【四旋翼无人机的构架分析1600zi】

四旋翼无人机的构架分析目录TOC\o"1-3"\h\u14736四旋翼无人机的构架分析 16951.1四轴飞行器硬件组成 1176451.2Pixhawk飞控特性分析 377981.3光流智能相机构成原理 414851.4树莓派（RaspberryPi

） 51.1四轴飞行器硬件组成四轴多旋翼运动无人机主要认为有三个大的组成部分,它们被明确划分分别为:圆形机身,动力系统和自动控制以及传感器。四旋翼无人机的布局主要分为“十字型”和“X”型。“十字型”的四旋翼无人机机头即为前进方向，而“X”型结构的无人机的机头与两个机臂成45度角。如图（a）为“十字型”结构（b）为“X”型结构。（b）图2-1四轴飞行器机架布局（a）“十”字型（b）“X”型而无人机的驱动力系统主要由发电机、螺旋桨、蓄电池和风力发射器及电调组成。如图2-2所示。动力系统提供了无人机飞行的动力,决定了无人机的承载能力，飞行时间，飞行速度等。动力系统各部件之间需紧密联系，否则将导致无人机无法正常工作，容易导致事故的发生。图2-2四轴飞行器动力系统组成无人机的电机主要以无刷直流电机为主,这里我们所选择的电机是xk2212无刷直流电机,它具有动力强、平衡好、更耐用等特点。电调器的一个基本全称为高速电子式电动调速器(Electronicspeedcontrol,esc),它的主要基本物理作用方式是将Pixhawk飞行控制器的控制信号转化为电流的大小，以此调控电机的转速。电池则无需过多的解释，但是与其他普通电池不同，无人机一般用到的电池都是航模电池，并且需要专门的充电器，电池容量大小直接影响无人机的续航能力，而续航问题一直是无人机领域需要突破的瓶颈问题。四轴飞行器的控制系统则是本课题所关注的重点内容。控制系统的框架图具体设计如图2-3所示图2-3控制系统的设计框架图控制器控制器是保证无人机实时飞行安全、准确、稳定地进行飞行的重要关键,主要完成了对无人机实时动态的监测、控制其飞行姿势和模式等任务。本课题采用的是Pixhawk飞行控制器，简称Pix飞控。无人机无人机以飞控电动机为主作为被动操控方,其主要工作动力源为四个轴的无锡有刷直流通入电机,pix的飞控控制系统通过驱动电调器可以自动控制每个无刷通入直流电机的工作电流和电压大小,以此两种方式被用来自动控制通入电机的高转速,以此来实现无人机的飞行动作及飞行速度。传感器该运动传感器一般可以再细分为内部的一个传感器和外部的两个传感器,pix等飞控机另外内置的还有陀螺仪、加速度计、气压自动测量器等,而外部传感器则包括直接与飞控通过I2C接口连接的光流传感器以及通过外载计算机树莓派间接连接的超声波测距传感器。这些在后文都会提及。图2-4无人机整体构架图1.2Pixhawk飞控特性分析如图2-4所示为Pixhawk飞控，本文基于该开源飞控实现对无人机的飞行姿态和飞行动作控制，该飞控可进行二次开发，Pixhawk飞控源于著名的开源飞控厂商3DR，它的前身是ARM飞控，经过多次开发升级才产生了pix飞控。[14]图2-5Pixhawk飞控pixhawk通过一个串口实现了主、副两个处理器之间的通讯,其具备多个不同的输入和输出接口其中包括一个spektrumdsm/dsm2/dms-x与卫星接收器相兼容的输入;ppm的输入,2个硬件的控制电路,1个与高电压相兼容;输出接口主要包括PWM、CAN、UART等。[15]其硬件接口如图2-5所示图2-6Pixhawk硬件接口示意图1.3光流智能相机构成原理px4flow这是一款基于光流的智能相机(参见图2-6),光流相机不仅仅是以进行视频拍照作为主要目的,而是依靠所拍摄的图像来计算出传感器在其本体相对于图像上的运动。该传感器板载一块cmos图像传感器,在计算光学信号流的时候,它采用4x4分级切割剪裁的算法,计算速度最快可以控制到400hz(白天,室外)，具备非常高的感光度。该传感器兼容Pixhawk飞控，可直接通过I2C实时与飞控通讯，完成对无人机的飞行控制。因此，本课题采用此传感器，与GPS定位相结合，实现无人机的定点悬停功能。图2-7PX4FLOW光流智能相机1.4树莓派（RaspberryPi

）在本课题中，选用的树莓派的型号为3b+（图2-7），它的主要作用是外搭载三块HC-SR04超声波测距传感器，分别检测左、前、右三个方向的障碍物存在情况。树莓派上烧录的是Ubuntu16.04MATE系统，并且在系统上创建ROS的环境。启动无人机自主