資源簡介

(共33張PPT)
第15課
無人機飛行
（浙教版）九年級
全
01
教學(xué)目標(biāo)
02
新知導(dǎo)入
03
無人機飛行原理
04
無人機飛行實踐
05
隨堂練習(xí)
06
擴展延伸
08
板書設(shè)計
07
課堂小結(jié)
01
教學(xué)目標(biāo)
1、信息意識：能夠認(rèn)識到無人機飛行中信息的重要性，主動了解無人機相關(guān)的技術(shù)信息、法律法規(guī)信息等。
2、計算思維：能夠?qū)o人機飛行中出現(xiàn)的問題進行分析和抽象，找出問題的本質(zhì)，并提出有效的解決方案。
3、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：掌握使用數(shù)字化工具學(xué)習(xí)無人機知識和技能的方法。
4、信息社會責(zé)任：了解無人機飛行的法律法規(guī)和道德規(guī)范，自覺遵守相關(guān)規(guī)定，不進行非法飛行和侵犯他人隱私的行為。
02
新知導(dǎo)入
通過學(xué)習(xí)了解無人機飛行的原理，能用編程解決無人機飛行問題;通過無人機飛機的操作實踐，能了解無人機飛行安全的重要性。
探究：
1、無人機的工作原理是什么
2、無人機是如何保證安全飛行的
02
新知導(dǎo)入
無人機飛行，首先由地面飛行控制系統(tǒng)發(fā)送飛行信息和指令，其次由無人機上配置的控制器接收地面飛控系統(tǒng)的信息和指令，最后由無人機的電機和螺旋槳等部件做出飛行動作，實現(xiàn)平穩(wěn)飛行。無人機的飛行動作可通過編程進行控制，實現(xiàn)無人機的智能飛行。
03
無人機飛行原理
常見的民用無人機是由電機帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力而飛起來的。根據(jù)牛頓第三定律，相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在同一條直線上。如四旋翼無人機，當(dāng)飛機四個螺旋槳的升力之和等于飛機所受總重力時，飛機就可以懸停在空中了。
03
無人機飛行原理
圖15-1為四旋翼無人機的示意圖，背景中的三角形紅頭表示飛機的機頭朝向，螺旋槳M1、M3的旋轉(zhuǎn)方向為逆時針，螺旋槳M2、M4的旋轉(zhuǎn)方向為順時針。飛行時，M2、M4所產(chǎn)生的逆時針反作用力和M1、M3產(chǎn)生的順時針反作用力相抵消，飛機機身就可以保持平穩(wěn)的姿態(tài)飛行。
圖15-1 四旋翼無人機示意圖
03
無人機飛行原理
嘗試用無人機或者在學(xué)習(xí)平臺體驗無人機飛行，比如直線前進或倒退飛行、升高或下降飛行、轉(zhuǎn)彎飛行等，感受無人機飛行的簡單操作。
親身體驗
03
無人機飛行原理
在虛擬環(huán)境中，只要偏轉(zhuǎn)的角度確定，無人機就能按照預(yù)設(shè)進行飛行。在現(xiàn)實生活中，由于電機生產(chǎn)工藝、電池電量、風(fēng)等因素，無人機不一定能按照程序完成飛行任務(wù)。
溫馨提示
03
無人機的飛行原理
新知拓展
無人機的工作原理是什么
無人機工作原理涉及飛行、動力、控制和通信系統(tǒng)。利用空氣動力學(xué)產(chǎn)生升力，可調(diào)整機翼角度或旋翼轉(zhuǎn)速控制姿態(tài)。動力有電池和燃油發(fā)動機，電池供小型機，燃油供大型機。控制系統(tǒng)包括遙控和自主飛行，遙控由遙控器發(fā)指令，自主飛行靠編程和傳感器算法。通信系統(tǒng)有數(shù)據(jù)和圖像傳輸，采用無線電或衛(wèi)星通信等方式。無人機是復(fù)雜系統(tǒng)工程，技術(shù)發(fā)展拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。
03
無人機的飛行原理
新知拓展
04
無人機飛行實踐
無人機飛行實踐:無人機以等邊三角形的一個頂點為起點，起飛后沿邊飛行，最終完成等邊三角形飛行圖案。飛行路線圖如圖15-2所示。
04
無人機飛行實踐
1.問題分析 由于等邊三角形的三個內(nèi)角均為60°，所以每完成一個邊長的飛行后，需要控制無人機順時針旋轉(zhuǎn)120°后繼續(xù)飛行100cm，直到完成等邊三角形的飛行任務(wù)。以順時針飛行為例設(shè)計無人機飛行路線，具體執(zhí)行過程分析如下:
①無人機起飛;
②前進 100cm;
③右轉(zhuǎn) 120°;
④前進100cm;
⑤右轉(zhuǎn) 120°;
⑥前進 100cm;
降落。
04
無人機飛行實踐
2.設(shè)計流程圖確定好飛行航線后，為了使編寫的程序條理更清晰，可將具體執(zhí)行過程繪制成流程圖，如圖 15-3所示。
圖15-3順時針飛行等邊三角形的流程圖
04
無人機飛行實踐
新知拓展
無人機是如何保證安全飛行的
一、硬件方面
結(jié)構(gòu)設(shè)計：采用堅固材料制作機身，如碳纖維；設(shè)計合理外形降低風(fēng)阻。
傳感器配置：安裝 GPS 模塊定位；配備 IMU 感知姿態(tài)和運動狀態(tài)；有的還裝距離傳感器避免碰撞。
二、軟件方面
飛行控制算法：采用先進算法，如 PID 控制，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整姿態(tài)和速度；具備自動穩(wěn)定功能。
安全保護機制：設(shè)置飛行高度和距離限制，防止失控。
04
無人機飛行實踐
新知拓展
04
無人機飛行實踐
3.項目實施不同型號的無人機可以選擇不同的方式進行程序編寫，可選擇C、C++Python等編程語言，也可選擇圖形化編程軟件。不論選擇何種方式進行程序編寫，其思路基本一致，可根據(jù)表15-1準(zhǔn)備和實施。
實施項目 實施內(nèi)容 提示
場地搭建 在地面構(gòu)建一個邊長為100cm的等邊三角形試飛場 構(gòu)建等邊三角形時，最好能標(biāo)注出三個頂點和邊線
程序設(shè)計 程序可以參照設(shè)計流程圖進行程序編寫 設(shè)置編程模塊參數(shù)時要考慮可能產(chǎn)生的誤差
調(diào)試 采取逐段編程調(diào)試的方法進行調(diào)試，以提高調(diào)試效率 運行程序時要選擇空曠的場地，避免碰撞
表15-1 項目實施方案
04
無人機飛行實踐
溫馨提示
無人機飛行注意事項
(1)禁止無人機在超過限定高度的空域飛行。
(2)禁止無人機在人口或建筑物密集地區(qū)飛行。
(3)使用無人機進行拍攝時務(wù)必尊重他人的隱私權(quán)。
(4)禁止無人機搭載任何違法危險物品飛行。
(5)禁止無人機在機場、政府大樓、交通要道、軍事設(shè)施等法律規(guī)定的禁飛區(qū)飛行。
04
無人機飛行實踐
溫馨提示
(6)確保無人機飛行時不會對載人飛行器造成影響，切勿在載人飛行器附近飛行，必要時立即降落。
(7)確保無人機在操控者的視線范圍內(nèi)飛行，若有必要可安排觀察員監(jiān)控?zé)o人機的位置。
(8)無人機飛行前要確保飛行的區(qū)城是被法律允許的，依據(jù)法律法規(guī)，飛行前需要了解禁飛區(qū)。禁飛區(qū)指某一領(lǐng)地的上空禁止任何未經(jīng)特別申請許可的飛行器飛入或飛越的空域。
04
無人機飛行實踐
親身體驗
設(shè)計一張正六邊形的路線圖，標(biāo)注出起點和終點，設(shè)計其流程圖，并用程序控制無人機按路線圖完成飛行。
一、正六邊形路線圖
假設(shè)以某一固定點為中心，正六邊形的邊長為一定長度（比如 10 米）。可以在平面上畫出一個正六邊形，標(biāo)記一個角為起點，順時針或逆時針依次標(biāo)注各頂點，最后回到起點作為終點。
04
無人機飛行實踐
親身體驗
二、流程圖
無人機起飛至起點位置并懸停。
沿第一個邊的方向飛行特定距離（邊長）。
調(diào)整方向，準(zhǔn)備飛行下一條邊。
重復(fù)步驟 2 和 3，直到完成六邊形的六條邊的飛行。
飛回起點位置并懸停，降落。
04
無人機飛行實踐
親身體驗
三、程序示例
05
隨堂練習(xí)
1.通過無人機飛等邊三角形和正六邊形航線兩個實例，探究有關(guān)無人機飛正n邊形偏轉(zhuǎn)角度的問題。
一、實例分析
等邊三角形：內(nèi)角均為60°，無人機飛完一條邊后需偏轉(zhuǎn)120°（180°-60°）。從起點起飛，沿一方向飛完一條邊，再偏轉(zhuǎn)120°飛第二條邊，重復(fù)操作完成第三條邊回到起點。
正六邊形：內(nèi)角和為720°，每個內(nèi)角120°，無人機偏轉(zhuǎn)角度為60°（180°-120°）。從起點起飛，沿特定方向飛完一條邊，偏轉(zhuǎn)60°飛第二條邊，重復(fù)至完成六條邊回到起點。
05
隨堂練習(xí)
二、正邊形偏轉(zhuǎn)角度規(guī)律
對于n邊形，內(nèi)角和為（n-2）X180°，每個內(nèi)角為（n-2）X180°/n，無人機偏轉(zhuǎn)角度為180°- （n-2）X180°/n。如正方形偏轉(zhuǎn)90°，正五邊形偏轉(zhuǎn)72°。通過實例總結(jié)出的規(guī)律可為無人機編程和飛行操作提供依據(jù)。
05
隨堂練習(xí)
2.設(shè)計一張圓形的路線圖，標(biāo)注出起點和終點，設(shè)計其流程圖，用程序控制無人機實現(xiàn)飛圓。
一、圓形路線圖
確定圓心點，以一定半徑畫圓，標(biāo)記圓周上一點為起點和終點。
二、流程圖
無人機起飛至起點懸停。
設(shè)定圓心坐標(biāo)、半徑和角速度。
調(diào)整方向和位置沿圓周飛行。
回到起點后懸停降落。
05
隨堂練習(xí)
三、程序示例
06
拓展延伸
1、無人機應(yīng)用農(nóng)業(yè)
06
拓展延伸
2、無人機在物流領(lǐng)域的應(yīng)用：
快遞配送：隨著電商的快速發(fā)展，物流配送需求不斷增加。無人機可以作為一種高效的快遞配送工具，特別是在偏遠地區(qū)或交通不便的區(qū)域。無人機能夠快速將包裹送達目的地，縮短配送時間，提高物流效率。同時，通過合理規(guī)劃飛行路線和優(yōu)化配送流程，可以降低物流成本。
緊急救援物資運輸：在自然災(zāi)害或緊急情況下，道路可能被破壞，傳統(tǒng)的物流運輸方式受到限制。無人機可以迅速將緊急救援物資運送到受災(zāi)地區(qū)，為救援工作提供及時的支持。例如，在地震、洪水等災(zāi)害發(fā)生后，無人機可以攜帶藥品、食品和飲用水等急需物資，送達被困人員手中。
06
拓展延伸
3、無人機在公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用拓展：
消防救援：在火災(zāi)和其他緊急情況中，無人機可以為消防救援提供重要的支持。無人機可以搭載熱成像攝像頭和氣體傳感器等設(shè)備，快速確定火災(zāi)的位置、范圍。
治安巡邏：無人機可以用于治安巡邏，提高公共安全水平。無人機可以搭載高清攝像頭和人臉識別系統(tǒng)等設(shè)備，對重點區(qū)域進行巡邏和監(jiān)控。
交通管理：無人機可以用于交通管理，提高交通效率和安全性。無人機可以搭載高清攝像頭和交通流量監(jiān)測設(shè)備，對道路進行實時監(jiān)控。它能夠及時發(fā)現(xiàn)交通事故、擁堵和違法行駛等情況，為交通管理部門提供決策依據(jù)。
07
課堂小結(jié)
本次無人機課程，我們收獲滿滿。理論上，了解了無人機工作原理，包括空氣動力學(xué)升力產(chǎn)生、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。認(rèn)識了硬件組成如機身材料、GPS 模塊、慣性測量單元和距離傳感器等。還學(xué)習(xí)了軟件控制方面的飛行算法和安全機制。實踐中，掌握了無人機基本操控技巧，如起飛、降落、懸停和方向控制。學(xué)會根據(jù)情況調(diào)整參數(shù)，進行了簡單航線規(guī)劃和任務(wù)執(zhí)行。拓展方面，知曉了無人機在農(nóng)業(yè)、物流、環(huán)保、影視、考古、能源和公共安全等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，開拓了視野。
08
板書設(shè)計
無人機飛行
一、無人機飛行原理
二、無人機飛行實踐
課后作業(yè)：
規(guī)劃一條簡單的無人機飛行航線，并在實際操作中執(zhí)行。可以選擇在空曠的場地或室內(nèi)飛行區(qū)域進行。記錄飛行過程中的數(shù)據(jù)，如飛行距離、速度和電池消耗等，并繪制出飛行軌跡圖。
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