1、數控技術分析思考題把數控技術原理與某種機電產品或裝置相結合，提出一種新的產品或裝置的設計開發方案。引文據路透社的統計數據顯示，中國無人機制造公司大疆創新的產品在美國商用無人機市場占據領先地位，市場份額達47%，遙遙領先于排名第二的競爭對手。而在全球商用無人機市場中，大疆更是獨領風騷，一舉奪得近70%的市場份額，無疑大疆已成為無人機里的領軍人物。下面我將以民用領域行業應用無人機為例，與數控技術原理相結合，提出設計方案一、無人機介紹無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。從技術角度定義可以分為：無人直升機、 無人固定翼機、無人多旋

2、翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機等。  無人機按應用領域，可分為軍用與民用。軍用方面，無人機分為偵察機和靶機。無人機+行業應用，是無人機真正的剛需。目前在航拍、農業植保、測繪等領域的應用，大大的拓展了無人機本身的用途。二、無人機應用前景從小型無人機的應用領域上來看，已經由原來的以發燒友和愛好者為主的娛樂功能向航拍、搜救甚至物流等領域發展，市場空間大大拓展。 娛樂功能主要看重無人機的飛行穩定性，技術上難度不大。盡管目前市場規模還不大，但卻是無人機應用的“前頭兵”，對于整個行業的初期發展功不可沒。 航拍功能要求無人機的穩定性、續航能力和裝載能力，目前已經得到廣泛重視。例如，節目爸爸去哪兒中

3、的俯拍大都是由大疆的Phantom無人機完成，這款無人機只需要1萬元；好萊塢原來使用直升機拍攝電影，租金高達每小時2萬美金，而使用大疆的無人機以后，成本大大降低，甚至由此產生了專門的航拍產業。 搜尋功能要求無人機能夠識別目標并發回反饋，災難預防則要求能夠無人機處理地面數據，在技術上的要求比較高，但是市場潛力也不小，例如，山西省已經利用無人機建立了災難預警系統。 物流功能要求無人機能安全穩定地飛行、準確識別目標，并能應對途中各種突發情況，技術要求最高，目前仍有很大難度。但一旦實現，物流效率會得到極大提升，如亞馬遜PrimeAir服務利用小型無人飛行器drones，送貨速度可以達到50英里/小時。

4、這一部分市場空間很大，但是受制于安全以及成本因素，目前應用還很少。 三、已有產品分析以大疆的其中最低頂尖的一款產品Inspire1為例，分析其中的優缺點及可改進之處：基本性能型號Inspire 1 產品類型無人機 無人機類型專業級無人機 軸距559-581mm 飛行時間18分鐘 像素1240萬 鏡頭f/2.8(20mm等效焦距),9組9片(含一片非球面透鏡),藍玻璃濾光片,UV濾鏡 視頻最大分辨率4096×2160 支持存儲卡類型SD/SDHC/SDXC Micro SD卡;最大支持64GB容量,傳輸速度Class 10及以上 增穩云臺是 主要參數相機名稱:X3型號:FC350錄影F

5、OV:94°傳感器:SONY EXMOR 1/2.3"拍攝模式:單張拍攝,多張連拍(BURST:3/5/7張,AEB:3/5張 0.7EV步長),定時拍攝（1）其它性能其它性能懸停精度(可安全飛行狀態):垂直0.5米,水平:2.5米最大旋轉角速度:俯仰軸300°/秒,航向軸:150°/秒最大俯仰角度:35° 最大上升速度:5米/秒 最大下降速度:4米/秒最大水平飛行速度:22米/秒(ATTI模式下,海平面附近無風環境)最大飛行海拔高度:4500米 最大可承受風速:10米/秒室內定位懸停:標配 云臺安裝方式:可拆式工作環境溫度:-10至40 角度

6、抖動量:±0.03°可控轉動范圍:俯仰-90°至+30°,水平±320°結構設計范圍:俯仰-125°至+45°,水平±330°最大控制轉速:俯仰120°/秒,水平180°/s 尺寸最大外形尺寸:438×451×301mm 重量2935g(含電池) 由以上性能參數及其他測評結果來看：優點：1、配備高強度碳纖機臂，可以帶動四個螺旋槳在空中升起，變形收起的起落架讓相機360度無遮擋。支持兩個遙控器協同工作，并支持兩個移動設備實時顯示，飛行和相機的操控相互獨立2、

7、單目懸停助手，即使是在室內無GPS信號的情況下也能實現精準定高定位懸停。內置傳感器可以精準判斷飛機的位置和高度，在降落時系統會自動觸發腳架下落。標配大容量智能電池，內置智能電池管理系統。3、在飛行過程中，App上會實時顯示剩余的電池電量，系統會自動分析并計算返航和降落所需的電量和時間，免除時刻擔憂電量不足的困擾。缺點：（以數控技術原理為原則）1、只能人工手動操作，實際拍攝效果難以保持穩定，需反復多次進行拍攝。2、雖然安裝有GPS，但仍有飛行迷失情況發生，即無人機超出遙控控制范圍消失不見。3、無自動控制功能，無法進行預定軌跡的運動。四、新產品設計目標及要求把數控技術原理與上文中已有無人機Insp

8、ire1相結合，針對原產品已有優缺點的分析，現將其他基本參數與原產品基本保持不變，新目標及新要求為：1、 能預設飛行軌跡，使無人機按照預定軌跡運動，即無人機的預定軌跡巡航。2、 具有直線、圓弧、翻轉、俯仰等多種飛行狀態，并能實現多種飛行狀態的排列組合，以簡便人工操作3、 自動返航功能，在無人機移動至遙控操作范圍時，根據分析并計算返航和降落所需的電量和時間的結果，自動判斷是否自動返航。4、 自動操作功能可以隨時被人工操作中止，并對已設軌跡或功能隨時修改。五、新產品功能實現已有操作模式：人工操作已有基本功能：1、原無人機已有上升、下降、旋轉、俯仰、水平飛行等六個飛行狀態。2、內置傳感器可以精準判斷

9、飛機的位置和高度，在降落時系統會自動觸發腳架下落，能實現精準定高定位懸停。3、內置智能電池管理系統,在飛行過程中，App上會實時顯示剩余的電池電量，系統會自動分析并計算返航和降落所需的電量和時間。4、內有基于GPS定位的室外導航系統。為實現新功能新要求，針對原無人機的工作方式，現加入測量反饋裝置，形成閉環控制系統：1、 為能實現預設飛行軌跡，使無人機按照預定軌跡運動，即無人機的預定軌跡巡航的功能，應在控制介質（遙控器）中加入編程功能，并在無人機飛行時，將連續的飛行軌跡，自動分為若干個均勻的預定點。飛行過程中，測量反饋裝置（GPS）對實際位置進行測量并將結果傳輸到數控裝置，數控裝置不斷分析判斷并

10、對實際飛行軌跡進行調整，以達到預定軌跡要求。2、 為實現能實現多種飛行狀態的排列組合，以簡便人工操作的要求，具體思路與1中預設飛行軌跡類似。3、 實現自動返航功能，根據測量反饋系統（GPS）所測遙控器與無人機的實際位置，在無人機移動至遙控操作范圍時，再根據分析并計算返航和降落所需的電量和時間的結果，自動判斷是否自動返航，返航過程也可視為1中預定軌跡的直線飛行軌跡。4、 自動操作功能可以隨時被人工操作中止，并對已設軌跡或功能隨時修改，也就是控制介質隨時中斷GPS反饋的結果，變為現在原有基礎操作模式。其中仍有部分問題未解決：1、高大建筑物及樹木遮擋無人機的飛行，2、較為復雜的情況仍只能采用人工操作

11、。為解決這兩個問題，必須實現自主飛行（解釋如下）。附：自主飛行（更高級的數控技術目標）感知-控制技術是機器人自主能力的基礎。根據國際標準化組織的定義，機器人的自主能力是指機器在無人干預下，可以根據當前的狀態和感知信息執行任務的能力。很多情況下，根據機器人的類型和要其預期的用途，對機器人自主性的要求也不盡相同。例如，雖然地面上那些連著插座固定式的機器人不必關心能量管理問題，但對于長距離工作的移動式機器人尤其是無人機而言，知道何時要停下當前任務去給自己充點電的能力就很重要了。其中利用的技術較為復雜，基于仿生學的視覺技術，如復眼定焦，利用低分辨率但較多的攝像機，在民用無人機領域難以實現。六、總結科技的發展日新月異，我們身邊的機電產品越來越自動化，智能化，無人機的發展也是如此，在分析無人機的過程中實際上也參考了部分無人駕駛汽車的原理，這二者殊途同歸。未來的無人機也會跟無人駕駛汽車一樣，通過車（