文档介绍：四轴飞行器(四旋翼飞行器)也称为四旋翼直升机,是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器。Seraphi 是一款可用于空中拍摄的一体化多旋翼飞行器,它外观时尚精美,做工精湛,还拥集成了自身研发的飞行动力系统,并配置专业的无线电遥控系统。Seraphi集成易作、易维护的稳定设计,在出厂前已经设置并调试所有的飞行参数及功能,具有免安装、免调试的快速飞行模式。Seraphi 携带方便,可以搭配GoPro或者其它微型相机录制空中视频。
四轴飞行器是微型飞行器的其中一种,也是一种智能机器人。是最初是由航空模型爱好者自制成功,后来很多自动化厂商发现它可以用于多种用途而积极参于研制。它利用有四个旋翼作为飞行引擎来进行空中飞行,它的尺寸较小、重量较轻、适合携带和使用的无人驾驶飞行器一样能够携带一定的任务载荷,具备自主导航飞行能力。在复杂、危险的环境下完成特定的飞行任务。同样也可以用于娱乐,比如弹钢琴曲,增强现实等虚拟游戏。
四旋翼直升机,国外又称Quadrotor,Four-rotor,4 rotors helicopter,X4-flyer等等,是一种具有四个螺旋桨的飞行器并且四个螺旋桨呈十字形交叉结构,相对的四旋翼具有相同的旋转方向,分两组,两组的旋转方向不同。与传统的直升机不同,四旋翼直升机只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作(目前,也出现可以改变螺距的四旋翼飞行器,这种控制方式比改变电机转速更灵活方便)。
结构
如图所示,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。
与电直相比,四旋翼飞行器有下列优势: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逆时针旋转的同时,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。四旋翼飞行器在空间共有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。
构造
四轴飞行器其构造特点是在它的四个角上各装有一旋翼,由电机分别带动,叶片可以正转,也可以反转。为了保持飞行器的稳定飞行,在四轴飞行器上装有3个方向的陀螺仪和3 轴加速度传感器组成惯性导航模块,它还通过电子调控器来保证其快速飞行。
技术难点
首先,在飞行过程中它不仅受到各种物理效应的作用,还很容易受到气流等外部环境的干扰,很难获得其准确的性能参数。
其次,微型四旋翼无人飞行器是一个具有六个自由度,而只有四个控制输入的欠驱动系统。它具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性,使得飞行控制系统的设计变得非常困难。
再次,利用陀螺进行物体姿态检测需要进行累计误差的消除,怎样建立误差模型和通过组合导航修正累积误差是一个工程难题。这三个问题解决成功与否,是实现微型四旋翼无人飞行器自主飞行控制的关键,具有非常重要的研究价值。
基本运动状态
垂直运动,俯仰运动,滚转运动,偏航运动,前后运动,侧向运动。
垂直运动
图a中,因有两对电机转向相反,可以平衡其对机身的反扭矩,当同时增加四个电机的输出功率,旋翼转速增加使得总的拉力增大,当总拉力足以克服整机的重量时,四旋翼飞行器便离地垂直上升;反之,同时减小四个电机的输出功率,四旋翼飞行器则垂直下降,直至平衡落地,实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时,在旋