多旋翼无人机教案

1、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0一七春季生课 题第章无人飞行器概述教学目标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教学重点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课程名称：多旋翼无人机操作基础授课教师：张海东6 / 58教材分析无人机的概述重要性，帮助学员更好的了解无人机。教学方法讲授法授课类型新课课 时二课时课程内容一、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

2、，使具在预定地点抛掉机翼弁象炸弹一样落向敌 人。在美国陆军的支持和资助下，他制成弁试验了几 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 了突出贡献，弁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

3、 人直升机。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中搭乘飞行员的机型。 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H行

4、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单。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。课 题无人飞行器应用领域及分类教学目标1、无人飞行器的应用理解2、无人飞行器的分类识别教学重点多旋翼概述及分类教材分析无人机的种类划分教学方法讲授法授

5、课类型新课课 时二课时课程内容一、组织教学二、复习前一节课的内容三、导入新课四、教学内容：程名称：多旋翼无人机操作基础授课教师：张海东1、无人飞行器的种类繁多，主要包括飞艇、固 定翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机、变翼无人机、 旋翼式无人机等。2、多旋翼飞行器也称为多轴飞行器，是直升机 的一种，它通常有3个以上的旋翼。飞行器的机动性 通过改变不同旋翼的扭力和转速来实现。相比传统的 单水平旋翼直升机，它构造精简，易于维护，操作简 便，稳定性高且携带方便。常见的多旋翼飞行器。3、四旋翼，六旋翼和八旋翼，被广泛用于影视 航拍、安全监控、农业植保、电力巡线等领域（多旋翼无人机）（航拍无人机）10 /

6、58（固定翼无人机）课程后记学员对无人机的用途很有兴趣课 题多旋翼飞行器的构造教学目标1、多旋翼飞行器的原件构造和组成。程名称：多旋翼无人机操作基础授课教师：张海东2、多旋翼飞行器各个配件的应用。教学重点多旋翼飞行器组成构造及应用教材分析多旋翼飞行器重要组成构件的理解教学方法讲授法授课类型新课课 时四课时课程内容一、组织教学二、复习前一节课的内容三、导入新课四、教学内容：1、多旋翼飞行器主要由机架、电机、电调和桨 叶组成，为了满足实际飞行需要，一般还需要配备电 池、遥控器及飞行辅助控制系统。（无人机的组成及构造）2、机架：机架是指多旋翼飞行器的机身架，是 整个飞行系统的飞行载体。一般使用高强度

7、重量轻的 材料，例如碳纤维、PA66+30G律材料。3、电机是由电动机主体和驱动器组成，是一种 典型的机电一体化产品。在整个飞行系统中，起到提 供动力的作用。4、电调全称电子调速器，英文 electronic speed controller,简称ESC在整个飞行系统中，电调主要提 供驱动电机的指令，来控制电机，完成规定的速度和 动作等。5、电池是将化学能转化成电能的装置。在整个 飞行系统中，电池作为能源储备，为整个动力系统和 其他电子设备提供电力来源。目前在多旋翼飞行器 上，一般采用普通锂电池或者智能锂电池等。6、遥控系统由遥控器和接收机组成，是整个飞 行系统的无线控制终端。7、飞行控制系统

8、集成了高精度的感应器元件， 主要由陀螺仪（飞行姿态感知），加速计，角速度计， 气压计，GPS及指南针模块（可选配），以及控制电 路等部件组成。通过高效的控制算法内核，能够精准 地感应弁计算出飞行器的飞行姿态等数据，再通过主 控制单元实现精准定位悬停和自主平稳飞行。根据机 型的不一样，可以有不同类型的飞行辅助控制系统， 有支持固定翼、多旋翼及直升机的飞行控制系统。课程后记11/58课 题多旋翼飞行原理教学目标1、多旋翼飞行器的飞行原理详解。2、飞行动作的垂直运动，即升降控制了解。3、飞行动作的俯仰运动，即前后控制了解。教学重点多旋翼飞行器的各种飞行动作的原理课程名称：多旋翼无人机操作基础授课教师

9、：张海东教材分析从实际飞行动作来了解无人机的飞行姿态教学方法讲授法授课类型新课课 时四课时课程内容一、组织教学二、课前提问三、导入新课四、教学内容：1、多旋翼飞行器是通过调节多个电机转速来改 变螺旋桨转速，实现升力的变化，进而达到飞行姿态 控制的目的。2、以四旋翼飞行器为例，飞行原理如下图所75, 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，因此飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空 气动力扭矩效应全被抵消。与传统的直升机相比，四 旋翼飞行器的优势：各个旋翼对机身所产生的反扭矩 与旋翼的旋转方向相反，因此当电机 1和电机3逆时 针旋转时，电机2和电机4顺时针旋转，可以平衡旋17 /

10、58翼对机身的反扭矩。3、垂直运动，即升降控制，在图（a）中，两对 电机转向相反，可以平衡其对机身的反扭矩，当同时 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。保证四个旋翼转速同步增加或减小是垂直 运动的关键。4、俯仰运动，即前后控制，在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降，电机2、电机4 的转速保持不变。为了不因为旋翼转速的改变引起

11、四旋翼飞行器整体扭矩及总拉力改变，旋翼1与旋翼3转速该变量的大小应相等。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（方向如图所示），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。5、横滚运动，即左右控制，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，便可以使机身绕 x轴 方向旋转，从而实现飞行器横滚运动。6、偏航运动，即旋转控制，四旋翼飞行器偏航运动可以借助旋翼产生的反扭矩来实现。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

12、矩影响，可使四个旋翼中的两个课程后记正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相 同。18 / 58课 题第二章多旋翼飞行控制系统概述教学目标1、了解飞行控制系统存在的意义2、掌握飞行控制系统主要部件教学重点无人机飞行控制系统主要功能的学习教材分析主要讲述无人机的控制系统教学方法讲授法授课类型新课课 时四课时课程内容一、组织教学二、课前提问三、导入新课四、教学内容：1、飞行控制系统通过高效的控制算法内核，能课程名称：多旋翼无人机操作基础授课教师：张海东27 / 58够精准地感应弁计算出飞行器的飞行姿态等数据，再 通过主控制单元实现精准定位悬停和自主平稳飞行。2、飞行控制系统是目前实现简单操控

13、和精准飞 行的必备武器。3、飞行控制系统一般主要由主控单元、IMU (惯 性测量单元)、GPS指南针模块、LED指示灯模块等 部件组成。(1)主控单元是飞行控制系统的核心，通过 它将IMU、GPS指南针、舵机和遥控接收机等设备接 入飞行控制系统从而实现飞行器自主飞行功能。(2) MU (惯性测量单元)，包含 3轴加速度 计、3轴角速度计和气压高度计，是高精度感应飞行 器姿态、角度、速度和高度的元器件集合体，在飞行 辅助功能中充当极其重要的角色。(3) GPS指南针模块，包含 GPS模块和指南 针模块，用于精确确定飞行器的方向及经纬度。(4) LED指示灯模块，用于实时显示飞行状态， 是飞行过程

14、中必不可少的，它能帮助飞手实时了解飞 行状态。4、飞行控制系统主要功能包括：(1)实现精准定位悬停飞行控制系统，由于 配置有GPS指南针模块，可以实现锁定经纬度和高度 的精准定位。(2)智能失控保护/自动返航降落，飞行控制 系统能自动记录返航点，当飞行过程中，出现控制信 号丢失，即无线遥控控制链路中断的情况，飞行控制 系统能自动计划返航路线，实现自动返航和降落，使 飞行或航拍更加安全可靠。(3)低电压报警或自动返航降落(4)内置(两轴)云台增稳功能(5)可扩展地面站功能，飞行控制系统还可 扩展成更加强大的地面站功能，从而实现超视距全自 主飞行。(6)智能方向控 制，智能方向控 制(IOC, I

15、ntelligent Orientation Control ),分为航向锁定和返航 点锁定，是一种为多旋翼飞行器量身定制的辅助方向 控制功能。(7)航向锁定，在使用航向锁定时，飞行前向和主控记录的某 时刻的机头朝向TL(8)返航点锁定，在使用返航点锁定时，飞 行前向为返航点到飞行器的方向。(9)热点环绕(POI),热点环绕(POI, Point of Interest)功能，在GPS言号良好的情况下，可以通 过拨动遥控器上预先设置好的开关，将飞行器当前所 在的坐标点记录为热点。(10)断桨保护功能(六轴及以上的机型)， 断桨保护功能是指在姿态或 GP峻态模式下，飞机意 外缺失某一螺旋桨动力输

16、出时，飞机可以采用牺牲航 向轴控制的办法，继续保持飞行水平姿态。课程后记课上最后10分钟给学员演示功能的应用，取得 很好的教学效果。课程名称：多旋翼无人机操作基础课 题飞行控制系统控制模式教学目标1、GPS姿态模式的操作飞行2、姿态模式的操作飞行3、手动模式的操作飞行教学重点二种飞行的操作方式的运用授课教师：张海东教材分析飞行模式下的正确认识和了解为本课重点教学方法讲授法授课类型新课课 时四课时课程内容一、组织教学二、课前提问三、导入新课四、教学内容：1、GPS姿态模式，必须要有选配 GPS模块，除 了能自动保持飞行器姿态平稳外，还能具备精准定位 的功能，在该种模式下，飞行器能实现定位悬停，自

17、 动返航降落等功能。2、姿态模式，适合于没有 GPS信号或GPS信 号不佳的飞行环境，能实现自动保持飞行器姿态和高 度，但是，不能实现自主定位悬停。3、手动模式，只能由比较有经验的飞手来控 制，在该模式下，飞行控制系统不会自动保持飞行姿态和高度的稳定，完全由飞手手动控制，非受过专业 飞行训练的飞手，请勿尝试。4、在以上二种模式下，进行基础飞行演示。5、在H行中讲解之前学习的理论内容。课程后记在飞行中，复习之前的内容，可以巩固所学习知 识，让学生更好、更多的去了解所学的内容。课 题飞行控制系统地面站功能教学目标教学重点教材分析教学方法讲授法授课类型新课课 时四课时课程内容课程名称：多旋翼无人机操

18、作基础授课教师：张海东一、组织教学二、课前提问三、导入新课四、教学内容：1、地面站系统专为高端的商用及工业用无人机 进行超视距(BVR泾自动飞行作业而设计，配备了可靠 的远程无线通讯设备(Data Link)和人性化设计的地面 站控制软件(GCS)2、使用者可以在地面站控制软件中预先规划整 个飞行航线，以及预设拍照、空投等作业动作。通过 软件的航线自检功能和 3D化的地理信息显示，对飞 行任务的合理性和准确性一目了然。3、整套系统不仅能确保飞行器稳定的飞行状态 和安全性，精确地航线飞行、再辅以全自动起飞/降落, 自适应转弯调整，遇险自动返航等高级功能，实现整 个飞行任务在无人干预的情况下全自动

19、执行，大大降 低了无人机专业应用的复杂程度，可广泛应用于专业 航拍(AP)、遥感测绘、航空探矿、灾情监视、交通巡 逻、治安监控、森林防火、电力巡线等领域。4、地面站类型及硬件需求：(1) PC地面站(以WKM为例)(2) 2、iPad地面站(以 Phantom 2 为例)(3)智能手机地面站(以 Phantom 2 Vision + 为例)(4)地面站特点：人性化界面设计、谷歌 3D 地图视角、工业级飞行控制算法、实时飞行仪表盘、 遇险自动返航/一键返航、键盘/自定义摇杆飞行控制 随点随行功能、全自主起飞/降落、自定义航点、种预 设航线模板、3种航点转弯模式可选、自定义舵机通 道控制、批量航线

20、动作任务设置、实时飞行航线编辑F通道控制器、相对坐标编辑器、摄影测量工具包、 仿真飞行模拟、飞行任务导入/导出。课程后记课 题第三章模拟训练课程名称：多旋翼无人机操作基础授课教师：张海东教学目标1、常用模拟器的使用2、凤凰PHOENIX的正确使用教学重点模拟器的实际操作教材分析教材针对模拟器的使用和安装做了详细的解读教学方法讲授法授课类型新课课 时四课时课程内容一、组织教学二、课前提问三、导入新课四、教学内容：1、常用模拟器介绍，常用模拟器主要有 RealFlight、Reflex XTR Aerofly、凤凰 Phoenix 等。2、RealFlight是目前普及率最高的一款模拟飞行 软件，

21、它具有拟真度高、功能齐全、画面逼真等优点， 最新版本为 RealFlight Generation7。Run RealFlight0 中 E |- Fl28 / 58一、3、Reflex XTR是老牌的德国模拟软件，适合直机 的模拟练习，附带精选的 26个飞行场景，一百多架 各个厂家的直升机，一百多架各个厂家的固定翼，60部飞行录像。4、AEROFL腥一款德国的模拟软件，象真度较 高，适合中高级训练者使用，但价格昂贵，对电脑硬 件要求较高。5、凤凰模拟器是一款受欢迎的国产模拟器软 件，效果逼真，场景迷人。6、模拟器软件安装，以 RealFlight7.0为例，模拟器软件的安装方法如下：(1)打

22、开光盘根目录下setup.exe文件(有些情况光盘会自动运行)。(2)点击 Run setup.exe按钮，出现；点击 Advanced按钮之后会出现下拉窗口，开始安装。(3)接卜来运行桌面上的 RealFlight控制台,输 入序列号，在光盘包装上。(4)输入序列号后，点击OK键，这时出现注册 成功，接下来会出现有新版本是否下载更新，请选择 online update。之后会出现下图，点运行 RealFlight。课程后记课程名称：多旋翼无人机操作基础授课教师：张海东课 题模拟器软件使用教学目标1、掌握模拟器的调试和设置2、模拟器练习的基本操作教学重点模拟器的基本操作基础教材分析教材针对模拟

23、器的飞行操作做了详细的解读教学方法讲授法、模拟演练法授课类型新课课 时四课时课程内容一、组织教学二、课前提问三、导入新课四、教学内容：1、模拟器的调试和设置要根据通道来设定，一 定要在遥控器设置的选项里设置好摇杆的位置，校准中立点，通道的正反向，这样才能头现对飞机的精准操控。2、接卜来运行桌面上的控制台，运行 RealFlight G7.0,出现卜面的软件界面选择 FLY按钮。3、现在设置遥控器，选择 Simulation菜单里的Select Controller。4、接卜来弹出菜单选择InterLink Eliteo5、再选择弹出对话框里的通道校准Calibrateo会出现下图，这时摇杆最大

24、范围来回打方框几次。最后都放在中位。让最上面的 4个通道都在中间。6、模拟器练习手法，遥控手法的选择：分为美 国手、日本手和其他手法，前两者为主流对象！7、美国手：美国手的油门和方向在左边，副翼 和升降在右边；8、日本手：日本手的油门和副翼在右边，方向 和升降在右边；9、模拟器练习标准；10、模拟器练习技术标准：关数技术标准第1关对尾悬停第2关对尾悬停第3关对尾悬停第4关对头悬停第5关对头悬停第6关对头对尾交叉悬停第7关对头对尾交叉悬停第8关对侧边悬停第9关对侧边悬停第10关对45度悬停和对头对尾悬停第11关对45度悬停和对头对尾悬停第12关对45度悬停和对头对尾悬停课程后记35 / 58课程

25、名称：多旋翼无人机操作基础授课教师：张海东课 题模拟器练习考核标准教学目标1、模拟器练习考核标准的认知2、模拟器练习考核标准的实际操作教学重点模拟器练习考核实践操作教材分析教材针对模拟器的飞行操作考核标准做了详解。教学方法讲授法、模拟演练法。36 / 58授课类型新课课 时六课时课程内容一、组织教学二、课前提问三、导入新课四、教学内容：1、模拟器练习考核标准：等级考核标准初1级10分钟过1-4关初2级12分钟过1-6关初3级14分钟过1-8关中1级16分钟过1-10关中2级18分钟过1-12关中3级15分钟过1-12关2、模拟器练习中出现问题的及时应对。3、安全模拟飞行的练习的操作方式。4、安

26、全平稳飞行的模拟器练习操作。课程后记学生对练习有这浓厚的兴趣，可以再实践操作中 练习中把知识点融入到练习操作中。38 / 58课程名称：多旋翼无人机操作基础授课教师：张海东课 题第四章安装调试教学目标1、遥控器使用和调试的掌握2、锂电池和充电器的使用和保养教学重点遥控器的使用教材分析遥控器的使用及保养已经在教材上详细说明，重 要的是要融汇贯通。教学方法讲授法、模拟演练法。授课类型新课课 时六课时课程内容39 / 58一、组织教学二、课前提问三、导入新课四、教学内容：1、遥控器，英文名(Remote Control),意思是无 线电控制，通过它可以对设备、电器等进行远距离控 制。主要分为工业用遥

27、控器和遥控模型用遥控器两大 类。2、常用遥控器品牌主要有 FUTABA JR Spektrum、 Hitec、WFLY3、遥控器参数设置：第1步：在遥控器上选择飞行器类型：假设您现在已经将主控连接至电脑，弁打开调参软件。第2步：为U通道选择一个开关：我们将第7通道和遥控器上的SC三档开关设置为控制模式切换开关(此处为举例，用户可以根据自己的需要设置其他通道为控制模式切换开关）。第3步：设置Fail-Safe：双击 LINK进入 LINKAGE MENU页面。选择进入END POIN侦面的第二 页。此时第 7通道AUX5中左侧 limit point 值为 135%。第4步：设置控制模式：回到

28、LINKAGE MENU勺 END POINT页面的第二页，将第7通道AUX5中左侧limit point值调为80%,使得调参软件中控制模式切换开关的滑块指向M。4、锂电池和充电器介绍，锂聚合物电池 （Li-polymer,又称高分子锂电池）是一种化学性质的 电池，相对普通电池来说，能量高、小型化、轻量化、 放电电流大、单片电池电压大。5、多旋翼飞行器常用锂电池介绍。6、6s 10000mah 电池，多用于 S1000> S800 EVO43 / 58等6轴及以上大型多旋翼飞行器。7、3s 5000mah电池，多用于风火轮 F550等4轴 中小型多旋翼飞行器。8、3S 2200mah电

29、池，多用于Phantoml、风火轮 F450等4轴小型多旋翼飞行器。9、3S 5200mah 电池，用于 Phantom2、Vision、 Vision+等四轴小型多旋翼飞行器。10、锂聚合物电池的参数说明，电池主要参数有C数、P数、S数等11、电池充电器用于为无人飞行器的动力电池 充电。目前市场上比较常用的充电器有Cellpro PowerLab 8 v2、Hyperion EOS0720i-SDUO3等。12、充电器的特性13、电池充电器主要有以下特性：(1)平衡电压测量分辨率，可以充分保护电池。(2)节能环保的再生放电功能，当使用汽车电 瓶供电时，放电电流可反向给汽车电瓶充电。(3)超快

30、平衡能力，平衡电流高达1000mAo课程名称：多旋翼无人机操作基础授课教师：张海东课 题多旋翼无人飞行器常见机型介绍教学目标1、多旋翼无人飞行器常见机型介绍概述了解2、大众用户级多旋翼飞行i得一 Phantom 2 Vision 了解3、多旋翼无人飞行器常见机型特性掌握教学重点多旋翼无人飞行器常用认知教材分析多旋翼无人飞行器的运用及详细介绍44 / 58教学方法讲授法、模拟演练法。授课类型新课课 时四课时课程内容一、组织教学二、课前提问三、导入新课四、教学内容：1、多旋翼无人飞行器概述，多旋翼飞行器在整 个飞行系统中作为飞行的载体，根据飞行的实际需要（比如：载重）不 样，需要选择不 样的飞行器

31、作 为合适的载体。2、Phantom 2 Vision+ 的介绍：秉承 Phantom系列的简单易用，Phantom 2Vision+是真正意义上第一款到手即飞的航拍飞行器，不需要任何形式的 DIY。3、雷达锁定&自动返航：雷达锁定：手机上实时显示飞机的方位朝向47 / 58和飞行参数等。自动返航：飞行器在超出遥控距离后也能自 动返回起飞点弁自动降落，免去后顾之忧。4、飞行参数实时显示在手机屏幕上，随时掌控 飞行状态。5、三轴陀螺稳定云台，高精度的三轴陀螺稳定 云台，可以主动抵消相机的抖动，让 Phantom 2 Vision+如同纹丝不动的空中三角架，拍出令人惊叹 的航拍画面。6、相册同步：可以通过Wi-Fi将储存在相机 SD 卡内的照片与视频同步到手机相册，免去上传至电脑 的麻烦。7、安全飞行特性：因安全和责任的考虑， Phantom 2系列增加飞行区域限制功能。飞行器在靠 近全球主要机场时，在机场中心一定区域范围内，飞 行器的飞行将会受到限制。8、Phantom 2 Vision+ 与其它 Phantom 飞行器的 区别：Phantom 三 c IPHaMTOMJ jN*thJktfTOMiPWOMl花薪二司相丽二一无锁部的L* JS工林耍彳g歌K期.APP口帆无邙确仪亭：讷1初骷派和KRHfil叫值，叶瞳百加tgaBX我我亡”如Z3WMJ 但如舞|K与时域l -