固定翼无人机飞前姿态辅助检测装置研究
无人机作为一种新型信息获取载体，具有灵活性高、操作性强、成本低、对作业环境要求低等优点，在各行各业发挥越来越大的作用。固定翼无人机在航拍作业中单次作业时间长、任务面积大、数据采集效率高，非常适合大面积农业信息的采集。固定翼无人机在开始作业任务之前，必须对飞行控制系统及机载设备进行充分的飞前检测，确保无人机工作正常，避免意外伤害的发生造成损失。针对现有固定翼无人机飞前检测仍需要人力手持机身配合完成，需要较高的人力成本并且具有一定的危险性，自动化程度低等问题，本文设计和开发了一套固定翼无人机飞前姿态辅助检测装置，实现飞检过程中无人机姿态的自动转换和机身参数的获取，节省检测环节的劳动力输入，提高作业效率和安全性。本文的主要研究内容和结论如下: (1)检测装置总体方案的设计。通过对固定翼无人机飞前检测的功能需求与无人机外形结构特点等分析，设计了以无人机飞检过程中磁罗盘检测、姿态参数检测及动力检测为目的，以机架、旋转驱动机构、控制器、压力采集装置、直流电源、无线控制系统为组成部分的检测装置整体设计方案，并根据系统组成与要求确定了具体实施方案。 (2)检测装置机械结构设计。对检测装置的主体机架、主要旋转机构等机械结构进行了设计，按照机械设计要求完成对主要受力部件的受力分析和校核，满足强度要求。运用ProE软件对检测装置的构成零部件进行三维建模并完成整机虚拟装配，无干涉现象。确定装置可用于重量0～15 kg、机翼固定间距0～500 mm的固定翼无人机检测。 (3)检测装置控制系统设计。控制系统以MSP430F149单片机为微处理器，以步进电机为主要执行机构完成装置水平面内360°和竖直面内20°正反转实现无人机姿态转换，以FSR402压力传感器为压力数据采集器获取无人机0～100N范围内的动力信息，通过Zigbee无线传输模块与姿态转换控制上位机软件实现数据通信。对各功能模块进行硬件和软件设计，实现了上位机对装置的远程控制检测过程。 (4)装置的试制和评价试验。完成检测装置的整机组装并对控制系统各子模块进行独立测试，得到检测装置姿态转换误差小于5％，上位机与控制器在100m距离内可稳定控制无人机姿态转换并检测无人机参数。在空载试验中对存在的问题进行改正和优化，经过反复试验验证检测装置机械结构设计的合理性和控制系统的精确性。最终进行了无人机搭载试验，结果表明，检测装置姿态转换角度的精度大于91％，各项数据能够稳定获取，各项性能指标达到了设计要求。
固定翼无人机;飞行姿态;检测装置;作业效率;安全性
西北农林科技大学
硕士
农业电气化与自动化
韩文霆
2017
中文
V279
65
2017-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）