资源简介

(共33张PPT)
第15课
无人机飞行
（浙教版）九年级
全
01
教学目标
02
新知导入
03
无人机飞行原理
04
无人机飞行实践
05
随堂练习
06
扩展延伸
08
板书设计
07
课堂小结
01
教学目标
1、信息意识：能够认识到无人机飞行中信息的重要性，主动了解无人机相关的技术信息、法律法规信息等。
2、计算思维：能够对无人机飞行中出现的问题进行分析和抽象，找出问题的本质，并提出有效的解决方案。
3、数字化学习与创新：掌握使用数字化工具学习无人机知识和技能的方法。
4、信息社会责任：了解无人机飞行的法律法规和道德规范，自觉遵守相关规定，不进行非法飞行和侵犯他人隐私的行为。
02
新知导入
通过学习了解无人机飞行的原理，能用编程解决无人机飞行问题;通过无人机飞机的操作实践，能了解无人机飞行安全的重要性。
探究：
1、无人机的工作原理是什么
2、无人机是如何保证安全飞行的
02
新知导入
无人机飞行，首先由地面飞行控制系统发送飞行信息和指令，其次由无人机上配置的控制器接收地面飞控系统的信息和指令，最后由无人机的电机和螺旋桨等部件做出飞行动作，实现平稳飞行。无人机的飞行动作可通过编程进行控制，实现无人机的智能飞行。
03
无人机飞行原理
常见的民用无人机是由电机带动螺旋桨旋转产生升力而飞起来的。根据牛顿第三定律，相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。如四旋翼无人机，当飞机四个螺旋桨的升力之和等于飞机所受总重力时，飞机就可以悬停在空中了。
03
无人机飞行原理
图15-1为四旋翼无人机的示意图，背景中的三角形红头表示飞机的机头朝向，螺旋桨M1、M3的旋转方向为逆时针，螺旋桨M2、M4的旋转方向为顺时针。飞行时，M2、M4所产生的逆时针反作用力和M1、M3产生的顺时针反作用力相抵消，飞机机身就可以保持平稳的姿态飞行。
图15-1 四旋翼无人机示意图
03
无人机飞行原理
尝试用无人机或者在学习平台体验无人机飞行，比如直线前进或倒退飞行、升高或下降飞行、转弯飞行等，感受无人机飞行的简单操作。
亲身体验
03
无人机飞行原理
在虚拟环境中，只要偏转的角度确定，无人机就能按照预设进行飞行。在现实生活中，由于电机生产工艺、电池电量、风等因素，无人机不一定能按照程序完成飞行任务。
温馨提示
03
无人机的飞行原理
新知拓展
无人机的工作原理是什么
无人机工作原理涉及飞行、动力、控制和通信系统。利用空气动力学产生升力，可调整机翼角度或旋翼转速控制姿态。动力有电池和燃油发动机，电池供小型机，燃油供大型机。控制系统包括遥控和自主飞行，遥控由遥控器发指令，自主飞行靠编程和传感器算法。通信系统有数据和图像传输，采用无线电或卫星通信等方式。无人机是复杂系统工程，技术发展拓展其应用领域。
03
无人机的飞行原理
新知拓展
04
无人机飞行实践
无人机飞行实践:无人机以等边三角形的一个顶点为起点，起飞后沿边飞行，最终完成等边三角形飞行图案。飞行路线图如图15-2所示。
04
无人机飞行实践
1.问题分析 由于等边三角形的三个内角均为60°，所以每完成一个边长的飞行后，需要控制无人机顺时针旋转120°后继续飞行100cm，直到完成等边三角形的飞行任务。以顺时针飞行为例设计无人机飞行路线，具体执行过程分析如下:
①无人机起飞;
②前进 100cm;
③右转 120°;
④前进100cm;
⑤右转 120°;
⑥前进 100cm;
降落。
04
无人机飞行实践
2.设计流程图确定好飞行航线后，为了使编写的程序条理更清晰，可将具体执行过程绘制成流程图，如图 15-3所示。
图15-3顺时针飞行等边三角形的流程图
04
无人机飞行实践
新知拓展
无人机是如何保证安全飞行的
一、硬件方面
结构设计：采用坚固材料制作机身，如碳纤维；设计合理外形降低风阻。
传感器配置：安装 GPS 模块定位；配备 IMU 感知姿态和运动状态；有的还装距离传感器避免碰撞。
二、软件方面
飞行控制算法：采用先进算法，如 PID 控制，根据传感器数据调整姿态和速度；具备自动稳定功能。
安全保护机制：设置飞行高度和距离限制，防止失控。
04
无人机飞行实践
新知拓展
04
无人机飞行实践
3.项目实施不同型号的无人机可以选择不同的方式进行程序编写，可选择C、C++Python等编程语言，也可选择图形化编程软件。不论选择何种方式进行程序编写，其思路基本一致，可根据表15-1准备和实施。
实施项目 实施内容 提示
场地搭建 在地面构建一个边长为100cm的等边三角形试飞场 构建等边三角形时，最好能标注出三个顶点和边线
程序设计 程序可以参照设计流程图进行程序编写 设置编程模块参数时要考虑可能产生的误差
调试 采取逐段编程调试的方法进行调试，以提高调试效率 运行程序时要选择空旷的场地，避免碰撞
表15-1 项目实施方案
04
无人机飞行实践
温馨提示
无人机飞行注意事项
(1)禁止无人机在超过限定高度的空域飞行。
(2)禁止无人机在人口或建筑物密集地区飞行。
(3)使用无人机进行拍摄时务必尊重他人的隐私权。
(4)禁止无人机搭载任何违法危险物品飞行。
(5)禁止无人机在机场、政府大楼、交通要道、军事设施等法律规定的禁飞区飞行。
04
无人机飞行实践
温馨提示
(6)确保无人机飞行时不会对载人飞行器造成影响，切勿在载人飞行器附近飞行，必要时立即降落。
(7)确保无人机在操控者的视线范围内飞行，若有必要可安排观察员监控无人机的位置。
(8)无人机飞行前要确保飞行的区城是被法律允许的，依据法律法规，飞行前需要了解禁飞区。禁飞区指某一领地的上空禁止任何未经特别申请许可的飞行器飞入或飞越的空域。
04
无人机飞行实践
亲身体验
设计一张正六边形的路线图，标注出起点和终点，设计其流程图，并用程序控制无人机按路线图完成飞行。
一、正六边形路线图
假设以某一固定点为中心，正六边形的边长为一定长度（比如 10 米）。可以在平面上画出一个正六边形，标记一个角为起点，顺时针或逆时针依次标注各顶点，最后回到起点作为终点。
04
无人机飞行实践
亲身体验
二、流程图
无人机起飞至起点位置并悬停。
沿第一个边的方向飞行特定距离（边长）。
调整方向，准备飞行下一条边。
重复步骤 2 和 3，直到完成六边形的六条边的飞行。
飞回起点位置并悬停，降落。
04
无人机飞行实践
亲身体验
三、程序示例
05
随堂练习
1.通过无人机飞等边三角形和正六边形航线两个实例，探究有关无人机飞正n边形偏转角度的问题。
一、实例分析
等边三角形：内角均为60°，无人机飞完一条边后需偏转120°（180°-60°）。从起点起飞，沿一方向飞完一条边，再偏转120°飞第二条边，重复操作完成第三条边回到起点。
正六边形：内角和为720°，每个内角120°，无人机偏转角度为60°（180°-120°）。从起点起飞，沿特定方向飞完一条边，偏转60°飞第二条边，重复至完成六条边回到起点。
05
随堂练习
二、正边形偏转角度规律
对于n边形，内角和为（n-2）X180°，每个内角为（n-2）X180°/n，无人机偏转角度为180°- （n-2）X180°/n。如正方形偏转90°，正五边形偏转72°。通过实例总结出的规律可为无人机编程和飞行操作提供依据。
05
随堂练习
2.设计一张圆形的路线图，标注出起点和终点，设计其流程图，用程序控制无人机实现飞圆。
一、圆形路线图
确定圆心点，以一定半径画圆，标记圆周上一点为起点和终点。
二、流程图
无人机起飞至起点悬停。
设定圆心坐标、半径和角速度。
调整方向和位置沿圆周飞行。
回到起点后悬停降落。
05
随堂练习
三、程序示例
06
拓展延伸
1、无人机应用农业
06
拓展延伸
2、无人机在物流领域的应用：
快递配送：随着电商的快速发展，物流配送需求不断增加。无人机可以作为一种高效的快递配送工具，特别是在偏远地区或交通不便的区域。无人机能够快速将包裹送达目的地，缩短配送时间，提高物流效率。同时，通过合理规划飞行路线和优化配送流程，可以降低物流成本。
紧急救援物资运输：在自然灾害或紧急情况下，道路可能被破坏，传统的物流运输方式受到限制。无人机可以迅速将紧急救援物资运送到受灾地区，为救援工作提供及时的支持。例如，在地震、洪水等灾害发生后，无人机可以携带药品、食品和饮用水等急需物资，送达被困人员手中。
06
拓展延伸
3、无人机在公共安全领域的应用拓展：
消防救援：在火灾和其他紧急情况中，无人机可以为消防救援提供重要的支持。无人机可以搭载热成像摄像头和气体传感器等设备，快速确定火灾的位置、范围。
治安巡逻：无人机可以用于治安巡逻，提高公共安全水平。无人机可以搭载高清摄像头和人脸识别系统等设备，对重点区域进行巡逻和监控。
交通管理：无人机可以用于交通管理，提高交通效率和安全性。无人机可以搭载高清摄像头和交通流量监测设备，对道路进行实时监控。它能够及时发现交通事故、拥堵和违法行驶等情况，为交通管理部门提供决策依据。
07
课堂小结
本次无人机课程，我们收获满满。理论上，了解了无人机工作原理，包括空气动力学升力产生、动力系统、控制系统和通信系统。认识了硬件组成如机身材料、GPS 模块、惯性测量单元和距离传感器等。还学习了软件控制方面的飞行算法和安全机制。实践中，掌握了无人机基本操控技巧，如起飞、降落、悬停和方向控制。学会根据情况调整参数，进行了简单航线规划和任务执行。拓展方面，知晓了无人机在农业、物流、环保、影视、考古、能源和公共安全等领域的广泛应用，开拓了视野。
08
板书设计
无人机飞行
一、无人机飞行原理
二、无人机飞行实践
课后作业：
规划一条简单的无人机飞行航线，并在实际操作中执行。可以选择在空旷的场地或室内飞行区域进行。记录飞行过程中的数据，如飞行距离、速度和电池消耗等，并绘制出飞行轨迹图。
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