第13课--无人航拍机-创客教程.doc

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1、了解无人机的基础知识

2、学会分解无人机的飞行动作

3、熟悉ArduinoIDE的安装与界面的简单操作

观察与思考Science

同学们，我们在2015年春晚上欣赏了人型机器人的舞蹈表演，不知道你有没有注意到元宵晚会上陪伴人型机器人一同出场的无人机编队呢？无人机是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器，它跟随我们的人型机器人去往不同的场地进行航拍摄制。无人机的出现颠覆了传统的拍摄方式，为观众提供更加广阔的视角。另外，无人机结构简单、使用成本低，不但能完成有人驾驶飞机执行的任务，更适用于有人飞机不宜执行的其他艰巨任务。在突发事情应急、预警有很大的作用，让我们来一起认识一下它吧！

图13.1无人机

二、无人机的基础知识TechnologyandEngineering

1、无人机种类

国内外无人机技术发展迅速，无人机系统种类繁多、用途广，特点鲜明，致使其在尺寸、质量、航程、航时、飞行高度、飞行速度、任务等方面都有较大的差异。

无人机种类可按飞行平台构型分类，按用途分类，按尺度分类，按任务高度分类。

请同学们调研，无人机的不同种类具有什么样特点？

2、无人机飞行注意事项

目视飞行距离控制在100m内，航拍距离取决于遥控控制信号和图像传输的最短距离。无人机飞行时需要注意以下事项：

(1)飞行应远离人群，严禁田间有其他人作业时飞行。

(2)垂直飞行远离障碍物10m以上，平行飞行远离障碍物5m以上。

(3)飞机电机温度过高应打开头罩散热5-10min，严禁温度过高的情况下连续飞行。

(4)每次飞行前都应检查电池电量和飞机信号灯状态。

(5)条件允许的情况下操控人员应背对阳光操作飞机。

(6)飞行过程中操作手应与飞机保持10m以上的距离，严禁机头正对自己或其他人。

(7)接手飞机首次飞行前，必须亲自测量电池电压，检查飞机状态。

图13.2亚太无人机

无人机发展前景

（1）高空长航时化

老式的无人机滞空时间短，飞行高度低，侦察监视面积小，不能连续获取信息，甚至会造成情报“盲区”，不适应现代战争的需要。为此，美国陆军研制了“蒂尔”II超高空，长航时无人机。

（2）隐形无人机化

为了对付日益增强的地面防空火力的威胁，许多先进的隐形技术被应用到无人机的研制上。

（3）空中格斗化

攻击无人机是无人机的一个重要发展方向。由于无人机能预先靠前部署，可在距离所防卫目标较远的距离上摧毁来袭的导弹，从而能够有效地克服“爱国者”或C－300等反导导弹反应时间长、拦截距离近、拦截成功后的残骸对防卫目标仍有损害的缺点。

图13.3无人机航拍机

三、无人机基本结构与原理EngineeringandTechnology

四旋翼飞行器的四个旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构如图13.4所示。

图13.4四旋翼飞行器的结构

无人机的动力来源于四个旋翼，通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器的电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消，无人机可实现平稳飞行。

四、无人机的飞行状态ScienceandEngineering

无人机灵活轻便，能够完成各种复杂的飞行动作，所有的动作都可以分解成以下4种基本状态：电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时针旋转，规定沿x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。

1、垂直运动

四个电机的输出功率同时增加，旋翼转速增加使得总的拉力增大。当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，四个电机的输出功率同时减小，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。

图13.5垂直运动

2、俯仰运动

如图13.6所示，电机1和2的转速上升，电机3和4的转速下降（改变量大小应相等）。由于旋翼1和2的升力上升，旋翼3和4的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转。同理，当电机1和2的转速下降，电机3和4的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。

图13