四旋翼无人机系统在教学中的应用

摘 要：无人机的发展方兴未艾，在各行各业中扮演了十分重要的角色，它已经迅速在人民大众的生活中普及，我们可以用无人机进行航拍，巡检电力高压线，它可以轻巧灵活的是完成原来需要有人作业的繁复工作，本文集中阐述了四旋翼无人机最近三年发展动态以及它的功能结构。并对它做了一定的归纳总结与分析，集中展示了它给我们的生活带来的便利与丰富多彩。

关键词：无人机系统；飞控；机械手

无人机[ 1 ]是指无人驾驶飞机，英文缩写（Unmanned Aerial Vehicle）。它无需安装生命保障设备和环境支持系统，所以可以大幅减轻重量，降低载荷，支持长时间的巡航飞行活动，无人机的过载负荷达到12个G，不用考虑对人体的影响，它可以在很多有人状态不适应的场合进行作业活动，它具体可以分为：固定翼无人机、垂直起降无人机、无人飞艇、无人多旋翼机等等，它由机载电子设备自控或者地面站等进行遥测和无线电控制，军用领域为无人侦察机，靶机，战斗机，干扰机等；民用领域分为航拍，测绘，快递，救灾，影视品拍摄等。它在我们生活中发挥着举足轻重的作用，其有效缩短了商品到消费者的物流距离，便捷获取航拍图像信息的渠道，在交通事故中减轻了警察维持秩序之工作强度，实时地现场传送人们所关注的热点信息。

本文集中阐明四旋翼无人机的基本结构而后讨论了如何基于四旋翼无人机平台增添机械抓手的功能。

1 E400-四旋翼无人机系统

1.1 无人机结构

无人机平台系统模块（图1）由以下几部分组成：机架、云台、电调、无刷电机、飞控、电池管理系统、螺旋桨模块组成，同时可以对它进行简单的二次开发，外加摄像模块可以录像，外加运输模块可以运快递，外加机械手可以抓取东西等等。

四旋翼无人机主要依靠四组无刷电机提供升力，通过无人机飞控实现自稳悬浮，通过遥控器手柄可以作出前进，后退，上升，下降等各个动作。四旋翼无人机采用对浆设计，任意相邻的两个浆叶分别为“顺时针+逆时针”旋转组合，这种组合有效克服了单螺旋桨造成的自旋不稳定效应，它有效保证了无人机平稳流畅飞行。无人机云台主要提供无人机航拍摄像头的操作平台，该平台可以调整摄像头前后左右摇摆拍摄姿态。无线电发射机图传模块调制发射无人机所采集的视频信号，进一步通过无线电接收机图传到手持设备显示屏。

1.2 無人机飞控结构

图2为无人机飞控电路板[ 2 ]，显而易见它集成了加速度计，气压计，陀螺仪等各种元器件传感器。它们在飞行途中分别将无人机的姿态参数传递给无人机的飞控，最终由无人机飞控进行算法处理，进一步协调无刷电机保证无人机的飞行姿态。该飞控采用了冗余设计，可以由两套并行的传感器提供数据采样，避免干扰和数据丢失的情况发生。

1.3 无人机机械手控制模块

图3（四旋翼无人机机械手开合）主要依靠调节方波的占空比来进行操控[ 3 ]，此次使用信号源产生的信号进行调试可以很方便的观察它的开合，其次我们通过51单片机产生方波，亦达到了所预期的效果。

while（1）

{

PWM=1； // 当按键KEY1不等于1的时候，

delayms（5）；// 让信号变为1，延时1.068ms，

PWM=0；// 让信号变为0，延时21.659ms，

delayms（95）； //循环该操作让其形成

if（KEY1！=0）break；// 占空比5%的信号

} // 当按键KEY1不等于0时跳出循环

2 结论

本文集中论述了四旋翼无人机在现阶段的发展状况，而后讨论了机械手模块的具体运用。由于旋翼无人机迅速便捷等优点，它可广泛应用于各行各业的不同领域中。

参考文献：

[1] 无人驾驶飞机.

[2] E400多旋翼飞行器以及飞控系统.中科浩电科技有限公司.

[3] 昂海松.无人机设计导论.南京航空航天大学MOOC.

作者简介：

马良（1981-），男，陕西临潼人，北京大学计算机同等学力硕士，北京信息职业技术学院助教，主要研究方向：电子信息、IC失效分析。