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四旋翼飞行器结构和原理.docx


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四旋翼飞行器结构和原理
1•结构形式
旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向,四个旋翼处于同一高度平面,且四个旋
翼的结构和半径都相同,四个电机对称的安装在飞行器的支架端, 支架中间空间安放飞行控
制计算机和外部设备。结构形式如图 所示。

•工作原理
四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速,实现升力的变化,从而控制飞
行器的姿态和位置。 四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机, 但只有四个输入力,同时
却有六个状态输出,所以它又是一种欠驱动系统。
四旋翼飞行器的电机 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。
在上图中,电机1和电机3作逆时针旋转,电机2和电机4作顺时针旋转,规定沿x 轴正方向运动称为向前运动,箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高, 在下方表示
此电机转速下降。
(1) 垂直运动: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,在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时,飞行器便保持悬停状态。
(2) 俯仰运动:在图(b)中,电机1的转速上升,电机 3的转速下降(改变量大小应相 等),电机2、电机4的转速保持不变。由于旋翼 1的升力上升,旋翼 3的升力下降, 产生的不平衡力矩使机身绕 y轴旋转,同理,当电机 1的转速下降,电机 3的转速上升, 机身便绕y轴向另一个方向旋转,实现飞行器的俯仰运动。
(3) 滚转运动:与图 b的原理相同,在图 c中,改变电机 2和电机4的转速,保持电 机1和电机3的转速不变,则可使机身绕 x轴旋转(正向和反向),实现飞行器的滚转运 动。
(4 )偏航运动:旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩,为了 克服反扭矩影响,可使四个旋翼中的两个正转, 两个反转,且对角线上的各个旋翼转动方向
相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关, 当四个电机转速相同时, 四个旋翼产生的反扭矩相互
平衡,四旋翼飞行器不发生转动; 当四个电机转速不完全相同时, 不平衡的反扭矩会引起四
旋翼飞行器转动。在图 d中,当电机1和电机3的转速上升,电机 2和电机4的转速 下降时,旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼 2和旋翼4对机身的反扭矩,机身便在 富余反扭矩的作用下绕 z轴转动,实现飞行器的偏航运动,转向与电机 1、电机3的转向
相反。
(5 )前后运动:要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动,必须在水平面内对飞行器 施加一定的力。在图 e中,增加电机 3转速,使拉力增大,相应减小电机 1转速,使拉力
减小,同时保持其它两个电机转速不变,反扭矩仍然要保持平衡。按图 b的理论,飞行器
首先发生一定程度的倾斜,从而使旋翼拉力产生水平分量,因此可以实现飞行器的前飞运动。 向后飞行与向前飞行正好相反。 (在图b图c中,飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也
会产生沿x、y轴的水平运动。)
(6)倾向运动:在图f中,由于结构对称,所以倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。
四轴飞行diy全套入门教程(从最基础的开始)
首先声明本人也是菜鸟, 此教程就是从一个菜鸟的角度来讲解, 现在论坛上的帖子都突然冒 很多名词出来,又不成体系,我自己开始学的时候往往一头雾水, 相信很多新手也一样。所 以在这个帖子里面,我都会把自己遇到的疑惑逐一讲解。
【概述】
1、diy四轴需要准备什么零件
无刷电机(4个)
电子调速器(简称 电调,4个,常见有好盈、中特威、新西达等品牌)
螺旋桨(4个,需要2个正浆,2个反浆)
飞行控制板(常见有 KK、FF、玉兔等品牌)
电池(航模动力电池)
遥控器(最低四通道遥控器)
机架(非必选)
充电器(尽量选择平衡充电器) 2、四轴零件之间的接线与简单说明
电也
电遁强S
电凋3
电遁2』
4个电调的正负极需要并联(红色连一起,黑色连 1 一起),并接到电池的正负极上;
电调3根黑色的电机控制线,连接电机;
电调有个BEC输出,用于输出5v的电压,给飞行控制板供电,和接收飞行控制板的控制信
号;
遥控接收器连接在飞行控制器上,输出遥控信号,并同时从飞行控制板上得到 5v供电;
【基本原理与名词解释】 1、遥控器篇 什么是通道
通道就是可以遥控器控制的动作路数, 比如遥控器只能控制四轴上下飞,那么就是1个通道。
但四轴在控制过程中需要控制的动作路数有:上下、左右、前后

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