四旋翼飞行器设计与实现 PDF 电子版

   目前空中机器人的研究大都是围绕微型无人飞行器进行的，这是因为跟其他无人飞行器相比，微型无人飞行器造价低、体积较小、重量轻、飞行相对灵活，起落受限制少，能适应复杂多变的环境，更适合进行目标识别、定位等比赛项目。而且在实际应用中，由于其具有高度的灵活性和很强的适应性，微型无人飞行器在军事和民用上有广泛的应用前景。

根据结构和飞行原理的不同，无人飞行器分为两种。其一是固定翼无人机，而固定翼无人机又分为螺旋桨式无人机和喷气式无人机，固定翼无人机的飞行原理是在无人机高速前进的过程中，通过机翼上下气流和气压的不同，产生升力，保持无人机的飞行；其二是旋翼式无人机，旋翼的数量可以有一个或多个，《四旋翼飞行器设计与实现》中研究的是四旋翼无人机，旋翼无人机的原理是用一个或多个螺旋桨的高速转动产生升力，如果是多个螺旋桨，需要通过多个螺旋桨的配合保持平衡，也是通过螺旋桨的配合控制无人机的六个自由度方向的运动，旋翼无人机*大的特点就是可以垂直起降和悬停，相比固定翼无人机，有很好的机动性，对场地要求也较小，可扩展功能十分广泛。

四旋翼飞行器作为一个载体，在实现基本飞行功能的基础上，可以附加各种不同的功能，这也是四旋翼飞行器的*大魅力之一。除了*常见的航拍功能，近年来不断出现各类新型无人机，如自拍无人机、农业植保无人机和快递无人机等。各大研究机构开发的室内精确定位无人机则能实现更多精细化的工作，如利用无人机搭建垂直村落，无人机集群化协同飞行表演等。

然而这些复杂功能的实现的基础，首先是要实现无人机基础飞行功能，主要是实现（1）四旋翼飞行器实现自主平衡，（2）四旋翼飞行器在有遥控控制的情况下按照遥控者意愿飞行，且操作难度较低，（3）四旋翼飞行器在无遥控情况下利用附加传感器实现定点悬停和位移控制，这些是实现四旋翼飞行器自主飞行功能的基础。

对于初学者来说，四旋翼飞行器的基础飞行功能的实现有较高的难度，不仅要根据飞行原理装配四旋翼飞行器的硬件，在硬件层面保证飞行器能够安全稳定飞行，同时还要进行四旋翼飞行器软件设计，尤其是较为困难的底层软件设计。除此之外，四旋翼飞行器参数的调节也对开发者有巨大的挑战。

《四旋翼飞行器设计与实现》从四旋翼飞行器的前世今生切入，通过阐述无人机的飞行原理、系统构成、通信协议等，向初学者介绍了无人机入门的基础知识。从实际开发和应用入手，详细介绍了自主设计的四旋翼飞行器的硬件框架、常用硬件及其性能和用法、自主开发的软件系统设计、以及飞行控制程序的开发与实践。另外，《四旋翼飞行器设计与实现》还展示了四旋翼飞行器的组装过程，提供了实现无人机平稳飞行的实用调试经验，列举了多项实际应用案例。

《四旋翼飞行器设计与实现》致力于帮助读者从不会到会，从自主搭建四旋翼飞行器，自主编写程序，并在自制的调试平台上分析数据和调节PID参数，列举了初次起飞时的常见问题及其解决方法，直到飞行器*终能平稳飞行。

本书从四旋翼飞行器的历史和现状切入，通过阐述无人机的飞行原理、系统构成、通信协议等，向初学者介绍无人机入门的基础知识； 从实际开发和应用入手，详细介绍了自主设计的四旋翼飞行器的硬件框架、常用硬件及其性能和用法、自主开发的软件系统设计以及飞行控制程序的开发与实践； 另外，本书还展示了四旋翼飞行器的组装过程，提供了实现无人机平稳飞行的实用调试经验，列举了多项实际应用案例。本书致力于帮助读者从不会到会，自主搭建四旋翼飞行器、自主编写程序，并在自制的调试平台上分析数据和调节PID参数，列举了初次起飞时的常见问题及其解决方法，直到飞行器最终能平稳飞行。

本书适用于对四旋翼飞行器感兴趣的初学者入门学习，也可作为参加各种大学生无人机电子设计竞赛的大学生们的学习参考用书。