《DIY四轴飞行器:基于MSP430F5系列单片机与Android》:
上面的论述,大多是针对较大的四轴飞行器(轴距250 mm以上)而言的,目前航拍等主力也是这类四轴飞行器。但是,较大的四轴飞行器也有一些难以克服的缺点。例如
耗电较大;
旋翼力量很大,调试中容易发生危险;
太大,不易细致地观察与调试控制效果;
航拍中容易被发现,不利于隐蔽;
对飞行场地面积要求较高;
制作成本较高。
由于四轴飞行器容易制作、飞行灵活,人们更希望其能够实现小型化及微型化,从而能进入更多的空间进行数据采集,也能够更好地节约能源,便于携带。因此,小型/微型四轴飞行器的研制,成为了四轴飞行器发展的趋势之一。
实际上,小型/微型四轴飞行器的主体结构和大型四轴飞行器是一样的。一般轴距为150~250 mm的四轴飞行器还能勉强使用无刷电机,与一般的大四轴飞行器没有太大区别;而当四轴飞行器的轴距小于150 mm时,则进入了微型四轴飞行器的范畴,与较大的四轴飞行器有了一些差别。主要差别在于,微型四轴飞行器的体积很小,因此大多采用了空心杯电机,升力一般比较有限;而又由于体积小型化的需要,因此很多时候直接将控制板的PCB作为机架使用,因此,微型四轴飞行器的传感器容易受到机身振荡及电流的干扰;而体积小、升力不是很强也使得其控制规律相对大四轴飞行器更难以整定一些。
另外,既轻又小的外形使得微型四轴飞行器惯性较小,因此运动状态极易改变,这使得对微型四轴飞行器的控制需要更高的控制频率。
但是,也正因为有以上的这些特性,微型四轴飞行器也有很多的优势。例如,其制作成本比较低,调试相对容易简单,也更容易搭建系统的测试平台;而制作完成之后,执行任务的地点也更加多样化,而且因为比较小,所以容易和智能手机等连接,因此,研究微型四轴飞行器也成为当前的一个热点。
在学术上,世界上对小型四旋翼飞行器的研究主要集中在3个方面:基于惯导的自主飞行控制、基于视觉的自主飞行控制和自主飞行器系统方案,其典型代表分别是瑞士洛桑联邦科技学院(EPFL)的OS4、宾夕法尼亚大学的HMX4和佐治亚理工大学的GTMAS飞行器。
前面两者已经有过叙述了,不再赘述。GTMARS是佐治亚理工大学面向火星探测任务而设计的CAD无人机系统,它重20 kg,旋翼半径为0.92 m,续航时间为30 min。折叠封装的GTMARS随四面体着陆器登陆火星后,能自动将机构展开,能自主起飞和降落,巡航速度可达72 km/h;另外,它还能返回到着陆器补充能量(着陆器装载有太阳能电池)。
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