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1.1 课题的目的和意义
四轴飞行器具备直升机的垂直升降的飞行能力，而且其机械结构设计的难度一定程度上要低于直升机。大多数四轴飞行器的动力部分是典型的机电一体化设备，即无刷电机与无刷电调。多轴飞行器最重要的平衡控制系统是由多种传感器共同组成。设计过程对飞行器自身的重心、对称性、机械性能以及电机性能要求较低，其难度由硬件设备转向软件设计，这正是多旋翼飞行器的优势所在，且相较于固定翼飞行器，四轴飞行器也具有运动灵活，垂直起降，易文护等优点。
小型无人机以四轴飞行器为代表它的体积小在执行任务时具有很强的防侦察能力，因此具备很好的军事能力，在士兵的操控下，微小型无人机能在战场上进行近距离，小范围，复杂地形的敌情侦查，且操作和实施较为方便。除侦察任务外还能够做外通信工具，目标指示，甚至进行攻击任务。美国国防高级研究计划局以将小型无人机装备到美军为目标进行了一系列小型无人机的研制计划，而且他已经成为美军武器装备微型化、信息化的一部分。
在应用方面，四轴飞行器可以在大多数复杂、危险的环境下完成特定飞行任务，也可以运用与是监控交通，环境，测绘，救灾等。小型无人机装载摄像设备，可以深入危险地区或危险环境进行勘探和侦察，如辐射区，军事区等。中型可作为运输货物材料等的载具，如今各大公司争相使用的无人机送货便是基于这种无人机。
在桥梁建设、现代化工、电力传输、核能发电等领域经常会遇到一些特殊的安全巡检问题。由于工作环境，地理环境等的危险性，使得人巡检时可能会有各种危险的情况发生，例如日本辅导核电站事件后，人进入核设施内部测量要冒着巨大的辐射危险，有可能因此失去生命，使用地面机器人进入又可能会遇到各种不方便通过的障碍，这两种方法劳动强度大，危险性极高，效率低，而使用小型四轴飞行器携带摄像头，辐射检测设备等进入检测则能同时避免这些问题且效率高。
1.2 国内外研究现状与水平
21世纪以来，微电子机械系统（MEMS）发展迅速，拥有了告诉且低功耗的处理器和微控制器，这使得四轴的开发研制工作有了重要的突破，而且由于其应用前景和使用价值，使得以四轴为代表的多旋翼飞行器在较短时间内便引来了许多学者和公司的注意，涌现出一批优秀的论文和项目研究。以下介绍近年来最具代表性的多旋翼飞行器研究和商用机型。
1.2.1 DraganFlyer四轴飞行器
DraganFlyer是RC公司开发的一款商业玩具产品，它的运动控制是由无线遥控器和控制处理器共同实现的。其控制系统包括：一个无线接收装置，接收遥控器发出的姿态控制命令，分别测量三个方向的角加速度的三轴陀螺仪，以及一个微控制器用于处理这些数据并控制电机。目前最新的DraganFlyer X4 四轴飞行器拥有更新的微控制器，除三轴陀螺仪以外更配备了三轴加速度计和三轴磁力计使得其飞行姿态更加精确平稳。还有用于航拍的专业摄像机，是一款定位业余航拍的飞行器设备。
1.2.2 斯坦福大学（StanFord）研制的四轴飞行器
StanFord对DraganFlyer四轴飞行器进行改进设计了用于四轴飞行器自主飞行控制研究（STARMAC）的测试平台。DraganFlyer的四轴飞行器被SranFord改进设计了新的飞行控制系统，新的飞行控制系统包含如下这些部分：惯性测量单元（IMU），测距用的超声波传感器，以及内在室外顶外使用的GPS导航单元和用于无线通讯的蓝牙模块，他实现了主要的姿态估计和数据通讯，并且设计了PC端和遥控器端两个控制端。
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