具有自復位能力的四旋翼飛行器機構(gòu)設(shè)計及控制方法研究.pdf

1、無人飛行器在多種領(lǐng)域中有著廣泛的應用，諸如災后搜救、星球探索、軍事偵察、環(huán)境探測以及影視制作等。四旋翼飛行器是無人飛行器中的一個重要分支，其優(yōu)點主要包括體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、控制靈活以及飛行性能穩(wěn)定等。簡單的結(jié)構(gòu)、卓越的飛行性能以及獨特的飛行控制方式使得四旋翼飛行器能夠適應更為復雜的環(huán)境、應用于更多領(lǐng)域。然而傳統(tǒng)四旋翼飛行器的研究側(cè)重于避障的設(shè)計，無法解決飛行器意外墜落導致飛行器傾覆而無法繼續(xù)飛行的問題。針對四旋翼飛行器平

2、臺，本文提出一種新穎的保護和復位機構(gòu)設(shè)計方法和相應的控制策略，將傳統(tǒng)的避撞型飛行器向新型的耐撞型飛行器轉(zhuǎn)變，解決了普通四旋翼飛行器在傾覆狀態(tài)下無法起飛的難題，大大地提高了四旋翼飛行器執(zhí)行任務的能力。
　　本文設(shè)計了一種具有自復位能力的四旋翼飛行器，飛行器的主體機身大小為29.5cm×29.5cm×26cm，重345g。在機身的上方由碳纖維桿形成弧形保護籠架，自復位機構(gòu)對稱安裝于機身兩側(cè)。自復位機構(gòu)主要包括一對長28.8cm的導臂以

3、及一對直流減速電機。四旋翼飛行器以Atmega328P為主控芯片的控制板為飛行控制中心，MPU6050為姿態(tài)解算單元，CC2530模塊為無線通信單元，基于ZigBee協(xié)議棧實現(xiàn)飛行器與網(wǎng)關(guān)的無線通信與數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)對飛行器的遠程控制。飛行器利用姿態(tài)解算單元能夠?qū)崟r檢測飛行器姿態(tài)，當檢測到飛行器處于傾覆狀態(tài)，則啟動自復位機構(gòu)，利用導臂實現(xiàn)飛行器的翻滾運動，達到飛行器從傾覆狀態(tài)到正立起飛狀態(tài)的自復位。針對自復位失敗的情況，本文設(shè)計了人工