基本信息
- 项目名称：
- 四旋翼遥控飞行机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本设计以飞思卡尔公司的16位单片机MC9S12XS128为控制核心，利用陀螺仪、加速度传感器、大气压传感器等构成姿态检测模块，同时辅以无线遥控模块实现了飞行器航行姿态的无线遥控控制。并加以摄像头，射频模块来实现无线视频监控。监控室的监控人员可以对飞行器无线的遥控，当飞行器飞行到灾后现场上空时，可以通过所携带的摄像头将图像资料无线传输给监控室，给现场决策提供帮助，为灾后现场的搜救提供了条件。
- 详细介绍：
- 我国地域广大，自然条件复杂，是世界上自然灾害最为严重的国家之一。2008 四川汶川以及2010 年玉树连续发生了7 级以上地震。震后塌方和泥石流在给救灾带来困难的同时，也进一步加大了施救的难度，增加了施救者受伤的危险程度。虽然自然灾害的发生无法阻止，但是减少灾害带来的伤害是可以实现的，比如开发一种无人驾驶的微型飞行器，对上述不可到达的危险领域进行探测和即可减少伤害的发生。微型四旋翼飞行器具有较高的操控性能，并具有在小区域范围内起飞，盘旋，飞行，着陆的能力。飞行器可以飞至离目标更近的区域，而不像传统直升机由于其巨大的单旋翼而不能近距离靠近目标。由此可见微型四旋翼飞行器在重大灾后现场搜救时比传统直升机更有优势，因此我们可以利用微型四旋翼飞行器为平台研发一种无人驾驶的微型飞行器。为灾后的搜救工作提供条件。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计的主要目的是可以在空中收集灾情信息和辅助各种救援任务。设计的基本思路是在一正方形的四个顶点上安装四个直流无刷电机带动螺旋桨旋转为飞行器提供动力，并采用陀螺仪，加速度，气压计等传感器来采集飞行器实时的空中恣态并加以较正。四旋翼飞行器几乎可以从底层开始，完全自主设计、制作、验证、试飞。因此可以有更多的科学技术人员来进行四旋翼飞行器的研究。它的技术关键在于空中姿态控制和航行行为控制算法的研究。
科学性、先进性
- 本设计的重点是设计一个微型四旋翼的飞行器，对于四旋翼飞行器，不需要像固定翼飞机那样过多地考虑空气动力学等深奥的理论知识；又不需要传统直升机那样精密的浆毂调整旋翼的浆距；它的技术关键在于空中姿态控制和航行行为控制算法的研究。在本设计中没有采用昂贵的惯性恣态检测设备。而是采用陀螺仪和加速度传感器配合并通过软件算法来实现飞行器空中惯性恣态检测的。本设计既没有使用传统的四元数法进行姿态检测，也没有使用卡尔曼滤波。而本设计算法的核心在于用加速度传感器来修正陀螺仪的积分误差，主要是将陀螺仪和加速度计的测量值减常值误差，得到角速度和加速度，并对角速度进行积分，然后对陀螺仪积分和加速度计的数值进行融合。融合分为两部分，实时融合和长期融合，实时融合每一次算法周期都要执行，而长期融合每200个检测周期执行一次。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 专利
作品可展示的形式
- 现场演示 图片 录像 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 微小型四旋翼飞行器主要面向近地面环境，比如:城区、森林、隧道和室内等。但是，目前还存在定位、导航与通信方面的问题。一方面，在近地面环境中GPS常常不能正常工作，需要综合惯导、光学、声学、雷达和地形匹配等技术，开发可靠而精确的定位与导航技术;另一方面，近地面环境地形复杂，干扰源多，当前通信链技术的可靠性、安全性和抗干扰性还不能满足实际应用的需求。因此，研制体积小、重量轻、功耗低、稳定可靠和抗干扰的通信链对微小型四旋翼飞行器技术,尤其是多飞行器协同控制技术的发展而言，是十分关键的。微小型四旋翼飞行器在军事和民用领域都有广阔的应用前景，极具研究价值。它的研制不仅是对其自身问题的解决，还能推动其所涉及关键技术的发展。
同类课题研究水平概述
- 世界上对小型四旋翼飞行器的研究主要集中在3个方面:基于惯导的自主飞行控制、基于视觉的自主飞行控制和自主飞行器系统方案，其典型代表分别是:瑞士洛桑联邦科技学院(EPFL)的OS4、宾夕法尼亚大学的HMX4和佐治亚理工大学的GIMARS。OS4是EPFL自动化系统实验室开发的一种电动小型四旋翼飞行器，研究的重点是机构设计方法和自主飞行控制算法，目标是要实现室内和室外环境中的完全自主飞行。
