空中机器人课程报告

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1、哈尔滨工业大学（威海）2014学年秋季学期本科生课程考核（课程论文）本报告成缋占课程成绩30%考核科目：机器人控制姓名：班级：学号：作业课程论文平时成绩课程总成绩得分对空中机器人的了解和认识摘要：本文首先以国际国内空中机器人比赛为背景对空中机器人的研究现状和发展趋势进行了详细分析。在此基础上，分析和总结了空中机器人系统与技术的基本组成、特点及发展趋势；并对空中机器人的应用和发展做了展望。然后本文以作者最感兴趣的四旋翼飞行器为例针对小型四旋翼飞行器的系统动力学模型讨论了基于Lyapunov稳定性定理的Backstepping控

2、制策略，并通过计算机仿真验证了在该控制系统的控制下，飞行器系统表现出良好的系统响应特性。关键词：空中机器人；无人机；四旋翼飞行器；动力学模型；Backstepping方法TheLearningandUnderstandingofAerialRobotsAbstract：Firstofall,inthispaper,throughintroducingthebackgroundanddevelopmentofAerialRobotics,thebasicsituationofAerialRoboticscompetitioni

3、sdescribed.Fromtheses,thecomponents,characteristicandresearchtrendofthesystemandtechnologyofAerialRoboticsareanalyzedandsummarized.Beyondthat,theauthordiscussesthedynamicmodelofquadrotorandtheBacksteppingcontrolstrategybasedonLayapunovstability.Finally,thecomputers

4、timulatingconfirmsthiscontrolsystem'sstabilityandtheaircraftsystem’srobustness.Keywords:AerialRobotics；UAV;quadrotor；dynamicmodel；Backstoppingcontrol1对空中机器人的了解和认识1.1空中机器人的定义空屮机器人（AerialRobotics）指各种由动力驱动、机上无人驾驶、可重S使用的、能够在空屮自主飞行的无人飞行器，包括固定翼自主文人飞行器、旋翼自主无人飞行器、自主无人飞艇等。空

5、巾机器人系统的设计和开发涉及自动化、力学、通信、电子、计算机和机械等众多学科，技术上具有相当的前瞻性。1.2空中机器人的发展历史空中机器人（无人机）诞生于20世纪20年代，50年代后有了较大的发展。进入21世纪，空巾机器人技术己趋于成熟，性能日益完善，逐渐向小型化、智能化、隐身方向发展，它的用途也进一步扩大，在通信、气象、灾害监测、农业、地质、交通、广播电视等方囬都有广泛的使用，同吋与空中机器人相关的雷达、探测、传输、材料等方面也正处于飞速发展的阶段。世界各国对空屮机器人（无人机）系统的研究和发展均给予了高度重视。“空中机器

6、人”这-•概念最早由美国Georgia理工大学的RobertMichelson提出，正是在他的和极倡导下，国际无人机系统协会（AUVSI）从1990年开始举办一年一度的空屮机器人竞赛，参赛对象主要为学生。由于空中机器人竞赛在技术上的创新性、前瞻性和实用性，在世界范围A产生了很大的影响，成为推动空屮机器人研究与发展的重要力量。比赛的基本目标是:空中机器人不能由人通过遥控的方式操纵，必须自主飞行，同时与环境进行交互，完成预定任务。经过多年的发展运作，该竞赛不仅吸引了众多学生参加，还收到了企业、媒体和公众的关注。1.3空中机器人的

7、研究现状无人机系统的发展至今已经有70多年的历史，在军事和民用两个领域的应用日益广泛，特别是在军事方面的应用己经给人们留下了深刻的印象。1982年著名的贝卡谷之战，使用无人机声名大振，从此在各国得到了蓬勃的发展。在海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争及伊拉克战争中，多国部队无人机的杰出表演，为保证战争的胜利发挥了重要的作用。随着无人机技术的迅速发展，无人机正向多用途发展。未來无人机除了在军事方面具有情报、侦查、监控等方面的作用，在民用方而也有很广泛的用途，例如气象监控，森林防火、航拍遥测等任务。由于造价低、用途广、适应性强和“零

8、伤亡”的优势，无人机技术得到越來越广泛的重视，也引起了全世界许多航空与机器人爱好者参与其中。一些著名大学都将其作为一个研宄的重要领域通过开发无人机技术带动航空等科学的发展，成力各国无人机技术发展的一只重要力量。而一年一度的国际空间机器人大赛更是吸引了世界上许多国家的大学和科研机构参加。世界