微型四旋翼

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微型四旋翼项目的目标是实现一种最大尺寸小于15cm的遥控四旋翼,最低要求可以实现可控飞行。

微型四旋翼项目最初由严斌发起并推进,严斌的设计以下简称A型。2013年3月王若溪获得A型图纸和程序以后开始进行自己的设计,以下简称B型。 2014年初方鑫设计了自己的微型四旋翼(C型),他的微型四旋翼首先实现可控飞行。王若溪于2014年6月实现可控飞行。 2014年7月暑期培训时任勇也设计了微型四旋翼(D型),将实现方案简化,以便培训新人。

A型

 
严斌的微型四旋翼

完成度

  • 可使用安卓手机遥控
  • 有姿态保持功能

实现方案

  • 直径7mm直流空心杯电机作为动力,3.7V锂聚合物电池提供能源
  • 旋翼直径46mm,相邻旋翼中心距约60mm
  • 整块PCB板作为机身
  • STM32F103C8主控制器,MPU6050加速度计/速率陀螺,HMC5883磁强计,MS5611-01BA03气压计
  • 单环PID控制器,传感器融合算法是互补滤波或卡尔曼滤波


B型

B型微型四旋翼项目于2014年7月参加庆科首届智能硬件创新设计大赛后搁置。

目前概况

 
微型四旋翼与AndroPilot地面站

完成度

  • 俯仰、滚转保持,航向阻尼
  • 与地面站通信,接受姿态角、航向角速率和油门指令并传回姿态(不包括航向角)、IMU测量值、电池电压等信息

实现方案

  • 720直流空心杯电机作为动力,3.7V 250mAh至400mAh锂聚合物电池提供能源
  • 旋翼直径46mm,相邻旋翼中心距60mm
  • 机身由板材、尼龙柱和小电动直升机尾桨座拼接、粘合而成
  • STM32F103C8主控制器,MPU6000加速度计/速率陀螺,通信模块为济南华茂科技有限公司HM-02、HM-06蓝牙模块或者上海庆科信息技术有限公司EMW3161 WiFi模块。
  • 主控制器中运行FreeRTOS 8.0.2操作系统,与地面站通信的应用层协议是MAVlink,地面站软件是QGroundControl
  • 控制器是双环PID,传感器融合算法来自Madgwick的研究报告
  • 根据推导出的飞行动力学模型,飞行器质心被设计得尽量靠近旋翼平面,这样可以使模型变得简单,也许便于PID调参

实现细节

飞行动力学模型

 
微型四旋翼中各物理量的示意

姿态测量

控制器

硬件

软件

地面站通信

惯性传感器误差标定

PID参数

历史版本

C型

D型

外部链接