基本信息
- 項目名稱：
- 四旋翼遙控飛行機器人
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本設(shè)計以飛思卡爾公司的16位單片機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)檢測模塊，同時輔以無線遙控模塊實現(xiàn)了飛行器航行姿態(tài)的無線遙控控制。并加以攝像頭，射頻模塊來實現(xiàn)無線視頻監(jiān)控。監(jiān)控室的監(jiān)控人員可以對飛行器無線的遙控，當飛行器飛行到災(zāi)后現(xiàn)場上空時，可以通過所攜帶的攝像頭將圖像資料無線傳輸給監(jiān)控室，給現(xiàn)場決策提供幫助，為災(zāi)后現(xiàn)場的搜救提供了條件。
- 詳細介紹：
- 我國地域廣大，自然條件復(fù)雜，是世界上自然災(zāi)害最為嚴重的國家之一。2008 四川汶川以及2010 年玉樹連續(xù)發(fā)生了7 級以上地震。震后塌方和泥石流在給救災(zāi)帶來困難的同時，也進一步加大了施救的難度，增加了施救者受傷的危險程度。雖然自然災(zāi)害的發(fā)生無法阻止，但是減少災(zāi)害帶來的傷害是可以實現(xiàn)的，比如開發(fā)一種無人駕駛的微型飛行器，對上述不可到達的危險領(lǐng)域進行探測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，盤旋，飛行，著陸的能力。飛行器可以飛至離目標更近的區(qū)域，而不像傳統(tǒng)直升機由于其巨大的單旋翼而不能近距離靠近目標。由此可見微型四旋翼飛行器在重大災(zāi)后現(xiàn)場搜救時比傳統(tǒng)直升機更有優(yōu)勢，因此我們可以利用微型四旋翼飛行器為平臺研發(fā)一種無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
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 作品設(shè)計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)計的基本思路是在一正方形的四個頂點上安裝四個直流無刷電機帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)為飛行器提供動力，并采用陀螺儀，加速度，氣壓計等傳感器來采集飛行器實時的空中恣態(tài)并加以較正。四旋翼飛行器幾乎可以從底層開始，完全自主設(shè)計、制作、驗證、試飛。因此可以有更多的科學(xué)技術(shù)人員來進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、先進性
- 本設(shè)計的重點是設(shè)計一個微型四旋翼的飛行器，對于四旋翼飛行器，不需要像固定翼飛機那樣過多地考慮空氣動力學(xué)等深奧的理論知識；又不需要傳統(tǒng)直升機那樣精密的漿轂調(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)計中沒有采用昂貴的慣性恣態(tài)檢測設(shè)備。而是采用陀螺儀和加速度傳感器配合并通過軟件算法來實現(xiàn)飛行器空中慣性恣態(tài)檢測的。本設(shè)計既沒有使用傳統(tǒng)的四元數(shù)法進行姿態(tài)檢測，也沒有使用卡爾曼濾波。而本設(shè)計算法的核心在于用加速度傳感器來修正陀螺儀的積分誤差，主要是將陀螺儀和加速度計的測量值減常值誤差，得到角速度和加速度，并對角速度進行積分，然后對陀螺儀積分和加速度計的數(shù)值進行融合。融合分為兩部分，實時融合和長期融合，實時融合每一次算法周期都要執(zhí)行，而長期融合每200個檢測周期執(zhí)行一次。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示 圖片 錄像 實物
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 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)、雷達和地形匹配等技術(shù)，開發(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，當前通信鏈技術(shù)的可靠性、安全性和抗干擾性還不能滿足實際應(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，極具研究價值。它的研制不僅是對其自身問題的解決，還能推動其所涉及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。
同類課題研究水平概述
- 世界上對小型四旋翼飛行器的研究主要集中在3個方面:基于慣導(dǎo)的自主飛行控制、基于視覺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自動化系統(tǒng)實驗室開發(fā)的一種電動小型四旋翼飛行器，研究的重點是機構(gòu)設(shè)計方法和自主飛行控制算法，目標是要實現(xiàn)室內(nèi)和室外環(huán)境中的完全自主飛行。
