第11讲 多旋翼的底层控制
六年级下册信息技术《走近机器人》备课教案
六年级下册信息技术《走近机器人》备课 教案 六年级下册信息技术《走近机器人》备课教案 第11课走近机器人 教材分析： 本课主要有两大块内容：进一步深入了解和学习机器人的一般硬件特征和软件组成；掌握操作课堂教学机器的一般步骤。学生对机器人的硬件结构已经有了比较多的了解和学习，老师可以适当作一些演示和讲解，同时要引导学生，光有硬件结构的机器人还是不能正常工作的，还需要有机器人能读懂的程序。展开介绍机器人配套软件的重要性、界面、图标等方面内容，再过渡到课堂教学机器人的一般操作过程和方法，把前面两部分综合起，完成一个范例程序的下载、调试和运行。 教学目标： 1. 知识目标：了解机器人各部分的功能和组成；了解机器人编程的环境和界面。 2. 能力目标：学习操作和控制机器人的一般过程。 3. 情感目标：培养学生的想像能力和对学习机器人的兴趣。 教学重点：
学习控制机器人的一般过程。 教学难点： 程序的编写、下载、调试和运行。 课前准备： 一段舞蹈或音乐程序（教师演示操作过程）。 教学过程： 一、机器人的组成 机器人到底是由哪些部件组成的呢？请同学们先观看一段介绍机器人的录像资料，请留意以下方面的内容：机器人的大脑、机器人的手脚、机器人的眼睛、机器人的耳朵等。 通常一套完整的机器人设备，至少包含以下几个部件： 1. 微型计算机——机器人的大脑。 机器人的大脑就是电脑，一般都是由较复杂的芯片和电路组装而成的。 2. 传感器——机器人的感觉器官。 传感器是一种与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉对应，能代替人定量测出感知对象的信息量，并能把被测的信息量转换成电脑能识别、判断电信号的装置。常用的有红外传感器、光敏传感器、热敏传感器、声音识别等传感器。 3. 执行器——机器人的四肢和嘴。 执行器一般由电机和机械装置构成。用完成指定的动作，一般机器人的执行器有：马达、喇叭、风扇、机器臂、气缸
认识机器人教案
教案：认识机器人（第一课时） 一、教学目标 知识目标：了解机器人的概念、产生、发展、种类与应用。技能目标：熟练利用网络查找信息和处理信息。 情感目标：培养学生对机器人的兴趣，培养学生关心科技、热爱科学、勇于探索的精神。 二、重点难点 教学重点：机器人的概念及应用 难点分析：机器人的概念 三、教学过程： 1、新课导入 21世纪被信息技术专家誉为智能机器人的时代，机器人在各行各业将得到更加广泛的应用，机器人技术综合机械工程、电子工程、传感器应用、信息技术、数学、物理、等多种学科，它代表着一个国家的高科技发展水平，例如我国首例远程遥控机器人手术就是由北京的医生通过电脑遥控着沈阳机器人“黎元”进行脑外科手术。 那究竟什么是机器人？我们要学习使用的机器人是什么样子？机器人能够做些什么？我们如何控制机器人？今天开始我一起走进机器人世界去寻找上述问题答案。 观看有关机器人的视频片段 2、教学内容 机器人的概念 各国科学家对机器人的定义有所不同，而且随着时代的变化，机器人的定义也在不断发生变化。 中国的科学家们把机器人定义为一种自动化的机器，具备一些与人或生物相似的能力，如感知能力、规划能力、动作能力、协同能力等，是一种具有高度灵活性的自动化机器，它的外形不一定象人。 判断一个机器人是否是智能机器人我们可以根据下面三个基本特点： （1）具有感知功能，即获取信息的功能。机器人通过“感知”系统可以获取外界环境信息，如声音、光线、物体温度等。 （2）具有思考功能，即加工处理信息的功能。机器人通过“大脑”系统进行思考，它的思考过程就是对各种信息进行加工、处理、决策的过程。 （3）具有行动功能，即输出信息的功能。机器人通过“执行”系统（执行器）来完成工作，如行走、发声等。 机器人的产生、发展、种类与应用 对这些内容请大家以小组合作的形式通过互联网、光盘等媒体检索信息，并设计一个关于机器人的有关知识的演示文稿。 1）成立小组，分工合作，制定活动计划。 小组成员 （2）确定“机器人世界探索”活动的探索主题，构建问题框架。 （3）评价要求 （1）展示 在小组内展示“机器人世界探秘”项目。 各小组推出代表参加班级交流。评选最佳主题奖、最佳演示奖、最佳合作奖。 （2）通过自评和互评的方式进行评价，标准如下： 3、作业布置 （1）说说机器人与一些电动玩具的区别？ （2）完成一个关于机器人演示文稿的制作，包括机器人的发展、机器人的分类、机器人的特点等内容。 三、课堂小结：这节课我们了解了机器人的概念和机器人的产生、发展、种类及应用等知识。并对学生的演示文稿的任务完成情况进行小结和评价。 第12课机器人学走路 教学分析： 本课教学内容为《小学信息技术》教材（浙江教育出版社）第四册第12课，属机器人模块。本课教学是在学生学习了《第10课我们身边的机器人》、《第11课机器人仿真软件》掌握了机器人的简单工作原理，初步掌握机器人仿真软件的使用，并会控制机器人走直线的基础上学习本课，为以后学习《机器人画正多边形》、《机器人分辨颜色》打下基础。 学情分析： 本次市研训活动，是临时选取了机器人模块的第3课作为教学内容，由于学生第一次接触机器人教学内容，且没有了第10课、第11课两课的铺垫，尽管学生对此教学内容充分好奇，但教学过程中教师处理不好，学生会觉得无从下手。因此，本课的教学对教师绝对是一次挑战。 教学目的： 1．知识与技能：学会使用“转向”模块编写程序，控制机器人转向；学会使用“启动电机”“延时”“停止电机”模块编程，控制机器人走弧线。 2．过程方法：通过任务驱动与学生的操作实践，使用学会简单的机器人编程控制思想。 3．情感态度与价值观：让学生在编程控制中体验成功的快乐，充分激发孩子学习信息技术的兴趣。 教学过程： 一、铺垫导入 1．出示机器人，简单师生交流，拓展学生对机器人的了解。讨论：机器人由程序来控制。我们用程序语言把机器人完成任务的步骤与方法表达出来，这个过程叫编程。 2．教师演示机器人控制程序在仿真软件中的仿真。 介绍：这种机器人的编程软件的启动与仿真。 3．学生打开范例尝试仿真。 讨论1：机器人的动作，如直行、拐弯等。 二、小组合作自主探究 1．任务一：让机器人动起来。 教师讲解与学生操作：介绍编程环境（菜单、快捷工具、模块库、编程区）----模块的拖放、移动、删除----直行模块与转向模块的设置---文件的保存 子任务1：机器人直行（教师示范，并讲解仿真环境的“运行、有轨迹、退出”几个按钮的使用。 子任务2：机器人原地转向（学生独立完成） 子任务3：机器人走折线（最好走出一个90度的角出来）
智能机器人运动控制和目标跟踪
XXXX大学 《智能机器人》结课论文 移动机器人对运动目标的检测跟踪方法 学院（系）： 专业班级： 学生学号： 学生姓名： 成绩：
目录 摘要 (1) 0、引言 (1) 1、运动目标检测方法 (1) 1．1 运动目标图像HSI差值模型 (1) 1.2 运动目标的自适应分割与提取 (2) 2 运动目标的预测跟踪控制 (3) 2．1 运动目标的定位 (3) 2．2 运动目标的运动轨迹估计 (4) 2．3 移动机器人运动控制策略 (6) 3 结束语 (6) 参考文献 (7)
一种移动机器人对运动目标的检测跟踪方法 摘要：从序列图像中有效地自动提取运动目标区域和跟踪运动目标是自主机器人运动控制的研究热点之一。给出了连续图像帧差分和二次帧差分改进的图像HIS 差分模型，采用自适应运动目标区域检测、自适应阴影部分分割和噪声消除算法，对无背景图像条件下自动提取运动目标区域。定义了一些运动目标的特征分析和计算 ，通过特征匹配识别所需跟踪目标的区域。采用 Kalrnan 预报器对运动目标状态的一步预测估计和两步增量式跟踪算法，能快速平滑地实现移动机器人对运动目标的跟踪驱动控制。实验结果表明该方法有效。 关键词：改进的HIS 差分模型；Kahnan 滤波器；增量式跟踪控制策略。 0、引言 运动目标检测和跟踪是机器人研究应用及智能视频监控中的重要关键技术 ，一直是备受关注的研究热点之一。在运动目标检测算法中常用方法有光流场法和图像差分法。由于光流场法的计算量大，不适合于实时性的要求。对背景图像的帧问差分法对环境变化有较强的适应性和运算简单方便的特点，但帧问差分不能提出完整的运动目标，且场景中会出现大量噪声，如光线的强弱、运动目标的阴影等。 为此文中对移动机器人的运动目标检测和跟踪中的一些关键技术进行了研究，通过对传统帧间差分的改进，引入 HSI 差值模型、图像序列的连续差分运算、自适应分割算法、自适应阴影部分分割算法和图像形态学方法消除噪声斑点，在无背景图像条件下自动提取运动 目标区域。采用 Kalman 滤波器对跟踪目标的运动轨迹进行预测，建立移动机器人跟踪运动 目标的两步增量式跟踪控制策略，实现对目标的准确检测和平滑跟踪控制。实验结果表明该算法有效。 1、运动目标检测方法 接近人跟对颜色感知的色调、饱和度和亮度属性 (H ，S ，I )模型更适合于图像识别处理。因此，文中引入改进 型 HSI 帧差模型。 1．1 运动目标图像HSI 差值模型 设移动机器人在某一位置采得的连续三帧图像序列 ()y x k ,f 1-，()y x f k ,，()y x f k ,1+
机器人重复学习控制策略
一种机器人系统重复学习控制策略 机器人系统是一类高度复杂、强耦合的非线性系统。随着工业自动化水平的不断提高，其高精度控制问题已经成为广大学者研究的热点。鉴于机器人系统往往执行重复性质运动任务的特点，重复学习控制已成为解决机器人系统的高精度轨迹跟踪问题的有效方法之一。本文介绍了重复学习控制方法和一种简单的重复学习控制策略。 关键词：机器人控制重复学习控制 Abstract Robot manipulator is a main class of highly complex and strong coupling nonlinear system. With the development of industrial automation, high precision control problem of robot manipulator has become a hot research field. Based on the observation that the robot manipulator often performs repeated movement, repetitive learning control-strategy is one of the methods to address the high precision tracking problem of robot manipulator. Key words: Robot control Repetitive learning control
1 引言 机器人系统是一类高度复杂、强耦合的非线性系统，随着工业自动化水平的不断提高，其高精度控制问题越来越成为人们研究的热点。基于机器人系统往往执行重复性质的运动任务，重复学习控制理论的发展为机器人系统的高精度控制提供了一种有效的方法。重复学习控制方法的目标是设计一个针对周期信号的跟踪控制器或者扰动补偿器，除了使用当前控制误差外，还重复使用了上一周期的误差，并与当前控制误差叠加在一起，作为偏差控制信号，来提高系统的控制品质。重复学习控制策略能够大大提高系统跟踪周期信号的能力，抑制周期性干扰，具有较好的跟踪鲁棒性能。 2机器人系统常用控制方法 机器人的高精度控制一直是机器人控制领域研究的经典问题，已取得了相当丰富的成果。机器人轨迹跟踪控制系统的主要目的是通过设计各关节的驱动力矩，使得机器人的位置、速度等状态变量跟综给定的理想轨迹。到目前为止，应用在机器人轨迹跟踪控制上的控制方法大致可以分为两类：基于模型的控制方法和不基于模型的控制方法。 2.1 基于模型的控制方法 基于被控对象数学模型的控制方法有前馈补偿控制、计算力矩控制（反馈线性化方法）、自适应控制、反演控制设计方法等。这些方法都依赖与系统的数学模型。在实际工程中，由于机器人是一类高度复杂、高度耦合的非线性系统，很难得到机器人精确的数学模型，使得这些方法在实际应用中有些吃力。 2.2 不基于模型的控制方法 由于测量和建模的不精确性，再加上负载的变化以及外部扰动的影响，实际上无法得到机器人精确、完整的动力学模型，使得基于模型的控制方法在实际领域中的控制精度并不是很高。下面是几种不基于模型的控制方法:PID 控制，鲁 棒控制，神经网络控制和模糊控制，迭代学习控制和变结构（滑模）控制。 3 重复学习控制 重复学习控制针对受控对象执行重复性质的运动任务，用前一个周期的控制误差来改善后一周期的控制，需要存储器来记录过去的误差信息，重复学习控制
多旋翼无人机教案
哈尔滨四通技工学校第三教学站延寿农民工综合培训学校 多旋翼无人机操作教案 二0 —七春季生 1/1
多旋翼无人机操作基础 授课教师:张海东 第一章无人飞行器概述 1、 无人飞行器发展简史 2、 无人飞行器的优缺点 3、 无人飞行器应用领域 1、 什么事无人机 2、 无人机的应用 3、 无人机未来的发展趋势 无人机的概述重要性，帮助学员更好的了解无人 机。 讲授法 新课 二课时 一、 组织教学 二、 课前提问 三、 导入新课 四、 教学内容： 1、1910年，在莱特兄弟所取得的成功的鼓舞 下，来自俄亥俄州的年轻军事工程师查尔斯?科特林 建议使用没有人驾驶的飞行器：用钟表机械装置控 制飞机，使其在预定地点抛掉机翼并象炸弹一样落 向敌人。在美国陆军的支持和资助下，他制成并试 验了几个模型，取名为“科特林空中鱼雷”、“科 特林虫子”。 2【二战期间，美国海军首先将无人机作为空面 武器使 用。1944年，美国海军为了对德国潜艇基地 进行打击，使用了由B-17轰炸机改装的遥控舰载 机。 3、上世纪70-90年代及其以后，以色列军事专 家、科学家和设计师对无人驾驶技术装备的发展做 出了突岀贡献，并使以色列在世界无人驾驶系统的 研制和作战使用领域占有重要地位。 4、 最著名的是“捕食者”可复用无人机，世界 上 最大的无人机- - “全球鹰”，“影子?200”低空 无人 机，“扫描鹰”小型无人机，“火力侦察兵” 无人直升课程名称： 课题 教 学目标 教学重点 教材分析 教学方法 授课类型 课时 课程内容
机。 5、理论开创阶段，多旋翼无人飞行器理论开创于 上世纪10年代，直升机研发之前。几家主要飞机生产 商开发出的在多个螺旋桨屮搭乘飞行员的机型。这种设 计开创了多旋翼飞行器的理论。 6、加速发展阶段，2007年以后，装配高性能压电 陶瓷陀螺仪和角速度传感器（六轴陀螺仪）的多旋翼无 人飞行器开始出现加速发展。 7、未来发展阶段，伴随着飞行器技术的进步，多 旋翼无人飞行器使用者会急剧增加。这样一来，事故和 故障也会相应增加，甚至会发展成社会问题。今后不仅 是制造商和商店一级，协会和主管部门面向多旋翼无人 飞行器的飞行会和培训班也会增加。 8、优点的特性。 9、避免牺牲空勤人员，因为飞机上不需要飞行人 员，所以最大可能地保障了人的生命安全。 10、无人机尺寸相对较小，设计时不受驾驶员生理 条件限制，可以有很大的工作强度，不需要人员生存保障 系统和应急救生系统等，大大地减轻了飞机重量。 11、制造成本与寿命周期费用低，没有昂贵的训练 费用和维护费用，机体使用寿命长，检修和维护简单。 12、无人机的技术优势是能够定点起飞，降落，对起 降场地的条件要求不高，可以通过无线电遥控或通过机 载计算机实现远程遥控。 课程后记给学生留了上网查询无人机的信息的作业。
多旋翼无人机的结构和原理
多旋翼无人机的结构和原理 翼型的升力： 升力的来龙去脉这是空气动力学中的知识，研究的内容十分广泛，本文只关注通识理论，阐述对翼型升力和旋翼升力的原理。 根据流体力学的基本原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小。由于机翼一般是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平（翼型），流过机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水，流速较快，而流过机翼下表面的气流正好相反，类似于较宽地方的流水，流速较上表面的气流慢。大气施加与机翼下表面的压力（方向向上）比施加于机翼上表面的压力（方向向下）大，二者的压力差便形成了升力。［摘自升力是怎样产生的］。所以对于通常所说的飞机，都是需要助跑，当飞机的速度达到一定大小时，飞机两翼所产生的升力才能抵消重力，从而实现飞行。 旋翼的升力飞机，直升机和旋翼机三种起飞原理是不同的。飞机依靠助跑来提供速度以达到足够的升力，而直升机依靠旋翼的控制旋转在不进行助跑的条件下实现垂直升降，直升机的旋转是动力系统提供的，而旋翼旋转会产生向上的升力和空气给旋翼的反作用力矩，在设计中需要提供平衡旋翼反作用扭矩的方法，通常有单旋翼加尾桨式（尾桨通常是垂直安装）、双旋翼纵列式（旋转方向相反以抵消反作用扭矩）等;而旋翼机则介于飞机和直升机之间，旋翼机的旋翼不与动力系统相连，由飞行过程中的前方气流吹动旋翼旋转产生升力（像大风车一样），即旋翼为自转式，传递到机身上的扭矩很小，无需专门抵消。 而待设计的四旋翼飞行器实质上是属于直升机的范畴，需要由动力系统提供四个旋翼的旋转动力，同时旋翼旋转产生的扭矩需要进行抵消，因此本着结构简单控制方便，选择类似双旋翼纵列式加横列式的直升机模型，两个旋翼旋转方向与另外两个旋翼旋转方向必须相反以抵消陀螺效应和空机动力扭矩。
主从式机器人的系统控制策略
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/b64981684.html, 主从式机器人的系统控制策略 作者：张景生 来源：《科学与财富》2016年第16期 摘要：本文主要针对主从式机器人的系统控制策略展开了探讨，对机器人的控制作了详 细的阐述，并为主从式机器人的控制策略及解算作了系统的分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。 关键词：主从式机器人；系统；控制策略 0 引言 随着科学信息技术的不断应用发展，主从式机器人系统的应用也得到了相应的创新进步。然而在真正的应用过程中，若要进一步掌握主从式机器人的系统，就必须要采取有效的策略做好系统的控制。基于此，本文就主从式机器人的系统控制策略进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。 1 机器人控制 从工业机器人的系统构成来看，大致可以分为动作部分、检测部分和控制部分，如图1所示。动作部分相当与机器人手臂、腕部、手指和行走机构足等具有动作功能的部分；检测部分是获得来自于操作对象物、机器人自身以及环境的种种信息，并对其作信息处理来认识对象物，感知自身状态和识别环境的部分；控制部分是基于来自检测等部分的信息，为了使动作部分完成目标操作所承担的控制功能的部分。 图1 机器人系统 1.1 机器人控制方式 机器人控制器是一个计算机控制系统，它包含高性能计算机，与机器人运动学和动力学建模有密切联系，并以机器人控制技术为理论。机器人控制器有多种不同控制策略，有非伺服（开环）控制、伺服控制、基于传感信息的控制、最优PID控制、非线性反馈的动态补偿控制、自适应控制、变结构（滑模）控制、模糊控制、分级分散的多臂（或多机器人）协调控制等，但目前实用的多数还是PID伺服控制。 1.2 机器人控制的主要控制变量 一台机器人的各关节控制变量。X（t）表示末端执行装置在空间的实时位置。只有当关节θ1～θ6移动时，X才变化。用矢量θ（t）来表示关节变量θ1至θ6。各关节在力矩C1～C6作用下而运动，这些力矩构成矢量C（t）；矢量C（t）由各传动电动机的力矩矢量T（t）经过
《走近机器人》教案
《走近机器人》教案 教学目标： 1.知识目标：了解机器人各部分的功能和组成；了解机器人编程的环境和界面。 2.能力目标：学习操作和控制机器人的一般过程。 3.情感目标：培养学生的想像能力和对学习机器人的兴趣。 教学重点： 学习控制机器人的一般过程。 教学难点： 程序的编写、下载、调试和运行。 课时安排： 2－3课时。 课前准备： 一段舞蹈或音乐程序（教师演示操作过程）。 教材分析： 本课主要有两大块内容：进一步深入了解和学习机器人的一般硬件特征和软件组成；掌握操作课堂教学机器的一般步骤。学生对机器人的硬件结构已经有了比较多的了解和学习，老师可以适当作一些演示和讲解，同时要引导学生，光有硬件结构的机器人还是不能正常工作的，还需要有机器人能读懂的程序。展开介绍机器人配套软件的重要性、界面、图标等方面内容，再过渡到课堂教学机器人的一般操作过程和方法，把前面两部分综合起来，完成一个范例程序的下载、调试
和运行。 教学建议： 根据不同的教学机器人和学生的信息技术水平情况，本节内容可以进行重新编写和整合。可以先在机房对机器人编程软件界面进行单独介绍和学习，尝试编写一段小程序，再进行机器人实践操作。也可以先讲解机器人的硬件结构，让学生有针对性地找一找，认一认“机器人大脑、传感器、执行器”等，学习机器人的编程软件。 本课要重点介绍教学机器人的操作步骤和方法，特别是在机器人软硬件的结合方面，应根据学生的信息技术能力基础，由简到难，逐步推进。一般可以让学生下载一段范例程序并尝试运行，观察学生的学习效果，有针对性地加以指导。 练习建议： 1.观察教学机器人，进行一些简单的组合、分拆活动，让学生来说一说机器人的各部件名称和作用。要求组内成员找到机器人各部件的名称和作用以后，互相说一说，并作适当的记录。 2.上机作业：按照机器人操作步骤和方法，下载一个教师提供的程序，并能够让机器人现场运行，想一想，这个程序是用来干什么的？在全体基本完成的基础上，对那些学有余力的学习小组，教师可作进一步的指导，对范例程序作一些修改。 一、机器人的组成 机器人到底是由哪些部件组成的呢？请同学们先观看一段介绍机器人的录像资料，请留意以下方面的内容：机器人的大脑、机器人的
详解多旋翼飞行器上的传感器技术
详解多旋翼飞行器上的传感器技术 导语：现在多旋翼飞行器市场火爆，诸多产品琳琅满目，价格千差万别。为了理解这些飞行器的区别，首先要理解这些飞行器上使用的传感器技术。 本文作者YY硕，来自大疆工程师。 2014年的六月，我在知乎“民用小型无人机的销售现状和前景怎么样？ - YY硕的回答”这个问题下面发布了一篇科普多旋翼飞行器技术的回答，在知乎上至今获得了889个赞同、近10万次浏览，并且被几十家媒体和公众号转发。2014年中正是多旋翼飞行器市场爆发前的风口，后来很多朋友告诉我说正是这篇文章吸引他们走入了多旋翼飞行器行业。 两年来，大疆精灵系列更新了两代，飞控技术更新了两代，智能导航技术从无到有，诸多新的软件和硬件产品陆续发布。同时我们也多了很多友商，现在多旋翼飞行器市场火爆，诸多产品琳琅满目，价格千差万别。为了理解这些飞行器的区别，首先要理解这些飞行器上使用的传感器技术。我觉得现在很有必要再发一篇科普文章，定义“智能导航”这个概念，顺便字里行间介绍一下两年来大疆在传感器技术方面的努力。 1. 飞行器的状态 客机、多旋翼飞行器等很多载人不载人的飞行器要想稳定飞行，首先最基础的问题是确定自己在空间中的位置和相关的状态。测量这些状态，就需要各种不同的传感器。 世界是三维的，飞行器的三维位置非常重要。比如民航客机飞行的时候，都是用GPS获得自己经度、纬度和高度三维位置。另外GPS还能用多普勒效应测量自己的三维速度。后来GPS民用之后，成本十几块钱的GPS接收机就可以让小型的设备，比如汽车、手机也接收到自己的三维位置和三维位置。 对多旋翼飞行器来说，只知道三维位置和三维速度还不够，因为多旋翼飞行器在空中飞行的时候，是通过调整自己的“姿态”来产生往某个方向的推力的。比如说往侧面飞实际上就是往侧面倾，根据一些物理学的原理，飞行器的一部分升力会推着飞行器往侧面移动。为了能够调整自己的姿态，就必须有办法测量自
多旋翼飞行器解决方案
多旋翼飞行器解决方案 一、多旋翼飞行器介绍 多旋翼飞行器是由多组动力系统组成的飞行平台，一般常见的有四旋翼、六旋翼、八旋翼……十八旋翼，甚至更多旋翼组成。旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，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。电动多旋翼飞行器由无刷电机驱动螺旋桨组成单组旋翼动力系统，由惯导系统、飞控系统、导航系统、电子调速器组成控制驱动部分。瑞伯达提供专业无人机飞行器解决方案。飞行器作为飞行载体可携带影像器材、通讯器材、采集器材、特殊器材等升空，可达到传统方式达不到的高度（0-500米）。 二、多旋翼飞行器优点 多旋翼飞行器以其独特的结构和简洁的系统构架与传统飞行器相比 有明显的优势。 1、多旋翼飞行器的最大优点是安全 2、需要的起降条件要求很低。 3、以高能电池作为能量与油动飞行器相比噪音更低 4、简单的机械部件组成（仅电机轴承为机械部件）与传统直升机 （有较复杂的机械部件与传动结构）相比维护相当简单。
5、操纵简单，整机全电子增稳，一个人只需要半天左右学习就基 本可以独立驾驶了。 三、多旋翼飞行器缺点： 1、速度差，旋翼飞机比直升飞机稍慢，与固定翼飞机相比差得太远，因此在需要快速运输而又没有特别要求的场合，都使用普通固定翼飞机； 2、灵活性欠佳。虽然旋翼飞机比直升飞机略快一点，安全性也更 高，但其使用灵活性却比直升飞机差太多。它的机动性远逊于直升飞机，而且比固定翼飞机起降场地要求低很多，跟直升飞机比起来却又有些逊色，但是安全性和操纵简单的优势就突出 四、多旋翼飞行器的用途 多旋翼飞行系统可广泛应用于农业中低空撒种、喷洒农药，治安监控、森林灭火、灾情监视、应急通讯、电力应用、海运应用、气象监测、航拍航测，另外对空中勘探、无声侦查、边境巡逻、核辐射探测、航空探矿、交通巡逻等三十多个行业方面的应用也将进一步得到开发。 多旋翼飞行器在多行业的应用 1、公安系统的应用 多旋翼飞行器具有便携、质轻、飞行稳定、噪音低等特点，携带影像设备与侦测设备可以为秘密侦察提供强有力的手段，尤其是人不易接近的区域，可以提供空中第一手影像资料。同样在群体性事件中也可以发挥巨大的作用，除侦察外甚至可以携带小型催泪瓦斯进行空中投
工业机器人控制系统的基本原理
工业机器人控制系统 20世纪80年代以后，由于微型计算机的发展，特别是电力半导体器件的出现，使整个机器人的控制系统发生了很大的变化，使机器人控制器日趋完善。具有非常好的人机界面，有功能完善的编程语言和系统保护，状态监控及诊断功能。同时机器人的操作更加简单，但是控制精度及作业能力却有很大的提高。目前机器人已具有很强的通信能力，因此能连接到各种网络（CAN—BUS、PROFIBUS或ETHERNET）。形成了机器人的生产线。特别是汽车的焊接生产线、油漆生产线、装配生产线很多都是靠机器人工作的。特别是控制系统已从模拟式的控制进入了全数字式的控制。 90年代以后，计算机的性能进一步提高，集成电路（IC）的集成度进一步的提高，使机器人的控制系统的价格逐渐降低，而运算的能力却大大提高，这样，过去许多用硬件才能实现的功能也逐渐地使用软件来完成。而且机器人控制系统的可靠性也由最早几百小时提高到现在的6万小时，几乎不需要维护。 一、控制系统基本原理及分类 工业机器人的控制器在要求完成特定作业时，需要做下述几件事：示教：通过计算机来接受机器人将要去完成什么作业。也就是给机器人的作业命令，这个命令实质上是人发出的。 计算：这一部分实际上就是机器人控制系统中的计算机来完成的，它通过获得的示教信息要形成一个控制策略，然后再根据这个策
略（也称之为作业轨迹的规划）细化成各轴的伺服运动的控制 的策略。同时计算机还要担负起对整个机器人系统的管理，采 集并处理各种信息。因此，这一部分是非常重要的核心部分。伺服驱动：就是通过机器人控制器的不同的控制算法将机器人控制策略转化为驱动信号，驱动伺服电动机，实现机器人的高速、 高精度运动，去完成指定的作业。 反馈：机器人控制中的传感器对机器人完成作业过程中的运动状态、位置、姿态进行实时地反馈，把这些信息反馈给控制计算机， 使控制计算机实时监控整个系统的运行情况，及时做出各种决 策。 图1 机器人控制基本原理图 控制系统可以有四种不同分类方法：控制运动方式、控制系统信号类型、控制机器人的数目以及人机的相互关系等分类。 （1）、按控制运动方式进行分类可分为程序控制系统、自适应控制系统和组合控制系统。 A、程序控制系统：绝大多数商品机器人是属于这种控制系统，主 要用于搬运、装配、点焊等点位控制，以及弧焊、喷涂机器人的轮廓控制。
多旋翼飞行器原理
四旋翼飞行器结构和原理 1.结构形式 旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，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。结构形式如图 1.1所示。 2.工作原理 四旋翼飞行器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。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。
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。 在上图中，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：同时增加四个电机的输出功率，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，同时减小四个电机的输出功率，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。 （2）俯仰运动：在图（b）中，电机 1的转速上升，电机 3 的转速下降（改变量大小应相等），电机 2、电机 4 的转速保持不变。由于旋翼1 的升力上升，旋翼 3 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 的转速下降，电机 3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。 （3）滚转运动：与图 b 的原理相同，在图 c 中，改变电机 2和电机 4的转速，保持电机1和电机 3的转速不变，则可使机身绕 x 轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。（4）偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图 d中，当电机 1和电机 3 的转速上升，电机 2 和电机 4 的转速下降时，旋翼 1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩，机身便在富余反扭矩的作用下绕 z轴转动，实现飞行器的偏航运动，转向与电机 1、电机3的转向相反。 （5）前后运动：要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面内对飞行器施加一定的力。在图 e中，增加电机 3转速，使拉力增大，相应减小电机 1转速，使拉力减小，同时保持其它两个电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。按图 b的理论，飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。（在图 b 图 c中，飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿 x、y轴的水平运动。） （6）倾向运动：在图 f 中，由于结构对称，所以倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。 首先声明本人也是菜鸟，此教程就是从一个菜鸟的角度来讲解，现在论坛上的帖子都突然冒很多出来，又不成体系，我自己开始学的时候往往一头雾水，相信很多新手也一样。所以在这个帖子里面，我都会把自己遇到的疑惑逐一讲解。 【概述】 1、diy四轴需要准备什么零件 无刷（4个） 电子调速器（简称，4个，常见有好盈、中特威、新西达等品牌）
多旋翼飞行器设计与控制课程简介
《多旋翼飞行器设计与控制》课程简介 课程编号：031574 课程名称：多旋翼飞行器设计与控制 学时：32学时 开课学期：春季 上课时间：2016年3月10日- 2016年6月30日，周四晚7：00-9：00 上课地点：北航新主楼B208 一．内容简介 1、专业与学生定位： （1）专业：面向控制科学与工程专业特别是导航、制导与控制专业。 （2）学生：控制科学与工程专业特别是导航、制导与控制专业的研究生，或有一定航空和自动化专业背景的研究生。 2、课程目的： 本门课程讲授多旋翼设计、动态模型建立、状态估计、控制和决策等方面的基础知识。涉及到空气流体力学、电机、电路、材料结构、理论力学、以及导航、制导与控制各个学科的基础知识，具有基础性和系统性两个特色。因此，有利于学生将已学知识融会贯通，着重培养学生解决问题的综合能力。 二．先修课程与专业基础 自动控制原理，航空航天概论、理论力学、线性系统（建议） 三．讲授方式 课堂授课、学生大作业展示 四．教学安排与内容 1.多旋翼绪论
首先介绍飞行器的基本概念、评价、以及多旋翼的历史，以及本课的安排。 2.多旋翼设计 通过这一阶段，学生可以对多旋翼机身主体设计和动力系统选择有一个较为深入的认识。 2.1多旋翼的基本组成。这一部分包括机身主体、动力系统、控制系统和通讯链路等四个部分。主要按作用和指标参数两个方面分别介绍机架、起落架、云台、涵道、电机、电调、螺旋桨、电池、遥控器和接收器、自动驾驶仪、地面站、数传电台、图传电台、通讯协议等方面。 2.2多旋翼的机身主体设计。这一部分包括机体基本构型，以及减震和降噪的考虑等。 2.3多旋翼动力系统性能建模和估算。多旋翼的动力系统由航模电池、电子调速器、直流无刷电机和螺旋桨四个部分组成。这一部分包括对这四个部分建立力和能量方面的数学模型，提出动力系统的飞行性能估算，比如：悬停状态下的续航时间和最大负重等等。 3.多旋翼动态模型 通过这一阶段，学生可以对多旋翼运动模型有一个较为深入的认识。基于这个基础，可以做多旋翼状态估计和控制。 3.1坐标系和姿态表示。主要介绍世界惯性坐标系和机体系，以及姿态的三种表示方法：欧拉角、旋转矩阵和四元数。 3.2多旋翼的动态模型。这一部分包括姿态模型、动力学模型、控制分配模型、电机模型，还包括气动阻力模型。这将为后续的多旋翼位姿估计和控制等课程服务。 4.多旋翼状态估计 通过这一阶段，学生可以对多旋翼信息估计有一个较为深入的认识。 4.1 传感器模型以及校正。这一部分首先建立这些传感器的测量模型，进而进一步提出较正方法，估计需要较正的参数。 4.2 可观性和卡尔曼滤波。 4.3 多旋翼的运动信息估计。这一部分包括姿态估计、位置-速度估计、速度估计和障碍估计的介绍。 5.多旋翼控制 通过这一阶段，学生可以对多旋翼控制有一个较为深入的认识，所介绍的方法大部分是较为常用的方法。
六年级信息技术下册 第11课 常见的机器人教案 闽教版
六年级信息技术下册第11课常见的机器人教 案闽教版 1、了解常见的机器人。 2、了解未来机器人及学术界开发机器人的准则。 3、查找资料，制作一个以机器人为专题的网页。教学重点： 1、机器人的分类及其用途。 2、开发机器人的准则。教学难点：机器人的分类及其用途。教学过程： 一、激趣导入：教师：同学们，猜猜它是谁？人们不敢做的事情它敢做，人们做不来的事情它能做；它既不要吃，也不要喝，更不用休息了。你知道它是谁吗？它就是我们的新朋友智能机器人。 二、新课： （一）机器人分类、工作特点及其应用范围 1、自学课文63－65，完成下列作业：（1）根据机器人的应用领域可分为己类？（2）每类机器人都是怎样开展工作的？ 2、交流学习成果。 3、从网络上搜索资料，举例说明机器人工作特点及其应用范围。如：自主式军用机器人车辆自主式车辆不需要操作手，而是依靠自身的人工智能来完成预定的动作和任务，主要特征是采用
了许多先进而可靠的传感器和高速计算机系统，需要复杂的人工智能/专家系统程序。在地面行驶时能选择最佳路线和地形到达目的地。自主式车辆的地面导向需要快速计算机处理系统，而其观察系统需要有高水平的图像识别能力。虽然自主式车辆是机器人车辆的发展方向，但目前各种自主式车辆研制都未达到实用阶段，大都是半自主式，而且完成的车型也不多，自主式工作能力有限。应用范围军用机器人车辆的应用范围很广，而且还在不断地扩大。目前军用机器人车辆的主要应用有下列几个方面。如：扫雷、排除爆炸物、哨兵站岗巡逻等。 （二）未来机器人 1、自学课文66－67，思考：（1）未来机器人与现在机器人有何区别？（2）机器人开发原则是什么？为什么要遵循这条原则？ 2、学习交流 三、应用：查找相关资料进行分类整理，制作一个关于机器人的专题网页。 四、课堂小结：教师：这节课我们学习什么内容？讨论一下。大家还有什么疑问吗？提出来我们共同解决。对机器人有兴趣的同学课后可以在互联网上继续查阅。
多旋翼飞行器控制系统设计【文献综述】
毕业设计文献综述 电气工程与自动化 多旋翼飞行器控制系统设计 一、材料来源 参考文献主要来自于图书馆中文数据库中的CNKI期刊学位会议报纸中的中国期刊全文数据库。 二、飞行器的发展历史以及现状分析 在我国，几个世纪的发展，让我们看着各种飞行器像雨后春笋般出现，有飞机、导弹、火箭、卫星、宇宙飞船、航天飞机、空间站、星球探测器等等，近年来，对各种飞行器的研究都十分重视，国内外许多开源项目都能提供相当多的资料。 自从欧洲的莱特兄弟发明飞机到现在，人们都一直在为能够在蓝天中飞翔而激动不已，但是同时又受着起飞、着落所需的场地的困扰。在莱特兄弟的时代，飞机只要有一片草地或缓坡就可以轻松地起飞和着陆。在不列颠之战和巴巴罗萨作战中，当时性能最高的“喷火”战斗机也只需要一片平整的草地就可以轻松地起飞，除了那些重型轰炸机，很少有必须要用“正规”的混凝土跑道才能起飞、着陆的。然而，这些飞机早已经不能和今天的飞机的性能相比，但飞机的对跑道的冲击、飞机的重量和滑跑速度，使对起飞、着陆的具体跑道的要求有增无减，甚至连简易跑道也是高速公路级别的。现代各种战斗机和其他高性能的军用飞行器对坚固、平整的长跑道的依赖，早已经成为现代各国空军致命的软肋。为了解决这一困境，从航空先驱者们的时代开始，人们就在孜孜不倦地研究着具有垂直短距起落能力的能够象鸟儿一样腾飞的飞机。当人们跳出模仿鸟儿拍翅飞行的思维怪圈之后，以贝努力原理为依据的空气动力升力就成为了除气球和火箭外其他所有动力飞行器的重要的基本原理。所谓“机翼前行”，实际上指的就是机翼和周围空气形成了相对速度，当机翼前行时，上下翼面之间的气流速度差导致上下翼面之间的压力差，这就是所谓的升力。和机身一起保持前行时，机翼可以造成一定的升力，机身不动但机翼像风车叶一样打转，和周围空气形成相对速度，这样也可以形成升力，这样旋转的“机翼”就形成了旋翼，旋翼产生了的升力就是直升机垂直起落的基本原理。 随着微机电系统（MEMS）技术以及微惯导（MIMU）等相关技术的迅猛发展，微型无人飞行器业已成为目前无人机领域的研究热点之一，它在军用和民用领域中均具有
六年级下册信息技术《走近机器人》备课教案
六年级下册信息技术《走近机器人》备 课教案 www.5y kj.co m 第11课走近机器人 教材分析： 本课主要有两大块内容：进一步深入了解和学习机器人的一般硬件特征和软件组成；掌握操作课堂教学机器的一般步骤。学生对机器人的硬件结构已经有了比较多的了解和学习，老师可以适当作一些演示和讲解，同时要引导学生，光有硬件结构的机器人还是不能正常工作的，还需要有机器人能读懂的程序。展开介绍机器人配套软件的重要性、界面、图标等方面内容，再过渡到课堂教学机器人的一般操作过程和方法，把前面两部分综合起来，完成一个范例程序的下载、调试和运行。 教学目标： .知识目标：了解机器人各部分的功能和组成；了解机器人编程的环境和界面。 2.能力目标：学习操作和控制机器人的一般过程。 3.情感目标：培养学生的想像能力和对学习机器人的兴趣。
教学重点： 学习控制机器人的一般过程。 教学难点： 程序的编写、下载、调试和运行。 课前准备： 一段舞蹈或音乐程序（教师演示操作过程）。 教学过程： 一、机器人的组成 机器人到底是由哪些部件组成的呢？请同学们先观看一段介绍机器人的录像资料，请留意以下方面的内容：机器人的大脑、机器人的手脚、机器人的眼睛、机器人的耳朵等。 通常一套完整的机器人设备，至少包含以下几个部件：.微型计算机——机器人的大脑。 机器人的大脑就是电脑，一般都是由较复杂的芯片和电路组装而成的。 2.传感器——机器人的感觉器官。 传感器是一种与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉对应，能代替人定量测出感知对象的信息量，并能把被测的信息量转换成电脑能识别、判断电信号的装置。常用的有红外传感器、光敏传感器、热敏传感器、声音识别等传感器。 3.执行器——机器人的四肢和嘴。 执行器一般由电机和机械装置构成。用来完成指定的动
机器人控制的基本方法
机器人控制的基本方法 机器人的控制方法，根据控制量、控制算法的不同分为多种类型。下面分别针对不同的类型，介绍常用的机器人控制方法。 一、根据控制量分类 按照控制量所处空间的不同，机器人控制可以分为关节空间的控制和笛卡尔空间的控制。对于串联式多关节机器人，关节空间的控制是针对机器人各个关节的变量进行的控制，笛卡尔空间控制是针对机器人末端的变量进行的控制。按照控制量的不同，机器人控制可以分为：位置控制、速度控制、加速度控制、力控制、力位混合控制等。这些控制可以是关节空间的控制，也可以是末端笛卡尔空间的控制。 位置控制的目标是使被控机器人的关节或末端达到期望的位置。下面以关节空间位置控制为例，说明机器人的位置控制。如图1-1所示，关节位置给定值与当前值比较得到的误差作为位置控制器的输入量，经过位置控制器的运算后，其输出作为关节速度控制的给定值。关节位置控制器常采用PID算法，也可以采用模糊控制算法。 图1-1 关节位置控制示意图 在图1-1中，去掉位置外环，即为机器人的关节速度控制框图。通常，在目标跟踪任务中，采用机器人的速度控制。此外，对于机器人末端笛卡尔空间的位置、速度控制，其基本原理与关节空间的位置和速度控制类似。 图1-2 加速度控制示意图 图1-2所示为分解加速度运动控制示意图。首先，计算出末端工具的控制加速度。然后，根据末端的位置，速度和加速度期望值，以及当前的末端位置、关节位置与速度，分解出各关节相应的加速度，再利用动力学方程计算出控制力矩。
分解加速度控制，需要针对各个关节进行力矩控制。 图1-3 关节力/力矩控制示意图 图1-3为关节的力/力矩控制框图。由于关节力/力矩不易直接测量，而关节电机的电流又能够较好的反映关节电机的力矩，所以常采用关节电机的电流表示当前关节力/力矩的测量值。力控制器根据力/力矩的期望值与测量值之间的偏差，控制关节电机，使之表现出期望的力/力矩特性。 图1-4 力位混合控制框图 图1-4所示为一种力位混合控制的框图，它由位置控制和力控制两部分组成。位置控制为PI控制，给定为机器人末端的笛卡尔空间位置，末端的笛卡尔空间位置反馈由关节空间的位置经过运动学计算得到。图中，T为机器人的运动学模型，J为机器人的雅克比矩阵。末端位置的给定值与当前值之差，利用雅克比矩阵的逆矩阵转换为关节空间的位置增量，再经过PI运算后，作为关节位置增量的一部分。力控制同样为PI控制，给定为机器人末端的笛卡尔空间力/力矩，反馈由力/力矩传感器测量获得。末端力/力矩的给定值与当前值之差，利用雅克比矩阵的转置矩阵转换为关节空间的力/力矩。关节空间的力/力矩经过PI运算后，作为关节位置增量的另一部分。位置控制部分和力控制部分的输出，相加后作为机器人关节的位置增量期望值。机器人利用增量控制，对其各个关节的位置进行控制。图1-5所示的力位混合控制，只是力位混合控制中的一种简单方案，是 R-C（Raibert-Craig）力位混合控制的简化形式，在实际应用中应针对具体环境进行一些必要的修正。 二、根据控制算法分类 按照控制算法的不同，机器人的控制方法可以分为PID控制、变结构控制、