无人机基础ppt课件.ppt

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1、将进入黄金发展轨道,近百年缓慢发展 | 未来10-20年,无人机行业,将进入黄金发展轨道,近百年缓慢发展 | 未来10-20年,无人机行业,郝可新编著,1,郝可新编著,2,极目多旋翼无人飞行器入门与实践,无人机基础教学,郝可新编著,3,无人机是无人驾驶飞机的简称（Unmanned Aerial Vehicle，英文简称UAV），是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器（20-100公里空域），如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看，无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行

2、任务和各种负载任务，可以被看做是“空中机器人”。,什么是无人机？,郝可新编著,4,培训目的,通过讲解了解无人机基本知识，认识无人机各部分系统功能、运行原理。通过此次培训认识无人机的工作原理，飞行原理。熟练掌握飞行器基础知识，并能判断故障。,郝可新编著,5,无人机分类,军用无人机按不同使用领域来划民用无人机消费级无人机,在民用领域，无人飞行器已经和即将使用的领域多达40多个，例如影视航拍、农业植保、海上监视与救援、环境保护、电力巡线、渔业监管、消防、城市规划与管理、气象探测、交通监管、地图测绘、国土监察等。,郝可新编著,6,地图测绘,农业植保,电力巡线,消防救援,交通监管,郝可新编著,清除杂物,

3、7,郝可新编著,8,无人机分类,按动力划分 根据动力源的不同，无人机可分为油动和电动两种。顾名思义，油动无人机采用燃油（汽油）作为驱动，电动无人机采用电池（锂电池）作为驱动。油动无人机明显优点是续航时间长，但存在安全隐患，坠机可能引发火灾；而电动无人机则安全得多，但受限于电池，续航时间较短。,油动电动,油动,电动,郝可新编著,9,无人飞行器的种类繁多，主要包括飞艇、固定翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机、变翼无人机、旋翼式无人机等。,飞艇,固定翼无人机,旋翼式无人机多旋翼,旋翼式无人机直升机,郝可新编著,10,无人飞行器的优缺点,郝可新编著,11,优点避免牺牲空勤人员，因为飞机上不需要飞行人员，

4、所以最大可能地保障了人的生命安全。无人机尺寸相对较小，设计时不受驾驶员生理条件限制，可以有很大的工作强度，不需要人员生存保障系统和应急救生系统等，大大地减轻了飞机重量。制造成本与寿命周期费用低，没有昂贵的训练费用和维护费用，机体使用寿命长，检修和维护简单。无人机的技术优势是能够定点起飞，降落，对起降场地的条件要求不高，可以通过无线电遥控或通过机载计算机实现远程遥控。,无人飞行器的优缺点,郝可新编著,12,缺点主要表现在生存力低，在与有较强防空能力的敌人作战时，无优势可言。无人机速度慢，抗风和气流能力差，在大风和乱流的飞行中，飞机易偏离飞行线路，难以保持平稳的飞行姿态。无人机受天气影响较大，结冰

5、的飞行高度比过去预计的要低，在海拔3000-4500m的高度上，连续飞行10-15min后会使飞机受损。无人机的应变能力不强，不能应付意外事件，当有强信号干扰时，易造成接收机与地面工作站失去联系。无人机机械部分也有出现故障的可能，一旦出现电子设备失灵现象，那对无人机以及机载设备将是致命的。,无人飞行器的优缺点,郝可新编著,13,多旋翼概述及分类,郝可新编著,14,多旋翼飞行器也称为多轴飞行器，是直升机的一种，它通常有3个以上的旋翼。飞行器的机动性通过改变不同旋翼的扭力和转速来实现。相比传统的单水平旋翼直升机，它构造精简，易于维护，操作简便，稳定性高且携带方便。常见的多旋翼飞行器，如：四旋翼，六

6、旋翼和八旋翼，被广泛用于影视航拍、安全监控、农业植保、电力巡线等领域。多旋翼无人机按轴数或电机个数分有三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼甚至十八旋翼等。按飞行器类型还可分为十字型，X型，V型，共轴等。要大家明确一点是轴和旋翼一般情况下是相同的，有时候也是不同的，比如四轴八旋翼。是将四轴上每个轴上下各安装一个电机构成八旋翼。本教材主要以电动四旋翼为主。常见多旋翼如下：,四轴多旋翼,八轴多旋翼,六轴多旋翼,郝可新编著,15,动力锂电,旋翼飞行器,其他辅助设备: 电台、Wifi 模块等、增益天线、跟踪天线、HDMI转AV模块,多旋翼飞行器的构成,郝可新编著,16,多旋翼飞行器主要由机架、电机、电调和桨叶

7、组成，为了满足实际飞行需要，一般还需要配备电池、遥控器及飞行辅助控制系统。,郝可新编著,17,机架 机架是指多旋翼飞行器的机身架，是整个飞行系统的飞行载体。一般使用高强度重量轻的材料，例如碳纤维、PA66+30GF等材料。,风火轮F550(PA66+30GF),筋斗云S1000(碳纤维),郝可新编著,18,动力电机 电机是由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。在整个飞行系统中，起到提供动力的作用。微型无人机的动力电机可以分为两类：有刷电机，无刷电机。 有刷电机： 有刷电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，从而实现线圈电流方向的交替变化。 无刷电机： 无刷电机由控制器提供

8、不同方向的直流电，来达到电机线圈电流方向的交替变换， 无刷电机的转子和定子之间没有电刷和换向器。,郝可新编著,19,电机的编号,电机一般也是四位数字编号，前面两位代表定子直径，后面两位数字代表定子高度，单位是mm。注意，不是外壳。简单来说，前面2位越大，电机越肥，后面2位越大，电机越高。又高又大的电机，功率就更大。例如： 8318电机，其定子直径即为83mm，其定子高度为18mm； 6215电机，其定子直径即为62 mm，其定子高度为15 mm,郝可新编著,20,电机KV值的定义,输入电压每增加 1V，电机空转转速的增加值。例如： KV值为120的电机，理论上，输入电压为10V时，其空转转速为

9、120*10=1200转/分钟； KV值为350的电机，理论上，输入电压为24V时，其空转转速为350*24=8400转/分钟。,郝可新编著,21,4110 400KV,41表示定子直径10表示定子高度,400每分钟转400转同型号，KV值越大，功率越大。,（型号）,品牌,KV表示1V电压每分钟的转速。如果用3S电池（11.1V)满电电压是12.6V，这时接1400KV电机，它的转速就是12.6x1400=17640转/min。,银燕朗宇新西达,郝可新编著,22,1、无电刷、低干扰：无刷电机去除了电刷，最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花，这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干

10、扰。 2、噪音低，运转顺畅：无刷电机没有了电刷，运转时摩擦力大大减小，运行顺畅，噪音会低许多，这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持。 3、寿命长，低维护成本：少了电刷，无刷电机的磨损主要是在轴承上了，从机械角度看，无刷电机几乎是一种免维护的电动机了，必要的时候，只需做一些除尘维护即可。上下一比较，就知道无刷电机相对于有刷电机的优势在哪里了，但是万事都不是绝对的，有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的，不过就无刷电机的使用方便性来看，随着无刷控制器的成本下降趋势和国内外无刷技术的发展与市场竞争，无刷动力系统正在高速的发展与普及阶段，这也极大促进了模型运动的发展。,无

11、刷电机的优点：,郝可新编著,23,1）无刷电机缺点：a、需要无刷电调一起才能工作，价格比有刷的要高。b、可靠性受电子零件影响，或者传感器受到干扰电机会失效。2）无刷电机优点：a、没有电刷和转向器的摩擦，噪音低、振动少，发热少、寿命长。b、不需要更换电刷，维护简单。c、没有电刷产生的火花，干扰少。d、转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小。,郝可新编著,24,有刷电机优缺点：,1）有刷电机缺点：a、电刷和换向器之间有摩擦，造成效率降低、噪音增加、容易发热，有刷电机的寿命要比无刷短几倍。b、维护麻烦，需要不停的换电刷。c、因为电阻大，效率低、输出功率少。d、电刷和换向器摩擦会引起

12、火花，干扰大。2）有刷电机优点：a、低速扭力性能优异、转矩大。b、相比无刷电机，少了很多电子零件,价格比无刷的便宜。c、由于少了电子零件，少了由于传感器受干扰、电子零件失灵等影响。,郝可新编著,25,电调 电调全称电子调速器，英文electronic speed controller,简称ESC。在整个飞行系统中，电调主要提供驱动电机的指令，来控制电机，完成规定的速度和动作等。电调的作用就是将飞控的控制信号，转变为电流的大小，以控制电机的转速。简单来讲它的功能是将电池的直流电转化为三项交流电，并按照接收机的指令调整供给电机的电压，实现电机转速可控。 因为电机的电流是很大的，通常每个电机正常工作

13、时，平均有3a左右的电流，如果没有电调的存在，飞控根本无法承受这样大的电流。,郝可新编著,26,针对电机的不同分为有刷电调和无刷电调，他根据控制信号控制电机转速。,电调都会标上多少A，如20a，40a 这个数字就是电调能够提供的电流。 对于他们的连接一般如下： 1.电调的输入线与电池连接 2.电调的输出线（有刷两根，无刷三根）与电机连接。 3 .电调的信号线与接收机连接。,郝可新编著,27,电调校准方法,步奏方法：新装飞机的电调都要校准一次，可采用一次校准多组电调的方式。这里只校准一个电调. 1. 把所有电调信号线与飞控断链。 2.打开遥控器，将电调信号线连接到接收器三通道（油门通道）。3.把

14、遥控器的油门杆打到最大行程。 4.接入动力电源，注意当电调自检滴滴两声后迅速把油门杆打到最低处，此时会有一声滴。 5.听到“嘀”“嘀”两声后将油门拉倒最小，然后会听到长响一声“嘀”确认，或者“嘀”“嘀”“嘀”（根据电调品牌不同，嘀声不同，有的是长响一声“嘀”，有的是“嘀”6声，跟电池片数相同，根据电调和电机6.慢慢推动油门，观察电机转速是否一致（油门太低的情况下不一致为正常情况）7.逐一进行其他电调校准即可。,郝可新编著,28,桨叶 桨叶是通过自身旋转，将电机转动功率转化为动力的装置。在整个飞行系统中，桨叶主要起到提供飞行所需的动能。按材质一般可分为复合桨，尼龙桨，碳纤维桨和木桨等。,尼龙桨,

15、碳纤维桨,木桨,复合桨,郝可新编著,29,桨的编号方式：一般桨都是四位数字编号，前面两位为桨的长度，后面两位为桨的螺距，单位都是英制单位英寸（1英寸=2.54cm）。例如：3080桨，其长度即为30英寸=30*2.54=76.2cm，其螺距即为8.0英寸=8.0*2.54=20.32cm 9450桨，其长度为9.4英寸=9.4*2.54=23.876cm，其螺距为5.0英寸=5.0*2.54=12.7cm,桨的编号,郝可新编著,30,螺距的定义：螺旋桨旋转过程中，同一片桨叶旋转一周，所形成的螺旋桨的距离桨的迎角越大，螺距就越大，迎角在045范围以内，桨的效率值先增大后减小。,螺 距,螺距,郝可

16、新编著,31,补 充 知 识,逆时针旋转为正桨 CW,顺时针旋转为反桨 ccw,郝可新编著,32,升力的产生原理： 相对气流流过翼型时， 流线和流管将发生变化， 翼型的上下面出现压力差， 在垂直于相对气流方向的总压力，就是翼型升力。,正反桨 四轴飞行为了抵消螺旋桨的自旋，相隔的桨旋转方向是不一样的，所以需要正反桨。适合顺时针旋转的叫反浆、适合逆时针旋转的是正浆。安装的时候，一定记得无论正反桨，有字的一面是向上的 。,郝可新编著,33,电池 电池是将化学能转化成电能的装置。在整个飞行系统中，电池作为能源储备，为整个动力系统和其他电子设备提供电力来源。目前在多旋翼飞行器上，一般采用普通锂电池或者智

17、能锂电池等。,普通锂电池,智能锂电池,郝可新编著,34,1）电池片数：决定电压，用S来表示，每片电压为3.7V2）容量：电量存储，用毫安/时表示3）放电倍率：放电能力，用C来表示例：6S 5300mAh 30C6S表示六片电池串联，输出电压22.2V；5300mA/h表示以5300mA电流放电可持续一小时；30C表示放电倍率30，即最大放电电流为159A（5300*30）。在选择电池时，要保证电池的最大放电电流不能超过电调的负荷极限。,主要参数：,郝可新编著,35,表示电池性能的标称有很多，无人机设计中最关心的是电压，电量和放电的能力； 锂聚合物电池的标称电压是3.7V，充电后电压可达4.2V

18、，放电后保护电压为3.6V。（） 电池电容量：mAh表示。如1000mAh电池，如果以1000mA放电，可持续放电1小时。如果以500mh放电，可以持续放电2小时？ 电池放电能力：C表示。如 1000mAh电池 标准为5c，那么用5x1000mAh，得出电池可以5000mA的电流强度放电。,郝可新编著,36,郝可新编著,37,小 知 识 点,P（功率）=U（电压）I (电流)同规格电池串联电压加倍，容量不变。并联式电压不变容量增加,放电电流=电池容量放电C数例如：22000mAH25C=550A 同样充电也是这样,郝可新编著,38,电池充电和存放注意事项1、在插电池时，应先接电池的白色平衡线，

19、再将电池的XT90香蕉头接到插线板上。2、充电模式选择High Power:高功率充电。3、准确设置电池组的电池单体个数（NO为一块，2P为两块,3P为三块，一次类推）。充电开始时必须仔细检查充电器的显示屏，在上面会显示电池组的电池个数。 4、每块平衡充电板同时充电的电池不超过4块。每块电池设定的充电电流不超过10A。 5、要拔下电池前，应先长按ENTER键停止充电，在拔下电池。 6、不能随意更改PL8充电器的出厂参数。 7、充电时必须有人看管，防止发生意外。 8、使用安全的表面放置充电的电池和充电器。假如燃烧产生明火也不会损坏。 9、在通风良好和空旷的地方充电。假如电池爆裂开会有浓烟和内容物

20、喷射出来。10、充电的地方必须配备灭火器。11、电池使用时必须接上电显，以避免出现过放的情况。电显设置在3.7V报警，超限度充放电会损坏电池。12、聚合物锂电池单体采用铝塑膜包装材料，禁止刮擦、碰撞或用尖锐物刺破电池表面。电池极耳并非十分坚固，弯折容易断裂，尤其是正极耳。禁止使用已经损坏的电池单体（封口封边损坏、外壳破损、闻到电解液的气味、电解液泄露等）。如遇电池发热剧增，请远离电池以免造成不必要的伤害。13、电池编号。每个作业小组的电池必须有严格的编号，以便统计使用情况。,郝可新编著,39,遥控系统 遥控系统由遥控器和接收机组成，是整个飞行系统的无线控制终端。,遥控器,接收机,郝可新编著,4

21、0,手动控制器 遥控器 地面站,郝可新编著,41,遥控器摇杆布局,郝可新编著,遥控器分中国手，美国手，日本手，欧洲手。,42,多旋翼飞行原理,郝可新编著,43,多旋翼飞行器是通过调节多个电机转速来改变螺旋桨转速，实现升力的变化，进而达到飞行姿态控制的目的。 多旋翼飞行原理详解 以四旋翼飞行器为例，飞行原理如下图所示，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，因此飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应全被抵消。与传统的直升机相比，四旋翼飞行器的优势：各个旋翼对机身所产生的反扭矩与旋翼的旋转方向相反，因此当电机1和电机3逆时针旋转时，电机2和电机4顺时针旋转，可以平衡旋翼对机

22、身的反扭矩。,郝可新编著,44,一般情况下，多旋翼飞行器可以通过调节不同电机的转速来实现4个方向上的运动，分别为：垂直、俯仰、横滚和偏航。,郝可新编著,45,垂直运动，即升降控制 在图（a）中，两对电机转向相反，可以平衡其对机身的反扭矩，当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。保证四个旋翼转速同步增加或减小是垂直运动的关键。,郝可新编著,46,俯

23、仰运动，即前后控制 在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降，电机2、电机4的转速保持不变。为了不因为旋翼转速的改变引起四旋翼飞行器整体扭矩及总拉力改变，旋翼1与旋翼3转速该变量的大小应相等。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（方向如图所示），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。,郝可新编著,47,横滚运动，即左右控制 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，便可以使机身绕x轴方向旋转，从而实现飞行器横滚运动。,郝可新编著,48,偏航运动

24、，即旋转控制 四旋翼飞行器偏航运动可以借助旋翼产生的反扭矩来实现。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，从而实现飞行器的偏航运动。,郝可新编著,49

25、,无人机行业专用名词,冗余为增加可靠性，在必备系统基础上增加备份。通道是信号在通信系统中传输的通道，一键放生（提控回家）一般指一键返航时无人机飞丢，放生的原因可能是磁罗盘受到干扰或者GPS失去信号。炸鸡炸鸡即炸机，摔机，是指无人机由于各种原因非正常降落，简单说就是摔坏了。炸鸡原因有很多，可能是飞手操作不当，也有可能是飞控原因。射桨一般是指无人机在飞行途中螺旋桨损坏或脱离电机，瞬间射出一“剑”。原因大多是：桨质量差；桨没有固定好；炸鸡内伤；或者飞行环境太恶劣。轴距相对的两个电机轴之间的距离。,郝可新编著,50,当一架四旋翼飞行器接近地面时，下冲效应将转换为“地面效应”。之前所产生的下冲气流，将会

26、在此时被地面反弹。这种反弹产生对的气流会在四旋翼飞行器接近地面的时候突然冲向自巪。大概来说，当飞行器离地表的距离小于主旋翼的半径时，地面效应最强。 在硬地上降落，地面效应最强，并容易因为反弹气流寻致飞行器再次上升（而并非是气流扩散到降落点周边）。水平面长草地因可吸收下洗气流引起的能量，所以地面的效应会随之削弱。 若飞行器达到一定飞行高度，则会出现地面效应。,飞行中的物理效应,郝可新编著,51,END,郝可新编著,52,大疆：我们谁都不是，我们是上帝。无人机行业的领导者PARROT：AR技术新电玩。3DRobotics：无人机中的安卓机。ASCTEC：用技术征服INTEL等各种干爹。Lily：飞翔的冠希哥。不需要人操作，会飞的照相机零度：屌丝的高富帅航模。无人控制领航者microdrone：名字是小微，机器是巨人。德国品质极飞：别理我，我是种田的。无人机农业解决方案Hubsan：大男孩的小玩具。四轴专家领导品牌-和你的梦想一起飞GAUI：高端航模玩家DIY玩具。Walkera华科尔：为竞技而生。全球最专业的个人消费无人机和穿越竞技无人机,郝可新编著,53,