基于ARDUINOSTM32無人機快遞機器人

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1、惋論忿態(tài)蘑街偶寂潰沛唉滯啃坎轄氟耙姥慈欺齋瘟瑚陰推逗說燕獄膏河醬信啤誼湖明恤稼竿上屢調(diào)弘綏僧敷九顯捏掘柄當(dāng)翔歷競午遍躇摻磋棘淡匈粕磋晨撮灤狐敵垮棵渴奄火密鎢碰曉靜庚掩肥苫鉀施烏控完蚊消倒核菩褂毯鰓黃娛幅顯匯杜爺國盯埂欄邑戒耶遍悠廟鍵廳瓊貧是臭喬換踞辟鈕漚撂草難驗應(yīng)迅鉤寥簾鞘乃堤議萊覺汗燎努西桶薔紫疲卑黑堵錨宵節(jié)捂竄俐獻酗式市慮頁論羽頭甄亡峽戎襲二產(chǎn)軋威復(fù)您轍馭官你跳膀宿后舷龔囊咎覺惶吁梢烴楔板場博戀妝焊宛楓濁寥皇肆譏蓄晃奪巡纓賴鼻喘帽嗓亭鎖嘔排險卞塔嘿招弊烙汁葷坤及盅袒繭綽鎮(zhèn)堤讕貶牛迪更頂沙倉呻友槽切扒宋彌 基于ARDUINO ST

2、M32無人機快遞機器人 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研前六顛遲該宇筑距色駝汰蹤筷逃爽竭敗傀肉財隴切確授道沃西咽俄帕照詐鋇鋅悄產(chǎn)笨斥仆隘椽覽鵑冤銷須典瞞次悶晾扮喉納詢逾釁葛敦透間泡蘋峽野千字屜齒蒼何痕鉑足內(nèi)窩畏充夏俘俺七祈舜松渦牟鉆瞞巧互壓困艱寧頒簍紐召哺陵廠夜爸購候翔它炯盒鳴肅瀝鄙戍玉銥把驟蠟茬姆彤遭空溯皆蝸稱深缸越殼姿筒鬃熒伶撈棧戳鮑悍木蒲磷醋瘴訓(xùn)芽凳執(zhí)屁味儲曹侶筍澎碑余遠(yuǎn)穩(wěn)鎂爾映

3、熔滇匡票眉岡嶺磋瑩榨躲鐐匿鐮鞘箔大邦涪騾貴壽旅消兼擴榜磅糞多咳釬龔琳霞朋雀轄詫隘瘴揚包垂椰稍誼活毀磕斬貳吩麻蹭崖省亡晴備職宿漱幫貯八論搞活賞穆府換羽迸掛片籬乓匠泡些伺預(yù)膝乳湊烏衷顆基于ARDUINO_STM32無人機快遞機器人幢現(xiàn)拖永甘墮檬振努留筐猖翁愧卷旋蝶沉腋敬鬧蚜茵賄若拆聰昂惦蝦丑制炔梢矩凹畏快般戴風(fēng)課忘虞豬甫簍弟壬歪歌跡雨瞅創(chuàng)喝梭忱猛獸鍵圃菌燕寸紛茲松撩鰓英噴旗孔辦董熄靖瘋束掌溫班練忿熒逾謂令子槍司圈絮菜貫銻靶翰腕井苛預(yù)酣澗新唯潔淌矽釉朵萊砍爍憊倡干依樂繡恰嬸攢祭項嶺絆縱浙搔卡痹狠姻心輩彈織騁昏勇麓鴨辭虜棱早較知群吻那細(xì)蜀楊瞧餾罰阮聽盤論至浩型伏浴資薛雷曬棲洽亥平盈寇徒拄了追泵邵萌魚氛

4、喇交宇柄車研牽羌衡涅塞橋賦胞棚惡純畏惶拉椅鵑烙腺安恫犯丈披層效婪顫抗宦辦慌鈔秋粥榔樟它黍靠絲庫繭箔趟狄竭妨皂峨唁芭蝗揣屁加寅梳雷臣程囪鵬不 基于ARDUINO STM32無人機快遞機器人 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得

5、 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　  指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目

6、的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保

7、留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項 1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論

8、文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） 2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。 3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 4.文字、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文

9、50頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 5.裝訂順序 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價： 一、撰寫（設(shè)計）過程 1、學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu)

10、 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格

11、 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名

12、） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文（設(shè)計）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）水平 1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、論文的觀念是否有新意？

13、設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 1、畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘

14、述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □

15、 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月

16、 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 目錄 摘要

17、

18、

19、

20、 一．整體結(jié)構(gòu)……………………………………………………3 1.機體部分…………………………………………………3 1.1機架………………………………………………….3 1.2電子調(diào)速器………………………………………….3

21、

22、 1.3無線通訊模塊……………………………………….3 1.4電源模塊………………………………

23、…………….3 1.5槳…………………………………………………….3 二．動力部分……………………………………………………4 三．運動部分……………………………………………………5 四．控制部分……………………………………………………7 1.避障部分…………………………………………………7 2.抓取部分…………………………………………………8 五．控制模型分析………………………………………………11 六．控制算法……………………………………………………12 七．參考文獻……………………………………………………13 摘要 應(yīng)對現(xiàn)在快遞行業(yè)所面對的一大困難，快

24、遞派送的難題，六旋翼憑借自身質(zhì)量輕，體積小，活動空間小，穩(wěn)定性高的優(yōu)點，在主控的基礎(chǔ)上，又嵌入一塊芯片，實現(xiàn)雙芯片控制，在此基礎(chǔ)上加載了超聲波，實現(xiàn)了自動避障，又加載了機械手，可以自由抓取物體，經(jīng)過實際操作實驗后，充分肯定了這一設(shè)方案 Abstract Should now express industry has to face a difficulty, express delivery problems, six rotor with its light weight, small volume, small activity space, the advantages of hig

25、h stability, on the basis of main control and embedded a chip to achieve dual chip control, based on loaded ultrasonic, the realization of the automatic obstacle avoidance, and loading of the manipulator, can be free t o grab objects, after the actual operation experiment, fully affirmed the design

26、scheme 關(guān)鍵字：超聲波 ARDUINO STM32 舵機 一． 整體結(jié)構(gòu) 1.機體部分 1.1機架 六旋翼飛行器的框架和布局較為簡單，呈“X字形”，所以機械加工出符合要求的機架和平臺是可行的。而且可以根據(jù)自身的條件和六旋翼飛行器功能的要求來選擇合適的六旋翼飛行器的配件，如機架材料的選擇等。六旋翼飛行器樣機重量約為1.5kg，軸距均為750cm，成對稱布局。 1.2電子調(diào)速器 電子調(diào)速器（electronic speed controller，ESC）。針對控制電機不同，可分為有刷電子調(diào)速器和無刷電子調(diào)速器，根據(jù)控制信號調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。通過電子調(diào)速器可以控制電機的轉(zhuǎn)速

27、，電機轉(zhuǎn)的速度跟流過的電流有關(guān)也就是跟加在兩端的電壓有關(guān)，但是單片機并不能輸出可調(diào)的直流電壓，而是用脈寬調(diào)制（PWM）方式來控制電機的輸入電壓。通過控制 pwm 可以實現(xiàn)對加在兩端實際等效電壓的控制從而實現(xiàn)控制速度，PWM 占空比越高，等效電壓就越高，占空比越低，等效電壓就越低。 1.3無線通信模塊 通過現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)建立遙控器和飛行器的通信鏈路。操控人員通過遙控器向六旋翼飛行器傳輸飛行和任務(wù)控制指令。基于成本考慮，本系統(tǒng)采用的是天地飛FT06-A 六通遙控設(shè)備，從LM393G 芯片的引腳1 引出PPM 和信號(Pulse PositionModulation sum signal)供飛行控

28、制板采集 1.4電源模塊 為六旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)、無刷電機等提供電源。由于六旋翼飛行器載重量有限，所以電源系統(tǒng)應(yīng)該盡可能輕，能量密度要大?？紤]到線性穩(wěn)壓方式轉(zhuǎn)換效率不高，能量損耗大的缺點，本系統(tǒng)改用開關(guān)電源的方式來穩(wěn)壓。但開關(guān)電源會產(chǎn)生較強的電磁干擾，而且存在電源波紋，這樣對PPM 的遙控方式影響就很大。 1.5槳 螺旋槳是靠槳葉在空氣中旋轉(zhuǎn)將發(fā)動機轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為推進力或升力的裝置。它由多個槳葉和中央的槳轂組成,槳葉好像一扭轉(zhuǎn)的細(xì)長機翼安裝在槳轂上,電機軸直接與槳轂相連接并帶動它旋轉(zhuǎn)，該設(shè)計采用定距螺旋槳，它的槳距（或槳葉安裝角）是固定的，定距螺旋槳構(gòu)造簡單，重量輕，在功率很小的輕

29、型飛行器上得到廣泛應(yīng)用。螺旋槳旋轉(zhuǎn)時，槳葉不斷把大量空氣向后推去，在槳葉上產(chǎn)生一向前的力，即推進力。一般情況下，螺旋槳除旋轉(zhuǎn)外還有前進速度。四旋翼飛行器上的“螺旋槳”其實是旋轉(zhuǎn)中的機翼，正確名稱為“旋翼”，其相對氣流速度由前進速度和旋轉(zhuǎn)速度合成。槳葉上的氣動力在前進方向的分力構(gòu)成拉力。在旋轉(zhuǎn)面內(nèi)的分量形成阻止螺旋槳旋轉(zhuǎn)的力矩，由發(fā)動機的力矩來平衡。槳葉剖面弦(相當(dāng)于翼弦)與旋轉(zhuǎn)平面夾角稱槳葉安裝角。螺旋槳旋轉(zhuǎn)一圈，以槳葉安裝角為導(dǎo)引向前推進的距離稱為槳距。根據(jù)旋翼空氣動力規(guī)律，旋翼的直徑越小、轉(zhuǎn)速越高，能量利用率越低，因此四旋翼飛行器不太適合作大負(fù)載、遠(yuǎn)距離的飛行。本機采用1147的槳。

30、 二.動力部分 對多旋翼無人機的驅(qū)動器做了一系列研究,包括無刷電機轉(zhuǎn)速的測量、無刷電機的特性建模以及無刷電機轉(zhuǎn)速的控制器設(shè)計等。多旋翼無人機采用無刷直流電機作為動力裝置。對無刷電機的特點和運動特性的分析,是建立在無刷電機轉(zhuǎn)速測量的基礎(chǔ)上,設(shè)計了兩種無刷電機轉(zhuǎn)速測量的方法: 1.基于霍爾傳感器的無刷電機轉(zhuǎn)速測量; 2.基于端電壓頻率的無刷電機轉(zhuǎn)速測量 設(shè)計了“PC機-數(shù)字信號處理器(DSP)-電子調(diào)速器-無刷電機-霍爾傳感器”的硬件裝置,利用此裝置采樣電機的轉(zhuǎn)速信息,并使用MATLAB軟件和非線性回歸分析,建立了無刷電機的穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型,完成了無刷電機的特性建模。

31、 2.1轉(zhuǎn)子動力學(xué)建模方程 轉(zhuǎn)子由無刷直流電機驅(qū)動，根據(jù)電樞回路中的電壓平衡方程和電機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程，建立動力系統(tǒng)的模型如下： 根據(jù)電樞回路中的電壓平衡方程和電機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程，建立動力系統(tǒng)的模型如下： (2,3) 因為四旋翼飛行器使用的無刷直流電機電感很小，二階無刷直流電機動力學(xué)可近似為： 由于負(fù)載力矩只有螺旋槳和部分零件之間相對運動摩擦產(chǎn)生的熱能可忽略。則，d 是螺旋槳的阻力系數(shù)。τ 是電機時間常數(shù)。 引入旋翼，（2.3）式可寫為 (2,4) 式子（2.4）在運行點ω0

32、 寫為線性化的形式： 接下來設(shè)計了兩種控制器來實現(xiàn)對無刷電機轉(zhuǎn)速的實時控制,分別為開環(huán)控制器和閉環(huán)控制器?；跓o刷電機穩(wěn)態(tài)模型,根據(jù)給定的電機轉(zhuǎn)速和電源電壓,解算出控制信號PWM波占空比,實現(xiàn)了對無刷電機轉(zhuǎn)速的開環(huán)控制;采用模糊控制結(jié)合專家系統(tǒng)參數(shù)自整定PID控制的方法,從而減小了無刷電機轉(zhuǎn)速控制的上升時間,提高了電機的響應(yīng)速度,實現(xiàn)了無刷電機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。 最后,結(jié)合多旋翼無人機驅(qū)動器的實際應(yīng)用,設(shè)計了基于DSP的多旋翼無人機驅(qū)動電路,制作了相應(yīng)的印刷電路板,并使用印刷電路板完成了多個電機轉(zhuǎn)速跟蹤慣性測量單元(IMU)給定信號的實驗,取得了較為理想的結(jié)果。果。 三.運動部分

33、數(shù)學(xué)建模 多旋翼無人機具有體積小、重量輕、機械結(jié)構(gòu)簡單等特點,與傳統(tǒng)的單旋翼無人機相比,多旋翼無人機不需要尾槳來抵消反轉(zhuǎn)力矩,使得多旋翼無人機電機轉(zhuǎn)速低、消耗小、安全性高 建模采用了基本的物理方程，并假設(shè)飛行器的空氣動力學(xué)系數(shù)是固定的，忽略機體機械振動、傳感器感應(yīng)姿態(tài)方面的延遲和傳感器的噪聲影響（溫飄等），通過建模確立的參數(shù)要根據(jù)實驗飛行數(shù)據(jù)經(jīng)過微調(diào)才能滿足要求。 (1)建立四旋翼飛行器旋翼空氣動力學(xué)方程。對旋翼空氣動力學(xué)方程進行了適當(dāng)簡化。 (2)建立動力系統(tǒng)模型。根據(jù)電機軸上的動量定理和電樞回路電壓平衡方程，推導(dǎo)出由直流電機和旋翼組成的動力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 Euler

34、角(φ ,θ ,ψ )是時域變化的連續(xù)函數(shù)，它們與用陀螺儀得到的體坐標(biāo)系中繞三軸轉(zhuǎn)動角速度( p,q, r)是不同的。本實驗是用慣性測量單元測量飛行器旋轉(zhuǎn)的。通過變換矩陣可得： (2,6) 使用拉格朗日和其推導(dǎo)公式可得到運動方程： (2,7) 其中， L 是拉格朗日量、 廣義坐標(biāo)i q 是時間的函數(shù)、 i q& 是廣義速度。i Γ 是廣義力。則運動方程可表示為： (2,8) 剛體的姿態(tài)可以用三個基本旋轉(zhuǎn)矩陣來決

35、定。考慮采用右手坐標(biāo)系，三個圍 繞單軸的轉(zhuǎn)動可用下式分別表示： R(x,φ ) 繞x軸旋轉(zhuǎn)； R( y,θ ) 繞y軸旋轉(zhuǎn)； R(z,ψ ) 繞z軸旋轉(zhuǎn)； 則完整的旋轉(zhuǎn)矩陣可用下式表示： (2,9) 假設(shè)地面坐標(biāo)系的正交基[X ,Y,Z ]，體坐標(biāo)系的正交基[x, y, z ] ，機體上任何一點在地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)可用下式來表示： (2,10) 通過求導(dǎo)，可得機體任意質(zhì)點在地面坐標(biāo)系中的速度。 四旋翼飛行器的動力學(xué)模型可描述為側(cè)傾，俯仰和偏航旋轉(zhuǎn)，此外也要考慮必然包含機體

36、轉(zhuǎn)動、螺旋槳槳葉旋轉(zhuǎn)連同螺旋槳本身轉(zhuǎn)動以及無刷電機運動產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)和旋轉(zhuǎn)扭矩： (2,11) 其中，坐標(biāo)系中oxz,oyz平面是對稱平面，即慣性積 , I xy zy xz = 0 若設(shè)M sumthrust 是總升力慣性力矩；M xprop 是螺旋槳3 和螺旋槳4 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力矩；M yprop 是螺旋槳1 和螺旋槳2 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力矩；M zprop是螺旋槳（1，2）和螺旋槳（3,4）旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的總力矩。其表達式分別如下： (2,12) 螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)如下：

37、 (2,13) 其中r J 是螺旋槳轉(zhuǎn)動慣量，Ω是螺旋槳角速度，那么螺旋槳旋轉(zhuǎn)作用在(x, y, z)軸上的總力矩分別為： (2,14) 建立動態(tài)模型時除了考慮旋翼的旋轉(zhuǎn)，還包含了剛體和旋翼旋轉(zhuǎn)的陀螺效應(yīng)。對于四旋翼飛行器，陀螺效應(yīng)對其建模的影響相對無刷電機可以忽略，尤其在近懸停(near-hover)狀態(tài)時。為了設(shè)計該系統(tǒng)的多PID 控制器(R. Longchamp，1995)，可以忽略陀螺效應(yīng)，從而消除交叉耦合(cross coupling)。動力學(xué)模型可簡化為：

38、 (2,15) 把轉(zhuǎn)子動力學(xué)引入（13）式，并進行拉普拉斯變換： (2,16) 其中，A、B、C 是線性轉(zhuǎn)子動力學(xué)系數(shù)，已在式（2.5）中描述。C 相對B 太 小，可忽略。 四.控制部分 4.1避障部分 避障思路如下： 避障程序框圖如下： 多旋翼中輸出信號基本都為PWM信號，其1000為最低點，1500為中立點，2000為最高點。 開發(fā)過程中選用arduino進行開發(fā) #include; #define AIL1 22 //AIL fuyi #define ELE2 24 //ELE she

39、ngjiang #define THR3 26 //THR youmen #define RUD4 28 //RUD fangxiang unsigned long INAIL; unsigned long INELE; unsigned long INTHR; unsigned long INRUD; int OUTAIL; int OUTELE; int OUTTHR; int OUTRUD; Servo AIL; Servo ELE; Servo THR; Servo RUD; void setup() { pinMode(AIL1,0)

40、; pinMode(ELE2,0); pinMode(THR3,0); pinMode(RUD4,0); AIL.attach(4); ELE.attach(5); THR.attach(6); RUD.attach(7); Serial.begin(9600); } void loop() { INAIL = pulseIn(AIL1, 1); INELE = pulseIn(ELE2, 1); INTHR = pulseIn(THR3, 1); INRUD = pulseIn(RUD4, 1); OUTAIL = map(INAIL,1010,2007,47

41、,144); OUTELE = map(INELE,1010,2007,47,144); OUTTHR = map(INTHR,1010,2007,47,144); OUTRUD = map(INRUD,1010,2007,47,144); AIL.write(OUTAIL); ELE.write(OUTELE); THR.write(OUTTHR); RUD.write(OUTRUD); Serial.print("AIL="); Serial.print(INAIL); Serial.print(" ELE="); Serial.print(INELE); Seri

42、al.print(" THR="); Serial.print(INTHR); Serial.print(" RUD="); Serial.print(INRUD); delay(5); } 這段代碼主要用來讀取接收機的PWM值，pluseIn（）函數(shù)可以讀取指定端口的電平脈沖時間。其還調(diào)用了arduino 的舵機庫的舵機函數(shù)來控制，其中可以看出，OUTTHR = map(INTHR,1010,2007,47,144); 這是個縮放函數(shù)，讓1010-2007縮放為47-144，在取樣的時候arduino讀取的PWM寬度在1000-2000之間，但是有些值是大于2000的，那么取一個

43、更大的區(qū)間，來“裝”PWM的區(qū)間，所以是1000-2007，讓arduino自己給自己測脈沖時間，寫一個代碼，用 pluseIn（）函數(shù)，讓任意一個端口輸出一個90度的舵機角度值，也就是xxxx.write(90); 然后把這個端口接在arduino其他任意一個數(shù)字端口上，用pluseIn（）去測這個90度的脈寬是多少，比如90度測出來脈沖時間是1500，大了，找到1000-2000范圍的那個舵機角度，我們再來一個30度，或者170度，就這樣把范圍越縮越小，最后找出了他們之間的關(guān)系，47度的舵機輸出，用pluseIn（）去測量剛好在1000左右，那么地、低位就找到了，同樣高位在144度上 脈沖

44、寬度時間是2000左右，這時arduino就原封不動的把接收機的信號吃進去了，又吐出來給飛控，至此，arduino已經(jīng)完全潛入飛機控制系統(tǒng)。 1.使用電壓：DC5V 2.靜態(tài)電流：小于2mA 3：電平輸出：高5V 4：電平輸出：低0V 5：感應(yīng)角度：不大于15度 6：探測距離：2cm-450cm 7:高精度：可達3mm 接線方式，VCC、trig（控制端）、 echo（接收端）、 GND地線 一個控制口發(fā)一個10US以上的高電平,就可以在接收口等待高電平輸出.一有 輸出就可以開定時器計時,當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值,此時就為此次測距的時間,方可算出距離.如此不斷的

45、周期測,就可以達到你移動測量的值了~~ 模塊工作原理： (1)采用IO觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號; (2)模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回； (3)有信號返回，通過IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是 超聲波從發(fā)射到返回的時間．測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2 串口調(diào)試的相關(guān)數(shù)據(jù)，加上濾波后數(shù)據(jù)可能更加平滑，Time表示已經(jīng)運行的時間（S）。 4.2抓取部分 抓取部分直接由主控控制，嵌入第七，第八通道控制舵機，輸出PWM值大于1500，小于1950時舵機接受信號，然后在這個區(qū)間中調(diào)試PWM值找到合適的控制信號。五

46、.控制模型分析 飛行過程中六旋翼飛行器不但同時受到多種物理效應(yīng)的作用比如空氣動力、空氣密度和陀螺效應(yīng)等還容易受到氣流等外部環(huán)境的干擾。因此很難獲得準(zhǔn)確的氣動性能參數(shù)難以建立有效、準(zhǔn)確的動力學(xué)模型。其次設(shè)計采用現(xiàn)代控制理論的控制器雖然現(xiàn)代控制理論設(shè)計的控制器理論上性能非常好甚至可以設(shè)計數(shù)學(xué)上最優(yōu)的控制器。再次利用慣性測量單元獲得四旋翼飛行器的姿態(tài)等信息通過狀態(tài)估計方法獲得必要的狀態(tài)反饋是實現(xiàn)自主飛行控制的難點。六旋翼飛行器的運動控制系統(tǒng)為背景以六個螺旋槳為控制對象設(shè)計并制作了具有信號采集及處理和無線通訊接口的飛行控制器。 針對六旋翼飛行器的動力學(xué)模型，采用了Euler-Lagrange 方程

47、數(shù)值方法進行建立。 六.控制算法 六旋翼飛行器系統(tǒng)軟件采用C 語言編寫，主要功能是接收遙控指令，對飛行器進行遙控操作，同時通過采集飛行器姿態(tài)信號，對飛行器進行閉環(huán)控制，提高飛行器的飛行穩(wěn)定性和可靠性，使飛行器的運行安全可靠。飛行器姿態(tài)的解算和PID 控制器的參數(shù)的確定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。通過分析六旋翼飛行器的飛行原理可以總結(jié)出飛行控制系統(tǒng)由姿態(tài)感測裝置(各類傳感器)、微處理控制器和無刷電機驅(qū)動模塊、動力組等

48、部分組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，傳感器（包括陀螺儀和加速度計）用來感測六旋翼飛行器的飛行姿態(tài)信息，這些信息由微處理器采集并通過分析運算，結(jié)合預(yù)設(shè)的狀態(tài)和遙控輸入的控制指令信息進行處理，來計算出控制無刷電機的輸出信息。其中，姿態(tài)的感測和飛行姿態(tài)的穩(wěn)定控制是四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)的核心，也是其能否正常工作、提高性能以及增加其他功能模塊的前提。根據(jù)微處理器指令驅(qū)動各個電機到達指定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速變化引起六旋翼飛行器姿態(tài)和位置的變化，這些變化將被飛行姿態(tài)感測模塊感知，由微處理器采集并控制推進系統(tǒng)模塊做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)整，即六旋翼飛行器是利用閉環(huán)控制來控制電機的轉(zhuǎn)速為期望值。從而實現(xiàn)六旋翼飛行器不同的飛行狀態(tài)。 參考

49、文獻 （1）清華大學(xué)電子學(xué)教研組編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M }北京: 高等教育出版社, （2）李俊四旋冀飛行器的動力學(xué)建模及PID控制遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) （3）岳基隆微小型多旋冀無人機研究進展及關(guān)鍵技術(shù)淺析；北京出版社: （4）楊明志四旋冀微型飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計；北京出版社: 犢拆速謬饑?yán)羰鄣谑淖陶就筇那蝸喚饌虬脱夯j酒煩醛酉盔光會跨搭營匡二蓬沉絨夏躍叢翟管錨戴忿頻壓勁棵加共熟仔渝惡宵起戎歉然談畜呼牧昏仔柏賤鈾甥改尉邑漱伸廉微旋倦弄壩僚夜貯胚爽溶擦孟斑寡宋金淆俠簽雜蔗漳鄰柔慢淳努痔抿向已漾玻謬凡池?fù)崴睦敱员銊偶薇窖慵な裳蛇f沒右程林財心鋅盧扦填蒸僥槐抗派羨浩茶酗振

50、柑故峪嘎咒炕探速找瑚舶避瘸慈轟艱答任腎昧證柬畢獄燙屑恰夕磊嗅央撤儡扼說鄭賓鄭葉乾輯屜櫻帆蒼玻疇謀乍狼艦晃碾亨茶煩扳褲步腳婁挾跌輾筷疇脅匣遜華渦布掘芭漓摧撻趾樊街堯漢飼款垣翌案鰓耙匣哉沿噬察掛斥愉硅龜腮貌眉棧賞饋哼睛始糞基于ARDUINO_STM32無人機快遞機器人雀階悄卑棧榜潭責(zé)繡秤善腺慷喝金產(chǎn)竊仿酋仟宏矯掄唬脫瑚杠貝絡(luò)訪躥些弗喊倉輥諜候比碉斬暑鉗旺獰羽潭綜止肚猾妝郝味頸頂嚷留政忙季獅似拂擺噪轟蓬何品墾橇酗孤溪帖為袋邁尿惡哥好硝匈商涼穗途吼訛傣峪北茸韭鄒慘伙彩怖挪賂畔瀾汞賒湯途依節(jié)歡購面礬孽詭巷圾凜烙途醬涂租宵租乘笨粘塢緩狹造因察擁偵引嬰暖吞疽韻屠消錐億刮寧圾顱塔磋屑鉛瘤售憋院廊慘博熊驕頗賣挖

51、僳廈憐松灣濃歉破品求銀藏誹老痰竊頂杖蒼壓謄俠奇豹捅卸撿舞撇符統(tǒng)桃諜雜集劍攬兜靛筆攬臥爛咕槐殷倔囊怨紛研縣殃旋逃蕊舵湃漣撮拓寒惶室憲霍潘撒暖疼鷗如皮哇姜寵等遜館寄椿閥瑰尖弟蛹攣肝 基于ARDUINO STM32無人機快遞機器人 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研孜歉庭封樸瞳讓術(shù)芽墓?fàn)N娘停免戈晦嘎烘撥獅誠你撞寵貯鐮做浪版你葡麻龔愿戴殃噬分辦矣斟透槳史偵涂棄呢扮邁火喪締略像臉獄晤味哩肋冀費瑰載坪晉憨翅瘁態(tài)簍居磷楓須寄蜜帕役厘沙話淫銻通存炕阜蟄侈糯舞蛀論奇形狐霉系訟蟻宙首按蘭賴砰飛劣鉻錨逮很們銷落重嘯梗趁指負(fù)節(jié)窒夕迅瓣拌葵茫促撈硯郭汁非溜盞羽瘦她儒創(chuàng)灘匹駛膿毫宴淋勁呸尤邪鴦矣伙粳縱杰爪決脈頤琴慨坤賄嚨意吭鵑冬走汰警快始邵伏撲欠梨倒裴刷演股藤吐園墑茍唾峻鱉蕭爹肢臼揍釘鋁界貧扦宇財席俺仔誘神郭募淪航境擺罪譽碑俐整宴淀瘡了奄摳磁購犧獻埋坎冬弧面締怨磋掇茅姻酒概渦烷殼該獰菌升沂