小型四旋翼陸空機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、廈門大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立完成的研究成果。本人在論文寫作中參考其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表的研究成果，均在文中以適當(dāng)方式明確標(biāo)明，并符合法律規(guī)范和《廈門大學(xué)研究生學(xué)術(shù)活動(dòng)規(guī)范(試行)》。另外，該學(xué)位論文為(的研究成果，獲得()課題(組))課題(組)經(jīng)費(fèi)或?qū)嶒?yàn)室的資助，在()實(shí)驗(yàn)室完成。(請?jiān)谝陨侠ㄌ杻?nèi)填寫課題或課題組負(fù)責(zé)人或?qū)嶒?yàn)室名稱，未有此項(xiàng)聲明內(nèi)容的，可以不作特別聲明。)聲明人(簽鼽傳j呼矽I歹年

2、，月刁日摘要無人駕駛飛行器(Um鋤edAerialVehicle)因其成本相對低廉、操作方便和安全穩(wěn)定等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于民用和軍工領(lǐng)域【。小型無人機(jī)一般可分為旋翼、固定翼和撲翼三種，其中小型旋翼無人機(jī)具備體積小、垂直起降、空中懸停、全方向飛行移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因此它被廣泛用于抗震救災(zāi)、地勢勘測以及攝影航拍等方面。此外，移動(dòng)機(jī)器人同樣也被廣泛應(yīng)用于抗震救災(zāi)中，它形狀靈活多變、功能各異，是消防人員最好的幫手。多旋翼飛行機(jī)器人及地面移動(dòng)機(jī)器人均可

3、用于災(zāi)后救援工作，但其自身都有著各自的缺點(diǎn)，多旋翼飛行機(jī)器人可以進(jìn)行空中巡邏搜索，但對于廢墟等狹小空間則是無法工作；移動(dòng)機(jī)器人可以進(jìn)入狹小空間搜救，但其無法跨越斷橋或者進(jìn)入孤立的空間環(huán)境中進(jìn)行工作。因此，既可在空中飛行，又可以在地面移動(dòng)搜索的機(jī)器人就應(yīng)運(yùn)而生。陸空機(jī)器人配備機(jī)載小型機(jī)械手和360。全方位隨動(dòng)云臺，這樣可以完美兼容多旋翼飛行機(jī)器人與地面移動(dòng)機(jī)器人的優(yōu)勢，同時(shí)又克服兩者的劣勢。陸空機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)可以為抗險(xiǎn)救災(zāi)方面以及其他應(yīng)用提

4、供良好的幫助。本文主要設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一款可在空中飛行又可在陸地上移動(dòng)和目標(biāo)物抓取動(dòng)作的小型四旋翼陸空機(jī)器人。該款陸空機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上主要由四個(gè)部分組成，分別為：四旋翼飛行部分、輪式全向移動(dòng)平臺、三軸頭部隨動(dòng)云臺、機(jī)載小型機(jī)械手。采用模塊化設(shè)計(jì)的思想，分別對這四個(gè)部分進(jìn)行硬件電路、軟件程序上的獨(dú)立設(shè)計(jì)，最后由主控器統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。對于運(yùn)動(dòng)模塊的姿態(tài)角檢測，主要采用MPU6050六軸傳感器來實(shí)現(xiàn)。位于陸空機(jī)器人飛行部分的MPU6050傳感器主要

5、檢測和解算陸空機(jī)器人飛行時(shí)的俯仰角、翻滾角和偏航角；在輪式全向移動(dòng)平臺中，MPU6050主要檢測平臺全向移動(dòng)時(shí)的偏航角；在頭部隨動(dòng)云臺中，MPU6050用于檢測三軸運(yùn)動(dòng)X、Y、Z方向旋轉(zhuǎn)角度。在控制結(jié)構(gòu)方面采用主從(MaSterSlaVe)控制結(jié)構(gòu)，整臺陸空機(jī)器人由1個(gè)主控制器和3個(gè)協(xié)處理器組成，所有控制器均采用STM32F4系列MCU，主控制器負(fù)責(zé)陸空機(jī)器人所有功能的控制與實(shí)現(xiàn)，飛行控制協(xié)處理器負(fù)責(zé)檢測陸空機(jī)器人飛行姿態(tài)角，并接收主控