，但常见的还是以4、6、8轴为主。轴数越多、螺旋桨越多、机架的负载就越大，但相对地结构也就变得越复杂。 3、飞控制系统 （1）飞控原理 四旋翼飞行器的控制系统分为两个部分：飞行控制系统和无刷直流电机调速系统。飞行控制系统通过IMU惯性测量单位（由陀螺传感器和加速度传感器组成）检测飞行姿态，通过无线通讯模块与地面遥感器通讯。4个无刷直流电机调速系统总线与飞行控制器通信，通过