四旋翼飞行机器人的设计与制作---精品管理资料

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1、图书分类号密级毕业设计（论文）四旋翼飞行机器人的设计与制作Fourrotor flying robot designand production学位论文原创性声明此人郑重声明: 所呈交的学位论文，是此人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果.除文中已经注明引用或参考的内容外，此论文不含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对此文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。此人完全意识到此声明的法律结果由此人承担。论文作者签名：_学位论文版权协议书此人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定,即:此校学生在学习 期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保

2、留并向国家有关部门或 机构送交学位论文的纸此复印件和电子文档拷贝,允许论文被查阅和借阅。可 以公布学位论文的全部或部分内容，可以将此学位论文的全部或部分内容 提交至各类数据库进行发布和检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编此学位论文.论文作者签名:摘要四旋翼飞行机器人它拥有着四个可以旋转的旋翼，属于多旋翼飞行机器人。四旋翼飞 行机器人具有着两组对称着分布的旋翼。它是控制着两组对称的旋翼转动速度，而不是机 械结构来完成着各种各样的飞行举动行为四旋翼飞行机器人是一种外型新颖、功能优越 的可以垂直起降的飞行机器人，结构简单、没有机械结构、飞行比较平稳方便。然而可以 应用在人类无法接触到

3、的一些复杂恶劣的环境当中去。在很多行业都有涉及到了，比如遥 感勘测、军事侦察、喷洒农药、实时监控中，四旋翼飞行机器人及多旋翼飞行机器人已经 得到了很广阔的应用在各个方面，并且也形成了相关产业。四旋翼飞行机器人还具有飞行 姿态控制过程复杂、非线性控制、控制数量多等这些特性 。此次课题在综合了四旋翼飞行机器人的现状、技术与应用的基础之上，为了完成四旋 翼飞行机器人造价低造型微的原则，按照它的数学模型以及控制系统的功能要求 ，完成了 四旋翼飞行机器人的飞行姿态控制、姿态数据的获取和飞行姿态解算于MCU上硬件上使 用的是stm32系列STM32F103C8T6 32位处理器作为主控制器负责分析处理数据

4、，依照姿 态运算得出来的结果，输出电机的控制信号；采用场效应管驱动电路来驱动的心杯电机; 检测姿态信息的惯性测量单元mcu-6050传感器模块用途；负责沟通实施飞行数据分析PC 机与蓝牙模块.整个的软件和硬件系统基此处于模块化设计的思想之上。传感器数据使用 的通用数字接口和数据在飞行机器人各传感器采集到的交流和沟通。基于软件之上，飞行 姿态控制软件的编写，在单片机上完成quaternion法和卡尔曼滤波算法，并把正确的姿态 角也解算出来姿态角的闭环控制也可以使用控制进行，稳住了飞行姿态这次所设计的四 旋翼飞行机器人可以很好的达到稳定飞行状态，并且抗震能力强。飞行姿态控制算法可完 美完成使四旋翼

5、飞行机器人稳定的飞行.关键词 :四旋翼飞行机器人；姿态控制算法；飞行控制系统；滤波;AbstractFour-rotor flying robot which has a four rotatable rotor, are multirotor flying robot。 Four-rotor flying robot with two symmetrical distribution of the rotor。 It is to control the rotational speed of the rotor two symmetrical, rather than mechanical

6、structure to accomplish a variety of flight doings 。 Fourrotor flying robot is a novel appearance, superior functions can VTOL flying robots, simple structure, no mechanical structure ， convenient flight is relatively stable. However， it is used in humans can not come into contact with some of the c

7、omplex and harsh environments were to go 。 In many industries we have involved ， such as telemetry ， military reconnaissance， spraying pesticides， realtime monitoring， fourrotor flying robot and multi-rotor flying robot has been a very broad application in various aspects, and also formed the relate

8、d industries 。 Four-rotor flying robot also has the attitude control process is complex， nonlinear control， quantity control more of these characteristics.The subject of the present situation is a mix of technology and application of four rotor flying robot above， in order to complete the fourrotor

9、flying robot principles of low cost small shape, according to the functional requirements of its mathematical models and control systems, completed a fourrotor Attitude control flying robots ， attitude and flight data acquisition attitude solution to the MCU 。 Use the hardware is stm32 series STM32F

10、103C8T6 32-bit processor is responsible for data analysis and processing as the main controller, the result was out of operation in accordance with the attitude control signal output of the motor ； with FET drive circuit to drive the hearts of the cup motor ； detecting posture mcu 6050 inertial meas

11、urement unit sensor module uses information； responsible for the implementation of flight data analysis communication between PC and Bluetooth module. The entire software and hardware systems in the above basic idea of modular design 。 Universal Digital Interface and data sensor data used in flying

12、robots each sensor to the exchange and communication. Based on the software， attitude control writing software， complete quaternion and Kalman filtering algorithms on the microcontroller ， and the right attitude angle is also solving it. Closed loop control attitude angle control can also be used, t

13、o stabilize the flight attitude 。 The design of the fourrotor flying robot can be a good stable flight ， and seismic capability 。 Attitude control algorithm can complete a perfect fourrotor flying robot to make stable flight。Keywords Fourrotor flying robot attitude control algorithm flight control s

14、ystem extended Kalman filter目录摘要 IIAbstract III1.绪论11.1选题背景 11.2。国内与国外分析情况探究31.3 四旋翼飞行机器人在技术上存在的问题和其突出点41.3。1 四旋翼飞行机器人它有哪些突出点41.3。2 四旋翼飞行机器人的技术难点51。4小结 52.四旋翼飞行机器人的基本概况和它的剖析算法72。1飞行机器人基本概况 72。2四旋翼飞行机器人的航姿 112。3滤波错误!未定义书签。2。3。1卡尔曼滤波错误!未定义书签。2。3.2互补滤波算法错误!未定义书签。3.四旋翼飞行机器人的软硬件系统架构错误!未定义书签。3.1硬件结构框图错误!未

15、定义书签。3.2硬件设计错误!未定义书签。3.2.1飞行控制器错误!未定义书签。3。2.2电调错误!未定义书签。3。2。3无刷电机错误!未定义书签。3。2.4电池错误!未定义书签。3。3软件框图及基本原理错误!未定义书签。4.飞行器的软件研究错误!未定义书签。4。1原始化的过程错误!未定义书签。4.2quaternion及它的姿态解算的算法错误!未定义书签。4。2.1quaternion运算及quaternion转欧拉角错误!未定义书签。4。2。2quaternion运算流程错误!未定义书签。4。3 PID的计算方法和它的参数控制错误!未定义书签。4.3.1 PID算法的基本理论错误!未定义书

16、签。4.3。2四旋翼飞行机器人的调节基本理论错误!未定义书签。4。3。3四旋翼飞行机器人参数的整合错误!未定义书签。4.4本章小结错误!未定义书签。5.总结 11致谢12参考文献 131。1 选题背景四旋翼飞行机器人也叫做为四旋翼直升机，有着四个旋桨十字交叉飞行机器人。四旋 翼飞行机器人是微型飞行机器人的其中一种。它采用一四转子发动机的飞行引擎，其体积 比较小，重量又比较轻，所以我们可以很容易的携带，和无人飞行机器人的使用可以携带 有效载荷，它还有着具备自主导航飞行能力。作为一个有着飞行的稳定性，它可任意角度灵活的飞行机器人运动，它在我们的生活 中越来越广泛的被应用,帮我们解决了许多麻烦。随着

17、传感器技术和控制理论的发展进步， 特别是微电子技术和未加工技术的逐步成熟，我们的四旋翼飞行机器人的自主飞行控制所 能完成的,并成为国际研究的热点之一，因为它的功用还有许多没有被发掘出来，还需要 更卖力的研究中。四旋翼飞行机器人作为一种有代表性的飞行机器人1，它具有体积小，重量还比较轻, 结构简单、性能可靠、飞行稳定的特点。因为四旋翼飞行机器人在国外好几百年前就有过 它们的身影,它们在机械设计方面是不会有任何瑕疵的，和一些普通的飞行机器人相对面 起来靠谱的多得多了，还有一点就是它们能够做到一些生物没有办法去的地方，并且可以 探索研究发现,去帮助人类更好的发展2，让我们的生活水平更进一步。我国当前

18、四旋翼飞行机器人在很多方面派上了用场:第一：携带由于四旋翼飞行机器人的体形上的优势，还有它能在空中平稳的飞行，并且能放些有 用的东西在它上面，比如说微型摄影设备，它能在带着东西的情况下还能能坚持飞行很 久很久。和老式的要人看好了才能控制好的飞行机器人比较起来已经有了很大的提高，不 仅安全还能方便好多。第二：监视四旋翼飞行机器人能配备监控设备来侦查和监控一定范围 ,像火灾、军事侦查或犯罪 现场监控等.四旋翼飞行机器人在未来的军队里面肯定也会运用到。第三：代替四旋翼飞行机器人能够帮人类分担许多烦恼，节省很多劳动力，让人们可以同时做的 其他事情，简单方便。比如说可以代替人去勘察一些地方，我们只需要等

19、待结果就好了， 这样就不用浪费时间再跑来跑去了.我们只要下达一个指令就能让飞行机器人代替人类喷 农药也将变成当代四旋翼飞行机器人商业运用的一个重头3.在不久的将来世界里，相信肯定会普及四旋翼飞行机器人，因为它的作用就像是给人 类带来了一双隐形的小翅膀!让我们看下过去到现在的四旋翼飞行机器人把！研究情况如 下图：.餐“：.報严:.图121932年的四旋翼飞行器图1-32000年的四旋翼飞行机器人图14 2009年的四旋翼飞行机器人1.2.国内与国外分析情况探究1。2。1 国内四旋翼飞行机器人的分析情况探究在国内四旋翼飞行机器人的研究已经发展起来，因为我们投入的人力资源比较多，为 了更好的发展我们

20、的高科技。很多的公司将四旋翼飞行机器人等多轴飞行机器人扩展到商 业当中去了，这样不仅带来了商机，也方便了人们的生活一举两得地好事。现在主要的问 题就是探究：（1）机械上的电机和电池在未来的影响前面两三年，我们发展的电机技术也越来越好了，已经跟上了时代的潮流然后现在基 本上都是用的无刷电机于飞行机器人身上。我们需要的地方也很多，可以很大层次的提高 飞行机器人的动力，让它的作用发挥在最大程度，并且使得它明显增强了一个档次，这样 就可以让无刷电机更为广泛地使用。然而飞行机器人的电池可能会用燃料电池，它能给飞 行机器人提供源源不断的飞行能力。我们的生活已经离不开它了.这也是现在用的最普遍 的电机和电池

21、，可以让它的效益更高4。（2）四旋翼飞行机器人和它的飞行姿态四周飞行机器人的麻烦的地方就在于它的飞行姿态的演算，这也是一个技术上的关键 之处,研究人员都在想方设法攻克这方面的技术难点。因为飞行机器人的旋翼普遍在两个 以上,大多数是偶数个数，所以在这方面的操控要求就远远的比普通飞行机器人要麻烦的 多，大家都在寻找有没有更好的办法！我们还在深入研究，飞行姿态的数学建模就是在这 个基础上经行研究发展的。 现在的 quaternion 理论还有级联惯性导航还有好多好多的理 论等待着我们来探索发现，并将它们带入到生活中去5。（3）传感器的适用中国和外国的研究人员现在都在努力的研究新的传感器技术,因为这也

22、是一个难点之 一,要利用这些模块微小型化的特点，而且精度要高，使得多轴飞行机器人的体积越来越 微。机架御用新的材料如碳纤维等材料，要确保飞行机器人的质量到达标准的那样，自身 轻的情况下又要保准能够载的起需要的外设呗，因为种种矛盾因素，更重要是的它的持续 时间.这样才有它的利用价值。1.2.2 国外四旋翼飞行机器人的探索研究情况分析现在,在外国的主要问题也是飞行控制系统上的问题,已经投入更多的人员、资源在这 方面。他们也想要攻克这方面的研究问题，为了自己的国家的前景着想，也是做足了充分 的准备来面对这个飞行控制系统上的问题。国外还研究四旋翼飞行机器人在脱离遥控的情 况之下还能自主飞行的设备探究6

23、。差不过大家都处在于同一起跑线。1。3 四旋翼飞行机器人在技术上存在的问题和其突出点1.3。1 四旋翼飞行机器人它有哪些突出点平稳的飞行能力是四旋翼飞行机器人最大的优点，因为它有自身的优势，但是还有更 为突出的就是它能做各种各样的 3D 动作，各种各样的炫酷姿势，各种耍帅，让人羡慕不 已。这也是飞行器本身的特点。它的机械结构也是比较简单的，容易上手，只要想做的话， 是很容易做出来的。它的体型可以做的很小很小，这也是它的优点之一，许多机器由于它 的庞大体型，完成很多不能完成的，然而体型微小的优势在飞行机器人身上就体现出来了。 最近几年国内外陆陆续续开始玩飞行机器人的人越来越多 ,对喜欢玩航拍的朋

24、友们是一大 重要的利器.还能广泛的用作商业用途，如航拍婚纱摄影、载重的打农药等等。还能被用 于快递行业，来送偏远地区的快递，简化人工成本。在不停探索的道路上，会发现更多的 突出点，来满足人类的需求，帮助我们的生活更上一个档次.1。3.2 四旋翼飞行机器人的技术难点（1）一般的我们选择陀螺仪传感器为四旋翼飞行机器人的主要的姿态传感器，因为这 里有它的好处，但是这里还会有一个比较大的问题就是 ,一旦它飞行时间长了，那么就会 出现这种传感器的误差就会比较大，同时可能还会有温度飘逸的情况出现 .需要考虑到累 计误差的消除在于陀螺仪进行物体 姿态 检测。在本次设计的飞行机器人中，我们选择的 accele

25、rometer计都非常的敏感、飞行过程中由于有上面因素的影响，零件就会产生相当 大的变化速度，带飞行过程中，四旋翼飞行机器人会产生大量的噪音和整栋， accelerometer计就是在这种环境下采集了相关的数据。，这样的数据如果直接采用会有 相当大的误差,这样我们就需要在飞行姿态控制的系统中,将 accelerometer 计采集的数 据想办法，比如数据滤波的算法，把数据要进行融合 ,从而达到排除噪声的效果，将陀螺 仪和accelerometer计的数据得到，从而获取正确的姿态数据.（2）飞行机器人上有几个旋翼就要有几个控制输入,我们所设计的飞行机器人由于是 四旋翼的，所以我们在设计的过程就就

26、要4个控制输入B。和一般的飞行机器人比起来需 要控制的旋翼变多，产生的数据也会增加、数据增加，需要运算的数据也会增加、还有上 面有提及的干扰大等问题，所以本次设计比一般直升机复杂得多的飞行控制系统软件。（3）一般的四旋翼飞行机器人在飞行过程中需要受到很多自身还有外界因素的影响， 比如飞行机器人自己的硬件、飞行机器人自己的软件，飞行机器人自身机体结构。当然这 还只是内部的情况，还有飞行当天天气的原因 ，比如当天的气流是否稳定，当天风速有多 大等等。本次，我们所设计的飞行机器人是四旋翼飞行机器人 ，他比一般的飞行机器人要 多几个旋翼，旋翼的增加带动机器人上电机的增加，从而使得飞行机器人本身的震动加

27、大， 这个时候，飞行机器人本身一些数据的变化由于受到震动带来的影响，一般的伴随的是增 大的噪声和震动，还用一个更大的影响就是电机发出的磁场，刚才说了由于旋翼数量较多， 电动机带来的磁场影响也会增大，而磁场所带来的就是阻碍电子罗盘模块的工作 ，正常测 量数据的工作也可能会发生较大偏差。会造成一定的影响误差数据。1.4 小结我们这次设计的主要内容就是，采用经济实惠，也是市面上比较常见的mcu微系统板。 通过它，我们来设计相关的内容，还有弄懂其中的相关原理。一般的，包括以下几个内容最 常用的运动姿态传感器模块系统；机架也要用最简单的构造 ;无线通信模块等，通过它们 设计出一个简单的四旋翼飞行机器人.

28、本次设计我们还需要对滤波的情况进行一个研究运 算，还有数据的一些融合在一起的算法等，我们就是利用 mcu 的转动理论概念来进行运算 的，与此同时，这其中还包涵了飞行姿态需要的运算情况。而飞行姿态所需要的运算情况， 包括了很大一部分数据，这包括了两个主要的传感器，它们分别是 accelerometer 和陀螺 仪当然，正确的数据需要飞行机器人在正确的飞行姿态获取。mcu会将相关的数据进行计 算进行研究演算过后,mcu在反过来控制飞行机器人的四个电机还有反馈相关的姿态数 据。根据相关的地理位置，控制好正确的飞行姿态，并控制好。这就是控制四旋翼飞行机 器人进行稳定飞行的相关系统。相关难点：(1) 上

29、面提到，我们这次运用的传感器主要有两个，一个是accelerometer, 个是 陀螺仪这两个传感器得到的数据分别是角加速度和accelerome ter。有必要研究演算这两 个数据，从而得出我们需要的欧拉角。由于运算量比较大，所以我们演算过程比较复杂，一般的欧拉角我们不会直接算出来 的，哪怕是花时间去处理，都需要很长的事件且速度非常慢。在这里,我们采用相对简便的 qua ternion算法来解决这个问题。一般的是将accelerome ter和角accelerome ter这两个数 据进行合成，然后我们才能够得出这个欧拉角。这样的演算情况，我们只有在转换版进行所 以相对于而言还是比较复杂的情

30、况。(2) 上面我们提到了欧拉角的计算方法，经过演算，是将两种数据先进行运算在转化 成为我们所需要的数据。得到欧拉角的数据后，我们还要经过一些复杂的过程，所以还不能 直接输出需要对欧拉角进行滤波和整合，这样做的原因是，最大化的去减少由各种因素造 成陀螺仪积累的的误差这样可以让得到的输出数据相对准确.姿态数据在本次设计中也是比较重要的，算法也有一些复杂的。首先我们需要运用卡 尔曼滤波算法，在进行四元次算法，然后将两次算法的数据进行相加然后在运用三轴的 accelerome ter计以及陀螺仪对上面所得出的结果采取滤波、整合的方法。最后，我们就可 以将上面的两个数据合成为欧拉角，这些欧拉角就是相对

31、合理的飞行姿态数据。(3) 上面得到飞行姿态数据，我们需要和飞行机器人停止工作的飞行姿态数据进行对比, 通过研究表明数据，这样我们就得到了偏差量。得到了有效的保障，这时候得到的偏差值, 我们就可以用来控制飞行机器人，得出来的数据也有一定的可靠性，飞行机器人达到平稳 的飞行状态是通过PID控制来达到满足这样的要求的。此次研究课题在完成四旋翼飞行机器人通用化微型化的基本原理上达到的，我们反 复模拟研究过，通过比较上面提到的相关方法，飞行机器人在飞行状态中可以通过自身的 调整达到相当平稳的状态，然而只需要我们控制好它的状态就好了。这就是我们所需要。2。四旋翼飞行机器人的基本概况和它的剖析算法2。1

32、飞行机器人基本概况一般来说，旋翼飞行机器人依靠的旋翼的旋转产生的升力来提供飞行的扭矩力的，我 们此次设计的四旋翼飞行机器人基本上也是依靠的这个原理，当然，我们用了四个旋翼。 现实生活中我们能看到直升机是有一个旋翼加一个尾翼的，因为当尾翼不存在的时候 ,直 升机的旋翼在旋转的过程中不仅产生升力 ,还有一个反方向的扭矩力，这个时候直升机的 机身也会随着旋翼的转动而转动，无法稳定飞行,这就是自旋,而尾翼的存在就解决了这个 问题.我们这次设计的四旋翼飞行机器人，当四个旋翼同时旋转时，其中一个旋翼产生的 扭矩力就会被另外一个旋翼给抵消,剩下的两个也是同样的，这样,上文所说的自旋问题就 不会出现在我们所设

33、计的飞行机器人身上了。通过研究发现表明四旋翼飞行机器人可以进 行转动或者平移运动在机体的三个轴上 ,然而在每个轴向上都有两个自由度 .所以我们得 它有六种基本的飞行情况8.接下来让我们看看它到底有着怎么样的运动：第一个就是升降：在下图中，四旋翼飞行机器人在Z轴方向的上方向和下方向运动其 实就是升降运动。那么我们是怎样让飞行机器人实现升降的状态呢？首先我们知道为飞行 机器人提供升力的是四个旋翼，这样我们就可以得到飞行器的情况了 ,当我们让一个静止 的飞行机器人的四个旋翼同时开始工作时，飞行机器人就会产生一个向上的升力。当这个 升力大于飞行机器人自身的重量的时候，飞行机器人就会升降 .研究发现上升

34、力越大，飞 行机器人上升的速度就会越快 .通过观察得知这个升力就是由旋翼旋转的速度决定的 .同 样的，在上升或者飞行机器人在空中处于静止状态时，我们把升力慢慢减小，也就是将四个旋翼的旋转速度同时的放慢，这样子做的话，飞行机器人就会做下降的运动了。 还有，第二个就是俯仰：看下图中，打个比方说X轴箭头的代表了飞行机器人正在朝着这个 方向飞行，自然而然的会有一个旋翼下降，一个旋翼上升，这就是俯仰。观测表明在下图 中,它表达的是飞行机器人的仰举的行为，途中，左右两个旋翼是不动的、这个不动也包 含了转速，前面一个旋翼它的动作是因为增大了旋翼的转速。研究情况发现控制飞行机器 人前后方向上的两个电机的速率可

35、以完成俯仰举动行为。飞行机器人的前进和后退举动行 为实质上还会收到俯仰举动行为影响.如下图：图22四旋翼飞行机器人运动状况第三个就是滚转：看下图，和上面一个俯仰运动的状态差不多,研究表明只不过是让X 轴方向的旋翼持续的加速，使得飞行机器人以左右两个旋翼为中心进行旋转所以得出一个 结论就是飞行机器人的左移和右移举动行为其实还是会受到滚转运动情况而发生变化的。 如下图：图23四旋翼飞行机器人的运动状况第四个就是自旋：看下图，这个运动轨迹是飞行机器人本身以它自己的机身作为坐标 原点在上方自行转动的事件。打个比方说如果是一个飞旋翼的飞行机器人，它在转动的过 程中旋翼就会对飞行机器人的反方向运动所以关于

36、旋翼的数量都是偶数，还是对称的。然 后在运动的过程间，旋翼正转、反转产生的反扭矩就能过互相中和了。这个自转的最主要 原因就是因为转速不一样，从而导致扭矩不一样的结局。看下图，以机身为中心两组对称 的飞旋翼,其中一组的转动速度提高，同一时刻让另一组的转动速度降低到相同量的转动速 度，自转运动就是这样做到的。如下图：图24四旋翼飞行机器人的运动状况第五个就是平移:看下图，我们设 X 的指向是它向前面运动的目地,那么 X 的后面就是Y,向Y运动的目地，要达到前面运动到后面，后面运动到前面的动作，就要给飞行器增加 一些力道，让它的机身感受到震动，才能达到让它前后平移的动作 .看下图，其中一个电 机转动

37、的速度变慢，而对称的那边的电机转速变快，它的原理本质就是滚珠.一边降低，另 一边升高，导致机身变得有点斜着，这样就能让机体朝着理想的方向平移过去了。如下图：图2-5四旋翼飞行机器人的运动状况2。2四旋翼飞行机器人的航姿2。2。1四旋翼飞行机器人飞行姿态角的定义5.总结通过反复的的设计研究探索，这一次要是把这个做出来的四旋翼飞行机器人运行起来, 它应该可以达到理想的状态，并能够顺利的飞行起来，在这次的设计上最关键的就是要把 它微型化，还要让它能在未来的世界里普及化，还有一点就是它的飞行姿态控制算法还在 研究房中，争取更上一层楼，谈谈主要的任务。1、在硬件方面的问题及解决，我们本着基本思路就是为了

38、微型化，来构建一个基于 飞行机器人控制演算的空间，可以用来做各种试验，比如说调试的特点。基于这么多准备 工作之下，我们用了很多相关重要的作为飞行机器人的主要部分，而在飞行机器人的外型 选择上我们可以灵活运用硬件模块，因为这个是前面做的铺垫充足！2、为了达到抵消干扰和出现的错误，我们还研究了飞行机器人在什么样的情况之下 能够达到平衡状态。在幵源软硬件架构下，研究了四旋翼飞行机器人平稳姿态控制算法 的完成此课题主要的任务是在上完成四旋翼飞行机器人飞行姿态控制系统的完成我们通 过对于姿态传感器测得的 accelerometer和角速度读取，通过使用 quaternion法将 acceleromete

39、r和角速度运算得出四旋翼飞行机器人的姿态角即欧拉角，再通过卡尔曼滤 波将得出的欧拉角与原先的角速度进行融合和滤波，研究中想办法来消除干扰和累积误 差，通过不断的努力，我们获得了正确的姿态角，让它能在空中平衡的飞行。3、飞行机器人的外形的设计，它的材料的选取，还有考虑到其他不利因素的影响， 选择价格适中，质量过硬材料才做它的外形。4、研究了四旋翼飞行机器人的飞行调试情况。在研究的测试平台上，我们采用了自制平衡木平台来对四旋翼飞行机器人进行参数测 试和调整，主要用以调试飞行机器人的参数.软件方面，我们通过研究表明使用上位机软件，研究得到获取飞行机器人的实际飞行 姿态的数据，再放到需要用到的计算里面

40、使用。这次课题探索发现，飞行机器人需要微型化、通用化研究并讨论了数据滤波融合的 两种种算法,完成了 quaternion和互补滤波算法，研究出需要的数据。经过不懈的努力成 功完成了四旋翼飞行机器人姿态的自主稳定为今后多轴飞行机器人的设计和研究创新提 供了基本原理。由于时间紧迫，并未做到四旋翼飞行机器人的无需人工遥控的自主飞行控 制以及定高定点等功能,这些也是今后努力的方向。致谢参考文献1 杨庆华四旋翼飞行机器人建模、控制与仿真A.海军航空工程学院学报.2009年05期2 李俊具有公共安全功能的四旋翼飞行机器人的研究D.中国计量学院学报，2013年06期3 李继宇.四旋翼飞行机器人农田位置信息采集平台设计与实验J.4 祝彬国外超高长航时无人机发展分析R.中国航天，2013年11期5 周漠四旋翼飞行机器人的自适应单神经元PID控制研究J.军事通信技术，2013年03期6 林林基于协同机制的多无人机任务规划研究D.北京邮电大学，2013年12期7 董龙雷.四旋翼飞行机器人的地面效应分析A.第八届中国CAE工程分析技术年会暨2012全国计算 机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集，2012年7月1日8 钟丽娜基于磁传感器的四旋翼飞行机器人自主导航设计A.重庆理工大学学报，2013年12期