基于ARDUINOSTM32無(wú)人機(jī)快遞機(jī)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(shuō)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(jìng)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(guó)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(yàn)應(yīng)迅鉤寥簾鞘乃堤議萊覺(jué)汗燎努西桶薔紫疲卑黑堵錨宵節(jié)捂竄俐獻(xiàn)酗式市慮頁(yè)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(jué)惶吁梢烴楔板場(chǎng)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(xiǎn)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(cāng)呻友槽切扒宋彌 基于ARDUINO ST

2、M32無(wú)人機(jī)快遞機(jī)器人 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研前六顛遲該宇筑距色駝汰蹤筷逃爽竭敗傀肉財(cái)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(xiāo)須典瞞次悶晾扮喉納詢逾釁葛敦透間泡蘋(píng)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(gòu)候翔它炯盒鳴肅瀝鄙戍玉銥把驟蠟茬姆彤遭空溯皆蝸稱(chēng)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(chǔ)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(kuò)榜磅糞多咳釬龔琳霞朋雀轄詫隘瘴揚(yáng)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(wú)人機(jī)快遞機(jī)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(lè)繡恰嬸攢祭項(xiàng)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(tīng)盤(pán)論至浩型伏浴資薛雷曬棲洽亥平盈寇徒拄了追泵邵萌魚(yú)氛

4、喇交宇柄車(chē)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(kù)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(wú)人機(jī)快遞機(jī)器人 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)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(guò)的研究成果，也不包含我為獲得

5、 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)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(shuō)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(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)（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)校可以采用影印、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?jī)?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(dú)立進(jìn)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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)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(shū) 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(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)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(kù)進(jìn)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(xiàng) 1.設(shè)計(jì)（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(yè)（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(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） 2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類(lèi)設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類(lèi)論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。 3.附件包括：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)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(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě) 2）工程設(shè)計(jì)類(lèi)題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)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(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà) 3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文

9、50頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類(lèi)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(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū) 指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)： 一、撰寫(xiě)（設(shè)計(jì)）過(guò)程 1、學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)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(zhuān)業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能分析和解決問(wèn)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(jì)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(jì)）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)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(jì)）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(jì)）水平 1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)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(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名

12、） 單位： （蓋章） 年 月 日 評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū) 評(píng)閱教師評(píng)價(jià)： 一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)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(jì)）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(jì)）水平 1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)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(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”） 評(píng)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(jiàn) 教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)： 一、答辯過(guò)程 1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘

14、述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)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(jì)）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(jì)）水平 1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)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(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評(píng)定成績(jī)：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名） 年 月

16、 日 教學(xué)系意見(jiàn)： 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(jī)體部分…………………………………………………3 1.1機(jī)架………………………………………………….3 1.2電子調(diào)速器………………………………………….3

21、

22、 1.3無(wú)線通訊模塊……………………………………….3 1.4電源模塊………………………………

23、…………….3 1.5槳…………………………………………………….3 二．動(dòng)力部分……………………………………………………4 三．運(yùn)動(dòng)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(xiàn)……………………………………………………13 摘要 應(yīng)對(duì)現(xiàn)在快遞行業(yè)所面對(duì)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(dòng)空間小，穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，在主控的基礎(chǔ)上，又嵌入一塊芯片，實(shí)現(xiàn)雙芯片控制，在此基礎(chǔ)上加載了超聲波，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)避障，又加載了機(jī)械手，可以自由抓取物體，經(jīng)過(guò)實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)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(jī) 一． 整體結(jié)構(gòu) 1.機(jī)體部分 1.1機(jī)架 六旋翼飛行器的框架和布局較為簡(jiǎn)單，呈“X字形”，所以機(jī)械加工出符合要求的機(jī)架和平臺(tái)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(lái)選擇合適的六旋翼飛行器的配件，如機(jī)架材料的選擇等。六旋翼飛行器樣機(jī)重量約為1.5kg，軸距均為750cm，成對(duì)稱(chēng)布局。 1.2電子調(diào)速器 電子調(diào)速器（electronic speed controller，ESC）。針對(duì)控制電機(jī)不同，可分為有刷電子調(diào)速器和無(wú)刷電子調(diào)速器，根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)電子調(diào)速器可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速

27、，電機(jī)轉(zhuǎn)的速度跟流過(guò)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(jī)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(lái)控制電機(jī)的輸入電壓。通過(guò)控制 pwm 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加在兩端實(shí)際等效電壓的控制從而實(shí)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(wú)線通信模塊 通過(guò)現(xiàn)有無(wú)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(guò)遙控器向六旋翼飛行器傳輸飛行和任務(wù)控制指令?；诔杀究紤]，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(hào)(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(wú)刷電機(jī)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(diǎn)，本系統(tǒng)改用開(kāi)關(guān)電源的方式來(lái)穩(wěn)壓。但開(kāi)關(guān)電源會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，而且存在電源波紋，這樣對(duì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功率轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力或升力的裝置。它由多個(gè)槳葉和中央的槳轂組成,槳葉好像一扭轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)機(jī)翼安裝在槳轂上,電機(jī)軸直接與槳轂相連接并帶動(dòng)它旋轉(zhuǎn)，該設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(shí)，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(jìn)力。一般情況下，螺旋槳除旋轉(zhuǎn)外還有前進(jìn)速度。四旋翼飛行器上的“螺旋槳”其實(shí)是旋轉(zhuǎn)中的機(jī)翼，正確名稱(chēng)為“旋翼”，其相對(duì)氣流速度由前進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度合成。槳葉上的氣動(dòng)力在前進(jìn)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(dòng)機(jī)的力矩來(lái)平衡。槳葉剖面弦(相當(dāng)于翼弦)與旋轉(zhuǎn)平面夾角稱(chēng)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(jìn)的距離稱(chēng)為槳距。根據(jù)旋翼空氣動(dòng)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(jī)采用1147的槳。

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

31、 2.1轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)建模方程 轉(zhuǎn)子由無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)電樞回路中的電壓平衡方程和電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程，建立動(dòng)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(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程，建立動(dòng)力系統(tǒng)的模型如下： (2,3) 因?yàn)樗男盹w行器使用的無(wú)刷直流電機(jī)電感很小，二階無(wú)刷直流電機(jī)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(jī)時(shí)間常數(shù)。 引入旋翼，（2.3）式可寫(xiě)為 (2,4) 式子（2.4）在運(yùn)行點(diǎn)ω0

32、 寫(xiě)為線性化的形式： 接下來(lái)設(shè)計(jì)了兩種控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制,分別為開(kāi)環(huán)控制器和閉環(huán)控制器。基于無(wú)刷電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型,根據(jù)給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速和電源電壓,解算出控制信號(hào)PWM波占空比,實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的開(kāi)環(huán)控制;采用模糊控制結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)參數(shù)自整定PID控制的方法,從而減小了無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的上升時(shí)間,提高了電機(jī)的響應(yīng)速度,實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。 最后,結(jié)合多旋翼無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)際應(yīng)用,設(shè)計(jì)了基于DSP的多旋翼無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤慣性測(cè)量單元(IMU)給定信號(hào)的實(shí)驗(yàn),取得了較為理想的結(jié)果。果。 三.運(yùn)動(dòng)部分

33、數(shù)學(xué)建模 多旋翼無(wú)人機(jī)具有體積小、重量輕、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn),與傳統(tǒng)的單旋翼無(wú)人機(jī)相比,多旋翼無(wú)人機(jī)不需要尾槳來(lái)抵消反轉(zhuǎn)力矩,使得多旋翼無(wú)人機(jī)電機(jī)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(dòng)力學(xué)系數(shù)是固定的，忽略機(jī)體機(jī)械振動(dòng)、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(guò)建模確立的參數(shù)要根據(jù)實(shí)驗(yàn)飛行數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)微調(diào)才能滿足要求。 (1)建立四旋翼飛行器旋翼空氣動(dòng)力學(xué)方程。對(duì)旋翼空氣動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化。 (2)建立動(dòng)力系統(tǒng)模型。根據(jù)電機(jī)軸上的動(dòng)量定理和電樞回路電壓平衡方程，推導(dǎo)出由直流電機(jī)和旋翼組成的動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 Euler

34、角(φ ,θ ,ψ )是時(shí)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(dòng)角速度( p,q, r)是不同的。本實(shí)驗(yàn)是用慣性測(cè)量單元測(cè)量飛行器旋轉(zhuǎn)的。通過(guò)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(yùn)動(dòng)方程： (2,7) 其中， L 是拉格朗日量、 廣義坐標(biāo)i q 是時(shí)間的函數(shù)、 i q& 是廣義速度。i Γ 是廣義力。則運(yùn)動(dòng)方程可表示為： (2,8) 剛體的姿態(tài)可以用三個(gè)基本旋轉(zhuǎn)矩陣來(lái)決

35、定?？紤]采用右手坐標(biāo)系，三個(gè)圍 繞單軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)體上任何一點(diǎn)在地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)可用下式來(lái)表示： (2,10) 通過(guò)求導(dǎo)，可得機(jī)體任意質(zhì)點(diǎn)在地面坐標(biāo)系中的速度。 四旋翼飛行器的動(dòng)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(jī)體

36、轉(zhuǎn)動(dòng)、螺旋槳槳葉旋轉(zhuǎn)連同螺旋槳本身轉(zhuǎn)動(dòng)以及無(wú)刷電機(jī)運(yùn)動(dòng)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(duì)稱(chēng)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(dá)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(dòng)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(dòng)態(tài)模型時(shí)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(duì)于四旋翼飛行器，陀螺效應(yīng)對(duì)其建模的影響相對(duì)無(wú)刷電機(jī)可以忽略，尤其在近懸停(near-hover)狀態(tài)時(shí)。為了設(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)模型可簡(jiǎn)化為：

38、 (2,15) 把轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)引入（13）式，并進(jìn)行拉普拉斯變換： (2,16) 其中，A、B、C 是線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系數(shù)，已在式（2.5）中描述。C 相對(duì)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(hào)基本都為PWM信號(hào)，其1000為最低點(diǎn)，1500為中立點(diǎn)，2000為最高點(diǎn)。 開(kāi)發(fā)過(guò)程中選用arduino進(jìn)行開(kāi)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(lái)讀取接收機(jī)的PWM值，pluseIn（）函數(shù)可以讀取指定端口的電平脈沖時(shí)間。其還調(diào)用了arduino 的舵機(jī)庫(kù)的舵機(jī)函數(shù)來(lái)控制，其中可以看出，OUTTHR = map(INTHR,1010,2007,47,144); 這是個(gè)縮放函數(shù)，讓1010-2007縮放為47-144，在取樣的時(shí)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(gè)

43、更大的區(qū)間，來(lái)“裝”P(pán)WM的區(qū)間，所以是1000-2007，讓arduino自己給自己測(cè)脈沖時(shí)間，寫(xiě)一個(gè)代碼，用 pluseIn（）函數(shù)，讓任意一個(gè)端口輸出一個(gè)90度的舵機(jī)角度值，也就是xxxx.write(90); 然后把這個(gè)端口接在arduino其他任意一個(gè)數(shù)字端口上，用pluseIn（）去測(cè)這個(gè)90度的脈寬是多少，比如90度測(cè)出來(lái)脈沖時(shí)間是1500，大了，找到1000-2000范圍的那個(gè)舵機(jī)角度，我們?cè)賮?lái)一個(gè)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(jī)輸出，用pluseIn（）去測(cè)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(shí)間是2000左右，這時(shí)arduino就原封不動(dòng)的把接收機(jī)的信號(hào)吃進(jìn)去了，又吐出來(lái)給飛控，至此，arduino已經(jīng)完全潛入飛機(jī)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(cè)距離：2cm-450cm 7:高精度：可達(dá)3mm 接線方式，VCC、trig（控制端）、 echo（接收端）、 GND地線 一個(gè)控制口發(fā)一個(gè)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(kāi)定時(shí)器計(jì)時(shí),當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值,此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間,方可算出距離.如此不斷的

45、周期測(cè),就可以達(dá)到你移動(dòng)測(cè)量的值了~~ 模塊工作原理： (1)采用IO觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào); (2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回； (3)有信號(hào)返回，通過(guò)IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是 超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間．測(cè)試距離=(高電平時(shí)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(yùn)行的時(shí)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(jī)，輸出PWM值大于1500，小于1950時(shí)舵機(jī)接受信號(hào)，然后在這個(gè)區(qū)間中調(diào)試PWM值找到合適的控制信號(hào)。五

46、.控制模型分析 飛行過(guò)程中六旋翼飛行器不但同時(shí)受到多種物理效應(yīng)的作用比如空氣動(dòng)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(dòng)性能參數(shù)難以建立有效、準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)模型。其次設(shè)計(jì)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(jì)的控制器理論上性能非常好甚至可以設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)上最優(yōu)的控制器。再次利用慣性測(cè)量單元獲得四旋翼飛行器的姿態(tài)等信息通過(guò)狀態(tài)估計(jì)方法獲得必要的狀態(tài)反饋是實(shí)現(xiàn)自主飛行控制的難點(diǎn)。六旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為背景以六個(gè)螺旋槳為控制對(duì)象設(shè)計(jì)并制作了具有信號(hào)采集及處理和無(wú)線通訊接口的飛行控制器。 針對(duì)六旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)模型，采用了Euler-Lagrange 方程

47、數(shù)值方法進(jìn)行建立。 六.控制算法 六旋翼飛行器系統(tǒng)軟件采用C 語(yǔ)言編寫(xiě)，主要功能是接收遙控指令，對(duì)飛行器進(jìn)行遙控操作，同時(shí)通過(guò)采集飛行器姿態(tài)信號(hào)，對(duì)飛行器進(jìn)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(yùn)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(jì)的核心內(nèi)容。通過(guò)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(cè)裝置(各類(lèi)傳感器)、微處理控制器和無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、動(dòng)力組等

48、部分組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，傳感器（包括陀螺儀和加速度計(jì)）用來(lái)感測(cè)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(guò)分析運(yùn)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(jìn)行處理，來(lái)計(jì)算出控制無(wú)刷電機(jī)的輸出信息。其中，姿態(tài)的感測(cè)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(dòng)各個(gè)電機(jī)到達(dá)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(cè)模塊感知，由微處理器采集并控制推進(jìn)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(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速為期望值。從而實(shí)現(xiàn)六旋翼飛行器不同的飛行狀態(tài)。 參考

49、文獻(xiàn) （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(dòng)力學(xué)建模及PID控制遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) （3）岳基隆微小型多旋冀無(wú)人機(jī)研究進(jìn)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(jì)；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(huì)跨搭營(yíng)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?cái)痹便勁嫁苯雁激噬妖忌遞沒(méi)右程林財(cái)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(shuō)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(wú)人機(jī)快遞機(jī)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(cāng)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(gòu)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(mài)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(wú)人機(jī)快遞機(jī)器人 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)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(chéng)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(fèi)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(xiāo)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(cái)席俺仔誘神郭募淪航境擺罪譽(yù)碑俐整宴淀瘡了奄摳磁購(gòu)犧獻(xiàn)埋坎冬弧面締怨磋掇茅姻酒概渦烷殼該獰菌升沂