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ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ·探索与观察 四旋翼飞行器综述 东北育才双语学校孙浩楼 【摘要】随着无人机技术的发展，四旋翼飞行器逐渐受到人们的关注，成为了研究的热点问题。本文以四旋翼飞行器为对象介绍了其特点、 飞行器的结构、应用领域以及其研究领域和主要研究方向，为后续工作的展开打下了基础。 【关键词】四旋翼飞行器；飞行器结构；飞行器应用研究 Ｑｕａｄｒｏｔｏｒ Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｄｅ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｙｕｃａｉ Ｂｉｌｉｎｇｕａｌ Ｓｃｈｏｏｌ ＨＡＯＬ０Ｕ ＳＵＮ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａ１ Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＵＡＶ １ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｕａｄｒｏｔｏｒ ＵＡＶ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ａｔｔｒａｃｔｓ ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｈａｓ ｂｅ。 ｃｏｍｅ ａ ｈｏｔ ｉｓｓｕｅ．Ｉｎ ｍｉｓ Ｐａｐｅｒ，ｆｏｒ ｍａｋｉｎｇ ｈｅｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｌｆｌｏｗ—ｕｐ ｗｏｒｋ，ｗｅ ｉｆｒｓｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｈｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈｔｅ Ｑｕａｄｒｏｔｏｒ ＵＡＶ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｅｌｆｄ．ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｅｌｆｄ ａｎｄ ｈｅ ｍａｉｔｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｔ Ｑｕａｄｒｏｔｏｒ Ｕ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ 引言 四旋翼飞行器结构简单，整个机身为对称结构，四个电机对称 分布在四旋翼飞行器的四个终端。通过电机带动螺旋桨旋转，可以 实现垂直起降、自由悬停等飞行方式。四旋翼飞行器简单易操控， 已经成为国内外研究机构研究的重点。 １．四旋翼飞行器的运动机理 图１为四旋翼飞行器的结构图。相对的两个电机转动方向相 同，相邻的电机转动方向相反。依据电机转动方向和电机转速的不 同，可以实现四旋翼飞行器的四种基本运动：垂直运动、俯仰运 动、滚转运动和偏航运动。 研机构的研究浪潮。对四旋翼飞行器的研究主要包括两个方面， 包括对四旋翼飞行器飞行控制方法的研究以及实现四旋翼飞行器 的自主飞行。 四旋翼飞行器飞行控制方法主要包括ＰＩＤ控制、滑摸控制和反 步控制以及他们的改进控制方法。叶树球『ｌ 等人设计实现一种基于 ＰＩＤ控制方法的飞行器姿态控制系统，通过使用ＰＩＤ方法融合当前 姿态和目标姿态控制电机油门输出；张镭 等人通过使用模糊ＰＩＤ 方法对四旋翼飞行器进行姿态控制。结果表明，模糊ＰＩＤ相对于 传统的ＰＩＤ鲁棒性更好；林旭梅 等人提出了一种自适应鲁棒滑模 控制方法，并通过实验验证控制策略对外界干扰和模型的不确定 性具有较强的鲁棒性；马正华［４ 等人设计自适应反演姿态控制器， 仿真结果表明该控制器对外部干扰信号有较强的抑制作用，可以保 证全局稳定。 四旋翼飞行器自主飞行，主要是依靠其携带的视觉传感器捕捉 图像信息，并通过对图像进行处理获得位姿参数控制四旋翼飞行器 飞行。 进行视觉导航首先需要将获得的图像进行预处理，减小噪声干 扰，预处理步骤包括图像滤波、图像灰度化处理和图像二值化处 理等。在进行完预处理后需要对降落目标进行提取，包括特征点 提取方法、Ｈｏｕｇｈ变换和不变矩等方法。最后对降落目标提取结果 通过解算得到位姿控制参数并传递给四旋翼飞行器，控制四旋翼 图１四旋翼飞行器结构图 飞行器飞行。 ２．四旋翼飞行器的应用 四旋翼飞行器因其突出的特点，广泛的应用于军事领域和民用 领域。 在军事领域中，四旋翼飞行器主要依靠其自身携带的视觉传感 器进行视频传输，实现包括对目标物体的检测以及对未知区域的探 索等众多军事侦察任务。 在航拍领域中，利用四旋翼飞行器携带的摄像机，可以实现对 地面或空中物体进行拍摄，并将拍摄结果回传给地面站或存储起来 供进一步研究和处理。在航拍领域中主要包括影视拍摄、电力巡线 和测绘等行业。 在农业领域中，四旋翼飞行器通过搭载喷药箱，可以替代人对 农作物进行农药喷洒。使用农药喷洒无人机，不仅提高了农药喷洒 的效率，还减少了农药对人体的伤害。除了使用四旋翼飞行器进行 药物喷洒外，操纵人员还通过搭载水箱对农作物进行浇溉。 无人机的应用领域还在不断开拓，快递行业已经对四旋翼飞行器 的应用进行探索。因无人机不受地面交通管制且飞行速度快的特点， 四旋翼飞行器可以准确迅速的进行快递邮递。目前，美国的亚马逊公 司和中国的顺丰公司都在对四旋翼飞行器运送快递进行测试。