md4系列四旋翼无人机系统
快速操作手册
佛山市安尔康姆航拍科技有限公司
2011年6月
一、起飞前的准备
1、飞行器动力电池：用电池电量显示仪对电池进行测试，对于md4-200显示
参数须高于16.5V，对于md4-1000,显示参数须高于25V。
2、遥控器：每次飞行时一定要把遥控器电池充满电，保证不会因为电量的原因
导致遥控器无法控制飞行器；遥控器的频率必须飞行器接收机的频率一致，否则，飞行器无法手动起飞；
3、地面站电脑：携带足够的设备电池，保证地面站电脑的电池能满足该次作业
的要求，不要出现在飞行过程中地面站电脑电量不足而关机的情况；
4、地面站供电：地面站承担着解码飞行器下传数据的重要任务，一旦断电，则
无法显示任何数据，这样会对安全飞行带来隐患；
5、任务载荷：如果是携带相机或摄像机，需保证该设备的电量及存储卡的容量。
6、飞行环境：md4-200要求风速小于6米/秒，md4-1000要求风速小于12
米/秒，周围环境空旷(起飞点离障碍物的距离应保持在20米以上)，对GPS 信号和磁力计不存在干扰（详情下文有说明）。
二、飞行相关
1、将飞行器放置在平坦的地面，保证机体平稳，起飞地点尽量避免有沙石、纸
屑等杂物；
2、打开遥控器电源，为飞行器插入充满电的电池，自检通过后，飞行器会每隔
两秒发出一声“滴”的响声，表示正处于搜索GPS信号状态；
3、打开地面站软件mdCockpit，弹出下行数据回放页面，重点观察GPS信号
跟设备状态。
GPS信号的确认：
观察地面站软件的下行链路解码器界面，保证GPS的定位
精度不高于4米，如右图红框部分所示。
设备状态的确认：
该步骤主要检查磁力计、GPS及SD卡的工作状态，正常模式如下图：
4、遥控器摇杆动作的分配：
图15：摇杆动作的分配
A、把遥控器的F键往上推到头，启动旋翼，360度转动或前后左右推拉右
侧摇杆，观察各旋翼的工作状态并使飞行器尽快定位起飞位置。注意：在飞行过程中，切不可将F键拉回原位！！！
B、通过左侧摇杆的油门通道（上下方向）慢慢的加大电机的转速，待
旋翼储存足够的升力后，飞行器慢慢离地。
C、飞行过程中按照上述第4步摇杆动作的分配操控飞行器在三维空间里的
运动。
执行完任务后，飞控手用落叶式或者点降式的方式逐步的降低飞行器的飞行高度。当飞行器接近地面时，地面效应可能会影响飞行器的姿态，此时必须通过遥控器的右侧遥控给出相应的补偿动作指令，再慢慢将左侧摇杆拉到最底，使飞行器平稳着陆，然后再拉回F键关闭电机。
注意：在整个着陆的过程，必须始终让飞行器前臂向着正前方，而不是对着飞控手自己。
三、系统维护
1、电池：
A、在飞行任务结束，飞行器降落后，立即取下电池，不要让电池长时间连
接在飞行器上。
B、电池的充电与存放：必须使用飞行器原配的充电器，或者充电箱来充电，
严格按照使用说明操作。
C、刚从飞行器上取下的电池不要立即充电，要等温度恢复到室温时再充电。
充电到充电器上的红色发光管变为绿色时立即取下，对于长时间不用的电池要将电量控制在70%左右存放，并且每个月要对电池做一个较深的充放。
D、飞行器存放：飞行器要存放在安全箱中，并放在干燥的房间内，远离高
温潮湿及腐蚀性气体。
2、飞行器：
A、用手摸电池温度应该是温热状态，如果温度较高要检查SD卡记录的电
池数据，看功率是否超过正常标准，如果功率正常则有可能是电池出现问题，需要返厂检修。
B、手摸电机底部散热片，温度在炎热的夏季应该不烫手，手指可长时间停
留在散热片上。
C、检查电机是否有异物附着，如果有要使用软毛刷及时清理。
D、用手转动电机，应该顺畅，轻微晃动电机轴，应感觉不到明显的旷动。
E、目视检查机体及螺旋桨是否有破损及裂纹。
F、检查起落架紧固件是否松动，云台紧固件是否牢固。
G、检查微波发射机上的连线插接件是否松动，云台与飞行器连线插接件是
否松动。
H、检查任务设备，对相机电池充电，清洁相机、摄像头镜头，盖上镜头盖。
I、对于md4-200飞行环境温度大于17度要取下电机盖。
附录：飞行要点
起飞前：
A、起飞点要选择开阔、视线良好、无障碍物、地面无高的杂草沙砾已及平
整的地方,如果地面条件差可放置起飞板。
B、起飞前检查遥控发射机，所有的杆及开关要在初始位置。
C、飞行器通电。一定要到起飞点才能给飞行器通电，不要长时间通电待机。
GPS或RC信号不稳定及不能满足飞行要求时不得起飞。
D、起飞推杆要柔和，不要推满杆。根据飞行器状态柔和加量，如果飞
行场地受限或者风大，离地后要适当修正飞行器，不要偏离起飞点。离地后升降杆柔和减量，先低高度悬停，观察飞行器状态是否稳定及地面站数据是否正常(在飞行器刚离开地面时会有晃动，这是因为地效的原因导致的，升高到一米以上这个状态即消失)。
E、爬升过程动作要柔和，尽量避免全动力高速爬升。如果所需高度较高要
分段爬升观察地面站GPS及RC信号状态（高度较高时建议使用自动驾驶功能）。
F、有风时的较高高度爬升，为减轻单个电机负荷，需要在爬升过程中改变
飞行器方向，每隔有30米左右机头旋转90度。
飞行过程：
A、计算飞行时间时，一定要考虑到飞行器返回、下降及着陆的时间。不要
强求把飞行器一下子飞到500米高的地方，然后由于电池用尽，飞行器
从100米高的地方直摔下来。
B、永远不要在机场附近起降，避免在军队设施或者其他大功率辐射源附近
飞行。因为这些区域内配置的设备都可能会对飞行器产生巨大的干扰，甚至会使飞行器自身的安全防护程序失效。注意保持与这些区域至少5千米的距离。
C、避免在遥控器正上方飞行。因为在这个位置，遥控器的信号会被飞行器
的机身遮蔽，这样飞行器就会失去控制（一般情况下，飞行器在飞控手头顶30多米或以上就会失去遥控器信号）。
D、永远不要在大功率电缆、变电站或者发电厂附近飞行。
E、永远不要在人群上方飞行，避免由于紧急降落或者其他坠机情况造成的
人员损伤。
F、避免与同伴或者其他航模爱好者同时飞行，防止遥控器之间的干扰。
G、即便无可避免，也不要在水面上飞行。尽管从技术上来说，飞行器可以
在水面上飞行，但是如果出现紧急降落的情况，所带来的全部风险或无可挽回的损失将是极高的。
H、避免调整遥控器上面的微调按键。如果不注意这一点，您的飞行器就有
可能出现飞行异常甚至失去控制。
I、注意当地的风力级数。md4-200飞行器可以承受的最大风速是约6米/
秒。但是如果飞控手经验不足，3-4米/秒的风速也会超过飞控手的控制能力范围。所以必须时刻注意mdCockpit显示的风力警报。
J、飞行过程中，最好有同伴协助查看地面站软件界面，需要特别注意的参数有GPS定位精度、遥控器信号、电池电压，只要有任何一个参数发生异常，则必须马上通知飞控手。
K、远离障碍物，由于忽然的阵风或GPS定位精度不够都可能促使飞行器偏移定位点，所以，飞行时最好离可能发生碰撞的障碍物20米以上，以
保证发生偏移时飞控手有足够的时间作出反应。
L、当飞行器前臂对着飞控手飞行时，遥控器的右侧摇杆将全部跟默认情况相反，所以，在没有熟练掌握飞行技术前，不建议进行这样的飞行。M、如果飞行器在搜星阶段所能获取的GPS信号不佳，不足以满足飞行的需要，但是又不能不执行飞行任务的话，可以先强制起飞，让飞行器在合适的高度（如10米）悬停，观察GPS定位精度是否有明显的改善，强制起飞的办法是：把E键往上推，然后再拉回原位，最后推F键。该过程可以解除正常起飞阶段对GPS信号的依赖。如果在10米的高度，飞行器能获取低于4米的定位精度，则可以正常执行任务；如果获取的定位精度在4-8米之间，则可以根据周围的环境决定是否增加高度（主要的依据：是否有超高的建筑物阻挡了GPS的信号）。如果在20米的高度仍然无法获取低于4米的定位精度，则不建议继续飞行。
N、如果在飞行过程中，发现GPS定位精度越来越差，则必须尽快采取降低高度的措施，使飞行器处于安全的可控范围内，并且用右侧摇杆来补充因风带来的位置的偏移，使飞行器姿态尽量稳定后伺机降落。
O、如果在飞行过程中，发现遥控器信号出现丢失，可以尝试改变遥控器天线的方向，然后观察数秒，判断遥控器信号是否出现好转。如未出现好转，则应该让飞控手向飞行器的反方向走动，增加飞行器遥控信号接收机跟遥控器通视的可能，以获取更佳的遥控信号后伺机降落。如果遥控器的信号时断时续，则可以完全关闭遥控器的电源开关（是电源开关，不是F键），等待30秒后飞行器自动降落。如果在自动降落时地面的环境不太理想（如存在影响安全降落的杂物），则应该在合适的高度重新打开遥控器，尝试控制飞行器降落在安全的地点。
P、飞行中的杆量控制一定要柔和，不允许出现弹杆的情况，因为弹杆操作容易导致飞行器电机转速忽高忽低，影响飞行稳定性。
Q、尽量让飞行器在自己的上风处飞行，这样一旦发生RC和GPS信号中断，风会把飞行器吹回到你的头顶区域，RC信号就有可能恢复。
R、飞控手站位要背对障碍物并保持一定距离，不要改变站位，不得把飞行器飞到背后。
S、飞行时要对飞行区域的地形和建筑物高度提前了解，保证飞行器在安全高度飞行。
T、有风的时候在高大的建筑物或树木周围有乱流产生，尽量避免飞到这些区域。
U、出现紧急情况要保持冷静，如果是侧向避让，要在控制方向杆的同时推升降杆，加大功率脱离。
降落：
A、飞行器在快速降低高度时会不稳定，这是因为下洗效应的缘故。在降高
时应采用左右横移同时降高的手法，这样就会避免。有风的时候下洗效
应会减弱。
B、当飞行器高度降到10米左右时要保持飞行器在飞控手的正前方，5-10
米的样子，这样便于观察，也同时保证了安全距离，降落的速度不可过
快，不能长时间大杆量拉杆，这样会导致飞行器加速下落，应该柔和拉
杆，让飞行器匀速下降（对于新手建议使用点动的方式，让飞行器像下
台阶一样的逐渐降低高度）。
C、飞行器快要接地时会出现不稳定的现象，这是因为地效的缘故，可适当
的做一些修正。接地后将升降操纵杆拉到底，同时关闭电机,对于新手或
者风较大时建议采用空中接机的方式降落，将飞行器降低到2米左右，
由助手在空中双手抓住起落架，抓稳后飞控手关闭电机。
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
SVS无人机软件简易操作手册 一数据准备 数据内容：原始影像（jpg或者tif），相机检校文件，曝光点数据（pos文件，文本格式），控制点数据（点位坐标，刺点片，外业照片等）。 数据整理：原始影像，剔除转弯处的影像（如果有拍摄的话）和其它杂乱的影像(试拍影像，大面积落水)。 相机检校文件，整理为相机参数的格式，格式如下：
曝光点数据整理，检查曝光点数据和影像数量是否一致，必须影像有对应的曝光点数据，影像可以比曝光点数据少，但是不能多于曝光点数据，pos数据的影像名称中不要带后缀（*.jpg,*.tif）。 控制点文件，整理为如下格式： 第一行为控制点总数量，每一列依次为ID，X，Y，H，控制点属性（平高点使用数字1）
二预处理 设置原始影像目录，预处理后保存的目录，加载相机文件：
导入GPS/IMU信息： 修改ID名称和影像名称一致，这里必须保证影像和pos数据对应，所以影像的名称和导入的pos的ID必须对应。 修改方法：在右侧的ID属性栏修改，将默认的前缀IMG_改成和原始影像对应的DSC0，一个“#”代表一个替代的字符，根据影像数字长短修改，如：影像名称最大到 DSC0999,相应的改为DSC0###，去掉一个#;起始编号修改为与第一张影像相同的编
号，必须保证影像和pos都是连续的没有中断的，否则就要手动编辑pos文件。修改完成后必须点击“更改所有项”才能生效。 指定属性列：根据导入的pos数据，指定相应列的属性。不需要的列可以不指定属性。操作方法：在每列的顶上单击，弹出属性赋值对话框。选择对应的属性即可。
关于Omega，phi，Kappa角度的指定：一般的pos信息，这个三个角度信息都是有的，也是按照Omega，Phi，Kappa来排列的，但是不排除特殊情况；Omega，Phi指定错误没关系，Kappa角一定要正确。分辨Kappa角的时候，观察整列数据，一般两条航 带之间相差约180度的就是Kappa角。如下图：
无人机使用操作步骤公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
航拍飞机基本操作步骤 1.本操作步骤，随飞行器箱子携带或自行打印。每次飞行均按此步骤操作。 2.将箱子放在平整地面，将拉链拉至转角后末端。（这步很重要，若未拉至转 角后末端，易损坏拉链造成箱子损坏。） 3.打开箱子，取出飞行器放置在平整的地面上。 4.将动力电池安装上机体上。电池按钮短按一次长按一次2秒开启飞机电源。 5.遥控器短按一次再长按一次2秒开启遥控器电源 6.待遥控器绿灯亮，快速拨动变形开关4次，将飞机运输模式转换为降落模式。 转换成功后，飞机电池按钮短按一次长按一次2秒关闭飞机电源（这个步骤很重要，切勿在通电的情况下安装云台相机） 7.将云台相机安装上飞机，并锁定。（白线对齐后根据提示方向锁定） 8.将螺旋桨叶片区分有白点和无白点对应安装上飞行器。 9.将下载好DJI GO APP的安卓或者平板设备用USB线连接至遥控器，并将设备固 定在支架上(选用性能相对较好的手机或平板，建议用性能好的平板，视野大，视线好)。使用前优先把手机或平板调成亮度最大。（白天因为阳光等影响，屏幕暗不容易看清飞行情况） 10.飞机电池按钮短按一次长按一次2秒开启飞机电源。 11.平板提示需要指南针校准的，根据提示，将飞机水平旋转360°，绿灯亮后 将机头朝下再旋转360°。会提示校准成功。不成功重新来一次或换个地方校准。 12.等飞行器机尾绿灯闪烁，安卓设备GPS已经搜索到卫星。 13.优先在手机或平板上进行一些设置的确认，屏幕里面有个飞机摄像头的模式选为锁定模式（即视线即为飞机的正前方）。 14.确认返航高度，观察周围较高建筑物。根据周围房屋建筑、树木、山包的
实验报告 课程名称：《机械原理课内实验》 学生姓名：徐学腾 学生学号：1416010122 所在学院：海洋信息工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 报导教师：宫文峰 2016年6 月26 日
实验一四旋翼飞行器实验 一、实验目的 1.通过对四旋翼无人机结构的分析，了解四旋翼无人机的基本结构、工作的原理和传动控制系统； 2. 练习采用手机控制终端来控制无人机飞行，并了解无人机飞行大赛的相关内容，及程序开发变为智能飞行无人机。 二、实验设备和工具 1. Parrot公司AR.Drone 2.0四旋翼飞行器一架； 2. 苹果手机一部； 3. 蓝牙数据传输设备一套。 4. 自备铅笔、橡皮、草稿纸。 三、实验内容 1、了解四旋翼无人机的基本结构； 2、了解四旋翼无人机的传动控制路线； 3、掌握四旋翼无人机的飞行控制的基本操作； 4、了解四旋翼无人机翻转动作的机理； 5、能根据指令控制无人机完成特定操作。 四、实验步骤 1、学生自行用IPHONE手机下载并安装AR.FreeFlight四旋翼飞行器控制软件。 2、检查飞行器结构是否完好无损； 3、安装电沲并装好安全罩； 4、连接WIFI，打开手机AR.FreeFlight软件，进入控制界面； 5、软件启动，设备连通，即可飞行。 6、启动和停止由TAKE OFF 控制。 五、注意事项 1.飞行器在同一时间只能由一部手机终端进行控制； 2. 飞行之前，要检查螺旋浆处是否有障碍物干涉； 3. 飞行之后禁止用手去接飞行器，以免螺旋浆损伤手部； 4. 电量不足时，不可强制启动飞行； 5. 翻转特技飞行时，要注意飞行器距地面高度大于4米以上； 6. 飞行器不得触水； 7. 飞行器最大续航时间10分钟。
目录 1 项目规程................................................................................. 错误!未指定书签。 2 航飞......................................................................................... 错误!未指定书签。 2.1 资料收集 ...................................................................... 错误!未指定书签。 2.2 编制设计书 .................................................................. 错误!未指定书签。 2.3 航线规划 ...... 2.4 飞行作业 ......2.5 交付第一批成2.6 外业布控及外3 内业......................................................................................... 错误!未指定书签。 3.1 数据入库 ...................................................................... 错误!未指定书签。 3.2 定向及布控 .................................................................. 错误!未指定书签。 3.3 空中三角测量 .............................................................. 错误!未指定书签。 3.4 DSM 提取 ..................................................................... 错误!未指定书签。 3.5 弧垂提取 ...................................................................... 错误!未指定书签。 3.6 危险点判读 .................................................................. 错误!未指定书签。 4 成果输出................................................................................. 错误!未指定书签。 5 平台环境................................................................................. 错误!未指定书签。 5.1 硬件 .............................................................................. 错误!未指定书签。 5.2 软件 .............................................................................. 错误!未指定书签。 6 项目案例................................................................................. 错误!未指定书签。 6.1 基本情况 ...................................................................... 错误!未指定书签。 6.2 阶段成果 ...................................................................... 错误!未指定书签。 航天远景空间地理信息(深圳)有限公司 电力巡线系统手册 2015年10月编制
无人机操作流程 植保无人机飞行流程是保证每次飞行能正常操作，提前发现故障，保证操作安全的重要流程，每次操作时须严格遵守。 一、作业准备工作 1、在每次作业之前，对不熟悉的地方一定要问清楚对方地理环境是否符合作业要求（空中障碍物、水源、配电、是否禁飞）,路程近的可以提前去做好环境勘察（填写好检查表格）。 2、要确定是否有充电的地方。 3、对飞行线路要有好的线路规划，不能盲目的去进行作业，要确保能高效地作业。各项准备工作符合要求，经批准后方可去作业。 4、一定要带上飞机原装的工具，以免在作业过程中出现突发情况。 5、进行至少一次试飞，以保证飞机可以正常作业。 6、到作业点后，选择好作业面，设置安全作业警戒线（尽量选择靠山体的一方作为起飞点和降落点，药物配制点）。二．飞行前检查 整机检查包括整机机体和电池检查，且每次飞行前都应按要求检查到位。为了不漏掉检查项目，一般采取从机头开始逆时针的方向逐一检查。 1、确定无人机设备是否完好无损，配件安装位置正确
2、确定遥控器电池（12V）、无人机电池（25V）电量是否充足 3、确实GPS天线是否固定好（标准：无松脱现象） 4、检查参数设置是否正常 （1）飞控电压：25V，飞机上电检测 （2）GPS卫星颗数：7颗以上，信号灯为绿灯双闪 （3）飞行状态：遥控器5通道选择模式，摇杆推至最上端为姿态増稳模式，推至中间为GPS模式，推至最下端为工作模式 5、动力部分 (1)目视检查电机及线缆是否正常？（标准：电机内无异物、线缆无松脱、无靠近电机现象） (2)目视检查电调是否正常？（标准：线缆无松脱、无破皮想象） (3) 检测电池是否正常？（标准：外观无破皮、膨胀；电量充足、无过大压差；线缆无松脱、无破皮现象；低压报警电压设置正确） (4)目视检查脚架是否正常？（标准：无变形、无螺丝松动现象） （5）目视检查药箱是否正常？（标准：无严重变形、无破裂、内无异物、滤网存在、通气孔无堵塞现象。） （6）目视检查药泵是否正常？（标准：螺丝无松动、电源接头无松脱现象) （7）目视检查药管、喷头是否正常？（标准：药管无破裂、接头无松脱；螺丝无松动；喷管展开后检查无裂纹、固定螺
四旋翼无人机建模及其PID控制律设计 时间：2012-10-27 来源：现代电子技术作者：吴成富，刘小齐，袁旭 关键字：PID无人机建模 摘要：文中对四旋翼无人机进行建模与控制。在建模时采用机理建模和实验测试相结合的方法，尤其是对电机和螺旋桨进行了详细的建模。首先对所建的模型应用PID进行了姿态角的控制。在此基础上又对各个方向上的速度进行了PlD 控制。然后在四旋翼飞机重心进行偏移的情况下进行PID控制，仿真结果表明PID控制律能有效的控制四旋翼无人机在重心偏移情况下的姿态角和速度。最后为了方便控制加入了控制逻辑。 关键词：四旋翼；建模；PID；控制；重心偏移；控制逻辑 四旋翼无人机是一种具有4个旋翼的飞行器，有X型分布和十字型分布2种。文中采用的是X型分布的四旋翼，四旋翼无人机只能通过改变旋翼的转速来实现各种运动。国外对四旋翼无人直升机的研究非常活跃。加拿大雷克海德大学的Tavebi和McGilvrav证明了使用四旋翼设计可以实现稳定的飞行。澳大利亚卧龙岗大学的McKerrow对Dragantlyer进行了精确的建模。目前国外四旋翼无人直升机的研究工作主要集中在以下3个方面：基于惯导的自主飞行、基于视觉的自主飞行和自主飞行器系统。而国内对四旋翼的研究主要有：西北工业大学、国防科技大学、南京航天航空大学、中国空空导弹研究院第27所、吉林大学、北京科技大学和哈工大等。大多数的研究方式是理论分析和计算机仿真，提出了很多控制算法。例如，针对无人机模型的不确定性和非线性设计的 DI／QFT(动态逆／定量反馈理论)控制器，国防科技大学提出的自抗扰控制器可以对小型四旋翼直升机实现姿态增稳控制，还有一些经典的方法比如PID控制等，但是都不能很好地控制四旋翼速度较大的情况。本文对四旋翼无人机设计了另外一种不同的控制方法即四旋翼的四元数控制律设计，仿真结果表明这种控制方法是一种有效的方法。尤其是对飞机的飞行速度较大的情况，其能稳定地控制四旋翼达到预期的效果。 1 四旋翼的模型 文中所研究的四旋翼结构属于X型分布，即螺旋桨M1和M4与M2和M3关于X轴对称，螺旋桨M1和M2与M3和M4关于Y轴对称，如图1所示。对于四旋翼的模型本文主要根据四旋翼的物理机理进行物理建模，并做以下2条假设。
成都翼高九天科技有限公司无人机操作手册 第一版
第一章引言 (1) 一、编制背景 (1) 二、适用范围 (1) 三、无人机巡线试飞基本要求 (1) 四、引用标准 (2) 第二章任务准备 (3) 一、接到任务后准备工作 (3) 二、设备领取 (3) 三、工作确定 (4) 第三章作业流程 (4) 一、作业保障 (4) 1.首要保证 (4) 2.作业环境保障 (4) 3.飞行安全保障 (5) 4.作业危险点分析及避免方法 (6) 二、正式作业 (7) 1. 起飞前准备 (7) 2.起飞作业 (8) 3.不同塔型拍摄内容及方式： (10) 3. 飞机回收 (14) 三、数据处理 (15) 1.无人机自身数据 (15) 2.作业数据 (15) 第四章附表 (15) 一、作业设备清单 (16) 二、无人机标准化作业卡 (16) 三、无人机作业情况报告表 (16) 四、无人机作业资料整理清单 (16)
成都翼高九天科技有限公司 无人机操作手册 第一章引言 一、编制背景 本手册为规范无人机操作规程，保证无人机的正确保管和使用，以及操作人员的人生安全，作业对象的安全和作业的顺利完成。 二、适用范围 本指导书适用于成都翼高九天科技有限公司无人机飞行小组人员对线路巡视的正常飞行巡检工作。 三、无人机巡线试飞基本要求 1.新建输电线路巡视重点：螺栓、线夹、金具、接续管、标牌、绝缘子的安装紧固情况。 2.巡线环境 （1）、平原地区 （2）、山下巡查山上线路 （3）、同一走廊有平行杆塔和线路 （4）、交叉跨越 第1页
3.杆塔类型 （1）、单回直线塔 （2）、单回耐张塔 （3）、同杆多回直线塔 （4）、同杆多回耐张塔 4.总体原则 遵循由易至难的巡视顺序，避免不必要的损失 5.辅助工作 巡视轨迹记录、巡资料与电力设备对应关系记纪录、飞行过程影像资料拍摄 四、引用标准 《架空输电线路运行规程》DL/T741-2010 《架空输电线路直升机巡视技术导则》DL/T288-2012 《电业安全工作规程》（电力线路部分）DL 409—2005 《架空送电线路运行规程》DL/T 741—2010 《架空输电线路管理规范》（试行）国家电网生[2003]481号 《国家电网公司电力安全工作规程》（电力线路部分）国家电网安监[2009]664号 第2页
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)
Pix4UAV软件处理无人机数据操作流程 一、Pix4UAV处理无人机数据包括以下几个步骤： 1、数据整理 2、启动软件 3、新建工程 4、数据处理 5、成果数据查看 6、数据后处理 二、具体操作步骤如下： 1数据整理 1)影像数据和POS数据的文件名及其存放的路径都不要出现中文。原始数据的存储 路径和成果数据的最好不在同一盘（若只有一个可以存放数据的盘，则两者最好 不要在同一路径下，都放在根目录即可），否则有可能影响速度。 2)POS的格式可为*.txt、*.dat或者*.csv中的任意一种，内容中不能出现任何中 文字符。POS数据包含的内容依次为：影像名称纬度经度绝对航高Κφω， （若无IMU，则无需Κ、φ、ω，POS数据包含的内容依次为：影像名称纬度经 度绝对航高）。 图1 POS数据样例（有IMU数据） 图2 POS数据样例（无IMU数据） 3)影像格式最好是JPG的，如果是TIFF的要转成JPG的，可节省时间。 2启动软件，显示如下界面。
3新建工程 1)点击Project菜单，从列表中选择New Project。 2)弹出如下对话框，定义工程存放路径和工程名称。 点击Browse按钮，弹出如下对话框，定义工程存放的路径。
工程路径和工程名定义完成后，界面显示如下。 3)点击Next按钮，弹出加载影像数据的界面。
点击按钮，找到影像数据存放的路径并选中待处理的影像加载，加载数据完成后，显示界面如下。 4)点击next按钮，显示如下界面。定义坐标系、相机参数，并导入POS数据。
①坐标系设定。若默认的坐标系正确，则无需更改。若不正确，则点击Images coordinate system选项卡中的按钮，弹出如下的定义坐标系界面。 可以通过点击来选择投影和坐标系；也可以通过导入通用的prj文件来定义坐标系。 ②相机模型设定。相机模型的核查、修改或自定义。在Camera model选项卡中点击按钮。
石河子职业技术学院多旋翼植 保无人机 培训手册 石河子职业技术学院无人机工程技术研究中心 2016年2月
目录 概述 (3) 法律法规 (3) 训练计划 (4) 员工必读 (5) 安全飞行 (6) 理论知识 (7) 实际操作 (9) 起降训练 (10) 主控系统 (11) 飞行过程中遇到的问题及解决方案 (13) 电机电调 (14) 备注 (16)
无人机驾驶飞机，简称无人机，利用无线电控设备和自备的程序控制装置操控的不载人飞机。 法律法规 《中华人民共和国民用航空法》-飞行管理 第七十三条 在一个划定的管制空域内，由一个空中交通管制单位负责该空域内的航空器的空中交通管制。 第七十四条 民用航空器在管制空域内进行飞行活动，应当取得空中交通管制单位的许可。 第七十五条 民用航空器应当按照空中交通管制单位指定的航路和飞行高度飞行；因故确需偏离指定的航路或者改变飞行高度飞行的，应当取得空中交通管制单位的许可。 第七十六条 在中华人民共和国境内飞行的航空器，必须遵守统一的飞行规则。进行目视飞行的民用航空器，应当遵守目视飞行规则，并与其他航空器、地面障碍物体保持安全距离。进行仪表飞行的民用航空器，应当遵守仪表飞行规则。飞行规则由国务院、中央军事委员会制定。 第七十七条 民用航空器机组人员的飞行时间、执勤时间不得超过国务院民用航空主管部门规定的时限。 民用航空器机组人员受到酒类饮料、麻醉剂或者其他药物的影响，损及工作能力的，不得执行飞行任务。 第七十八条 民用航空器除按照国家规定经特别批准外，不得飞入禁区；除遵守规定的限制条件外，不得飞入限制区。前款规定的禁区和限制区，依照国家规定划定 第七十九条 民用航空器不得飞越城市上空；但是，有下列情形之一的除外：（一）起飞、降落或者指定的航路所必需的；（二）飞行高度足以使该航空器在发生紧急情况时离开城市上空，而不致危及地面上的人员、财产安全的；（三）按照国家规定的程序获得批准的。 第八十一条 民用航空器未经批准不得飞出中华人民共和国领空。对未经批准正在飞离中华人民共和国领空的民用航空器，有关部门有权根据具体情况采取必要措施，予以制止。
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
1、互补滤波算法 互补滤波器作为一种频域滤波器，常用于融合来自不同传感器测量得到的数据。一般地，互补滤波器包含至少两种频率特性互补的输入信号。例如，对于陀螺仪和加速度计解算姿态这一双输入系统，两个输入量都能分别对姿态角进行解算，其中加速度计输入量包含高频，应通过低通滤波器来滤除；陀螺仪则包含低频噪声（积分漂移），应采用高频滤波器滤队。两者的频率特性互补，可用互补滤波思想进行姿态解算，最终输出较准确信号。 2、四元数表示姿态角 运用互补滤波与卡尔曼滤波思想进行姿态整合的过程归根结底都是利用加速度计解算出的姿态角去修正陀螺仪积分的漂移误差. 这两种方法在姿态融合过程中姿态角的表示形式都是欧拉角表示.但是用欧拉角进行姿态解算在大角度计算时会出现万向节锁(角度为90度时加速度计进行姿态解算的反三解函数无解),为了避免该问题,可采用四元数来解算姿态. 四元数的优点： ·四元数不会存在欧拉角的万向节死锁的问题 ·四元数由4个数组成2个四元数之间更容易插值 ·对四元数规范化正交化计算更加容易 3、MPU6050 DMP内部四元数解算功能 运动控制传感器MPU6050提供了DMP内部四元数解算功能，可以直接输出四元数数据。它除了提供三轴陀螺仪和三轴加速度计传感器的16位ADC信号采集功能之外，还集成了数字低通滤波器和数字运动处理DMP，可以直接输出经低通滤波处理和四元数姿态解算后的四元数数据。将该四元数转换为欧拉角，可以得到准确的俯仰角和橫滚角。 4、PID 控制
由自动控制原理可知，采用角速度反馈闭环控制可有效增加系统稳定性，因此，在进行状态角控制之前需设计姿态角速度增稳内环控制。同时，系统最终控制量为空间位置，因此需要增加外环位置控制。由此得到四轴飞行器俯仰角方向整体控制结构： 4.1、PID 控制 比例控制指的是使用一个比例系数对输入量与期望量的差进行放大或缩小。不过单纯的比例控制会产生静态误差（误差不会收敛于0），所以这时要加入积分控制，对误差进行积分再乘以积分系数，误差累计越大积分控制的比重越大。其优点是可以消除静态误差；其缺点是不稳定，会使系统产生振荡。微分控制是预测系统的变化趋势。当输入的数据缓慢变化时微分项不起作用，当产生一个阶跃响应瞬间发生变化时，微分项发挥作用，做“超前控制”。 4.2串级PID 当将两个PID串联起来,用第一个PID的输出量作为第二个PID的输入量,第一个PID的期望量为期望达到的角度,第二个PID的期望量为此时该轴的角速度,角度环为1级PID为外环,角速度环为2级PID为内环 串级PID较单级PID的优点是,作为内环的角速度由陀螺仪采集数据输出,采集值一般不存在受外界影响的情况,抗干扰能力强,并且角速度变化灵敏,当受外界干扰时,回复迅速,这样使四轴在飞行时抗干扰能力强,飞行更稳定. 4.3PID调试过程详解--P64
毕业设计(论文)开题报告
题目：基于 STM32 的微型四旋翼无人机控制系统设计—软件设计
院 （系） 专 班 姓 学 导
电子信息工程学院
业电气工程及其自动化 级 名 号 师
2017 年 3 月 9 日
1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、国内外相关研究情况及研究意义） 1.1 题目背景 微型无人机飞行器（MUAV，Mirco Unmanned Aerial Vehicle）是一种内置 控制系统，可以远程操控实现自主飞行的设备。其类型包括固定翼微型飞行器、 仿生扑翼微型飞行器及旋翼式微型飞行器。由于它具有隐蔽性强，低成本、低损 耗、零伤亡、高机动性等优点，使其迅速从军事领域拓宽到农业、民用和科研等 领域。在军事领域，因为具有零伤亡，战场生存能力强等特点，非常适合执行高 危险和人类无法参与的任务。在民用上，他也可以代替载人机完成一些任务，比 如救援搜索，灾情勘探，气象监测等。 MUAV 飞行性能主要包括，起飞着陆性能，姿态变换性能。而这些性能的优劣 取决于核心部件--飞行控制系统。随着数字处理器处理速度和能力的不断提高， 设计先进的控制系统已经是大势所趋。先进的飞行控制系统使微型无人机能在没 有外界干预的情况下自主飞行，完成预先规定的任务。由于微型无人机身有限的 负载能力和体积限制， 现在的一些导航系统和飞行控制系统很难直接在微型无人 机上使用，所以对微型无人机的飞行控制系统的研究意义重大！ 1.2 国内外相关研究情况 国外对于四旋翼的研究非常的活跃，加拿大的雷克海德大学里面的相关研究 人员很早就证明了采用四旋翼设计思路能够实现飞行器的稳定飞行，澳大利亚的 卧龙岗大学相关研究人员已经对四旋翼有了精确的模型建立。各国研究人员也 以此引发了一个四旋翼的研究热潮。下面对部分研究机构所设计的四旋翼做一个 介绍 1）Microdrones MD4-1000 四旋翼无人飞行
MD4-1000 四旋翼无人机是由德国 MICRODRONES 公司生产， 可垂直起降自动驾 驶。机体云台都是采用特殊的碳纤维材料，机身重量轻、强度高，机臂可折叠， 方便运输。姿态、高度以及航向参考系统集成了加速度计、陀螺仪、电子罗盘、 气压高度计、温度计、湿度计等高精度传感器，相比 MD4-200，它的任务载荷大， 抗风能力强，续航时间更长，姿态控制更加稳定。
无人机教学方案
无人机教学方案 一、培训需求分析： 国内无人机近几年来发展比较快，而除军事用途外，由于无人机成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等的优势，使得无人机在航空拍照、地质测量、高压输电线路巡视、油田管路检查、高速公路管理、森林防火巡查、毒气勘察、缉毒和应急救援、救护等民用领域应用前景极为广阔。 因此技术先进、性能各异、用途广泛的各种新型无人机种不断出现。中国的无人机发展速度极快，相关需求急剧增加，很多生产和装备使用无人机单位的操控人才十分紧缺，而国内能够系统培养无人机操控员的机构非常稀少。据初步估算，中国需要的无人机操作维护人员可达20万。 二、培训的目标 1、经过理论教学、地面站控制、遥控器使用、通讯设备的维护和使用、电池的维护与使用、机体的组装等课程培养初级的无人机飞手。 2、经过任务飞行、航空摄影、航空测量、农业植保机操作、弹射器架设及使用、后期软件教学等方面培养初级的项目实操人才。 3、经过带领学员亲自参与项目实操，强化后期处理能力，提升学员艺术修养，了解无人机项目操作全过程等方面培养专业的项目管理人才。
三、培训内容 1、初级飞手培训教程（有基础） 注：无基础的需要在实操飞行方面多培训10天，合计30天。2、初级的项目实操培训教程（在初级飞手培训教程的基础上增设
如下内容） 3、专业的项目管理人才 主要对电力架线、电力巡线、抢险救灾的、农业植保，航测、航拍等实际项目进行跟踪实操（至少经历5个实操项目），进一步加强学员的实际操作能力及项目成本控制能力。深入了解各种机型的性能和使用方向，充分掌控项目运营过程中人员和机型的调配。预计需要1个月的时间。 4、教员培训
小型四旋翼无人机组机 方案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
一、小型四旋翼无人机总体架构 典型的小型四旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PPM编码板）组成。 （一）机械部分 机架 考虑到编队飞行对实验室空间的要求，希望机架能够尽量的小。根据与蔡国伟老师对电机与桨叶（后文提到）的搭配进行讨论后，决定将机架的大小设定为轴距255mm，边距180mm（由6寸桨的大小决定）。 1，底板 2，中间机架板 3，顶板 整个机体由底板、中间机架板、顶板连接而成（通过尼龙螺柱和螺丝）；底板安置电池、xbee模块、遥控器接收机、电调连接板，中间机架板安置4个电调、pixhawk飞控板，顶板用于安置定位系统标记点（同时起到保护、隐藏pixhawk飞控板及走线的作用）；为便于安装，所有开孔、镂空均根据拟选器件匹配设计；拟采用碳2mm厚3K纤维板加工。 另设计四个保护罩如下（可用于避免桨叶受损或伤人）：
4，保护罩 （二）动力部分 （1）电机 一般而言，小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。经过对比讨论后，拟选用飓风D2206 KV1900无刷直流电机（配6寸桨）。之所以选用这款电机是因为这款电机能够提供较大的拉力，同时该电机的工作电流处在一个比较小的区间，单个电机重量仅为。
飓风D2206 KV1900参数表 飓风D2206 KV1900实物图 （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，市面上可售的大部分电子调速器的刷新频率都大于 400hz，符合要求。根据上文所选电机的工作电流，综合考虑重量要求，与蔡国伟老师沟通后，拟选用好盈XRotor-10A电子调速器。
一、小型四旋翼无人机总体架构 典型的小型四旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PPM编码板）组成。 （一）机械部分 机架 考虑到编队飞行对实验室空间的要求，希望机架能够尽量的小。根据与蔡国伟老师对电机与桨叶（后文提到）的搭配进行讨论后，决定将机架的大小设定为轴距255mm，边距180mm（由6寸桨的大小决定）。 1，底板 2，中间机架板 3，顶板 整个机体由底板、中间机架板、顶板连接而成（通过尼龙螺柱和螺丝）；底板安置电池、xbee模块、遥控器接收机、电调连接板，中间机架板安置4个电调、pixhawk飞控板，顶板用于安置定位系统标记点（同时起到保护、隐藏pixhawk 飞控板及走线的作用）；为便于安装，所有开孔、镂空均根据拟选器件匹配设计；拟采用碳2mm厚3K纤维板加工。 另设计四个保护罩如下（可用于避免桨叶受损或伤人）：
4，保护罩 （二）动力部分 （1）电机 一般而言，小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。经过对比讨论后，拟选用飓风D2206 KV1900无刷直流电机（配6寸桨）。之所以选用这款电机是因为这款电机能够提供较大的拉力，同时该电机的工作电流处在一个比较小的区间，单个电机重量仅为27.5g。
飓风D2206 KV1900参数表 飓风D2206 KV1900实物图 （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，市面上可售的大部分电子调速器的刷新频率都大于400hz，符合要求。根据上文所选电机的工作电流，综合考虑重量要求，与蔡国伟老师沟通后，拟选用好盈XRotor-10A电子调速器。
145 机械装备研发 Research & Development of Machinery and Equipment 周茂繁 （西南科技大学制造科学与工程学院，四川 绵阳 621000） 摘 要：随着无人机的快速发展，其在日常生活中的应用越来越广泛。因其螺旋桨与机身暴露在外，一旦发生碰撞，坠落风险很高。文章利用三维造型软件solidworks 对无人机保护外壳的三维造型进行设计建模，设计了一种结构简单、能够拆卸、便于组装的无人机保护外壳，能有效防止无人机因碰撞而发生坠落。关键词：无人机；保护罩；结构；设计中图分类号：U674.76 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）10-0145-01 ——————————————作者简介： 周茂繁（1998—），女，四川成都人，本科，研究方向： 机械设计。 随着无人机的大量投入使用，无人机坠机事故频频发生[1] 。无人机撞地事故分为两种情况，一是无人机出现机械故障或遭遇灾难性的气象致使无人机失去控制而坠地；二是操控手正常操纵无人机时，由于对地形把握不准而出现误撞山坡或障碍物，或近地着陆时高度和位置信息测量不准确导致降落触地。前者属于失控撞地，后者属于在控撞地[2]。 如何避免无人机与其他机体或障碍物碰撞已成为世界各国十分重视的问题。美军建立了防止无人机与有人机碰撞机制来避免撞击事故发生。但其效能还未达到安全程度，且对近地撞击障碍物事故至今任未研制出切实可行、安全高效的将无人机本体保护在内部，避免了螺旋桨与外部环境直接接触。其外部是由碳纤维材质组成的两个半球，使得无人机在发生碰撞时可以回弹或旋转，如图1所示。在实际使用中，当无人机发生碰撞时，两个单独的半球形外壳被动旋转，这种机制能够在不影响飞行稳定性的情况下与障碍物相撞，从而避免了复杂的传感与规避策略，旋转原理如图2所示。 2 无人机保护罩三维结构造型 利用三维设计软件Solidworks 对无人机保护罩进行设计建模，具体零部件结构如图3～图6所示。 3 实验样机与试飞 考虑到无人机载重问题，所负载外壳重量应尽可能小， 但外壳材料也需要满足具有一定强度，所以在保护外壳实物制作中选择碳纤维材料。球形外壳部分采用碳纤维管与3D 打印关节组成，中心连接部分选用碳纤维板切割制成，轴承选用轻质量的尼龙塑料轴承。实物成品与实验效果如图7～8所示。 4 结论 本项目是针对四旋翼无人机所设计的一套保护外壳，结构简单，容易拆卸，能降低无人机坠毁风险。通过实物制作与实验，保护外壳结构合理，能有效规避无人机直接与障碍物发生碰撞。参考文献： [1]薄文娟.国内外无人机系统的研究现状[D].内蒙古:内蒙古电子 技术信息学院,2016. [2]许卫东,呼曦.机载增强型近地警告系统发展概述[J].航空制造 技术,2006,24(16):51-52.[3]李洋.自主防撞击无人机传感器的信息融合算法研究[D].沈阳: 沈阳航空航天大学,2013.[4]张玉民,何鑫,杨百川.基于WPF 技术的无人机地面站软件设计 与实现[J].计算机工程与设计,2019(4):1167-1173. （收稿日期： 2019-5-18） 图1 无人机保护罩示意图 图 2 半球形外壳旋转原理 图3 碳纤维外壳结构图 4 无人机连接部分 图 5 外壳支撑与连接图 6 完整装配图 图8 无人机实验 图7 无人机保护罩安装