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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 四旋翼遙控飛行機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本設(shè)計(jì)以飛思卡爾公司的16位單片機(jī)MC9S12XS128為控制核心，利用陀螺儀、加速度傳感器、大氣壓傳感器等構(gòu)成姿態(tài)檢測(cè)模塊，同時(shí)輔以無(wú)線遙控模塊實(shí)現(xiàn)了飛行器航行姿態(tài)的無(wú)線遙控控制。并加以攝像頭，射頻模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線視頻監(jiān)控。監(jiān)控室的監(jiān)控人員可以對(duì)飛行器無(wú)線的遙控，當(dāng)飛行器飛行到災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)上空時(shí)，可以通過(guò)所攜帶的攝像頭將圖像資料無(wú)線傳輸給監(jiān)控室，給現(xiàn)場(chǎng)決策提供幫助，為災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)的搜救提供了條件。
- 詳細(xì)介紹：
- 我國(guó)地域廣大，自然條件復(fù)雜，是世界上自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。2008 四川汶川以及2010 年玉樹(shù)連續(xù)發(fā)生了7 級(jí)以上地震。震后塌方和泥石流在給救災(zāi)帶來(lái)困難的同時(shí)，也進(jìn)一步加大了施救的難度，增加了施救者受傷的危險(xiǎn)程度。雖然自然災(zāi)害的發(fā)生無(wú)法阻止，但是減少災(zāi)害帶來(lái)的傷害是可以實(shí)現(xiàn)的，比如開(kāi)發(fā)一種無(wú)人駕駛的微型飛行器，對(duì)上述不可到達(dá)的危險(xiǎn)領(lǐng)域進(jìn)行探測(cè)和即可減少傷害的發(fā)生。微型四旋翼飛行器具有較高的操控性能，并具有在小區(qū)域范圍內(nèi)起飛，盤(pán)旋，飛行，著陸的能力。飛行器可以飛至離目標(biāo)更近的區(qū)域，而不像傳統(tǒng)直升機(jī)由于其巨大的單旋翼而不能近距離靠近目標(biāo)。由此可見(jiàn)微型四旋翼飛行器在重大災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)搜救時(shí)比傳統(tǒng)直升機(jī)更有優(yōu)勢(shì)，因此我們可以利用微型四旋翼飛行器為平臺(tái)研發(fā)一種無(wú)人駕駛的微型飛行器。為災(zāi)后的搜救工作提供條件。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)的主要目的是可以在空中收集災(zāi)情信息和輔助各種救援任務(wù)。設(shè)計(jì)的基本思路是在一正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上安裝四個(gè)直流無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)為飛行器提供動(dòng)力，并采用陀螺儀，加速度，氣壓計(jì)等傳感器來(lái)采集飛行器實(shí)時(shí)的空中恣態(tài)并加以較正。四旋翼飛行器幾乎可以從底層開(kāi)始，完全自主設(shè)計(jì)、制作、驗(yàn)證、試飛。因此可以有更多的科學(xué)技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行四旋翼飛行器的研究。它的技術(shù)關(guān)鍵在于空中姿態(tài)控制和航行行為控制算法的研究。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)一個(gè)微型四旋翼的飛行器，對(duì)于四旋翼飛行器，不需要像固定翼飛機(jī)那樣過(guò)多地考慮空氣動(dòng)力學(xué)等深?yuàn)W的理論知識(shí)；又不需要傳統(tǒng)直升機(jī)那樣精密的漿轂調(diào)整旋翼的漿距；它的技術(shù)關(guān)鍵在于空中姿態(tài)控制和航行行為控制算法的研究。在本設(shè)計(jì)中沒(méi)有采用昂貴的慣性恣態(tài)檢測(cè)設(shè)備。而是采用陀螺儀和加速度傳感器配合并通過(guò)軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行器空中慣性恣態(tài)檢測(cè)的。本設(shè)計(jì)既沒(méi)有使用傳統(tǒng)的四元數(shù)法進(jìn)行姿態(tài)檢測(cè)，也沒(méi)有使用卡爾曼濾波。而本設(shè)計(jì)算法的核心在于用加速度傳感器來(lái)修正陀螺儀的積分誤差，主要是將陀螺儀和加速度計(jì)的測(cè)量值減常值誤差，得到角速度和加速度，并對(duì)角速度進(jìn)行積分，然后對(duì)陀螺儀積分和加速度計(jì)的數(shù)值進(jìn)行融合。融合分為兩部分，實(shí)時(shí)融合和長(zhǎng)期融合，實(shí)時(shí)融合每一次算法周期都要執(zhí)行，而長(zhǎng)期融合每200個(gè)檢測(cè)周期執(zhí)行一次。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專(zhuān)利
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像 實(shí)物
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 微小型四旋翼飛行器主要面向近地面環(huán)境，比如:城區(qū)、森林、隧道和室內(nèi)等。但是，目前還存在定位、導(dǎo)航與通信方面的問(wèn)題。一方面，在近地面環(huán)境中GPS常常不能正常工作，需要綜合慣導(dǎo)、光學(xué)、聲學(xué)、雷達(dá)和地形匹配等技術(shù)，開(kāi)發(fā)可靠而精確的定位與導(dǎo)航技術(shù);另一方面，近地面環(huán)境地形復(fù)雜，干擾源多，當(dāng)前通信鏈技術(shù)的可靠性、安全性和抗干擾性還不能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求。因此，研制體積小、重量輕、功耗低、穩(wěn)定可靠和抗干擾的通信鏈對(duì)微小型四旋翼飛行器技術(shù),尤其是多飛行器協(xié)同控制技術(shù)的發(fā)展而言，是十分關(guān)鍵的。微小型四旋翼飛行器在軍事和民用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，極具研究?jī)r(jià)值。它的研制不僅是對(duì)其自身問(wèn)題的解決，還能推動(dòng)其所涉及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 世界上對(duì)小型四旋翼飛行器的研究主要集中在3個(gè)方面:基于慣導(dǎo)的自主飛行控制、基于視覺(jué)的自主飛行控制和自主飛行器系統(tǒng)方案，其典型代表分別是:瑞士洛桑聯(lián)邦科技學(xué)院(EPFL)的OS4、賓夕法尼亞大學(xué)的HMX4和佐治亞理工大學(xué)的GIMARS。OS4是EPFL自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一種電動(dòng)小型四旋翼飛行器，研究的重點(diǎn)是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和自主飛行控制算法，目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)室內(nèi)和室外環(huán)境中的完全自主飛行。
