六旋翼无人机的设计
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Firstly, the flying principle was divided into four main modes of motion and analyzed separately. The dynamic model of the hex-rotor SUAV was deduced with some necessary simplifications.
无人直升机具备垂直升降、悬停等灵活飞行性能优势，因此在某些环境下比 固定翼无人机具有更好地适用性。六旋翼无人机将更加适用于在危险和恶劣的 环境下工作。在军事和民用领域都将具有广阔的应用前景。如今，它将成为新的 受关注的研究方向。这种关注既来自于应用需求的带动，也源于这项技术的挑战 性。
技术要求与主要内容： （1）尺寸、结构与续航 不带桨尺寸：长 562mm 宽 487mm 高 150mm 带桨尺寸：长 592mm 宽 517mm 高 150mm 具有可折叠机构，折叠后可以放入箱子内，便于携带运输 具有可拆卸的旋翼护罩，保证特殊应用场景下的安全性问题 机体重量：小于 1.5kg 续航时间：25min （2）视频部分 机载相机 通过 WiFi 将视频传回至 PC、视频眼镜，保证 500m 的图像传输距离。 通过视频的识别，控制 UAV 跟踪单一颜色背景下某一物体的移动。 （3）控制部分 传感器包括陀螺仪、加速度计、磁强计、气压计、GPS、超声波测距、摄像
动端的控制。完善 PC 端的人机界面 4 月 21 日~4 月 30 日 完成系统的完善。提高遥控系统的集成度与通讯系
统的集成度。 5 月 1 日~~5 月 10 日 完成整套系统的便携性设计，便于外出携带 5 月 11 日~5 月 20 日 收尾工作 5 月 21 日~6 月 1 日 准备毕业论文、Demo 等资料 6 月 2 日 结题
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VI
哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）
Abstract
Hex-rotor is one kind of small unmanned aerial vehicles (SUAV) which have the ability of vertical take-off and landing (VTOL）. It gets thrust by controlling six rotors with propellers which are divided into 3 groups of coaxial rotors. Its attitude is controlled by regulating the spinning speed of the rotors which in turn makes its position controllable .The hex-rotor has multiple advantages such as the ability of vertical takeoff and landing, good mobility and high reliability. Therefore, the hex-rotor has broad application prospects and enormous value of research.
对毕业设计（论文）的特殊评语：
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任务起至日期：
2014 年 3 月 5 日至 2014 年 6 月 23 日
毕业设计（论文）题目： 六旋翼无人机的设计
立题的目的和意义：近一个世纪以来，无人机以其低损耗、零伤亡、高机动 性等优势，在军事、民用和科学研究三大领域发挥着重要作用，比如在军事上可 用于监控，火力打击；在民用上，可以用于电网巡视，城市环境监测；在科学研 究上，可用于对生活污染区域的取样。
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答辩委员会主任（签字）：
职称：______ __________
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员（签字）：___________ ___________ ___________ __________
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IV
同组设计者及分工：独立完成
指导教师签字___________________ 教研室主任意见：
年月日
教研室主任签字___________________
年月日
V
哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）
摘要
六旋翼无人机是一种具有可垂直起降能力的小型无人飞行器，它通过上下共轴 放置的三组共六个电机提供升力，通过改变旋翼转速来调整姿态，通过调整姿态进 一步实现位置控制，具有悬停性能优异、移动灵活、机械结构紧凑、零部件可靠性 高等优点。
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年 月日
II
哈尔滨工业大学毕业设计（论文）任务书
姓 名：高翔 专 业：自动化
院 （系）：航天学院 班 号：1004101
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根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：
学生
毕业设计（论文）答辩成绩评定为：
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评阅教师签字：
评阅教师职称：
I
答辩委员会评语：
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进度安排： 3 月 1 日~3 月 20 日 完成控制软件的编写，完成“定点悬停“ 3 月 21 日~4 月 9 日 完成与视频部分的结合，完成对物体的追踪。 4 月 10 日~4 月 14 日 中检准备 4 月 14 日 中期检查 4 月 15 日~4 月 20 日 在 iOS 或者 Android 系统上设计人机界面，实现移
本人已对该论文进行全程指导和严格审查，方案和数据真实、可靠，是该生 的原创论文。
指导教师签字：
指导教师职称：
评阅人评阅意见： ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________
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头
III
实现 UAV 的定点悬停，达到较高的悬停精度。 实现在缺失一个桨叶的情况下的控制。 实现对螺旋桨故障的诊断，在螺旋桨故障时候，及时调整控制算法。 （4）人机界面 用遥控器进行实时控制 在 PC 端有地面站，实时显示机载数据，发送控制指令，显示摄像头图像 在 iOS 或 Android 移动端，有移动地面站，实时显示机载数据，发送控制指 令，显示摄像头图像，同时提供更为直观的操控方式。
Then, the control system hardware was built using high-precision sensors. The work of debugging the hardware and programming the drivers was also done.
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论文首先对六旋翼无人飞行器的调姿原理进行了介绍，分析了其飞行姿态的调 整方式。并建立了六旋翼无人机的数学模型，根据实际情况对其数学模型进行了必 要的简化。接着，论文完成了对于六旋翼无人机控制系统硬件平台的组建，组建了 高精度的传感器系统，并完成了飞行控制器硬件的设计与实现，完成了硬件调试工 作以及驱动的编写工作。然后，论文建立了六旋翼无人机的完整控制系统，其中包 含位置控制部分、高度控制部分以及姿态控制部分，建立了一套完整的对姿态传感 器进行机械防震与数字滤波的方法；提出了一种新颖的气压计、超声波传感器和加 速度计的融合方法，通过实验验证了滤波效果；提出了一种优化的拉力分配方法使 得控制系统的可靠性得到增强。接着，论文设计实现了飞行控制软件的主要功能， 从技术层面上对于实时性与可靠性进行了大幅的提升。最后，论文通过悬停试验验 证了姿态控制器的控制精度；通过抗干扰能力试验验证了姿态控制器的稳定性；通 过信号跟踪试验验证了姿态控制器的跟踪性能；通过高度控制实验验证了高度控 制器的控制性能；通过视频跟踪实验验证了六旋翼无人机整体控制架构的合理性 与有效性。 关键词：六旋翼无人机；PID；多环路控制；数据融合
毕业设计（论文）
题 目 六旋翼无人机的设计
专
业
学
号
学
生
指导教师
答辩日期
自动化 1100400105 高翔 伊国兴 2014.6.23
哈尔滨工业大学毕业设计（论文）评语
姓名： 高翔
学号： 1100400105 专业： 自动化
毕业设计（止日期：_2014_ 年_3__ 月_5__ 日起 _2014_ 年__6_ 月_23_ 日止 指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：
无人直升机具备垂直升降、悬停等灵活飞行性能优势，因此在某些环境下比 固定翼无人机具有更好地适用性。六旋翼无人机将更加适用于在危险和恶劣的 环境下工作。在军事和民用领域都将具有广阔的应用前景。如今，它将成为新的 受关注的研究方向。这种关注既来自于应用需求的带动，也源于这项技术的挑战 性。
技术要求与主要内容： （1）尺寸、结构与续航 不带桨尺寸：长 562mm 宽 487mm 高 150mm 带桨尺寸：长 592mm 宽 517mm 高 150mm 具有可折叠机构，折叠后可以放入箱子内，便于携带运输 具有可拆卸的旋翼护罩，保证特殊应用场景下的安全性问题 机体重量：小于 1.5kg 续航时间：25min （2）视频部分 机载相机 通过 WiFi 将视频传回至 PC、视频眼镜，保证 500m 的图像传输距离。 通过视频的识别，控制 UAV 跟踪单一颜色背景下某一物体的移动。 （3）控制部分 传感器包括陀螺仪、加速度计、磁强计、气压计、GPS、超声波测距、摄像
动端的控制。完善 PC 端的人机界面 4 月 21 日~4 月 30 日 完成系统的完善。提高遥控系统的集成度与通讯系
统的集成度。 5 月 1 日~~5 月 10 日 完成整套系统的便携性设计，便于外出携带 5 月 11 日~5 月 20 日 收尾工作 5 月 21 日~6 月 1 日 准备毕业论文、Demo 等资料 6 月 2 日 结题
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哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）
Abstract
Hex-rotor is one kind of small unmanned aerial vehicles (SUAV) which have the ability of vertical take-off and landing (VTOL）. It gets thrust by controlling six rotors with propellers which are divided into 3 groups of coaxial rotors. Its attitude is controlled by regulating the spinning speed of the rotors which in turn makes its position controllable .The hex-rotor has multiple advantages such as the ability of vertical takeoff and landing, good mobility and high reliability. Therefore, the hex-rotor has broad application prospects and enormous value of research.
对毕业设计（论文）的特殊评语：
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任务起至日期：
2014 年 3 月 5 日至 2014 年 6 月 23 日
毕业设计（论文）题目： 六旋翼无人机的设计
立题的目的和意义：近一个世纪以来，无人机以其低损耗、零伤亡、高机动 性等优势，在军事、民用和科学研究三大领域发挥着重要作用，比如在军事上可 用于监控，火力打击；在民用上，可以用于电网巡视，城市环境监测；在科学研 究上，可用于对生活污染区域的取样。
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答辩委员会主任（签字）：
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答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员（签字）：___________ ___________ ___________ __________
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同组设计者及分工：独立完成
指导教师签字___________________ 教研室主任意见：
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教研室主任签字___________________
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哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）
摘要
六旋翼无人机是一种具有可垂直起降能力的小型无人飞行器，它通过上下共轴 放置的三组共六个电机提供升力，通过改变旋翼转速来调整姿态，通过调整姿态进 一步实现位置控制，具有悬停性能优异、移动灵活、机械结构紧凑、零部件可靠性 高等优点。
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哈尔滨工业大学毕业设计（论文）任务书
姓 名：高翔 专 业：自动化
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根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：
学生
毕业设计（论文）答辩成绩评定为：
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评阅教师签字：
评阅教师职称：
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答辩委员会评语：
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进度安排： 3 月 1 日~3 月 20 日 完成控制软件的编写，完成“定点悬停“ 3 月 21 日~4 月 9 日 完成与视频部分的结合，完成对物体的追踪。 4 月 10 日~4 月 14 日 中检准备 4 月 14 日 中期检查 4 月 15 日~4 月 20 日 在 iOS 或者 Android 系统上设计人机界面，实现移
本人已对该论文进行全程指导和严格审查，方案和数据真实、可靠，是该生 的原创论文。
指导教师签字：
指导教师职称：
评阅人评阅意见： ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________
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实现 UAV 的定点悬停，达到较高的悬停精度。 实现在缺失一个桨叶的情况下的控制。 实现对螺旋桨故障的诊断，在螺旋桨故障时候，及时调整控制算法。 （4）人机界面 用遥控器进行实时控制 在 PC 端有地面站，实时显示机载数据，发送控制指令，显示摄像头图像 在 iOS 或 Android 移动端，有移动地面站，实时显示机载数据，发送控制指 令，显示摄像头图像，同时提供更为直观的操控方式。
Then, the control system hardware was built using high-precision sensors. The work of debugging the hardware and programming the drivers was also done.
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论文首先对六旋翼无人飞行器的调姿原理进行了介绍，分析了其飞行姿态的调 整方式。并建立了六旋翼无人机的数学模型，根据实际情况对其数学模型进行了必 要的简化。接着，论文完成了对于六旋翼无人机控制系统硬件平台的组建，组建了 高精度的传感器系统，并完成了飞行控制器硬件的设计与实现，完成了硬件调试工 作以及驱动的编写工作。然后，论文建立了六旋翼无人机的完整控制系统，其中包 含位置控制部分、高度控制部分以及姿态控制部分，建立了一套完整的对姿态传感 器进行机械防震与数字滤波的方法；提出了一种新颖的气压计、超声波传感器和加 速度计的融合方法，通过实验验证了滤波效果；提出了一种优化的拉力分配方法使 得控制系统的可靠性得到增强。接着，论文设计实现了飞行控制软件的主要功能， 从技术层面上对于实时性与可靠性进行了大幅的提升。最后，论文通过悬停试验验 证了姿态控制器的控制精度；通过抗干扰能力试验验证了姿态控制器的稳定性；通 过信号跟踪试验验证了姿态控制器的跟踪性能；通过高度控制实验验证了高度控 制器的控制性能；通过视频跟踪实验验证了六旋翼无人机整体控制架构的合理性 与有效性。 关键词：六旋翼无人机；PID；多环路控制；数据融合
毕业设计（论文）
题 目 六旋翼无人机的设计
专
业
学
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指导教师
答辩日期
自动化 1100400105 高翔 伊国兴 2014.6.23
哈尔滨工业大学毕业设计（论文）评语
姓名： 高翔
学号： 1100400105 专业： 自动化
毕业设计（止日期：_2014_ 年_3__ 月_5__ 日起 _2014_ 年__6_ 月_23_ 日止 指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：