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多旋翼植保无人机转场装置设计文献综述

1.无人机的发展历史以及现状分析

我们看着各种无人机如雨后春笋般出现，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，我们对各种无人机的研究都十分重视，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落。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多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多性能相比，但飞机对跑道的冲击、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无人机对坚固、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离起落能力的像鸟儿一样能够腾飞的飞机。[1]当人们跳出模仿鸟儿拍翅飞行的思维怪圈之后，以贝努利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无人机的重要原理。所谓机翼前行实际上指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，旋转的机翼就形成了旋翼，旋翼产生的升力就是直升机垂直起落的基本原理。[2]

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，微型无人机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非常广泛的应用前景，比如航拍、监控、运输等。但由于微型无人机飞行过程中，不仅受到多种物理因素的影响（重力、陀螺效应、空气动力和旋翼惯量距等），还很容易受到气流等外部环境因素的干扰，因此，对飞行器进行稳定的控制也是一个相当有难度的挑战。

多旋翼飞行器中最具代表性的就是四旋翼飞行器，对四旋翼的研究意义任重而道远。四旋翼飞行器作为一种特殊结构的无人机飞行器，近年来受到了各国科研人员的热情关注，四旋翼飞行器是一个可以实现坚直起降（VTOL）和悬停等动作的多旋翼飞行器，是一种高度耦合、多变量、非线性、欠驱动（under-actuated system）（严格的说有四个输入量，6个自由度）系统。作为微型飞行器自主飞行的基础姿态控制，它的控制结果对微型飞行器飞行特性的影响非常重要。[3]且四个旋翼的机构都相同，四个电机以对称的形式安装在飞行器的支架端，支架中间的空间用于安放飞行控制系统的电路板和电源。

典型的直升机一般配备有一个主转子和一个尾桨，他们通过控制舵机来精确改变螺旋桨的桨距角，从而起到控制直升机的姿态和位置的作用，然而四旋翼飞行器与此不同，它是通过调节四个电机转速来改变对应的旋翼转速，实现调整升力的变化，从而起到控制飞行器的姿态和位置作用。[4]由于四旋翼飞行器是通过改变旋翼转速来实现升力变化，这样会导致其动力相对不稳定，所以在控制方面需要一种能够用于长期保持稳定的控制算法。[5]从结构上说，四旋翼飞行器就是一种六自由度的垂直升降机，因而非常适合在静态和准静态条件下平稳飞行。

2.多旋翼农用植保无人机概述