空中機器人課件

第一單元

了解空中機器人第一單元

了解空中機器人1還記得機器人一詞是如何誕生的嗎？人類從古至今，從未停止過對美好生活的追求與探索。幾千年中，從古代機器人到近代機器人，再到如今智能機器人發(fā)展歷史的長河中，機器人已經(jīng)在人類的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要的作用。在全世界陸地機器人、空中機器人、水下機器人的蓬勃發(fā)展中，其中發(fā)展比較快的是空中機器人。你對空中機器人有多少的了解呢？你想知道空中機器人是怎樣發(fā)展的嗎？讓我們一同進入空中機器人的世界吧。還記得機器人一詞是如何誕生的嗎？人類從古至今，從未停止過對美2第1節(jié)無人機簡介學習目標：a、了解什么是無人機。b、了解什么是旋翼無人機。

c、了解什么是固定翼無人機。第1節(jié)無人機簡介學習目標：31.1了解什么是無人機你知道飛機是什么時候被發(fā)明的嗎？你對飛機又有怎樣的認識呢？1.1了解什么是無人機4在1903年，美國的萊特兄弟制造出第一架依靠自身動力進行載人飛行的飛機“飛行者一號”，取得了試飛成功，為全世界的飛機發(fā)展史上做出了重大的貢獻。自從飛機被發(fā)明后，逐漸成為人類現(xiàn)代文明不可缺少的交通工具，它深刻的改變和影響了人們的生活，并開啟了人們征服藍天的歷史。在1903年，美國的萊特兄弟制造出第一架依靠自身動力進行載人51910年，在萊特兄弟所取得的成功的鼓舞下，來自俄亥俄州的年輕軍事工程師查爾斯?科特林建議使用沒有人駕駛的飛行器，就是用鐘表機械裝置控制飛機，使它在預(yù)定地點拋掉機翼并象炸彈一樣落向敵人。在美國陸軍的支持和資助下，他制成并試驗了幾個模型，取名為“科特林空中魚雷”、“科特林蟲子”。就這樣，人類開啟了空中機器人發(fā)明創(chuàng)造的新篇章。從前面的介紹中，我們了解到空中機器人即無人機是在戰(zhàn)爭的作用推動下產(chǎn)生的，但是，你知道它是什么樣的機器人嗎？1910年，在萊特兄弟所取得的成功的鼓舞下，來自俄亥俄州的年6軍用領(lǐng)域的無人機無人機是對無人駕駛飛機(UAV)的簡稱，簡而言之就是沒有人駕駛的飛機。更是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器，最早在20世紀20年代出現(xiàn)，當時是作為訓練用的靶機使用的。從某種角度來看，無人機可以在無人駕駛的條件下完成復雜空中飛行任務(wù)和各種負載任務(wù)，可以被看作是“空中機器人”。軍用領(lǐng)域的無人機7追溯無人機的發(fā)展歷史，可以說現(xiàn)代戰(zhàn)爭是推動無人機發(fā)展的動力，而無人機對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響也越來越大。近年來在軍用機器人家族中，無人機是科研活動最活躍、技術(shù)進步最大、研究及采購經(jīng)費投入最多、實戰(zhàn)經(jīng)驗最豐富的領(lǐng)域。80多年來，世界無人機的發(fā)展基本上是以美國為主線向前推進的，無論從技術(shù)水平還是無人機的種類和數(shù)量來看，美國均居世界之首位。追溯無人機的發(fā)展歷史，可以說現(xiàn)代戰(zhàn)爭是推動無人機發(fā)展的動力，8空中機器人曾經(jīng)有過多種稱謂，無人機（UAV）是其中的一種。自從1917年英國研制出世界上第一架無人機以來，無人機已經(jīng)歷了無人靶機、預(yù)編程序控制無人偵察機、指令遙控無人偵察機和復合控制的多用途無人飛器的發(fā)展過程。在越南戰(zhàn)爭，海灣戰(zhàn)爭乃至北約空襲南斯拉夫的過程中，無人機都被頻繁地用于執(zhí)行軍事任務(wù)。無人機以突出的戰(zhàn)績使各國高層軍事高層對它刮目相看，更加認同無人機的軍事價值，這為無人機的迅速發(fā)展提供了強大的動力?？罩袡C器人曾經(jīng)有過多種稱謂，無人機（UAV）是其中的一種。9二戰(zhàn)期間，美國海軍首先將無人機作為空面武器使用。1944年，美國海軍為了對德國潛艇基地進行打擊，使用了由B-17轟炸機改裝的遙控艦載機。美國特里達因?瑞安公司生產(chǎn)的“火蜂”系列無人機是當時設(shè)計獨一無二、產(chǎn)量最大的無人機。美國空軍、陸軍和海軍多年來一直在使用以BQM-34А“火蜂”靶機為原型研制的多型無人機。二戰(zhàn)期間，美國海軍首先將無人機作為空面武器使用。1944年10上世紀70-90年代及其以后，以色列軍事專家、科學家和設(shè)計師對無人駕駛技術(shù)裝備的發(fā)展做出了突出貢獻，并使以色列在世界無人駕駛系統(tǒng)的研制和作戰(zhàn)使用領(lǐng)域占有重要地位。上世紀70-90年代及其以后，以色列軍事專家、科學家和設(shè)計師111982年以色列航空工業(yè)公司(IAI)首創(chuàng)以無人機擔任其他角色的軍事任務(wù)。在加利利和平行動（黎巴嫩戰(zhàn)爭）時期，偵察者無人機無人機系統(tǒng)曾經(jīng)在以色列陸軍和以色列空軍的服役中擔任重要戰(zhàn)斗角色。以色列國防軍主要用無人機進行偵察兵，情報收集，跟蹤和通訊。80—90年代，除了美國和以色列外，其他國家的許多飛機制造公司也在從事無人機的研制與生產(chǎn)?？梢哉f，現(xiàn)在全世界都在制造無人機。無人機除了在軍事領(lǐng)域有著重要的作用，它在民用領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。1982年以色列航空工業(yè)公司(IAI)首創(chuàng)以無人機擔任其他角12民用領(lǐng)域的無人機無人機正成為下一輪機器人技術(shù)創(chuàng)新的國際競爭熱點之一，它的發(fā)展速度大大超出了人們的預(yù)期。盡管無人機的設(shè)計概念最早是在二戰(zhàn)時期被廣泛應(yīng)用于軍工領(lǐng)域，但隨著社會的進步發(fā)展與社會需求的演變，無人機逐漸擺脫掉給人們遙不可及、科幻、高端的產(chǎn)品印象，現(xiàn)在逐步走入了人們的日常生活。知名的電視節(jié)目“爸爸去哪兒”、“舌尖上的中國”等電視節(jié)目均采用無人機進行協(xié)助拍攝，使許多人第一次知道了無人機的存在。民用領(lǐng)域的無人機13無人飛行器的應(yīng)用非常廣泛，可以用于軍事，也可以用于民用和科學研究。當前，無人機在警用、城市管理、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、電力、搶險救災(zāi)、視頻拍攝、快遞等行業(yè)都起到了不同的用途，盡管這些應(yīng)用目前主要還是在國外，但我國國內(nèi)各行業(yè)在無人機的應(yīng)用也在逐漸增多。知名歌手汪峰向章子怡求婚的時候，就曾經(jīng)用無人機參與遞送戒指的案例；而在航拍領(lǐng)域，無人機拍攝大有成為影視行業(yè)標配的趨勢。同時，受國外快遞行業(yè)的影響，我國的順豐速運也在近兩年啟動了無人機快遞計劃，如果可行，無人機將大大降低其運送成本。無人飛行器的應(yīng)用非常廣泛，可以用于軍事，也可以用于民用和科學14空中機器人課件15空中機器人課件16(a)城市規(guī)劃與管理(b)影視航拍(c)消防救援(d)農(nóng)業(yè)植保(e)交通監(jiān)管(f)電力巡線無人機的出現(xiàn)，在軍事領(lǐng)域與民用領(lǐng)域均起到了重要的作用，使全世界的空中機器人發(fā)展有了更為廣闊的市場和應(yīng)用前景。知道了無人機在軍事領(lǐng)域與民事領(lǐng)域的作用，你知道它其實分了很多很多種類型的無人機嗎？(a)城市規(guī)劃與管理17無人機的分類無人機家族體系龐大，分支眾多，可以從機身結(jié)構(gòu)、體積重量、飛行高度、航程、航時、用途等多個維度對其進行分類。當前，無人機市場以固定翼和旋翼無人機為主：固定翼無人機的優(yōu)勢是續(xù)航能力強、飛行半徑大、巡航速度快、載重能力強，適用于高速、大范圍、重負載、長航時、長航程的任務(wù)類型，例如靶機、戰(zhàn)略偵察和打擊、戰(zhàn)術(shù)偵察和打擊、航拍測繪等；旋翼無人機的特點是操控性強，可垂直起降和懸停，主要適用于低空、低速、有垂直起降和懸停要求的任務(wù)類型，例如艦載、影視劇或大型活動航拍、搜救等。無人機的分類18從平臺構(gòu)造的技術(shù)角度來分，無人機可劃分為六大陣營，分別是無人直升機、無人固定翼機、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機、撲翼式微型無人機。從平臺構(gòu)造的技術(shù)角度來分，無人機可劃分為六大陣營，分別是無人19無人機分類及特點：無人機分類及特點：20無人機優(yōu)點：1、避免犧牲空勤人員，因為飛機上不需要飛行人員，所以最大可能地保障了人的生命安全。2、無人機尺寸相對較小，設(shè)計時不受駕駛員生理條件限制，可以有很大的工作強度，不需要人員生存保障系統(tǒng)和應(yīng)急救生系統(tǒng)等，大大地減輕了飛機重量。3、制造成本與壽命周期費用低，沒有昂貴的訓練費用和維護費用，機體使用壽命長，檢修和維護簡單。4、無人機的技術(shù)優(yōu)勢是能夠定點起飛，降落，對起降場地的條件要求不高，可以通過無線電遙控或通過機載計算機實現(xiàn)遠程遙控。無人機優(yōu)點：21無人機缺點：1、主要表現(xiàn)在生存力低，在與有較強防空能力的敵人作戰(zhàn)時，無優(yōu)勢可言。2、無人機速度慢，抗風和氣流能力差，在大風和亂流的飛行中，飛機易偏離飛行線路，難以保持平穩(wěn)的飛行姿態(tài)。3、無人機受天氣影響較大，結(jié)冰的飛行高度比過去預(yù)計的要低，在海拔3000-4500m的高度上，連續(xù)飛行10-15min后會使飛機受損。4、無人機的應(yīng)變能力不強，不能應(yīng)付意外事件，當有強信號干擾時，易造成接收機與地面工作站失去聯(lián)系。5、無人機機械部分也有出現(xiàn)故障的可能，一旦出現(xiàn)電子設(shè)備失靈現(xiàn)象，那對無人機以及機載設(shè)備將是致命的。隨著現(xiàn)代自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、機器人技術(shù)等高新科技水平的不斷提高，無人機即空中機器人將會得到更廣泛的普及，其應(yīng)用范圍與領(lǐng)域亦會隨之擴大。無人機缺點：221.2了解什么是旋翼無人機最常見的飛行器通常被分為固定翼、直升機和多旋翼（四旋翼最為主流）。旋翼飛行器作為無線電遙控的一種類型，其發(fā)展的歷史尚淺。在2010年之前，固定翼和直升機無論在航拍還是航模運動領(lǐng)域，基本上占有絕對主流的地位。然而，在之后的幾年中，因優(yōu)良的操控性能，多旋翼迅速成為航拍和航模運動領(lǐng)域的新星，但這仍然需要專業(yè)人員調(diào)試或裝配飛機。1.2了解什么是旋翼無人機23旋翼無人機的發(fā)展可以歸納為三個階段，即理論開創(chuàng)階段、加速發(fā)展階段、未來發(fā)展階段。旋翼無人飛行器理論開創(chuàng)于上世紀10年代，直升機研發(fā)之前。幾家主要飛機生產(chǎn)商開發(fā)出的在多個螺旋槳中搭乘飛行員的機型，這種設(shè)計開創(chuàng)了多旋翼飛行器的理論。2007年以后，裝配高性能壓電陶瓷陀螺儀和角速度傳感器（六軸陀螺儀）的多旋翼無人飛行器開始出現(xiàn)加速發(fā)展。伴隨著飛行器技術(shù)的進步，多旋翼無人飛行器使用者會急劇增加。旋翼無人機的發(fā)展可以歸納為三個階段，即理論開創(chuàng)階段、加速發(fā)展24多旋翼飛行器也稱為多軸飛行器，是直升機的一種，它通常有3個以上的旋翼。飛行器的機動性通過改變不同旋翼的扭力和轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。相比傳統(tǒng)的單水平旋翼直升機，它構(gòu)造精簡，易于維護，操作簡便，穩(wěn)定性高且攜帶方便。常見的多旋翼飛行器，如：四旋翼，六旋翼和八旋翼，被廣泛用于影視航拍、安全監(jiān)控、農(nóng)業(yè)植保、電力巡線等領(lǐng)域。多旋翼飛行器也稱為多軸飛行器，是直升機的一種，它通常有3個以25對于目前多旋翼產(chǎn)品，一般分半自主控制方式和全自主控制方式。半自主控制方式是指自動駕駛儀的控制算法能夠保持多旋翼飛行器的姿態(tài)穩(wěn)定（或定點）等，但飛行器還是需要通過人員遙控操縱。在這種控制方式下，多旋翼屬于航模。全自主控制方式是指自動駕駛儀的控制算法能夠完成多旋翼飛行器航路點到航路點的位置控制以及自動起降等。在這種控制方式下，多旋翼屬于無人機，而地面人員此時進行任務(wù)級的規(guī)劃。作為無人機，多旋翼飛行器可以在無人駕駛的條件下完成復雜空中飛行任務(wù)和搭載各種負載任務(wù)，可以被看作是“空中機器人”。相比其他類別的無人機，多旋翼無人機具有靈活、簡單的操控性，它不需要跑道便可以垂直起降，起飛后可在空中懸停。它的操控原理簡單，操控器四個遙感操作對應(yīng)飛行器的前后、左右、上下和偏航方向的運動。對于目前多旋翼產(chǎn)品，一般分半自主控制方式和全自主控制方式。半261.3了解什么是固定翼無人機固定翼無人機作為無人機的一種,可以被應(yīng)用在輸電線路巡檢、航線設(shè)計、航攝設(shè)計、航空攝影中等領(lǐng)域，并有著出色的表現(xiàn)。固定翼無人機通過動力系統(tǒng)和機翼的滑行實現(xiàn)起降和飛行，遙控飛行和程控飛行均容易實現(xiàn)，抗風能力也比較強，是類型最多、應(yīng)用最廣泛的無人駕駛飛行器。其發(fā)展趨勢是微型化和長航時，目前微型化的無人機只有手掌大小，長航時無人機的體積一般比較大，續(xù)航時間在10小時以上，能同時搭載多種遙感傳感器。起飛方式有滑行、彈射、車載、火箭助推和飛機投放等；降落方式有滑行、傘降和撞網(wǎng)等。固定翼型無人機的起降需要比較空曠的場地，比較適合林業(yè)和草地監(jiān)測、礦山資源監(jiān)測、海洋環(huán)境監(jiān)測、城鄉(xiāng)結(jié)合部的土地利用監(jiān)測以及水利、電力等領(lǐng)域的應(yīng)用。1.3了解什么是固定翼無人機27空中機器人課件28第2節(jié)無人機的結(jié)構(gòu)與組成無人機一般由飛機平臺系統(tǒng)、有效載荷系統(tǒng)（信息采集系統(tǒng)）和地面控制系統(tǒng)三大部分組成。飛機平臺系統(tǒng)和有效載荷系統(tǒng)組成了整個飛行器，根據(jù)負載能力和實現(xiàn)任務(wù)的不同，一個平臺可以搭載多套有效載荷系統(tǒng)，實現(xiàn)復雜功能?，F(xiàn)在，我們來看看無人機與飛機的結(jié)構(gòu)組成有哪些不同呢？第2節(jié)無人機的結(jié)構(gòu)與組成無人機一般由飛機平臺系統(tǒng)、有效載29旋翼式無人機飛行平臺就是無人機本身及其上搭載的航電系統(tǒng)、飛行控制處理器等，它的主要作用就是作為一個運輸工具搭載相應(yīng)的設(shè)備來完成給定的任務(wù)。無人機可以接收地面站的遙控實現(xiàn)被控飛行，也可以實現(xiàn)完全自主飛行。在被控飛行時，無人機可以將機載傳感器所采集到的數(shù)據(jù)、導航定位系統(tǒng)所接收到的導航信息經(jīng)過一定處理通過無線通信鏈路發(fā)送給地面站，以供地面站的技術(shù)人員作為控制參考；在自主飛行時，相應(yīng)的數(shù)據(jù)將被傳送到無人機的機載飛行控制中樞處理器，由預(yù)設(shè)的算法對這些數(shù)據(jù)進行處理，然后生成控制指令控制無人機自主飛行。無人機的導航信息一般由導航系統(tǒng)提供。無人機的性能和通信距離則決定了無人機所能執(zhí)行的任務(wù)種類。旋翼式無人機飛行平臺就是無人機本身及其上搭載的航電系統(tǒng)、飛30四旋翼無人飛行器飛行器能夠完成懸停、低速飛行、垂直起降和室內(nèi)飛行等固定翼無法完成的任務(wù)，與傳統(tǒng)意義上的直升機相比，又具有結(jié)構(gòu)和控制簡單、制造精度低、穩(wěn)定性好、較弱的陀螺效應(yīng)等優(yōu)勢，在無人偵察、空中航拍、交通管理、森林防火、城市巡邏、空中快遞等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，迅速成為新的國際研究熱點，但是在國內(nèi)還處于初級研究階段，因此研究四旋翼飛行器有著極其重要的意義。四旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)四個電機轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。由于飛行器是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速實現(xiàn)升力變化，這樣會導致其動力部穩(wěn)定，所以需要一種能夠長期保穩(wěn)定的控制方法。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機，因此非常適合靜態(tài)和準靜態(tài)條件下飛行。但是四旋翼飛行器只有四個輸入力，同時卻有六個狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)。四旋翼無人飛行器飛行器能夠完成懸停、低速飛行、垂直起降和室內(nèi)31四旋翼飛行器主要由機架、電機、電調(diào)和槳葉組成，為了滿足實際飛行需要，一般還需要配備電池、遙控器及飛行輔助控制系統(tǒng)。四旋翼飛行器主要由機架、電機、電調(diào)和槳葉組成，為了滿足實際飛32無人機機架就像是飛機的身體一樣，沒有了組成身體的結(jié)構(gòu)就不能算上真正意義的無人機?？梢哉f，機架是多旋翼飛行器的機身架，是整個飛行系統(tǒng)的飛行載體。在四旋翼無人機中，它的機身在空中飛行時仿佛長了四只翅膀的蒼鷹，在天空展翅飛翔，靈活機變，具有很強的操作性。無人機機架就像是飛機的身體一樣，沒有了組成身體的結(jié)構(gòu)就不能算33電機是整個無人機飛行的動力驅(qū)動系統(tǒng)，如果沒有了電機，無人機就不能產(chǎn)生動能，形如一塊廢鐵，推動了無人機的作用與價值。電機是由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。在整個飛行系統(tǒng)中，起到提供動力的作用。電機是整個無人機飛行的動力驅(qū)動系統(tǒng)，如果沒有了電機，無人機就34電調(diào)在無人機中擔任了“大腦”的作用，它的名字全稱叫電子調(diào)速器。在整個飛行系統(tǒng)中，電調(diào)主要提供驅(qū)動電機的指令來控制電機，完成規(guī)定的速度和動作等。它的作用非常重要，就像人類餓了向大腦發(fā)出餓了的指令，從而使人完成吃飯的動作一樣。電調(diào)在無人機中擔任了“大腦”的作用，它的名字全稱叫電子調(diào)速器35槳葉是通過自身旋轉(zhuǎn)，將電機轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為動力的裝置。在整個飛行系統(tǒng)中，槳葉主要起到提供飛行所需的動能。按材質(zhì)一般可分為尼龍槳，碳纖維槳和木槳等。其實，我們看到槳葉很容易想象到日常生活中比如蜻蜓的翅膀也很像無人機的槳葉，蜻蜓靠著扇動翅膀達到平衡和飛翔，而無人機槳葉就是這個原理。槳葉是通過自身旋轉(zhuǎn)，將電機轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為動力的裝置。在整個飛36電池是將化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。在整個飛行系統(tǒng)中，電池作為能源儲備，為整個動力系統(tǒng)和其他電子設(shè)備提供電力來源。日常生活中，我們經(jīng)常會使用到各種類別的電池，比如用到的手機、電視搖控器、玩具遙控器等都需要電池。而對無人機而言，電池就是無人機的“心臟”，沒有了電池，“心臟”就會停止跳動，因此說電池是無人機能源儲備的核心。電池是將化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。在整個飛行系統(tǒng)中，電池作為能37遙控系統(tǒng)由遙控器和接收機組成，是整個飛行系統(tǒng)的無線控制終端?？吹较旅娴膱D片，你是否想到自己的搖控小車？通過遙控器操作，對小車發(fā)出前、后退的指令，指令發(fā)送到接收機，從而完成你的指令動作。對無人機而言，也是同樣的原理。遙控系統(tǒng)由遙控器和接收機組成，是整個飛行系統(tǒng)的無線控制終端。38飛行控制系統(tǒng)集成了高精度的感應(yīng)器元件，它就是無人機的“血液”。主要由陀螺儀（飛行姿態(tài)感知），加速計，角速度計，氣壓計，GPS及指南針模塊（可選配），以及控制電路等部件組成。可以說，沒有了“血液”的供給，無人機就是沒有生命力的。多旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)多個電機轉(zhuǎn)速來改變螺旋槳轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)升力的變化，進而達到飛行姿態(tài)控制的目的。飛行控制系統(tǒng)集成了高精度的感應(yīng)器元件，它就是無人機的“血液”39小結(jié)：無人機是一個融合了多種學科的有成熟技術(shù)又在不斷發(fā)展的綜合性科技產(chǎn)品，它代表了人類征服藍天的智慧與追求。在不斷經(jīng)歷著迅速變化的城市中，除了提供物流解決方案，無人機還可以為城市規(guī)劃、建設(shè)和管理提供多方面的基礎(chǔ)地理信息以及執(zhí)法取證，諸如城市道路橋梁建設(shè)、交通巡邏、治安監(jiān)控、城市執(zhí)法等除了軍用領(lǐng)域的其他領(lǐng)域?？梢哉f，凡是需要空中解決方案的地方，都將有無人機的一席之地。無人機將應(yīng)用在更廣闊的領(lǐng)域。小結(jié)：40思考與練習：1、你知道萊特兄弟是誰嗎？2、世界上第一架飛機是如何產(chǎn)生的？3、飛機的雙翼起到的作用是什么？4、如果沒有戰(zhàn)爭推動無人機的發(fā)展，你認為無人機會延后多少年出現(xiàn)？為什么？5、你怎樣將無人機的概念解釋給你的家人？6、無人機相較于飛機，你認為區(qū)別是什么？7、你知道的無人機有多少種？8、你知道目前中國生產(chǎn)無人機銷量占全世界最多的廠商是哪家嗎？思考與練習：419、假設(shè)你要利用無人機為城市規(guī)劃做測繪，你會選用哪種無人機？10、目前全世界無人機研究與應(yīng)用居首位的是哪個國家？你認為這個國家在無人機發(fā)展方面的優(yōu)勢是什么？11、如果讓你親自設(shè)計一款無人機，你的構(gòu)想是什么樣的？12、無人機作為一種無人操控的飛行器，你認為通過遙控操控的操作員應(yīng)具備哪些專業(yè)技能？13、你認為無人機能夠幫助諸如癱瘓病人這一類特殊人群嗎？14、在你平時所看的電視節(jié)目中，有哪些節(jié)目你認為是通過無人機進行航拍的？請舉例。9、假設(shè)你要利用無人機為城市規(guī)劃做測繪，你會選用哪種無人機？4215、“無人機操作員”會在將來的某個時候成為一種常見的職業(yè)嗎？16、在四旋翼無人機的結(jié)構(gòu)組成中，你認為最重要的模塊是哪個？17、你對無人機的未來有何想象？18、你知道素有科特林空中魚雷之稱無人機的由來嗎？19、你知道哪個國家是第一個研制并試飛成功無線電遙控靶機的國家嗎？20、請結(jié)合所學，簡述一下二戰(zhàn)時期美國對無人機參與戰(zhàn)爭的使用。21、上世紀70-90年代及其以后，哪個國家對無人駕駛技術(shù)裝備的發(fā)展做出了突出貢獻，并使其在世界無人駕駛系統(tǒng)的研制和作戰(zhàn)使用領(lǐng)域占有重要地位？15、“無人機操作員”會在將來的某個時候成為一種常見的職業(yè)43經(jīng)常不斷地學習,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量StudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe寫在最后經(jīng)常不斷地學習,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量寫44謝謝你的到來學習并沒有結(jié)束，希望大家繼續(xù)努力LearningIsNotOver.IHopeYouWillContinueToWorkHard演講人：XXXXXX時間：XX年XX月XX日

謝謝你的到來演講人：XXXXXX45第一單元

了解空中機器人第一單元

了解空中機器人46還記得機器人一詞是如何誕生的嗎？人類從古至今，從未停止過對美好生活的追求與探索。幾千年中，從古代機器人到近代機器人，再到如今智能機器人發(fā)展歷史的長河中，機器人已經(jīng)在人類的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要的作用。在全世界陸地機器人、空中機器人、水下機器人的蓬勃發(fā)展中，其中發(fā)展比較快的是空中機器人。你對空中機器人有多少的了解呢？你想知道空中機器人是怎樣發(fā)展的嗎？讓我們一同進入空中機器人的世界吧。還記得機器人一詞是如何誕生的嗎？人類從古至今，從未停止過對美47第1節(jié)無人機簡介學習目標：a、了解什么是無人機。b、了解什么是旋翼無人機。

c、了解什么是固定翼無人機。第1節(jié)無人機簡介學習目標：481.1了解什么是無人機你知道飛機是什么時候被發(fā)明的嗎？你對飛機又有怎樣的認識呢？1.1了解什么是無人機49在1903年，美國的萊特兄弟制造出第一架依靠自身動力進行載人飛行的飛機“飛行者一號”，取得了試飛成功，為全世界的飛機發(fā)展史上做出了重大的貢獻。自從飛機被發(fā)明后，逐漸成為人類現(xiàn)代文明不可缺少的交通工具，它深刻的改變和影響了人們的生活，并開啟了人們征服藍天的歷史。在1903年，美國的萊特兄弟制造出第一架依靠自身動力進行載人501910年，在萊特兄弟所取得的成功的鼓舞下，來自俄亥俄州的年輕軍事工程師查爾斯?科特林建議使用沒有人駕駛的飛行器，就是用鐘表機械裝置控制飛機，使它在預(yù)定地點拋掉機翼并象炸彈一樣落向敵人。在美國陸軍的支持和資助下，他制成并試驗了幾個模型，取名為“科特林空中魚雷”、“科特林蟲子”。就這樣，人類開啟了空中機器人發(fā)明創(chuàng)造的新篇章。從前面的介紹中，我們了解到空中機器人即無人機是在戰(zhàn)爭的作用推動下產(chǎn)生的，但是，你知道它是什么樣的機器人嗎？1910年，在萊特兄弟所取得的成功的鼓舞下，來自俄亥俄州的年51軍用領(lǐng)域的無人機無人機是對無人駕駛飛機(UAV)的簡稱，簡而言之就是沒有人駕駛的飛機。更是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器，最早在20世紀20年代出現(xiàn)，當時是作為訓練用的靶機使用的。從某種角度來看，無人機可以在無人駕駛的條件下完成復雜空中飛行任務(wù)和各種負載任務(wù)，可以被看作是“空中機器人”。軍用領(lǐng)域的無人機52追溯無人機的發(fā)展歷史，可以說現(xiàn)代戰(zhàn)爭是推動無人機發(fā)展的動力，而無人機對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響也越來越大。近年來在軍用機器人家族中，無人機是科研活動最活躍、技術(shù)進步最大、研究及采購經(jīng)費投入最多、實戰(zhàn)經(jīng)驗最豐富的領(lǐng)域。80多年來，世界無人機的發(fā)展基本上是以美國為主線向前推進的，無論從技術(shù)水平還是無人機的種類和數(shù)量來看，美國均居世界之首位。追溯無人機的發(fā)展歷史，可以說現(xiàn)代戰(zhàn)爭是推動無人機發(fā)展的動力，53空中機器人曾經(jīng)有過多種稱謂，無人機（UAV）是其中的一種。自從1917年英國研制出世界上第一架無人機以來，無人機已經(jīng)歷了無人靶機、預(yù)編程序控制無人偵察機、指令遙控無人偵察機和復合控制的多用途無人飛器的發(fā)展過程。在越南戰(zhàn)爭，海灣戰(zhàn)爭乃至北約空襲南斯拉夫的過程中，無人機都被頻繁地用于執(zhí)行軍事任務(wù)。無人機以突出的戰(zhàn)績使各國高層軍事高層對它刮目相看，更加認同無人機的軍事價值，這為無人機的迅速發(fā)展提供了強大的動力。空中機器人曾經(jīng)有過多種稱謂，無人機（UAV）是其中的一種。54二戰(zhàn)期間，美國海軍首先將無人機作為空面武器使用。1944年，美國海軍為了對德國潛艇基地進行打擊，使用了由B-17轟炸機改裝的遙控艦載機。美國特里達因?瑞安公司生產(chǎn)的“火蜂”系列無人機是當時設(shè)計獨一無二、產(chǎn)量最大的無人機。美國空軍、陸軍和海軍多年來一直在使用以BQM-34А“火蜂”靶機為原型研制的多型無人機。二戰(zhàn)期間，美國海軍首先將無人機作為空面武器使用。1944年55上世紀70-90年代及其以后，以色列軍事專家、科學家和設(shè)計師對無人駕駛技術(shù)裝備的發(fā)展做出了突出貢獻，并使以色列在世界無人駕駛系統(tǒng)的研制和作戰(zhàn)使用領(lǐng)域占有重要地位。上世紀70-90年代及其以后，以色列軍事專家、科學家和設(shè)計師561982年以色列航空工業(yè)公司(IAI)首創(chuàng)以無人機擔任其他角色的軍事任務(wù)。在加利利和平行動（黎巴嫩戰(zhàn)爭）時期，偵察者無人機無人機系統(tǒng)曾經(jīng)在以色列陸軍和以色列空軍的服役中擔任重要戰(zhàn)斗角色。以色列國防軍主要用無人機進行偵察兵，情報收集，跟蹤和通訊。80—90年代，除了美國和以色列外，其他國家的許多飛機制造公司也在從事無人機的研制與生產(chǎn)?？梢哉f，現(xiàn)在全世界都在制造無人機。無人機除了在軍事領(lǐng)域有著重要的作用，它在民用領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。1982年以色列航空工業(yè)公司(IAI)首創(chuàng)以無人機擔任其他角57民用領(lǐng)域的無人機無人機正成為下一輪機器人技術(shù)創(chuàng)新的國際競爭熱點之一，它的發(fā)展速度大大超出了人們的預(yù)期。盡管無人機的設(shè)計概念最早是在二戰(zhàn)時期被廣泛應(yīng)用于軍工領(lǐng)域，但隨著社會的進步發(fā)展與社會需求的演變，無人機逐漸擺脫掉給人們遙不可及、科幻、高端的產(chǎn)品印象，現(xiàn)在逐步走入了人們的日常生活。知名的電視節(jié)目“爸爸去哪兒”、“舌尖上的中國”等電視節(jié)目均采用無人機進行協(xié)助拍攝，使許多人第一次知道了無人機的存在。民用領(lǐng)域的無人機58無人飛行器的應(yīng)用非常廣泛，可以用于軍事，也可以用于民用和科學研究。當前，無人機在警用、城市管理、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、電力、搶險救災(zāi)、視頻拍攝、快遞等行業(yè)都起到了不同的用途，盡管這些應(yīng)用目前主要還是在國外，但我國國內(nèi)各行業(yè)在無人機的應(yīng)用也在逐漸增多。知名歌手汪峰向章子怡求婚的時候，就曾經(jīng)用無人機參與遞送戒指的案例；而在航拍領(lǐng)域，無人機拍攝大有成為影視行業(yè)標配的趨勢。同時，受國外快遞行業(yè)的影響，我國的順豐速運也在近兩年啟動了無人機快遞計劃，如果可行，無人機將大大降低其運送成本。無人飛行器的應(yīng)用非常廣泛，可以用于軍事，也可以用于民用和科學59空中機器人課件60空中機器人課件61(a)城市規(guī)劃與管理(b)影視航拍(c)消防救援(d)農(nóng)業(yè)植保(e)交通監(jiān)管(f)電力巡線無人機的出現(xiàn)，在軍事領(lǐng)域與民用領(lǐng)域均起到了重要的作用，使全世界的空中機器人發(fā)展有了更為廣闊的市場和應(yīng)用前景。知道了無人機在軍事領(lǐng)域與民事領(lǐng)域的作用，你知道它其實分了很多很多種類型的無人機嗎？(a)城市規(guī)劃與管理62無人機的分類無人機家族體系龐大，分支眾多，可以從機身結(jié)構(gòu)、體積重量、飛行高度、航程、航時、用途等多個維度對其進行分類。當前，無人機市場以固定翼和旋翼無人機為主：固定翼無人機的優(yōu)勢是續(xù)航能力強、飛行半徑大、巡航速度快、載重能力強，適用于高速、大范圍、重負載、長航時、長航程的任務(wù)類型，例如靶機、戰(zhàn)略偵察和打擊、戰(zhàn)術(shù)偵察和打擊、航拍測繪等；旋翼無人機的特點是操控性強，可垂直起降和懸停，主要適用于低空、低速、有垂直起降和懸停要求的任務(wù)類型，例如艦載、影視劇或大型活動航拍、搜救等。無人機的分類63從平臺構(gòu)造的技術(shù)角度來分，無人機可劃分為六大陣營，分別是無人直升機、無人固定翼機、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機、撲翼式微型無人機。從平臺構(gòu)造的技術(shù)角度來分，無人機可劃分為六大陣營，分別是無人64無人機分類及特點：無人機分類及特點：65無人機優(yōu)點：1、避免犧牲空勤人員，因為飛機上不需要飛行人員，所以最大可能地保障了人的生命安全。2、無人機尺寸相對較小，設(shè)計時不受駕駛員生理條件限制，可以有很大的工作強度，不需要人員生存保障系統(tǒng)和應(yīng)急救生系統(tǒng)等，大大地減輕了飛機重量。3、制造成本與壽命周期費用低，沒有昂貴的訓練費用和維護費用，機體使用壽命長，檢修和維護簡單。4、無人機的技術(shù)優(yōu)勢是能夠定點起飛，降落，對起降場地的條件要求不高，可以通過無線電遙控或通過機載計算機實現(xiàn)遠程遙控。無人機優(yōu)點：66無人機缺點：1、主要表現(xiàn)在生存力低，在與有較強防空能力的敵人作戰(zhàn)時，無優(yōu)勢可言。2、無人機速度慢，抗風和氣流能力差，在大風和亂流的飛行中，飛機易偏離飛行線路，難以保持平穩(wěn)的飛行姿態(tài)。3、無人機受天氣影響較大，結(jié)冰的飛行高度比過去預(yù)計的要低，在海拔3000-4500m的高度上，連續(xù)飛行10-15min后會使飛機受損。4、無人機的應(yīng)變能力不強，不能應(yīng)付意外事件，當有強信號干擾時，易造成接收機與地面工作站失去聯(lián)系。5、無人機機械部分也有出現(xiàn)故障的可能，一旦出現(xiàn)電子設(shè)備失靈現(xiàn)象，那對無人機以及機載設(shè)備將是致命的。隨著現(xiàn)代自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、機器人技術(shù)等高新科技水平的不斷提高，無人機即空中機器人將會得到更廣泛的普及，其應(yīng)用范圍與領(lǐng)域亦會隨之擴大。無人機缺點：671.2了解什么是旋翼無人機最常見的飛行器通常被分為固定翼、直升機和多旋翼（四旋翼最為主流）。旋翼飛行器作為無線電遙控的一種類型，其發(fā)展的歷史尚淺。在2010年之前，固定翼和直升機無論在航拍還是航模運動領(lǐng)域，基本上占有絕對主流的地位。然而，在之后的幾年中，因優(yōu)良的操控性能，多旋翼迅速成為航拍和航模運動領(lǐng)域的新星，但這仍然需要專業(yè)人員調(diào)試或裝配飛機。1.2了解什么是旋翼無人機68旋翼無人機的發(fā)展可以歸納為三個階段，即理論開創(chuàng)階段、加速發(fā)展階段、未來發(fā)展階段。旋翼無人飛行器理論開創(chuàng)于上世紀10年代，直升機研發(fā)之前。幾家主要飛機生產(chǎn)商開發(fā)出的在多個螺旋槳中搭乘飛行員的機型，這種設(shè)計開創(chuàng)了多旋翼飛行器的理論。2007年以后，裝配高性能壓電陶瓷陀螺儀和角速度傳感器（六軸陀螺儀）的多旋翼無人飛行器開始出現(xiàn)加速發(fā)展。伴隨著飛行器技術(shù)的進步，多旋翼無人飛行器使用者會急劇增加。旋翼無人機的發(fā)展可以歸納為三個階段，即理論開創(chuàng)階段、加速發(fā)展69多旋翼飛行器也稱為多軸飛行器，是直升機的一種，它通常有3個以上的旋翼。飛行器的機動性通過改變不同旋翼的扭力和轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。相比傳統(tǒng)的單水平旋翼直升機，它構(gòu)造精簡，易于維護，操作簡便，穩(wěn)定性高且攜帶方便。常見的多旋翼飛行器，如：四旋翼，六旋翼和八旋翼，被廣泛用于影視航拍、安全監(jiān)控、農(nóng)業(yè)植保、電力巡線等領(lǐng)域。多旋翼飛行器也稱為多軸飛行器，是直升機的一種，它通常有3個以70對于目前多旋翼產(chǎn)品，一般分半自主控制方式和全自主控制方式。半自主控制方式是指自動駕駛儀的控制算法能夠保持多旋翼飛行器的姿態(tài)穩(wěn)定（或定點）等，但飛行器還是需要通過人員遙控操縱。在這種控制方式下，多旋翼屬于航模。全自主控制方式是指自動駕駛儀的控制算法能夠完成多旋翼飛行器航路點到航路點的位置控制以及自動起降等。在這種控制方式下，多旋翼屬于無人機，而地面人員此時進行任務(wù)級的規(guī)劃。作為無人機，多旋翼飛行器可以在無人駕駛的條件下完成復雜空中飛行任務(wù)和搭載各種負載任務(wù)，可以被看作是“空中機器人”。相比其他類別的無人機，多旋翼無人機具有靈活、簡單的操控性，它不需要跑道便可以垂直起降，起飛后可在空中懸停。它的操控原理簡單，操控器四個遙感操作對應(yīng)飛行器的前后、左右、上下和偏航方向的運動。對于目前多旋翼產(chǎn)品，一般分半自主控制方式和全自主控制方式。半711.3了解什么是固定翼無人機固定翼無人機作為無人機的一種,可以被應(yīng)用在輸電線路巡檢、航線設(shè)計、航攝設(shè)計、航空攝影中等領(lǐng)域，并有著出色的表現(xiàn)。固定翼無人機通過動力系統(tǒng)和機翼的滑行實現(xiàn)起降和飛行，遙控飛行和程控飛行均容易實現(xiàn)，抗風能力也比較強，是類型最多、應(yīng)用最廣泛的無人駕駛飛行器。其發(fā)展趨勢是微型化和長航時，目前微型化的無人機只有手掌大小，長航時無人機的體積一般比較大，續(xù)航時間在10小時以上，能同時搭載多種遙感傳感器。起飛方式有滑行、彈射、車載、火箭助推和飛機投放等；降落方式有滑行、傘降和撞網(wǎng)等。固定翼型無人機的起降需要比較空曠的場地，比較適合林業(yè)和草地監(jiān)測、礦山資源監(jiān)測、海洋環(huán)境監(jiān)測、城鄉(xiāng)結(jié)合部的土地利用監(jiān)測以及水利、電力等領(lǐng)域的應(yīng)用。1.3了解什么是固定翼無人機72空中機器人課件73第2節(jié)無人機的結(jié)構(gòu)與組成無人機一般由飛機平臺系統(tǒng)、有效載荷系統(tǒng)（信息采集系統(tǒng)）和地面控制系統(tǒng)三大部分組成。飛機平臺系統(tǒng)和有效載荷系統(tǒng)組成了整個飛行器，根據(jù)負載能力和實現(xiàn)任務(wù)的不同，一個平臺可以搭載多套有效載荷系統(tǒng)，實現(xiàn)復雜功能。現(xiàn)在，我們來看看無人機與飛機的結(jié)構(gòu)組成有哪些不同呢？第2節(jié)無人機的結(jié)構(gòu)與組成無人機一般由飛機平臺系統(tǒng)、有效載74旋翼式無人機飛行平臺就是無人機本身及其上搭載的航電系統(tǒng)、飛行控制處理器等，它的主要作用就是作為一個運輸工具搭載相應(yīng)的設(shè)備來完成給定的任務(wù)。無人機可以接收地面站的遙控實現(xiàn)被控飛行，也可以實現(xiàn)完全自主飛行。在被控飛行時，無人機可以將機載傳感器所采集到的數(shù)據(jù)、導航定位系統(tǒng)所接收到的導航信息經(jīng)過一定處理通過無線通信鏈路發(fā)送給地面站，以供地面站的技術(shù)人員作為控制參考；在自主飛行時，相應(yīng)的數(shù)據(jù)將被傳送到無人機的機載飛行控制中樞處理器，由預(yù)設(shè)的算法對這些數(shù)據(jù)進行處理，然后生成控制指令控制無人機自主飛行。無人機的導航信息一般由導航系統(tǒng)提供。無人機的性能和通信距離則決定了無人機所能執(zhí)行的任務(wù)種類。旋翼式無人機飛行平臺就是無人機本身及其上搭載的航電系統(tǒng)、飛75四旋翼無人飛行器飛行器能夠完成懸停、低速飛行、垂直起降和室內(nèi)飛行等固定翼無法完成的任務(wù)，與傳統(tǒng)意義上的直升機相比，又具有結(jié)構(gòu)和控制簡單、制造精度低、穩(wěn)定性好、較弱的陀螺效應(yīng)等優(yōu)勢，在無人偵察、空中航拍、交通管理、森林防火、城市巡邏、空中快遞等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，迅速成為新的國際研究熱點，但是在國內(nèi)還處于初級研究階段，因此研究四旋翼飛行器有著極其重要的意義。四旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)四個電機轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。由于飛行器是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速實現(xiàn)升力變化，這樣會導致其動力部穩(wěn)定，所以需要一種能夠長期保穩(wěn)定的控制方法。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機，因此非常適合靜態(tài)和準靜態(tài)條件下飛行。但是四旋翼飛行器只有四個輸入力，同時卻有六個狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)。四旋翼無人飛行器飛行器能夠完成懸停、低速飛行、垂直起降和室內(nèi)76四旋翼飛行器主要由機架、電機、電調(diào)和槳葉組成，為了滿足實際飛行需要，一般還需要配備電池、遙控器及飛行輔助控制系統(tǒng)。四旋翼飛行器主要由機架、電機、電調(diào)和槳葉組成，為了滿足實際飛77無人機機架就像是飛機的身體一樣，沒有了組成身體的結(jié)構(gòu)就不能算上真正意義的無人機。可以說，機架是多旋翼飛行器的機身架，是整個飛行系統(tǒng)的飛行載體。在四旋翼無人機中，它的機身在空中飛行時仿佛長了四只翅膀的蒼鷹，在天空展翅飛翔，靈活機變，具有很強的操作性。無人機機架就像是飛機的身體一樣，沒有了組成身體的結(jié)構(gòu)就不能算78電機是整個無人機飛行的動力驅(qū)動系統(tǒng)，如果沒有了電機，無人機就不能產(chǎn)生動能，形如一塊廢鐵，推動了無人機的作用與價值。電機是由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。在整個飛行系統(tǒng)中，起到提供動力的作用。電機是整個無人機飛行的動力驅(qū)動系統(tǒng)，如果沒有了電機，無人機就79電調(diào)在無人機中擔任了“大腦”的作用，它的名字全稱叫電子調(diào)速器。在整個飛行系統(tǒng)中，電調(diào)主要提供驅(qū)動電機的指令來控制電機，完成規(guī)定的速度和動作等。它的作用非常重要，就像人類餓了向大腦發(fā)出餓了的指令，從而使人完成吃飯的動作一樣。電調(diào)在無人機中擔任了“大腦”的作用，它的名字全稱叫電子調(diào)速器80槳葉是通過自身旋轉(zhuǎn)，將電機轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為動力的裝置。在整個飛行系統(tǒng)中，槳葉主要起到提供飛行所需的動能。按材質(zhì)一般可分為尼龍槳，碳纖維槳和木槳等。其實，我們看到槳葉很容易想象到日常生活中比如蜻蜓的翅膀也很像無人機的槳葉，蜻蜓靠著扇動翅膀達到平衡和飛翔，而無人機槳葉就是這個原理。槳葉是通過自身旋轉(zhuǎn)，將電機轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為動力的裝置。在整個飛81電池是將化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。在整個飛行系統(tǒng)中，電池作為能源儲備，為整個動力系統(tǒng)和其他電子設(shè)備提供電力來源。日常生活中，我們經(jīng)常會使用到各種類別的電池，比如用到的手機、電視搖控器、玩具遙控