多旋翼无人机标准化机体设计方法研究_王伟

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1、第5期机械设计与制造2014年5月MachineryDesign＆Manufacture147多旋翼无人机标准化机体设计方法研究1112王伟，马浩，徐金琦，孙长银（1.南京信息工程大学信息与控制学院，江苏南京210044；2.东南大学自动化学院，江苏南京210096）摘要：多旋翼无人机具有结构简单、可维护性强、无人员伤亡的优点，可广泛应用于航拍摄影、环境检测等领域，具有巨大的产业化前景。但多数科研机构大都注重飞行控制理论方面的研究，缺乏对机体设计的探讨，而这正是实现多旋翼无人机产业化的基础。从一个具体的设计实例出发，提出小型多旋翼无人机的标准化机体设计方法。然后通过对飞行控制系统的设计，实现

2、多旋翼无人机的稳定飞行。飞行实验结果表明，设计的多旋翼无人机具有良好的稳定性能，从而验证机体设计和飞行控制方法的可行性。关键词：多旋翼；无人机；机体设计；飞行控制系统设计中图分类号：TH16；V221文献标识码：A文章编号：1001-3997（2014）05-0147-04ResearchonStandardizedDesignMethodofAirframeforMulti-RotorUAV1112WANGWei，MAHao，XUJin-qi，SUNChang-yin（1.SchoolofInformationandControl，NanjingUniversityofInformatio

3、nScience&Technology，JiangsuNanjing210044，China；2.SchoolofAutomation，SoutheastUniversity，JiangsuNanjing210096，China）Abstract：Themulti-rotorUAV（unmannedairvehicle）hasawideapplicationinaerialphotographyandmeteorologicalobservationbecauseofitsadvantagesofsimplestructure，goodmaintenanceandnocasualties.T

4、hereforeittakesonanexpansiveindustrialprospect.However，mostresearchgroupsmainlyfocusoncontroltheory，whilefortheairframedesign，whichisthefundamentaloftheindustrialization，ispaidlittleattention.Thestandardizedairframedesignmethodofmulti-rotorUAVisproposedfromaspecificdesignsample.Thenthedesignofthefl

5、ightcontrolsystemisdiscussed.Theexperimentalresultsindicatethattheairframeandcontrollerdesignmethodofmulti-rotorUAVisfeasible.KeyWords：Rotor；UnmannedAerialVehicle（UAV）；TheBodyDesign；TheFlightControlSystemDesign1引言2机体设计总体要求近年来，旋翼型无人机的研究逐渐成为无人机领域研究的以设计一架用于气象勘测的多旋翼无人机为例，总结多旋翼热点。与固定翼无人机相比，旋翼无人机具有机动性强、定

6、点悬浮无人机的标准化机体设计方法。气象勘测用无人机要求可以搭载气和垂直起降等优点，可广泛应用于农药喷洒、空中摄影、环境检象传感器，且飞行稳定，并具有一定的抗风能力，具体的机体结构设测、军事侦查等领域，具有巨大的产业化前景[1-2]。旋翼型无人机按计要求如下：（1）机体直径<0.8m；（2）旋翼直径<0.3m；（3）有效载重1kg以上；（4）空载飞行20min以上，满载飞行8min以上；（5）无人旋翼的控制方式可分类为可变轴距机制和固定轴距机制无人机。机飞行可靠、稳定，悬停飞行时角速度变化（±3）rad/s以内，角度变化目前，具有代表性的可变轴距机制单旋翼直升机已经投入到农药（±0.3）rad

7、以内，遥控器变化范围小于量程10%。将综合考虑操作喷洒和空中摄影等实际应用领域，对于其控制方法也有了大量的环境和设计需求的制约，主要从机体尺寸、最大负载、飞行时间等角研究。但单旋翼直升机机械结构复杂，机体的制造、组装、维修和保度进行机体设计的讨论，其设计大致流程，如图1所示。养都需要熟练技术人员的支持。因此，越来越多的科研团队把目光机架设计需求分析转移到了固定轴距机制的多旋翼无人机。四旋翼无人机作为多旋翼Wp