四旋翼飞行器无人机结构和原理.docx

四旋翼飞行器结构和原理1.结构形式旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋 翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控 制计算机和外部设备结构形式如图1.1所示图1.1四旋翼飞行器的结构形式2.工作原理四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞 行器的姿态和位置四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时 却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统山〕俯仰运动⑹個吭运动團1.2四旋興飞行器沿各自由度的运动四旋翼飞行器的电机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， 因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消在上图中，电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时针旋转，规定沿 x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表 示此电机转速下降1) 垂直运动：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2） 俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降（改变量大小应相 等），电机2、电机4的转速保持不变由于旋翼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，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3） 滚转运动：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，则可使机身绕x轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运 动4）偏航运动：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，实现飞行器的偏航运动，转向与电机1、电机3的 转向相反。

5） 前后运动：要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面内对飞行器 施加一定的力在图e中，增加电机3转速，使拉力增大，相应减小电机1转速，使拉力 减小，同时保持其它两个电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡按图b的理论，飞行器 首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量,因此可以实现飞行器的前飞运动 向后飞行与向前飞行正好相反在图b图c中，飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也 会产生沿x、y轴的水平运动6） 倾向运动：在图f 中,由于结构对称，所以倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。