四旋翼飛行立項申請書.doc

項目等級項目批準號 重點一般 衡水學院大學生科技創(chuàng)新活動項目申請書（2013年度） 項目名稱： 四旋翼飛行器 申 請 人： 所在系： 物理與電子信息工程系 專業(yè)年級： 12級電子信息工程 聯(lián)系電話： 指導教師: 職稱 申報日期： 2013 年 03 月 25 日成果類別： 自然科學類學術(shù)論文 哲學社會科學類社會調(diào)查報告和學術(shù)論文科技發(fā)明制作A類 科技發(fā)明制作B類衡水學院大學生科技創(chuàng)新活動項目辦公室 填 表 說 明 一、 填寫立項申請書前，請先咨詢指導教師或有關專業(yè)教師。申請書的各項內(nèi)容要求實事求是，逐條認真填寫，表達明確、嚴謹。 二 、申請書一律要求用A4紙的打印稿件，于左側(cè)裝訂成冊。一式兩份，由指導教師和所在系審查并簽署意見后報送大學生學術(shù)科技創(chuàng)新活動項目辦公室。三 、“項目等級”“項目批準號”不填，由學院統(tǒng)一填寫。四、“項目組成員”原則上不超過5人。 五、如表格不夠，可以加附頁。一、簡表項目簡況項目名稱神奇的磁懸浮申請經(jīng)費3500元起止年月自 2013 年 04 月至 2014 年 04 月類 別個人項目 集體項目申請等級重點項目 一般項目申請者（集體項目代表）情況姓名張智性別男年齡22電別電子信息工程年級10級專業(yè)電子信息工程項目組成員姓 名性別出生年月年級專業(yè)班級所在系上學年綜合測評分項目中的分工男級電信電子信息工程男級電信電子信息工程男級電信電子信息工程指導教師情況姓名性別男學位本科職稱講師研究方向電子設計授課名稱電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電子實驗等課題論證（項目研究的目的、意義、用途、國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平與發(fā)展趨勢、本項目的特色與創(chuàng)新之處）目的:第一：從汶川地震開始，我們關注到，在許多地區(qū)發(fā)生災害以后，各種通訊設備無法使用導致與外界的交流阻斷，同時受災地區(qū)交通阻塞，救援隊伍無法進入勘察受災狀況。于是，我們想到使用小型的遙控航?？梢愿綆蠈嵤┖脚囊约癎PS導航功能，快速及時地反映那些對外交流困難的受災地區(qū)的受災情況，從而更有利于救援行動的開展。第二：現(xiàn)代交通業(yè)的迅速發(fā)展和膨脹導致了公路擁堵現(xiàn)象越發(fā)嚴重。尤其是經(jīng)歷了2012年十一假期個全國性交通堵塞，我們深感及時的了解前方路況讓車輛分流有多么重要。并且，現(xiàn)在的城市道路上都已經(jīng)裝上攝像頭，這些設備可以協(xié)助交通部門管理城市道路。但高速公路上缺少這樣的設備。并且高速公路路況可能變化很快，這更需要某種機制可以幫助疏導車流。所以，我們設想，與交通部門取得聯(lián)系，在我們完成航模之后，借用交通部門高速公路上的網(wǎng)絡端口，將拍攝的圖像實時傳輸回來，以保證車輛的快速通過。第三：四旋翼飛行器是微型飛行器的其中一種，也是一種智能機器人。是最初是由航空模型愛好者自制成功，后來很多自動化廠商發(fā)現(xiàn)它可以用于多種用途而積極參于研制。它利用有四個旋翼作為飛行引擎來進行空中飛行，它的尺寸較小、重量較輕、適合攜帶和使用的無人駕駛飛行器一樣能夠攜帶一定的任務載荷，具備自主導航飛行能力。在復雜、危險的環(huán)境下完成特定的飛行任務。 用途和意義：將來可以應用于軍事上在復雜、危險的環(huán)境下完成特定的飛行任務。也能用于救援，另外可以航拍探索記錄等。 國內(nèi)外現(xiàn)狀：國外的四旋翼飛行器能在鋼琴上方懸停，在黑白鍵中定位，彈出鋼琴曲?？勺鞒鲈S多高難度動作，上百個四旋翼飛行器編隊飛行，在這方面領先中國很多。創(chuàng)新之處：運用了四個旋翼作為動力更為穩(wěn)定，比單旋翼直升機要零活速度快，還可以急速上升下降，給搜救，軍事，航拍人員提供了方便。衡水學院還沒有人做過飛行器，所以我們要努力做好。 3、 技術(shù)可行性分析和研究工作準備情況技術(shù)可行性分析：經(jīng)過調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，四旋翼飛行器飛機的穩(wěn)定性和可控制性都比較好，我們不涉足機械，只需要寫飛行控制軟件，從而讓她實現(xiàn)自主的飛行平衡。四旋翼飛行器原理不復雜，四個槳構(gòu)成一個旋翼平面，靠飛控板控制每個動力組的輸出，來控制旋翼平面的傾斜，靠升力的分力來改變飛行方向。四旋翼飛行器采用四個旋翼作為飛行的直接動力源，旋翼對稱分布在機體的前后左右四個方向，四個旋翼處于同一高度平面，且四個旋翼軸距幾何中心的距離相等，旋翼1和旋翼3逆時針旋轉(zhuǎn)，旋翼2和旋翼4順時針旋轉(zhuǎn)，四個電機對稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計算機和外部設備。當對角兩個旋翼產(chǎn)生的升力相同時能夠保證力矩的平衡, 四旋翼不會向任何一個方向傾轉(zhuǎn);而四個電機一對正轉(zhuǎn),一對反轉(zhuǎn)的方式使得繞豎直軸方向旋轉(zhuǎn)的反扭矩平衡, 保證了四旋翼飛行器的航向的穩(wěn)定。四個電機的轉(zhuǎn)速做相應的變化即可實現(xiàn)四旋翼飛行器在橫向、縱向、豎直方向和偏航方向上的運動：四個槳產(chǎn)生的推力, 超過或者低于四旋翼飛行器本身重力的時候能夠?qū)崿F(xiàn)豎直方向上升與下降的運動, 當槳的升力與四旋翼飛行器本身的重力相等的時候即實現(xiàn)懸停.當四旋翼飛行器需要向前方運動時, 2,4號電機保持轉(zhuǎn)速不變, 3號電機轉(zhuǎn)速下降, 1號電機轉(zhuǎn)速上升, 此時1號電機產(chǎn)生的升力大于3號電機的升力, 四旋翼飛行器就會沿幾何中心向前傾轉(zhuǎn), 槳葉升力沿縱向的分力驅(qū)動四旋翼飛行器向前運動。當四旋翼飛行器要轉(zhuǎn)向左轉(zhuǎn)向時, 1,3號電機轉(zhuǎn)速上升, 2,4號電機轉(zhuǎn)速下降, 使向左的反扭距大于向右的反扭矩, 四旋翼飛行器在反扭距的作用下向左旋轉(zhuǎn). 右轉(zhuǎn)同理。 四旋翼飛行器名詞解釋通道： 通道就是可以遙控器控制的動作路數(shù)，比如遙控器只能控制四旋翼飛行器上下飛，那么就是1個通道。但四旋翼飛行器在控制過程中需要控制的動作路數(shù)有：上下、左右、前后、旋轉(zhuǎn)。所以四旋翼飛行器最低得4通道遙控器。要實現(xiàn)航拍功能則就需要更多通道的遙控器。飛控： 四旋翼飛行器相對于常規(guī)航模來說，最最復雜的就是電子部分了。之所以能飛行得很穩(wěn)定，全靠電子控制部分 對四旋翼飛行器飛行狀態(tài)進行快速調(diào)整。在常規(guī)固定翼飛機上，陀螺儀并非常用器件，在相對操控難度大點的直機上，如果不做自動穩(wěn)定系統(tǒng)，也只是鎖尾才用到陀螺儀。四旋翼飛行器與其不同的地方是必須配備陀螺儀，這是最基本要求，不然無法飛行，更談不上飛穩(wěn)了。不但要有，還得是3軸向(X、Y、Z)都得有，這是四旋翼飛行器的機械結(jié)構(gòu)、動力組成特性決定的。在此基礎上再輔以3軸加速度傳感器，這6個自由度，就組成了飛行姿態(tài)穩(wěn)定的基本部分，也是關鍵核心部分-慣性導航模塊，簡稱IMU。飛行中的姿態(tài)感測全靠這個IMU了，可見它是整架模型的核心部件 。電調(diào)： 電調(diào)的作用就是將飛控板的控制信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮?，以控制電機的轉(zhuǎn)速。四旋翼飛行器四個槳轉(zhuǎn)動時的離心力是分散的。不象直機的槳，只有一個能產(chǎn)生集中的離心力形成陀螺性質(zhì)的慣性離心力，保持機身不容易很快的側(cè)翻掉。所以通常用到的舵機控制信號更新頻率很低。四旋翼飛行器為了能夠快速反應，以應對姿態(tài)變化引起的飄移，需要高反應速度的電調(diào)，常規(guī)PPM電調(diào)的更新速度只有50Hz左右，滿足不了這種控制所需要的速度，且PPM電調(diào)MCU內(nèi)置PID穩(wěn)速控制，能對常規(guī)航模提供順滑的轉(zhuǎn)速變化特性，用在四旋翼飛行器上就不合適了，四旋翼飛行器需要的是快速反應的電機轉(zhuǎn)速變化。用高速專用電調(diào)，IIC總線接口傳送控制信號，可達到每秒幾百上千次的電機轉(zhuǎn)速變化，在四旋翼飛行器飛行時，姿態(tài)時刻能夠保持穩(wěn)定。即使受到外力突然沖擊，依舊安然無恙。無刷電機： 電機分為有刷電機和無刷電機，無刷是四旋翼飛行器的主流。它力氣大，耐用。正反槳： 四旋翼飛行器飛行為了抵消螺旋槳的自旋，相隔的槳旋轉(zhuǎn)方向是不一樣的，所以需要正反槳。正反槳的風都向下吹。適合順時針旋轉(zhuǎn)的叫正漿、適合逆時針旋轉(zhuǎn)的是反漿。鋰電池： 同樣電池容量鋰電最輕，起飛效率最高。平衡充電： 如3s電池，內(nèi)部是3個鋰電池，因為制造工藝原因，沒辦法保證每個電池完全一致，充電放電特性都有差異，電池串聯(lián)的情況下，就容易照常某些放電過度或充電過度，充電不飽滿等，所以解決辦法是分別對內(nèi)部單節(jié)電池充電。四、預期成果（成果應用前景或預期達到的目的）我們預期能通過改裝和程序控制，使得四旋翼飛行器飛機的四個螺旋槳方向都能成為機首，以實現(xiàn)六通道甚至直接斜上斜下的飛行功能，達到盡量準確快速勘察情況的目的。同時，考慮到載重的限制，我們首先會選擇大小適合的機型，使得其載重能夠達到要求，比如能承載達到功率要求的無線傳輸設備。另外為了使航模能飛行并且較為平穩(wěn)，我們會選擇輕質(zhì)的設備，盡量減小其載重。 五、項目進度安排（起止時間、年進度、結(jié)題時間）2013.04-2013.06進行資料收集分析2013.07-2013.10進行實驗電路設計2013.11-2013.12進行軟件程序編寫2014.01-2014.04進行試驗產(chǎn)品優(yōu)化六、結(jié)題方式實驗作品展示七、經(jīng)費預算預算支出經(jīng)費項目申請經(jīng)費及年度計劃四旋翼飛行器機架300元飛控板280元無刷電機4*100=400電調(diào)4*98=392正反槳4*30=120元鋰電池180*2=360元12V60A開關電源150元