微型可变形四旋翼飞行器设计与实现

发布时间：2017-07-06 18:20

  本文关键词：微型可变形四旋翼飞行器设计与实现

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【摘要】：多旋翼飞行器机械结构简单、机动灵活、飞行稳定性好,可以垂直起降、悬停,这些特点使多旋翼飞行器应用越来越广泛。多旋翼飞行器由于其结构特点,在尺寸上可以达到微型化,从而可以在室内、巷道等环境下飞行。同时近些年来,可穿戴设备开始兴起,尽管只是处于起步阶段,但已经很好地改善了人类的生活与感知体验。不过目前可穿戴设备存在功能单一、缺乏创意、产品同质化等问题。本文在四旋翼飞行器的研制开发中融合可穿戴设备的设计思想,通过对柔性机架飞行器模型、变形机构、飞行控制软硬件平台及飞行模式等方面进行研究,设计了微型可变形四旋翼飞行器,其通过变形可以穿戴在手腕上。为了实现四旋翼飞行器的可穿戴化,本文在详细分析四旋翼飞行器的结构的基础上,提出使用柔性支架,并且通过变形机构使四旋翼飞行器变形成腕带来完成可穿戴化的四旋翼飞行器设计方案。由于柔性材料的引入,使得机架有别于传统刚性结构,为此本文建立了基于柔性机架的四旋翼飞行器动力学模型,并且在动力学模型中考虑了外界干扰与陀螺力矩。通过对多组空心杯电机、桨在特定工作电压下产生的气动升力进行实验测量,确定了该四旋翼飞行器设计的技术参数。此外,本文参考开源飞控Ardu Pilot Mega(APM)的电路设计,结合微型可变形四旋翼飞行器的需要,完成了飞行控制器硬件设计。在APM飞控软件系统的基础上,设计了飞行器的几种飞行模式,包括回旋镖模式、跟随模式和圆周飞行模式。最终,本文研制了微型可变形四旋翼飞行器样机,该样机在真实飞行试验中,通过调试PID的参数,可以在飞行过程中保持姿态稳定,达到了设计要求。
【关键词】：四旋翼 柔性机架 可变形 飞行模式
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.1.1 课题背景8-9
• 1.1.2 研究的目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 国外研究现状10-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.2.3 国内外文献综述15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 飞行器动力学模型建立及结构设计17-33
• 2.1 引言17
• 2.2 动力来源及运动控制原理17-19
• 2.2.1 旋翼转动工作原理17-18
• 2.2.2 四旋翼飞行器工作原理18-19
• 2.3 柔性机架动力学分析19-20
• 2.4 坐标系变换方法20-22
• 2.5 柔性机架四旋翼飞行器动力学模型22-27
• 2.6 测定四旋翼飞行器设计的技术参数27-29
• 2.7 结构设计29-32
• 2.8 本章小结32-33
• 第3章 飞行控制板硬件电路设计33-42
• 3.1 引言33
• 3.2 飞行控制硬件系统总体设计33-34
• 3.3 飞行控制板硬件设计34-41
• 3.3.1 飞行控制器MCU设计35
• 3.3.2 USB连接与PPM解码模块35
• 3.3.3 磁力计模块35-37
• 3.3.4 加速度计、陀螺仪与气压计模块37-39
• 3.3.5 空心杯电机驱动模块39
• 3.3.6 5V升压模块39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 飞行控制软件平台42-49
• 4.1 引言42
• 4.2 软件系统总体设计42
• 4.3 PID控制与DCM解算程序42-45
• 4.4 几种典型飞行模式45-48
• 4.4.1 回旋镖模式45-46
• 4.4.2 跟随模式46-47
• 4.4.3 圆周飞行模式47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 飞行器样机搭建与实验测试49-56
• 5.1 引言49
• 5.2 微型可变形四旋翼飞行器样机搭建49-52
• 5.3 微型可变形四旋翼飞行器飞行参数调试52-54
• 5.4 微型可变形四旋翼飞行器飞行效果分析54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间的研究成果61-63
• 致谢63

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1 宋亚平;浅谈旋翼的防腐维护[J];航空维修与工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文编号：527310