具有自復(fù)位能力的四旋翼飛行器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制方法研究.pdf

1、無(wú)人飛行器在多種領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，諸如災(zāi)后搜救、星球探索、軍事偵察、環(huán)境探測(cè)以及影視制作等。四旋翼飛行器是無(wú)人飛行器中的一個(gè)重要分支，其優(yōu)點(diǎn)主要包括體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、控制靈活以及飛行性能穩(wěn)定等。簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、卓越的飛行性能以及獨(dú)特的飛行控制方式使得四旋翼飛行器能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的環(huán)境、應(yīng)用于更多領(lǐng)域。然而傳統(tǒng)四旋翼飛行器的研究側(cè)重于避障的設(shè)計(jì)，無(wú)法解決飛行器意外墜落導(dǎo)致飛行器傾覆而無(wú)法繼續(xù)飛行的問(wèn)題。針對(duì)四旋翼飛行器平

2、臺(tái)，本文提出一種新穎的保護(hù)和復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的控制策略，將傳統(tǒng)的避撞型飛行器向新型的耐撞型飛行器轉(zhuǎn)變，解決了普通四旋翼飛行器在傾覆狀態(tài)下無(wú)法起飛的難題，大大地提高了四旋翼飛行器執(zhí)行任務(wù)的能力。
　　本文設(shè)計(jì)了一種具有自復(fù)位能力的四旋翼飛行器，飛行器的主體機(jī)身大小為29.5cm×29.5cm×26cm，重345g。在機(jī)身的上方由碳纖維桿形成弧形保護(hù)籠架，自復(fù)位機(jī)構(gòu)對(duì)稱安裝于機(jī)身兩側(cè)。自復(fù)位機(jī)構(gòu)主要包括一對(duì)長(zhǎng)28.8cm的導(dǎo)臂以

3、及一對(duì)直流減速電機(jī)。四旋翼飛行器以Atmega328P為主控芯片的控制板為飛行控制中心，MPU6050為姿態(tài)解算單元，CC2530模塊為無(wú)線通信單元，基于ZigBee協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)飛行器與網(wǎng)關(guān)的無(wú)線通信與數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的遠(yuǎn)程控制。飛行器利用姿態(tài)解算單元能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)飛行器姿態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到飛行器處于傾覆狀態(tài)，則啟動(dòng)自復(fù)位機(jī)構(gòu)，利用導(dǎo)臂實(shí)現(xiàn)飛行器的翻滾運(yùn)動(dòng)，達(dá)到飛行器從傾覆狀態(tài)到正立起飛狀態(tài)的自復(fù)位。針對(duì)自復(fù)位失敗的情況，本文設(shè)計(jì)了人工