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《无线电》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

1955年创刊,是国内电子科普领域创刊最早、发行量最大的知名杂志,累计发行量超过3亿册,倡导科普、兴趣、实作、分享的办刊理念。

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自制低成本四轴航拍飞行器——《无线电》2014.07

2014-08-13 15:13:01

我是一名在校大学生从小就喜欢动手制作在网上看了关于四轴飞行器的视频和去年瑞萨杯2013全国大学生电子设计竞赛的国赛选题本科组四轴自主飞行器B),激起了我制作四轴飞行器的愿望由于地处边疆加之又是个学生学校里也没人会制作四轴航拍飞行器遇到了很多的困难但经过努力一款低成本的四轴航拍飞行器终于制作成功本文将为大家介绍我的制作过程

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自制一架能够平稳飞行的四轴航拍飞行器需要一些硬件和软件上的支持我做的四轴航拍器是基于ST公司的STM32F40 Discovery开发板见图1来做的飞控板STM32F4 DiscoveryST公司为推广其芯片而设计的开发板价格上很平民化另外STM32F407VGT6板载芯片型号32ARM Cortex-M4内核1MB Flash192KB RAM具有高性能低成本低功耗等特点绝对是DIY四轴飞行器的理想选择四轴主控板包括传感器MPU6050电路模块电机驱动模块等。

Tips:四轴飞行器原理

四轴飞行器采用4个旋翼作为飞行的直接动力源,旋翼对称分布在机体前、后、左、右4个方向,4个旋翼处于同一高度平面,且4个旋翼的结构和半径都相同,旋翼1和旋翼3逆时针旋转,旋翼2和旋翼4顺时针旋转,4个电机对称地安装在飞行器的支架端,支架中部的空间安放飞行控制板和外部设备。

典型的传统直升机配备有一个主转子和一个尾桨。它们是通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角,从而控制直升机的姿态和位置。四轴飞行器与此不同,它是通过调节4个电机的转速来改变旋翼的转速,实现升力的变化,从而控制飞行器的姿态和位置,这样可能会导致其动力不稳定,所以需要一种能够长期保稳定的控制方法。

1所示中,电机1和电机3逆时针旋转的同时,电机2和电机4顺时针旋转,因此当飞行器平衡飞行时,陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。与传统的直升机相比,四轴飞行器有下列优势:各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反,因此当电机1和电机3逆时针旋转时,电机2和电机4顺时针旋转,可以平衡旋翼对机身的反扭矩。四轴飞行器在空间中共有6个自由度(分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作),这6个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。基本运动状态分别是:垂直运动、俯仰运动、滚转运动、偏航运动、前后运动、侧向运动。

以俯仰运动的控制为例,我们来看一下控制运动的基本原理。电机1的转速上升,电机3的转速下降,电机2、电机4的转速保持不变。为了不因为旋翼转速的改变引起四轴飞行器整体扭矩及总拉力改变,旋翼1与旋翼3的转速改变量应相等。由于旋翼1的升力上升,旋翼3的升力下降,产生的不平衡力矩使机身绕y 轴旋转,同理,当电机1的转速下降,电机3的转速上升,机身便绕y 轴向另一个方向旋转,实现飞行器的俯仰运动。其他运动在此不再赘述,原理相同。

 

未完。。。

全文详见《无线电》2014.07


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