无人机多旋翼实训报告

多旋翼无人机及无人机编队研究

作者：刘逸凡

来源：《科技传播》 2018年第24期

摘 要 文章以四旋翼无人机为基础，介绍了其飞行原理、控制方法以及实际应用价值。与此同时，多无人机编队成为了航空领域的热点问题，应用前景广泛，在军用和民用领域都有着广泛的价值。本文介绍了基于行为法、人工势场法等无人机编队方法，同时分析了无人机编队的应用前景。

关键词 无人机编队；一致性；编队集结；队形变换；避障

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）225-0187-03

2018 年5 月15 日，深圳哈瓦国际航空技术公司最新推出了一款多用途警用无人机。该无人机整体使用碳纤维材料制造，保持较轻自重的同时又确保了机身强度，具有较强的适应环境的能力。无人机整体机架为六轴结构，并且可根据不同使用场景切换六旋翼和十二旋翼推进系统，最大载荷分别达到15kg 和25kg。为了满足警用无人机的狭窄空间作业需求，无人机的各个方位都装配摄像头和传感器，将采集到的位置信息和障碍信息实时传输到中央处理器，通过建立周边环境的三维坐标系和避障算法实现720 度全向感知，可以感知到机身周围200m 范围的障碍物，并通过改变螺旋桨转速和角度的方式实现姿态调整，进而达到避障飞行的效果。无人机是如何在短时间内得以飞速发展呢？无人机是怎么在空中做出高难度的动作？无人机的主要应用领域在哪里？针对以上问题，本文将一一阐述。

1 多旋翼无人机研究

多旋翼无人机的定义为：具有3 个或者3 个以上的旋翼轴的无人驾驶飞行器。其中最为常见也最为经典的就是四旋翼无人机。在市场应用领域，四旋翼无人机主要为消费级产品，涵盖了航拍、表演等民用场景。本文研究单无人机的结构和控制原理时，以四旋翼无人机为例进行阐述说明。

1.1 四旋翼无人机结构

四旋翼无人机，顾名思义，由4 个旋转的螺旋桨提供升力，通过4 个螺旋桨不同的转速进而做出悬停、俯仰、滚转、偏航等姿态。4 个螺旋桨的桨型及半径完全相同，其分布形式主要包括十字型和X 型：十字型分布中，无人机的前进方向与其中一个轴方向相同，而X 型分布则表示无人机的前进方向为两个轴的中间方向。十字型分布的飞行控制系统较为简单，适合新手设计和操作；而X 型更灵活，适合熟练飞手进行较高难度的飞行，如特技飞行。四个螺旋桨安装在无人机的4 个支架( 四旋翼由此也被称为“四轴飞行器”），支架中央放置处理器和摄像头、云台等外设[1]。四旋翼无人机的典型结构图如图1 所示。

一、引言

随着科技的飞速发展，无人机技术在各个领域的应用越来越广泛。为了紧跟时代步伐，提高自己的专业技能，我参加了无人机实训课程。通过这段时间的学习和实践，我对无人机有了更加深入的了解，以下是我对无人机实训的心得总结。

二、实训内容与过程

1. 理论学习

实训课程首先是对无人机的基础知识进行讲解，包括无人机的定义、分类、发展历程、应用领域等。通过学习，我对无人机有了初步的认识，了解到无人机在军事、民用、科研等领域的广泛应用。

2. MATLAB编程与调试

在实训过程中，我们学习了MATLAB编程，掌握了无人机飞控系统的建模与仿真。通过编写代码，我们学会了如何控制无人机的飞行姿态、速度等参数。同时，我们还学习了调试技巧，提高了对程序的掌控能力。

3. 凤凰模拟器操作

凤凰模拟器是无人机实训中必不可少的工具，通过模拟器我们可以进行飞行姿态、飞行控制等环节的训练。在实训过程中，我们熟练掌握了模拟器的操作，提高了自己的操控能力。

4. 全真飞行实践

实训的最后阶段，我们进行了全真飞行多旋翼无人机的实践。在专业老师的指导下，我们学会了无人机的起飞、降落、悬停等基本操作。通过实践，我们对飞控系统和传感器的工作原理有了更深刻的掌握。

三、实训心得体会

1. 增强了专业知识

通过无人机实训，我对无人机的基本原理、技术特点、应用领域有了更深入的了解。这不仅丰富了我的专业知识，也为我今后的工作打下了坚实的基础。

2. 提高了动手能力 实训过程中，我们不仅学习了理论知识，还进行了大量的实践操作。通过动手实践，我提高了自己的动手能力，学会了如何将理论知识应用到实际工作中。

3. 培养了团队协作精神

无人机实训课程需要团队合作完成，我们共同研究问题、解决问题。在这个过程中，我学会了与他人沟通、协作，培养了团队协作精神。

4. 增强了创新意识

无人机技术发展迅速，实训过程中，我们不断尝试创新，寻求更好的解决方案。这使我认识到创新的重要性，增强了创新意识。

.

哈尔滨四通技工学校第三教学站

延寿农民工综合培训学校

多旋翼无人机操作教案

.

二0一七春季生

课程名称： 多旋翼无人机操作基础 授课教师: 张海东

课 题 第一章 无人飞行器概述

教学目标 1、无人飞行器发展简史

2、无人飞行器的优缺点

3、无人飞行器应用领域

教学重点 1、什么事无人机

2、无人机的应用

3、无人机未来的发展趋势

教材分析 无人机的概述重要性，帮助学员更好的了解无人机。

教学方法 讲授法

授课类型 新课 .

课 时 二课时

课程内容

一、组织教学

二、课前提问

三、导入新课

四、教学内容：

1、 1910年，在莱特兄弟所取得的成功的鼓舞下，来自俄亥俄州的年轻军事工程师查尔斯•科特林建议使用没有人驾驶的飞行器：用钟表机械装置控制飞机，使其在预定地点抛掉机翼并象炸弹一样落向敌人。在美国陆军的支持和资助下，他制成并试验了几个模型，取名为“科特林空中鱼雷”、“科特林虫子”。

2、二战期间，美国海军首先将无人机作为空面武器使用。1944年，美国海军为了对德国潜艇基地进行打击，使用了由B-17轰炸机改装的遥控舰载机。

3、上世纪70-90年代及其以后，以色列军事专家、科学家和设计师对无人驾驶技术装备的发展做出了突出贡献，并使以色列在世界无人驾驶系统的研制和作战使用领域占有重要地位。

4、最著名的是“捕食者” 可复用无人机，世界上最大的无人机––“全球鹰”，“影子-200”低空无人机， “扫描鹰”小型无人机，“火力侦察兵” 无 .

人直升机。

5、理论开创阶段，多旋翼无人飞行器理论开创于上世纪10年代，直升机研发之前。几家主要飞机生产商开发出的在多个螺旋桨中搭乘飞行员的机型。这种设计开创了多旋翼飞行器的理论。

6、加速发展阶段，2007年以后，装配高性能压电陶瓷陀螺仪和角速度传感器（六轴陀螺仪）的多旋翼无人飞行器开始出现加速发展。

实训三 多旋翼无人机飞行训练

一、实训目的

1、能够驾驶四轴多旋翼无人机进行平稳起降和悬停；

2、能够驾驶四轴多旋翼无人机进行八面悬停飞行；

3、能够进行飞行前检查和飞行后检查；

4、有能力的进行水平8字航线飞行。

二、实训内容及要求

1、平稳起降和悬停训练，能够至少在定点模式下垂直平稳起降微型多旋翼无人机，起飞后定点悬停不超过一个机身位；

2、八面悬停训练，从对尾0度开始，向左或向右转动航向，至少在定点模式下进行45度、90度、135度、180度、225度、270度、315度、360度八个方向的微型多旋翼无人机悬停训练，偏离不超过一个机身位；

3、飞行前后检查，包括但不限于无人机系统外观、紧固件、连接线、电量、电子设备状态、信号、等；

4、水平八字飞行，有能力的同学可开展水平8字航线飞行训练，在教师指导下完成。

三、实训条件

1、微型多旋翼无人机，动力电池，充电器、维保工具等；

2、雪糕筒、警戒线、防护网、遮阳伞等飞行练习场地布置耗材；

3、无人机实训室；

4、飞行练习场地。

四、实训步骤

1、准备练习用设备前往飞行练习场，使用雪糕筒、警戒线、防护网、遮阳伞等工具布置飞行场地；

2、开展飞行前检查，包括但不限于无人机系统外观、紧固件、连接线、电量、电子设备状态、信号等，如有问题、故障等应进行排除；

3、完成飞行前检查，驾驶员距离无人机3米左右，解锁无人机，开始对尾垂直起飞、定点悬停、垂直降落训练；

4、对尾悬停飞行训练合格后，逐步开展左右侧向和对头悬停训练，并将动作进行组合，连续操作，完成八面悬停飞行训练； 5、飞行过程中关注无人机飞行状态，注意无人机和遥控器指示灯或电量信息，注意飞行场地的外来干扰，确保飞行安全；

6、飞行练习间隙应当随时检查无人机状态，及时学习和使用无人机系统和飞行管理知识；

7、八面悬停训练进度较快的同学，可开展水平8字航线飞行训练；

8、每次完成飞行训练，应进行飞行结束讲评，填写飞行学习记录表。