小型四旋翼飛行器試驗平臺設計

小型四旋翼飛行 器試驗平臺設計 · 1 2 l· 小型四旋翼飛行器試驗平臺設計 韓志鳳 ， 李榮冰 ， 劉建業， 杭義軍 ( 南京航空航天大學 自動化學院， 江蘇 南京2 1 0 0 1 6 ) 摘要： 為了實現小型四旋翼飛行器的 自主導航 ， 進行 自主飛行 的相關試驗 ， 并為控制 器設計和微小型導 航 系統性能試驗等研 究工作提供 實體驗證平 臺， 開展 了小型四旋翼 飛行器 系統 的設計 。完成 了系統的 模塊化設計 ， 進行硬件 電路設計和調試以及平臺的搭建， 實現導航 、 控制 、 通信等功能模塊的集成。設計 P C機監控軟件 ， 完成 了基于 U S B H I D協議的操縱桿數據讀取 ， 對操縱桿遙控控制模式下小型四旋翼飛 行器進行實時監測， 實現人機交互、 控制方式選擇、 對飛行姿態和路線的設置、 飛行器導航參數的顯示等 功 能 ， 開展 了飛行 試驗 ， 驗 證所 設計 平 臺各 功 能模 塊 的 可行性 。 關鍵詞 ： 四旋翼飛行器； 試驗平 臺； 自主飛行 ； 飛控 系統； P C機監控軟件 中圖分類號 ： V 2 2 文獻標識碼 ： A 文章編號 ： 1 0 0 0—8 8 2 9 ( 2 0 1 3 ) 1 0— 0 1 2 1— 0 4 De s i g n o f Te s t P l a t f o r m f o r S ma l l S c a l e Qu a d r o t o r s HA N Z h i — f e n g ， L I R o n g — b i n g ， L I U J i a n — y e ， HA N G Yi - j u n ( S c h o o l o f A u t o m a t i o n E n g i n e e r i n g ， N a mi n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s ， N a mi n g 2 1 0 0 1 6 ， C h i n a ) Ab s t r ac t ： I n o r d e r t o r e a l i z e t h e i n de p e n d e n t na v i g a t i o n a nd a u t o no mo u s fl y i n g o n s ma l l s c a l e q u a d r o t o r s ，a s ma l l q u a d r o t o r a i r c r a f t p l a t f o r m i s d e s i g n e d ． I t c a n a l s o b e u s e d a s e n t i t y v e r i fi c a t i o n p l a t f o rm f o r t h e d e s i g n o f fli g h t c o nt r o l l e r a n d p e r f o rm a n c e t e s t o f mi c r o n a v i g a t i o n s y s t e m． Th e v e hi c l e s y s t e m i s d e s i g n e d， i n c l ud i n g d e — s i g n o f t h e h a r d wa r e c i r c ui t a n d b ui l d i n g o f t he p l a t f o r m ． Th e n a v i g a t i o n，c o n t r o l ，c o mmun i c a t i o n a n d o t h e r f u nc t i o n mo d u l e s a r e i n t e g r a t e d．I n a d d i t i o n，a PC s o f t wa r e i s d e s i g n e d t o mo n i t o r t h e s t a t u s o f s ma l l s c a l e qu a dr o t o r ． Re a di ng o f d a t a ， h u ma n— ma c h i n e i nt e r a c t i o n， s e t t i n g o f t h e fl i g h t a t t i t u d e a n d d i s pl a y o f t h e v e h i c l e ’ S s t a t us a r e r e a l i z e d ． Th e fli g h t e x p e r i me n t p r o v e s t h a t e a c h mo d u l e o f t h e s ma l l s c a l e q u a d r o t o r i s f e a s i b l e． Ke y wor ds ： qu a dr o t o r ； t e s t p l a t f o rm ； a u t o n o mo us fli g ht ； fli g h t c o n t r o l s y s t e m； PC s n o o p wa r e 小型四旋翼飛行器是一種非共軸 、 多旋翼式飛行 器 ， 通過改變 4個旋翼產生 的升力大小實現姿態穩定 及精確定位。小型四旋翼飛行器的結構簡單、 體積較 小 、 飛行平穩 、 隱蔽性好 ， 常用 于近地 面監視 、 偵察 、 航 拍 ， 具有重要的研究價值 和廣闊的研究前景 I 2 J 。目 前 ， 國內外有很多單位 和高校開展有關小型 四旋翼飛 收稿 日期 ： 2 0 1 2— 0 7—1 3 基金項 目： 國家自然科學基金資助項 目( 6 0 9 0 4 0 9 1 ， 6 1 1 041 8 8 ) 作者簡介： 韓志鳳( 1 9 8 9 一) ， 女， 山東日照人 ， 博士研究生， 主要 研究方 向為微 小型飛行 器導航 與控 制 、 慣性技 術 與導航 定位 ； 李榮冰( 1 9 7 7 一) ， 男， 博士， 副教授 ， 碩士生導師， 主要研究方向 為慣性技術 與組合 導航 、 大氣數據傳感技 術及微 小型飛行 器 自 主導航技術； 劉建業( 1 9 5 7 一 ) ， 男， 博士， 教授 ， 博士生導師， 主 要研 究方向為慣性技 術、 衛星 導航 、 多傳 感器組合 導航 ； 杭 義軍 ( 1 9 8 6 一) ， 男， 博士研究生， 主要研究方向為慣性技術與組合導 航 、 微 小型飛行 器 自主導航技 術。 行器的研究工作 J ， 從近年來 的有關文獻 中可 以看 出， 國外有些國家對 四旋翼 飛行器 的相關技術研究 已 經較為全面， 已實現基于多種控制算法的控制器設計 并在實際飛行試驗中進行驗證 ， 已經實現了 自主懸停