基本信息
- 項目名稱：
- 四軸飛行器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 四軸飛行器具有類似直升機的飛行性能,可在空中懸停.同時具有機械結構簡單,成本低廉,維護簡便,飛行噪音小等特點. 它可根據實際情況,實時調整自身姿態(tài),保持機體平衡,并可接受用戶指令,實現要求的動作. 同時,飛行器搭載空投系統(tǒng)和視頻傳輸系統(tǒng),可實現無人偵察和物資定點投放等功能.
- 詳細介紹：
- 四軸飛行器有用四個螺旋槳,每個螺旋槳的槳距都是固定不變的.也就是說在任何時刻,螺旋槳都保持固定的形狀,因此省去了復雜的旋翼頭結構.需調整四個臂中某一臂的升力時,只需相應改變其驅動電機的轉速即可. 但僅靠上述簡單的結構是無法在復雜的空中環(huán)境中隨時保持飛行器平衡的,因此我們還需要采用３軸陀螺儀和３軸加速度傳感器組成捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)(簡稱IMU),通過我們設計中的主控IC,飛行器可實時計算出姿態(tài)變化并自動作出調整.結合遙控系統(tǒng)給出的用戶指令,飛控系統(tǒng)可完成飛行器的控制任務. 四軸飛行器作為一個飛行平臺,其功能擴展是非?？捎^的,在本設計中,我們加入了視頻傳輸系統(tǒng)和空投系統(tǒng).通過視頻傳輸系統(tǒng),用戶可佩戴專用的視頻眼鏡,在控制飛機的同時觀察機載攝像頭傳回的視頻,做到虛擬第一人稱駕駛的效果.空投系統(tǒng)可在飛行器起飛時掛載物資,在飛行器到達指定位置后投放至地面. 可見,通過各種各樣的擴展系統(tǒng),四軸飛行器的應用領域可遍布民用軍用,無論是休閑娛樂,搶險救災或是戰(zhàn)略偵查,航拍制圖,四軸飛行器都可以大顯身手.
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 當前世界上主流的飛行器,基本分為兩大類:固定翼飛行器和旋翼飛行器,大家熟知的直升機即屬于旋翼飛行器的一種,其最大特色是能完成空中懸停動作. 但直升機為保持平衡和完成操控著要求的動作,需要非常復雜的旋翼機械結構,同時要通過在尾部加裝額外的旋翼防止主槳的反作用力造成自旋.這極大地增加了其設計制造難度和維護成本. 因此在電子技術高度發(fā)達的今天,有必要設計一種新型飛行裝置,依靠機載電子設備取代部分機械結構,在以不損失飛行器性能為前提下降低生產和維護成本.因此我們選擇了四軸飛行器,并自主開發(fā)了專用的飛行控制系統(tǒng). 在實驗室階段,采用模型用12V,2200mAh電池情況下,樣機可正常飛行15至20分鐘左右,懸停功率約為240W(無負載),最大負載能力約為1.2Kg.以上數據是在調試階段,機架采用耐摔的金屬材料的情況下獲得的,相信在輕量化后,各個參數都會有明顯進步.
科學性、先進性
- 四軸飛行器在實現直升機飛行性能的同時,極大地降低了機械機構的復雜程度,因此四軸飛行器的生產成本和維護復雜度相較傳統(tǒng)直升機都有顯著降低. 因其維持機身平衡的任務全部由機載電子設備完成,所以在制作過程中,對飛行器的中心,對稱性,螺旋槳及電機性能一致性都沒有很高要求.這對降低設計難度和量產品質控制也有著巨大意義. 同時,四軸飛行器種種較低的要求,對于安裝各種擴展系統(tǒng)設備也有著不言而喻的好處,我們不需要過多考慮擴展設備是否破壞了飛行器重心,只需按照其實現功能的最佳位置安放即可.
獲獎情況及鑒定結果
- 桂林電子科技大學信息科技學院第二屆Altera杯EDA電子設計競賽一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 實物,圖紙,現場演示,圖片,錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 飛行器各部分都不需要用到昂貴或易損部件,結構設計也不是非常復雜.這使得四軸飛行器非?？煽康耐瑫r非常廉價.因此,無論是模型級還是工業(yè)級,甚至軍工級的產品,都有一定的市場前景.系統(tǒng)采用了FPGA芯片作為主控,若進行量產還可將FPGA芯片替換為更為廉價的專用ASIC,移植過程非常簡便而且基本沒有前期成本. 在明確用途,找準新型飛行器定位的前提下,四軸飛行器擁有很好的市場前景和經濟效益.如在軍事領域應用,其軍事效益也不可忽視.
同類課題研究水平概述
- 世界各國科研機構和相關組織,對新型飛行器的研究從未中斷,期間杰出成果不斷涌現. 在四軸飛行器方面,美國斯坦福大學等高校走在前列,他們已經可以做到多個飛行器合作搬動重物,并聯(lián)動調整升力,保持整體的平衡.甚至可以讓飛行器側身穿過僅略大于機身厚度的豎直縫隙. 此外德國的MK開源四軸飛行器項目在眾多愛好者的努力下也日趨完善,當前已經可以實現GPS追蹤,地面站自動控制等等功能.
