新型多功能四旋翼无人机的分析与设计

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目新型多功能四旋翼无人机的分析与设计作者姓名李志盈学科专业机械电子工程指导教师郑魁敬副教授2015年5月中图分类号：TP242.2学校代码：10216UDC：621密级：公开工学硕士学位论文新型多功能四旋翼无人机的分析与设计硕士研究生：李志盈导师：郑魁敬副教授申请学位：工学硕士学科专业：机械电子工程所在单位：机械工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalandElectronicEngineeringTH

2、EANALYSISANDDESIGNOFTHENEWFUNCTIONALFOUR-ROTORUAVbyLiZhiyingSupervisor:ProfessorZhengKuijingYanshanUniversityMay,2015燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《新型多功能四旋翼无人机的分析与设计》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以

3、明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《新型多功能四旋翼无人机的分析与设计》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位

4、论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：摘要摘要四轴飞行器具有体积小、空中机动灵活能力强，可以适应更加复杂、危险的环境，成为无人机研究领域的热点之一。本论文针对一些特殊环境飞行器不能飞行和提高飞行器的隐蔽性，设计了一种既可以在空中飞行又能在地面行走的小型多功能飞行器。该飞行器可以作为四足机器人在地面上行走，设计的四个腿可以充当着陆起落架使飞行器在地震后的地面等复杂高低不平山地地形进行着陆，对地面信息探测更加准确，使其在在军事和意外事故中具有很大的应用价值。首先建立该飞行器的整机

5、模型，对单腿和缓冲装置进行设计，分析了单个串联腿的自由度，求解了串联腿结构的位置正反解，并分析了单个腿的工作空间。其次对采用上述串联腿的多功能飞行器在地面行走时的稳定性进行了分析，给出了机器人稳定性评价指标，并给出了该飞行器静态行走时的步态规划。应用改进的复合摆线方法对其足端轨迹进行了规划。用ADAMS对该飞行器行走时的状态进行了仿真，仿真结果验证了运动学模型的正确性和有效性。然后建立该飞行器飞行状态和降落状态的动力学模型，为了找平地面的高低不平，飞行器上的腿要主动展开、伸长，并建立了这一过程的动力学模型，用MATLAB和

6、ADAMS验证该模型的正确性。在动力学模型的基础上，对该飞行器降落过程设计了控制策略，采用前馈-反馈控制方法可以很好地控制腿展开、伸长对机身位姿产生的影响，用MATLAB验证其有效性。最后对该飞行器的着陆缓冲装置进行了性能分析和计算，建立了整机与地面的接触模型，用ADAMS对缓冲效果进行了验证，仿真结果验证了缓冲效果良好。关键词：多功能飞行器；串联腿；缓冲装置；步态规划；动力学模型；前馈-反馈控制；ADAMS仿真I燕山大学工学硕士学位论文AbstractQuadrocopterwithasmallbulkandflexib

7、leaerialability,canadapttoamorecomplexanddangerousenvironment,thatbecomesoneofthehotofUAVresearch.Forsomespecialenvironmentthataircraftcannotflyandimprovingaircraftconcealment,asamllmulti-functionaircraftisproposedthatcanwalkeitheronthegroundbutflyintheair.Designe

8、dfourlegsmaketheaircraftwalkonthegroundasaquadrupedrobotandcanserveaslandinggeartolandonthegroundofthecomplexruggedmountainousterrainaftertheearthquakei