民用四轴飞行器的开发设计

只看该作者 · 2023-6-2 00:44

本帖最后由 WK520077778 于 2023-6-2 00:48 编辑

民用四轴飞行器的设计
民用领域对四轴飞行器的要求飞行速度通常在100公里每小时以下，飞行高度在3000米以下，某些特殊应用在4000~5000米。载重量没有更多要求，只要飞机能承载均可。当前国内四轴飞行器市场巨大，产品需求稳步提升，市场上常见民用四轴飞行器为单轴四轴飞行器，双轴四轴飞行器，四轴四轴飞行器和六轴四轴飞行器等，国内研究飞行器厂家包括：大疆，亿航，jouav,极飞科技，小米，道通智能，飞马机器人，零零科技，河南三和航空工业，国外有特斯拉。

四轴四轴飞行器飞控算法比较成熟，结构布局合理，传统四轴飞行器机械体系驱动不足，控制输入比自由度少，在复杂空间中（混乱地形和多频道干扰）的飞行灵活性不足。在飞行实验中，设计一种四轴四轴飞行器，具有结构简单，低成本，低功耗，高性能实现自主拆卸。由于开发的控制器和设计的机构，可靠地实现转换飞行。

   飞行器组装操作步骤：mcu主板焊接，调试，组装，试飞。
   飞行器组成主要元件： stm32 cortexm3cpu的mcu控制板，三轴加速器。2轴陀螺仪，数字舵机，电调，bec分电板，蘑菇头天线，接收器，摄像头，nordic2.4Ghz射频通信芯片，蓝牙发射器，wifi无线端口，电动机马达，飞行器电池。电脑端通过Python程序控制，外接ps的蓝牙手柄或者手机控制。通过抓取MPU6050采集姿态飞行数据，确定飞行器所处状态，通过与原始数据集对比，单片机控制马达调整飞行器空中飞行轨迹。
   飞行器系统的主要结构：中央控制单元mcu,机电传动驱动模块，飞行器姿态采集分析模块，无线空间通信模块，电源管理模块和电路安全模块。四轴飞行器常见结构是x形状和十字形状，通过传感模块进行姿态调整和校正，包括飞行角度传感器，速度变化传感器，gps空间定位和惯性测量单位。    动力组成为四个空心杯无刷电机，无铁芯的转子，可自主识别主控模块的输出，转换为四个旋翼的转速，通过改变四个旋翼的升力与反扭矩调节飞行姿态。3轴加速器通过i2c总线连接到cpu.

imu传感器采用陀螺仪传感器，陀螺仪和加速器使用三个16位ADC.具有1024字节fifo，两轴陀螺仪输出模拟信号链接cpu的模数转换器。同时在pc口加载电子罗盘测量飞行器航线和bmp280气压计实际测量高度，需要事先校正精度。
通信模块中，采用stm8s103p6为飞行控制器，性价比较高。2.4ghz的射频通信通过spi端口连接cpu。 jtag串行接口想处理器传输debug信息。
电源模块由7.4v电池组供电，采用tp8350升压芯片和开关电路先进行升压，让后续工作的降压芯片mic5219-3可以工作，用直线型不变直流电路将电压降低。
系统软件设计，包括姿态处理设计，姿态控制设计，垂直运动，前后运动。在起飞和降落过程中，起飞高度预定为一米。降落预定高为0米，通过比较加速度计数小于预定值，主控模块判定为落地。