多旋翼飞行器DIY入门与实践 全套课件PPT格式课件下载.pptx

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遥感绘制类无人机主要用于地质遥感遥测、矿藏勘测、地形测绘等工作中；

通信中继类无人机包括通信中继类和通信组网类无人机。

1.1.2无人机的分类,2.按大小分类按大小分类，无人机可分为微型无人机、轻型无人机、小型无人机以及大型无人机。

此种分类依据为民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定。

微型无人机，是指空机质量小于等于7kg的无人机。

轻型无人机，是指空机质量大于7kg，但小于等于116kg的无人机，且全马力平飞中，校正空速小于100km/h（55海里/h），升限小于3000米。

（3）小型无人机，是指空机质量小于等于5700kg的无人机，微型和轻型无人机除外。

（4）大型无人机，是指空机质量大于5700kg的无人机。

1.1.2无人机的分类,3.按速度分类按速度分类，无人机可以分为低速、亚音速、跨音速、超音速和高超音速无人机。

低速无人机的飞行速度一般小于0.3Ma；

亚音速无人机的飞行速度一般为0.30.7Ma；

跨音速无人机的飞行速度一般为0.71.2Ma；

超音速无人机的飞行速度一般为1.25Ma；

高超音速无人机的飞行速度一般大于5Ma。

1.1.2无人机的分类,4.按活动半径分类,按活动半径分类，无人机可分为超近程无人机、近程无人机、短程无人机、中程无人机和远程无人机。

超近程无人机活动半径在15km以内，近程无人机活动半径在1550km之间，短程无人机活动半径在50200km之间，中程无人机活动半径在200800km之间，远程无人机活动半径大于800km。

1.1.2无人机的分类,5.按任务高度分类按任务高度分类，无人机可以分为超低空无人机、低空无人机、中空无人机、高空无人机和超高空无人机。

超低空无人机任务高度一般在0100m之间，低空无人机任务高度一般在1001000m之间，中空无人机任务高度一般在10007000m之间，高空无人机任务高度一般在700018000m之间，超高空无人机任务高度般大于18000m。

1.1.2无人机的分类,1.1.3多旋翼飞行器的类型,多旋翼飞行器的英文为MultirotorUnmannedAircraft，缩写为MUA，也称为多轴飞行器，是一种没有搭载驾驶人员的旋翼飞行器，具有垂直起降、空中悬停、低空飞行和原地回转等独特飞行技能，在军用和民用市场上都大有用武之地。

多旋翼飞行器是旋翼无人机的一种，通常有3个以上的旋翼。

旋翼无人机是指通过在空气中旋转螺旋桨产生足够的升力从而实现飞行的一类无人机。

旋翼无人机可以分为2种主要的类型，一种是多旋翼飞行器，另一种是常规的直升机。

多旋翼飞行器可以根据电动机的数目作进一步划分，如四旋翼飞行器有4个电动机，而六旋翼飞行器则有6个电动机。

1.常规的直升机常规的直升机是通过改变旋翼的桨距和桨盘的倾斜角来实现飞行控制的。

桨距的改变是通过一个称为“倾斜盘”的复杂机械结构来实现的。

多数的直升机通常拥有一副大的旋翼，这副旋翼将产生与旋转方向相反的扭矩。

这就是需要一副尾桨来抵消偏航力矩的原因所在，尾桨的作用是保持直升机的正确航向。

1.1.3多旋翼飞行器的类型,2.三旋翼飞行器三旋翼飞行器使用3个电动机，按照三角形的布局方式排列，一个在后面，两个在前面，如右图所示。

下图所示的偏航机构来倾斜尾部的电动机，可以保证飞行特性更加稳定。

典型的三旋翼飞行器,三旋翼飞行器外形的俯视图,用于倾斜尾部电动机的偏航机构,1.1.3多旋翼飞行器的类型,3.四旋翼飞行器四旋翼飞行器典型特征是具有4个电机，可按照“+”形或“x”形进行排列，如右图所示。

在“+”形布局方式下，四旋翼飞行器的前部与一个电动机对齐。

而当为“x”形布局方式时，四旋翼飞行器的前部在两个前置的电动机之间。

四旋翼飞行器的4个电动机中，2个顺时针旋转，而,其余2个则逆时针旋转。

四旋翼飞行器的布局方式,自制四旋翼飞行器,1.1.3多旋翼飞行器的类型,4.六旋翼飞行器六旋翼飞行器，它有6个外伸臂杆和6个电动机。

六旋翼飞行器相比三（四）旋翼飞行器最明显的优势是具有较多的电动机，使得它能够搭载较重的设备，另外，六旋翼飞行器的电,动机围绕中心分布得较为紧密，当一个电动机失效时，仍然可用剩下的电动机保持相对稳定，可以让无人机安全着陆。

六旋翼飞行器的6个电动机，可按照“+”形或“x”形进行排列，如右图所示。

在“+”形布局方式下，六旋翼飞行器的前部与其前臂在一条线上，而当为“x”形布局方式时，六旋翼飞行器的前部在两,个六之间。

典型的六旋翼飞行器,六旋翼飞行器的布局方式,1.1.3多旋翼飞行器的类型,4.六旋翼飞行器六旋翼飞行器除了“+”形或“x”形构型以外，还有一种Y6构型。

Y6构型是三旋翼飞行器和六旋翼飞行器的混合体。

在3个外伸臂上有6个电动机，看上去像三旋翼飞行器，两个臂之间间隔120度，单独一个臂位于后面，如右图所示。

Y6旋翼机上总计有6个电动机，每个外伸臂上安装有2个电动机，一个朝上，一个朝下，即同轴排列。

通常每个电机按照相反的方向旋转。

1.1.3多旋翼飞行器的类型,5.八旋翼飞行器八旋翼飞行器有8个电动机，它们呈均匀分布的形式排列。

八旋翼飞行器几乎是目前最大的多旋翼飞行器，其直径通常会有1米。

如六旋翼飞行器一样，电动机数目的增加，可使八旋翼飞行器提供更大的载荷能力，且具有额外的电动机冗余能力。

六旋翼飞行器通常可以容忍一个（或者对称的两个）电动机失效，而八旋翼飞行器则可以容忍更多的电动机失效，而不会“炸机”，但这取决于载荷的质量以及失效电动机的位置。

1.1.3多旋翼飞行器的类型,5.八旋翼飞行器八旋翼飞行器还具有另外一种构型X8构型。

X8构型本质上就是四旋翼飞行器的机架上安装了8个电动机，是四旋翼飞行器和八旋翼飞行器结合的一种产物。

X8机架有4个外伸臂，每个臂上分别,安装有2个电动机，一个向上，一个向下，如右图所示。

X8构型多旋翼飞行器和八旋翼飞行器有着相同的优点，其中最主要的就是具有较强的载荷能力。

X8构型布局,X8构型八旋翼飞行器,1.1.3多旋翼飞行器的类型,1.1.4多旋翼飞行器的优缺点,1.多旋翼飞行器与固定机翼无人机、直升飞机相比具有以下优点。

操控简单。

可靠性高。

部件更换容易。

2.多旋翼飞行器的缺点多旋翼飞行器与固定机翼无人机、直升飞机相比具有以下缺点。

续航能力差。

承载质量小。

1.1.5多旋翼飞行器的现状与发展,1.多旋翼飞行器早期研究发展多旋翼飞行器作为无线电遥控的一种类型，历史尚浅。

资料记载，最早的多旋翼应该是1922年美国制造的乔治德波扎特（GeorgeDeBothezat）直升机，它采用X形布局结构的多旋翼形式，如图所示。

乔治德波扎特（GeorgeDeBothezat）直升机,1.1.5多旋翼飞行器的现状与发展,2.现阶段多旋翼飞行器的研究状况20世纪90年代之后，多旋翼飞行器的“大脑”微控制器取得了极大的发展和进步，多旋翼飞行器的“感觉器官”陀螺/加速度计/磁力计等也做得更加准确，且都向微机电（MEMS）方向发展，更加的小型化和稳定；

另一方面，几克重的MEMS惯性导航系统被制作了出来，使得多旋翼飞行器的自动控制器可以实现了。

更重要的是，四轴姿态检测与计算的理论研究也取得较大的进步，很多简洁易用，适合计算机的姿态计算程序也被开发出来。

2005年左右，真正稳定的多旋翼飞行器自动控制器被制作出来。

随着多旋翼飞行器的动力能源采用电动，碳纤材料以及飞行控制理论等技术突飞猛进的发展，多旋翼飞行器向微小型和大型两个方面发展。

1.1.5多旋翼飞行器的现状与发展,1）微小型多旋翼飞行器对于飞行器本身的研究而言，主要是飞行器控制方法改进以及特定控制方案实行，主要的研究方向有：

惯导、视觉的方法控制等。

在这方面做的最多的是宾夕法尼亚大学、瑞士洛桑联邦理工学院等大学的研究人员。

OS4微型四轴飞行器是瑞士洛桑联邦理工学院2003年开发的小型电动多旋翼飞行器，其研究的主要目的是机构设计和控制算法，同时要实现室内外完全自主飞行。

该项目用多种算法实现了飞行器姿态控制。

2006年用惯导的方法在室内实现了自主悬停控制。

HMX4是宾夕法尼亚大学的一个项目，其设计的四旋翼飞行器不仅实现了稳定的飞行控制，同时也进行了针对四旋翼飞行器的全方面应用研究，其研究重点已经向多机协作和自主飞行倾斜。

国内研究方面，国防科技大学在2004年即开始了对微型四轴飞行器的研究，并做了一系列的建模和实践；

哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、西北工业大学等高校也相继做了较多的实验和探索。

1.1.5多旋翼飞行器的现状与发展,2）大型多旋翼飞行器研究德国的E-vovo公司研发一款多旋翼飞行器VC200，主体采用碳纤维复合材料，具有18个电动机和旋翼，目前飞行器采用了6组电池供电，每组电池为3台电动机供电，这些电,能完全可以维持20分钟左右的飞行。

如图所示。

军用方面，美国军方开发了一种大型的多旋翼飞行器，旋翼系统由8个单独的旋翼构成，并由此产生飞行所需要的动力，最高飞行时速240km/h。

VC200多旋翼飞行器,黑骑士多旋翼飞行器,1.1.5多旋翼飞行器的现状与发展,3）多旋翼飞行器商业化应用德国Microdrones、美国DragonFlyer、法国AR.Drone、中国DJI-Innovations这几家公司在多旋翼飞行器商业化应用的过程当中取得了很大的成功。

MD4-200是德国Microdrones公司研发的微型多旋翼飞行器，机体的大部分结构由碳纤制造，由于材料的选定使得多旋翼飞行器在重量和强度方面存在更优异的表现，同时使其具备了抗电磁干扰的能力。

在电量不足和无线信息丢失的情况下，飞行器可以自主降落。

DragonFlyer是DragonflyInnovationInc.设计的一种采用碳纤维螺旋桨的多旋翼飞行器，由四个电动机驱动，自带平衡、定点悬浮功能。

机体下方安装高性能处理器，可以在运行代码的同时接收传感器输出的信息并加以处理。

Dragonfly带有开放式通讯应用接口，适应于科研机构或者大学的二次科研开发。

1.1.5多旋翼飞行器的现状与发展,3）多旋翼飞行器商业化应用法国Parrot公司研发了一款多旋翼飞行器AR.Drone，有四个独立旋翼，控制人员可以通过外置设备中的软件对其进行飞行控制操作。

飞行器基于WiFi信号，因此操控的距离可以达到50米，并且装配了重力感应装置、陀螺仪、机械控制芯片等装置。

智能飞行技术可以纠正环境误差，使得