四旋翼無人機系統在教學中的應用

摘 要：無人機的發展方興未艾，在各行各業中扮演了十分重要的角色，它已經迅速在人民大眾的生活中普及，我們可以用無人機進行航拍，巡檢電力高壓線，它可以輕巧靈活的是完成原來需要有人作業的繁復工作，本文集中闡述了四旋翼無人機最近三年發展動態以及它的功能結構。并對它做了一定的歸納總結與分析，集中展示了它給我們的生活帶來的便利與豐富多彩。

關鍵詞：無人機系統；飛控；機械手

無人機[ 1 ]是指無人駕駛飛機，英文縮寫（Unmanned Aerial Vehicle）。它無需安裝生命保障設備和環境支持系統，所以可以大幅減輕重量，降低載荷，支持長時間的巡航飛行活動，無人機的過載負荷達到12個G，不用考慮對人體的影響，它可以在很多有人狀態不適應的場合進行作業活動，它具體可以分為：固定翼無人機、垂直起降無人機、無人飛艇、無人多旋翼機等等，它由機載電子設備自控或者地面站等進行遙測和無線電控制，軍用領域為無人偵察機，靶機，戰斗機，干擾機等；民用領域分為航拍，測繪，快遞，救災，影視品拍攝等。它在我們生活中發揮著舉足輕重的作用，其有效縮短了商品到消費者的物流距離，便捷獲取航拍圖像信息的渠道，在交通事故中減輕了警察維持秩序之工作強度，實時地現場傳送人們所關注的熱點信息。

本文集中闡明四旋翼無人機的基本結構而后討論了如何基于四旋翼無人機平臺增添機械抓手的功能。

1 E400-四旋翼無人機系統

1.1 無人機結構

無人機平臺系統模塊（圖1）由以下幾部分組成：機架、云臺、電調、無刷電機、飛控、電池管理系統、螺旋槳模塊組成，同時可以對它進行簡單的二次開發，外加攝像模塊可以錄像，外加運輸模塊可以運快遞，外加機械手可以抓取東西等等。

四旋翼無人機主要依靠四組無刷電機提供升力，通過無人機飛控實現自穩懸浮，通過遙控器手柄可以作出前進，后退，上升，下降等各個動作。四旋翼無人機采用對漿設計，任意相鄰的兩個漿葉分別為“順時針+逆時針”旋轉組合，這種組合有效克服了單螺旋槳造成的自旋不穩定效應，它有效保證了無人機平穩流暢飛行。無人機云臺主要提供無人機航拍攝像頭的操作平臺，該平臺可以調整攝像頭前后左右搖擺拍攝姿態。無線電發射機圖傳模塊調制發射無人機所采集的視頻信號，進一步通過無線電接收機圖傳到手持設備顯示屏。

1.2 無人機飛控結構

圖2為無人機飛控電路板[ 2 ]，顯而易見它集成了加速度計，氣壓計，陀螺儀等各種元器件傳感器。它們在飛行途中分別將無人機的姿態參數傳遞給無人機的飛控，最終由無人機飛控進行算法處理，進一步協調無刷電機保證無人機的飛行姿態。該飛控采用了冗余設計，可以由兩套并行的傳感器提供數據采樣，避免干擾和數據丟失的情況發生。

1.3 無人機機械手控制模塊

圖3（四旋翼無人機機械手開合）主要依靠調節方波的占空比來進行操控[ 3 ]，此次使用信號源產生的信號進行調試可以很方便的觀察它的開合，其次我們通過51單片機產生方波，亦達到了所預期的效果。

while（1）

{

PWM=1； // 當按鍵KEY1不等于1的時候，

delayms（5）；// 讓信號變為1，延時1.068ms，

PWM=0；// 讓信號變為0，延時21.659ms，

delayms（95）； //循環該操作讓其形成

if（KEY1！=0）break；// 占空比5%的信號

} // 當按鍵KEY1不等于0時跳出循環

2 結論

本文集中論述了四旋翼無人機在現階段的發展狀況，而后討論了機械手模塊的具體運用。由于旋翼無人機迅速便捷等優點，它可廣泛應用于各行各業的不同領域中。

參考文獻：

[1] 無人駕駛飛機.

[2] E400多旋翼飛行器以及飛控系統.中科浩電科技有限公司.

[3] 昂海松.無人機設計導論.南京航空航天大學MOOC.

作者簡介：

馬良（1981-），男，陜西臨潼人，北京大學計算機同等學力碩士，北京信息職業技術學院助教，主要研究方向：電子信息、IC失效分析。