毕业论文移动版

　　四轴飞行器未来发展方向主要有以下几个方面：

　　一是可作为新概念交通工具。

　　早在二战时，载人四轴的原型机已经被设计出来，但因为控制技术还跟不上，飞行器因不稳定而无法投入实际应用。

   二是安保领域。

       随着人工智能的不断发展，配备高清摄像机、各种安保设备的四轴飞行器将广泛应用在公安、消防、家庭和单位安保领域，四轴将成为极度智能、行动敏捷的电子警察、电子消防员、电子保安、电子管家，也许在不久的将来，你会因为有一个会飞的家庭照看机器人而感到无比的贴心和安全。

   三是建筑领域及其它高危作业环境。

四旋翼飞行器作为本课题的研究对象，主要目的是探索四旋翼飞行器的控制算法，在此基础上对传感器的应用以及数据的处理展开研究，以实现四旋翼飞行器的稳定悬停以及远程摄像等功能。

1.2国内外研究综述

1.2.1国外研究综述

1.2.2国内研究综述

2系统综述

2.1四轴飞行器的飞行原理

    四旋翼飞行器飞行的动力源由四个电机提供，电机对称分布在机体的四个方向，且处于同一高度平面，它们的结构和半径都相同，飞行控制单片机和外部设备安放在支架中间。

   四旋翼飞行器飞行时螺旋桨高速旋转会产生与螺旋桨转向相反的反扭矩。反扭矩会造成飞行器沿着螺旋桨旋转的方向自旋，若不能抵消反扭矩会严重影响飞行器的稳定飞行，因此，四旋翼飞行器通过合理地安排四只螺旋桨的转向来抵消各个螺旋桨产生的反扭矩。其中顺时针编号1、2、3、4，为了抵消螺旋桨的反扭矩，因此，使得1、3号螺旋桨逆时针旋转，2、4号螺旋桨顺时针旋转，即对角线上的螺旋角旋转方向相同，以此抵消相互之间的反扭矩。

电机位置示意图

（a）改变4个推进器的转速，可以控制飞行器的垂直升降运动。高度控制：当四个螺旋桨转速相同时，当其同时加速时，螺旋桨升力变大， 当升力大于飞行器重力时，飞行器拥有向上运动的加速度；当四个螺旋桨同时减速时，螺旋桨产生的升力变小，当升力小于飞行器重力时，飞行器拥有向下运动的加速度。

(b)相反的控制1、2和3、4旋翼的转速，会引起俯仰运动。 当1、2 号螺旋桨转速同时减速，3、4号螺旋桨转速同时增加时，飞行器向X正方向飞行；反之像X负方向飞行。       

(c)相反的控制1、4和2、3旋翼的转速，会引起滚转运动。当1、4号螺旋桨转速同时增速，2、3号螺旋桨转速同时减速时，飞行器向Y正方向飞行；反之像Y负方向飞行。 

(d)相反控制1,3和2、4的旋翼转速，使飞行器发生偏航运动。航向控制：当1、3号螺旋桨转速同时减小，其反扭矩和升力减小；2、4号螺旋桨转速同时增加，其反扭矩和升力增加，由于反扭矩出现不平衡，因此飞行器开始左旋；反之，则右旋。

2.2四轴飞行器的设计目标

    设计目标为实现四轴飞行器的控制，系统以STM32F103系列单片机为控制系统的核心部分。采用惯性传感器和电子罗盘对四翼飞行器的姿态进行检测并保持自动控制平衡，和通过无线遥控改变飞行器姿态。

2.3四轴飞行器的基本工作过程

     姿态算法：飞行控制系统实时通过I2C数据总线读取陀螺仪\加速度计（MPU6050）中的数据，通过四元算法和滤波进行融合后进行积分，通过四元数算法转换为欧拉矩阵，得到当前的姿态角度。