四旋翼無人機(jī)的控制系統(tǒng)，遙控及用途分析

目前市面上的旋翼無人機(jī)分為三旋翼無人機(jī)、四旋翼無人機(jī)、六旋翼無人機(jī)、固定翼無人機(jī)等，與單旋翼式無人飛行器相比，四旋翼飛行器布局簡單、易于控制、操作靈活，在飛行穩(wěn)定性和可操縱性上更加突出。此外，噪聲小，制造精度低，隱蔽性好以及在狹小空間中完成飛行任務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，使得四旋翼擁有更加大的應(yīng)用潛力。

法國parrot公司開發(fā)的AR.Drone2.0四旋翼無人機(jī)具有良好的操作性，可采用智能手機(jī)控制其飛行到30米的高度。機(jī)載高性能攝像機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)在飛行中拍攝，同時，用戶可對其進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，調(diào)整飛行姿態(tài)和飛行軌跡。AR.Drone2.0內(nèi)置1GHz ARM Cortex A8處理器、800MHz DSP、1GB DDR RAM，3軸陀螺儀、3軸加速度計、3軸磁強(qiáng)計、電子式氣壓傳感器、超聲波傳感器，4個智能直流電機(jī)，為實(shí)現(xiàn)機(jī)體的精準(zhǔn)控制和平穩(wěn)飛行提供硬件保障。通過采用優(yōu)化的控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起飛、垂直降落、空中盤旋和空中翻轉(zhuǎn)等飛行動作。該無人機(jī)最大飛行高度為30米，最大飛行半徑為50米，最快飛行速度可達(dá)30m/s。

與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國的小型四旋翼無人機(jī)的研究和發(fā)展起步相對較晚，但是隨著小型四旋翼無人機(jī)技術(shù)的成熟和應(yīng)用需求的增加，我國許多高等院校、科研機(jī)構(gòu)、高新技術(shù)企業(yè)加入到小型四旋翼無人機(jī)的研發(fā)和制造大潮中來，并取得了豐碩的研究成果。

深圳大疆創(chuàng)新科技公司生產(chǎn)的Phantom系列小型航拍四旋翼無人機(jī)在國內(nèi)外銷售業(yè)績很好。該公司的經(jīng)典機(jī)型主要用于航拍。機(jī)載相機(jī)擁有1200萬像素，可以實(shí)現(xiàn)高清晰度成像，擁有4K高清視頻錄像的幀率為30幀/秒。同時采用創(chuàng)新的航拍防抖技術(shù)，在復(fù)雜的航拍狀況下，三軸云臺可以使相機(jī)始終保持平穩(wěn)，以獲取平穩(wěn)流暢的畫面。當(dāng)其在室外飛行時，借助機(jī)載的GPS和GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和智能飛行控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確飛行并可以自動返航。當(dāng)其在室內(nèi)飛行時， 憑借先進(jìn)的視覺定位系統(tǒng)和高精度超聲波傳感器，通過實(shí)時的圖像分析和高度測量，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的精確定點(diǎn)懸停和平穩(wěn)飛行。高精度自緊旋翼性能突出，為實(shí)現(xiàn)特定的飛行動作提供穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速的動力。Phantom3能自動記錄重要的飛行參數(shù)，例如航點(diǎn)、航線、飛行時間、飛行距離、飛行高度等信息，并實(shí)時存儲拍攝的照片和視頻等資料，以便于后期檢索。Phantom3的電池具有完善的保護(hù)功能和監(jiān)測功能，保證飛行安全并能夠?qū)崿F(xiàn)安全返航。遙控器工作在2.4GHz-2.8GHz頻段，在無遮擋的情況下，遙控距離約3000米。APP有iOS版本和Android版本，支持多種移動設(shè)備，通過智能手機(jī)或者平板電腦，用戶可以實(shí)時查看拍攝的視頻圖像。

四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)能夠利用自動控制系統(tǒng)，能夠?qū)︼w行器的構(gòu)形、飛行姿態(tài)和運(yùn)動參數(shù)實(shí)施控制，其載有加速度計、陀螺儀、氣壓計、羅盤等傳感器。由它來控制各個電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制飛機(jī)的姿態(tài)，加上GPS或差分GPS可完成定點(diǎn)懸停，自主航線飛行等功能。四旋翼無人機(jī)在飛行控制上使用直接力矩，實(shí)現(xiàn)6自由度（控制和姿態(tài)）控制，具有多變量、非線性、強(qiáng)耦合和干擾敏感的特性。該飛行器的四個旋翼和四個電機(jī)分別固定在具有中心對稱結(jié)構(gòu)的十字架結(jié)構(gòu)機(jī)身的四個端點(diǎn)。改變四個電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而改變升力，實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器的軌跡和姿態(tài)控制。四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是四旋翼無人機(jī)的姿態(tài)的實(shí)時檢測，姿態(tài)檢測部分包括對四旋翼無人機(jī)的姿態(tài)角以及姿態(tài)變化速率的測量。微小型四旋翼飛行器是一種非完整約束的二階欠驅(qū)動強(qiáng)耦合系統(tǒng)，在飛行過程中，四旋翼無人飛行器可以通過調(diào)節(jié)四個螺旋槳的轉(zhuǎn)速直接控制其姿態(tài)角度和飛行高度，而對于飛行器的水平位置，只能通過飛行器姿態(tài)角度與水平位置之間的耦合關(guān)系來間接控制，因此實(shí)現(xiàn)四旋翼無人飛行器三個方向的位置控制具有較大的難度。除此之外，由于四旋翼無人飛行器體積小并且重量輕，在飛行過程中空氣阻力和阻力矩對其影響比較大，因此在設(shè)計飛行控制器時還需要考慮到時變的外部干擾問題。除外界擾動以外，在每次飛行中，不同的負(fù)載導(dǎo)致飛行器的重量以及轉(zhuǎn)動慣量也都會有很大程度上的差別。

關(guān)于四旋翼無人機(jī)的遙控，通道就是可以遙控器控制的動作路數(shù)，比如遙控器只能控制四軸上下飛，那么就是1個通道。四軸在控制過程中需要控制的動作路數(shù)有：上下、左右、前后、旋轉(zhuǎn)  所以最低得4通道遙控器。而遙控器上油門的位置在右邊是日本手、在左邊是美國手。所謂遙控器油門，在四軸飛行器當(dāng)中控制供電電流大小，電流大，電動機(jī)轉(zhuǎn)得快，飛得高、力量大；反之同理。判斷遙控器的油門很簡單，遙控器2個搖桿當(dāng)中，上下板動后不自動回到中間的那個就是油門搖桿。

四旋翼無人機(jī)用途方面，小型四旋翼無人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，已在交通、航拍、農(nóng)業(yè)、應(yīng)急救援和災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用。交通方面，通過在城市上空巡航對交通狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，然后，通過無線通信技術(shù)將交通信息發(fā)送給交管部門，當(dāng)發(fā)生交通事故或交通堵塞時，可以及時獲取第一手的現(xiàn)場圖像資料，加快事故處理和恢復(fù)交通的速度。航拍方面，小型低空無人機(jī)通過搭載高清攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)婚禮現(xiàn)場、新聞節(jié)目、測繪測量和影視娛樂等場合的航拍工作。農(nóng)業(yè)方面，由于無人機(jī)具有輕便小巧，機(jī)動靈活，起降不需要專用跑道等突出優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)藥噴灑等場合應(yīng)用前景廣闊，這將對于提高農(nóng)業(yè)自動化，降低農(nóng)民勞動強(qiáng)度，減少農(nóng)藥對人身健康的損壞意義重大。應(yīng)急救援方面，在2008年四川汶川地震中，民政部門使用無人機(jī)采集災(zāi)區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)來評測災(zāi)情，提高了救援效率和救援效果。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測方面，使用無人機(jī)能夠降低自然地理條件對地質(zhì)調(diào)查工作的不利影響，大幅提高地理信息的獲取速度，降低地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的工作強(qiáng)度。

以上是格氏給你帶來的四旋翼無人機(jī)的控制系統(tǒng)，遙控及用途分析內(nèi)容，其他精彩內(nèi)容可繼續(xù)瀏覽其他頁面