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第3章DIY 4旋翼無人機(jī)組裝主要內(nèi)容(1) DIY精神和DIY 4旋翼無人機(jī)。(2) DIY 4旋翼無人機(jī)部件的要求和選擇。(3) DIY 4旋翼無人機(jī)的組裝。(4) DIY 4旋翼無人機(jī)的調(diào)試。(5) DIY 4旋翼無人機(jī)的操作練習(xí)。3.1DIY多旋翼無人機(jī)的基本概念在多旋翼無人機(jī)銷售市場(chǎng)上，低空、慢速、微輕型多旋翼無人機(jī)的銷售量快速增加，占到民用無人機(jī)市場(chǎng)的絕大多數(shù)份額。為了滿足不同消費(fèi)者的需要，商家的銷售方法主要有兩種： 一種是銷售成品機(jī)，消費(fèi)者買回去可以直接放手飛； 另一種銷售的不是成品機(jī)，而是組裝所需軟硬件的各種零配件。消費(fèi)者通過購(gòu)買、自造將所有零配件收集齊全后，可以自己動(dòng)手組裝出一架屬于“自己制造”的無人機(jī)。3.1.1DIY精神和DIY多旋翼無人機(jī)的定義人類對(duì)飛行的夢(mèng)想是與生俱來的。從載人熱氣球開始，到飛機(jī)再到無人機(jī)，人們逐漸實(shí)現(xiàn)了盼望已久的藍(lán)天夢(mèng)。到現(xiàn)在，飛機(jī)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｂ眯械闹匾煌üぞ撸鵁o人機(jī)，特別是小型無人機(jī)的真正發(fā)展時(shí)間不超過10年，從有成熟產(chǎn)品到現(xiàn)在不過短短4年，發(fā)展速度之快、市場(chǎng)需求之大令人瞠目。1. DIY精神的定義DIY是“Do It Yourself”的英文縮寫，興起于近幾年，逐漸成為一種流行。簡(jiǎn)單來說，DIY就是自己動(dòng)手，沒有性別、年齡的區(qū)別，每個(gè)人都可以自己做，利用DIY做出來的物品自有一份自在與舒適。DIY起源于歐美，已有50年以上歷史。在歐美國(guó)家，由于工人薪資非常高，所以一般居家修繕或家具布置，能自己動(dòng)手做就盡量不找工人，以節(jié)省工資費(fèi)用。國(guó)外DIY產(chǎn)品公司通常有一系列相配合的資信、材料、工具等，另外，產(chǎn)品所附的說明書非常詳盡，自己動(dòng)手做的過程不會(huì)有任何困難，而DIY產(chǎn)品的配件在超市就可輕易購(gòu)得，因此，DIY產(chǎn)品就像是一般商品一樣，隨處可見到。Do It Yourself!這不是一句簡(jiǎn)單的英文，它代表的是一種精神。什么精神?自己去做，自己體驗(yàn)，挑戰(zhàn)自我，享受其中的快樂，這就叫做DIY。DIY有標(biāo)準(zhǔn)嗎?沒有，沒有標(biāo)準(zhǔn)就是DIY較大的標(biāo)準(zhǔn)，它是一種追求個(gè)性的表現(xiàn)。有個(gè)性的人總喜歡自己鼓搗東西，鼓搗出跟別人不一樣的結(jié)果，所以說DIY是一種個(gè)性精神，這是其能夠流行的關(guān)鍵。2. DIY多旋翼無人機(jī)的定義最早的多旋翼無人機(jī)產(chǎn)品被定義成玩具、航模，因?yàn)樗粌H很好玩，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，人人可以DIY。這樣，人們與生俱來的飛行夢(mèng)想通過簡(jiǎn)單的DIY就能得以實(shí)現(xiàn)，因而人們的熱情在近兩年內(nèi)很快就被多旋翼無人機(jī)點(diǎn)燃起來了。DIY多旋翼無人機(jī)是指為自己想要的多旋翼無人機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)查找資料，購(gòu)買材料，經(jīng)過一番周折和不懈努力，組裝完畢，終于試飛成功。不論你是不是一個(gè)發(fā)燒友，只要你實(shí)實(shí)在在地動(dòng)手組裝過一架多旋翼無人機(jī)，你就體會(huì)到了DIY精神，即你就體會(huì)到了成功的喜悅及親手實(shí)現(xiàn)飛行夢(mèng)想所帶來的快感。DIY多旋翼無人機(jī)精神有多種多樣的表現(xiàn)形式，發(fā)燒是一種表現(xiàn)，發(fā)燒友可以瘋狂地“折騰”自己的多旋翼無人機(jī)，追求個(gè)性的體驗(yàn)，去改造，去發(fā)明，去創(chuàng)新，去超越和標(biāo)新立異，參加比賽爭(zhēng)名次，你追我趕破紀(jì)錄，刺激亢奮，不知疲倦，廢寢忘食； 不發(fā)燒也是一種表現(xiàn)，只是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單地動(dòng)手組裝一架適合自己個(gè)性和喜好，滿足自己需要的多旋翼無人機(jī)，但卻在看似平淡的DIY行動(dòng)中體驗(yàn)到了DIY喜悅，這也是DIY的一種形式。DIY多旋翼無人機(jī)沒有標(biāo)準(zhǔn)，它沒有高手和菜鳥之分，只要適合自己的就好。所謂高手，不過是早接觸DIY多旋翼無人機(jī)一點(diǎn)； 所謂菜鳥，也只是晚了一點(diǎn)。兩者有區(qū)別嗎?沒有，都是DIY，都在享受其中的快樂。因此，只要人們具有一點(diǎn)學(xué)習(xí)精神和動(dòng)手能力，稍微了解一點(diǎn)多旋翼無人機(jī)的飛行原理、結(jié)構(gòu)、配件和組裝知識(shí)，就可大膽嘗試DIY多旋翼無人機(jī)帶來的快樂。實(shí)際上，即使是新手，在進(jìn)行DIY多旋翼無人機(jī)的實(shí)踐活動(dòng)中，很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)只要用心去體會(huì)，其實(shí)它很簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單到會(huì)讓你樂在其中，流連忘返。萬一在DIY過程中遇到了什么困難，也不要泄氣，靜靜心，抬起頭，仰望天空，就會(huì)心想事成。天空在召喚，大膽往前走，莫回頭，堅(jiān)持到1分鐘，與生俱有的“飛行夢(mèng)想”必定成真。3.1.24旋翼無人機(jī)的組成和DIY步驟人們及時(shí)次進(jìn)行DIY多旋翼無人機(jī)，大多采用4旋翼無人機(jī)的配件組裝。原因是它的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，目前在市面上非常流行，配件采購(gòu)方便，而且在網(wǎng)絡(luò)上建立了不少多旋翼飛行器技術(shù)交流群，大家可以在群內(nèi)相互交流各自的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，當(dāng)自己DIY遇到問題時(shí)比較容易得到別人的幫助和指點(diǎn)。1. 4旋翼無人機(jī)的組成麻雀雖小，五臟俱全。微輕型4旋翼無人機(jī)與大中型無人機(jī)的總體結(jié)構(gòu)是一樣的，都要在機(jī)身上安裝起落裝置、旋翼系統(tǒng)、動(dòng)力裝置、數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)、飛行自控系統(tǒng)以及任務(wù)設(shè)備等。一個(gè)典型的微輕型4旋翼無人機(jī)包括以下基本組成部分(如圖31所示)。

圖31微輕型4旋翼無人機(jī)組成示意圖

(1) 機(jī)架： 也稱為機(jī)體，是4旋翼無人機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，機(jī)身和起落裝置一般合為一體。(2) 旋翼系統(tǒng)： 采用空氣螺旋槳。(3) 動(dòng)力裝置： 包括電機(jī)、電調(diào)和電池。(4) 自動(dòng)駕駛儀： 也稱飛控，包括飛行控制系統(tǒng)和傳感器。(5) 遙控系統(tǒng)： 包括遙控接收機(jī)和發(fā)射機(jī)。(6) 任務(wù)設(shè)備： 主要有增穩(wěn)云臺(tái)、GPS導(dǎo)航儀、照相機(jī)、攝像機(jī)、黑匣子、圖像傳輸系統(tǒng)和防撞安全防護(hù)系統(tǒng)等。2. DIY 4旋翼無人機(jī)的步驟微輕型4旋翼無人機(jī)屬于玩具航模類型，制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，飛行高度低、速度慢，容易操縱控制，深受人們的喜愛，具有廣泛的群眾基礎(chǔ)，比較適合于人們DIY。特別是經(jīng)過近幾年的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了一批DIY 4旋翼無人機(jī)愛好者和發(fā)燒友，他們成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和心得對(duì)于初學(xué)者很有啟發(fā)和幫助，可以增加初學(xué)者的信心； 另外，目前在DIY 4旋翼無人機(jī)零部件市場(chǎng)上，其對(duì)應(yīng)的器件也極為豐富，有心玩DIY 4旋翼無人機(jī)者，即使是初學(xué)者都不必?fù)?dān)心買不到合適的零配件或缺少相關(guān)資料。DIY 4旋翼無人機(jī)的步驟一般可歸納為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。(1) 選材。市面上有太多的DIY 4旋翼無人機(jī)所需的軟硬件和各種材料可供選擇。初學(xué)者要根據(jù)自己的經(jīng)濟(jì)情況和裝機(jī)目標(biāo)慎重選擇，要堅(jiān)持先易后難，量力而為，貨比三家的原則。有些可以自己制造的則要盡量自制，因?yàn)樽灾扑鶐淼臉啡ず妥院栏惺菬o論花多少錢也買不來的。(2) 組裝。所有零部件、材料和工具都準(zhǔn)備齊全以后，就可以動(dòng)手組裝了。組裝過程要嚴(yán)格按產(chǎn)品說明、安裝要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，按部就班，有條不紊，一絲不茍地進(jìn)行，以保障產(chǎn)品質(zhì)量，確保以后的飛行安全。(3) 調(diào)試。調(diào)試工作分無槳調(diào)試和有槳調(diào)試兩個(gè)環(huán)節(jié)，目的是通過調(diào)試手段檢查、發(fā)現(xiàn)、修正在選材和組裝環(huán)節(jié)中可能存在的質(zhì)量問題。(4) 模擬飛行。使用航模模擬器，通過計(jì)算機(jī)虛擬的飛行操作來模擬飛行控制，達(dá)到熟悉4旋翼無人機(jī)真實(shí)飛行操作的目的，既能保障飛行安全，又解決了場(chǎng)地限制和電池?fù)p耗等實(shí)際問題。(5) 試飛。試飛是DIY 4旋翼無人機(jī)過程最令人期盼、興奮和忐忑不安的一步。事先要擬定好試飛計(jì)劃、試飛大綱或規(guī)范，做好應(yīng)急預(yù)案，找一個(gè)比較空曠平坦的場(chǎng)地，然后進(jìn)行正式試飛。試飛時(shí)先做一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作，如起飛、升降和懸停等，后做難度比較大的動(dòng)作，如俯仰、前飛、偏航和翻滾等。3.2DIY 4旋翼無人機(jī)部件的要求和選擇DIY 4旋翼無人機(jī)對(duì)零部件的要求和選擇主要取決于總體目標(biāo)要求，即打算組裝一架什么樣的無人機(jī)。能反映總體目標(biāo)要求最重要的兩大指標(biāo)是功能要求和非功能要求(性能)。在DIY 4旋翼無人機(jī)的過程中，所有的工作都是圍繞著這兩大指標(biāo)進(jìn)行的，對(duì)零部件的選擇工作更是如此。3.2.1DIY 4旋翼無人機(jī)部件的要求DIY 4旋翼無人機(jī)所涉及的功能要求和非功能要求(性能)是確定其飛行使用范圍最關(guān)鍵的因素，也是DIY時(shí)選擇軟硬部件最重要的依據(jù)。1. 功能要求功能要求描述4旋翼無人機(jī)所應(yīng)提供的功能，包括它應(yīng)該提供的服務(wù)，能搭載多少任務(wù)設(shè)備，能完成哪些任務(wù)等。2. 性能要求作為功能要求的補(bǔ)充，非功能要求是指那些與具體功能相關(guān)的另一類要求，但它們只與4旋翼無人機(jī)的總體特性相關(guān)，即它的性能，如性、穩(wěn)定性、安全性、較大飛行速度、升限、較大航程、較大載重、留空時(shí)間、抗風(fēng)能力、圖傳清晰度、存儲(chǔ)空間等。與關(guān)心4旋翼無人機(jī)個(gè)別特定的功能要求相比，性能要求關(guān)心的是整體特性，因而性能要求更關(guān)鍵。一個(gè)功能要求得不到滿足會(huì)降低它的能力，但一個(gè)性能要求得不到滿足則有可能使它根本無法飛行。3. 強(qiáng)度要求任何一種飛行器首先要保障其性，這方面的要求要比一般的地面機(jī)械高得多，這是可以理解的。而性中首要的問題是強(qiáng)度，各受力構(gòu)件及其組合必須能承受在各種飛行狀態(tài)中及著陸時(shí)可能遇到的沖擊載荷。除此以外還有剛度的要求。這一點(diǎn)對(duì)機(jī)架和旋翼系統(tǒng)等承力結(jié)構(gòu)特別重要。4. 重量要求這個(gè)要求是航空結(jié)構(gòu)與地面機(jī)械相比最突出的特點(diǎn)。4旋翼無人機(jī)由于受到電機(jī)功率、氣動(dòng)性能及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，較大起飛重量是一定的，因而結(jié)構(gòu)越輕，則所能承載的任務(wù)設(shè)備也就越多，越能更好地執(zhí)行任務(wù)，改善飛行的經(jīng)濟(jì)性。5. 空氣動(dòng)力要求4旋翼無人機(jī)是一種在空氣中飛行的飛行器，它的升力、前進(jìn)所需的推力以及控制其飛行的力和力矩都是由空氣動(dòng)力來提供的，這樣，對(duì)于構(gòu)成氣動(dòng)外形的部件就有空氣動(dòng)力方面的要求： 氣動(dòng)效率高、廢阻小等。這個(gè)要求會(huì)影響部件的外形及結(jié)構(gòu)，要求結(jié)構(gòu)具有足夠的表面局部剛度，以便于達(dá)到較高的外形度等。對(duì)于一個(gè)具體的DIY 4旋翼無人機(jī)方案而言，以上這些要求往往是相互矛盾的。例如強(qiáng)度、剛度的要求和最小重量的要求顯然就是相互矛盾的； 而在保障強(qiáng)度、剛度的前提下要求結(jié)構(gòu)重量最小，往往會(huì)使結(jié)構(gòu)的形狀復(fù)雜化，從空氣動(dòng)力的角度來說，這樣做的結(jié)果往往會(huì)導(dǎo)致廢阻的增加。因此在選擇部件時(shí)必須妥善地處理這些矛盾，綜合協(xié)調(diào)，折中權(quán)衡，尋求最合理的處理方索。3.2.2DIY 4旋翼無人機(jī)機(jī)架、旋翼與動(dòng)力裝置的選擇1. 機(jī)架

DIY 4旋翼無人機(jī)的機(jī)架將飛行器的機(jī)身和起落裝置融為一體，是無人機(jī)飛行和起降的基礎(chǔ)平臺(tái)，所有的部件和設(shè)備都要安裝在機(jī)架上面。機(jī)架下方安裝有起落架，用于支撐全機(jī)重量，避免螺旋槳離地太近而發(fā)生觸碰，以及消耗和吸收4旋翼無人機(jī)在著陸時(shí)的撞擊能量。1) 機(jī)架的作用(1) 提供部件安裝接口。這些接口包括安裝和固定電機(jī)、電調(diào)、飛控板的螺絲孔。(2) 提供整體的、穩(wěn)定和堅(jiān)固的飛行平臺(tái)。(3) 安裝起落架等緩沖裝備，提供安全的起飛、降落條件，避免機(jī)上的儀器設(shè)備受到損壞。(4) 提供安全保護(hù)裝置，保護(hù)人員和其他物體不會(huì)觸碰到旋轉(zhuǎn)中的螺旋槳。2) 機(jī)架的基本結(jié)構(gòu)4旋翼無人機(jī)的機(jī)架可分為機(jī)臂、中心板兩部分。4個(gè)機(jī)臂用螺絲與中心板結(jié)合為一體，構(gòu)成機(jī)架。其中機(jī)臂圓形末端安裝有電機(jī)，另一端與中心板相連，中心板上搭載飛行控制板、接收機(jī)、電池等設(shè)備。為保障飛行性能，目前市場(chǎng)上的機(jī)架多為十字對(duì)稱型，也有少數(shù)軸對(duì)稱型。而出于強(qiáng)度和廠家生產(chǎn)成本考慮，中心板多使用玻璃纖維板制作，機(jī)臂多使用尼龍材料制作。如果對(duì)重量和強(qiáng)度的要求比較高，可使用更為昂貴的碳纖維材料制作機(jī)架。機(jī)架軸距是指對(duì)角線兩個(gè)螺旋槳中心的距離，其單位通常是毫米(mm)，用于表達(dá)機(jī)架的尺寸大小。3) 機(jī)架的材質(zhì)(1) 塑膠機(jī)架： 塑膠機(jī)架由塑膠制作而成，主要特點(diǎn)是具有一定的剛度和強(qiáng)度，同時(shí)又有一定的可彎曲度。其材質(zhì)適合初學(xué)者的摔摔打打，相對(duì)來說較為廉價(jià)。(2) 玻璃纖維機(jī)架： 玻璃纖維機(jī)架的強(qiáng)度比塑膠機(jī)架的強(qiáng)度要高，常常制作為長(zhǎng)長(zhǎng)的管道形，而且需要的材料很少，可減少機(jī)架的重量。(3) 碳纖維機(jī)架： 碳纖維機(jī)架與玻璃纖維的機(jī)架相差無幾，具有強(qiáng)度高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。(4) 鋼制或鋁合金機(jī)架： 鋼制或鋁合金機(jī)架比較適合于自制。4) 成品機(jī)架的選購(gòu)市場(chǎng)有現(xiàn)成的機(jī)架出售，上面有各種螺絲孔，買回來只需要將各種設(shè)備連接上去，并擰上螺絲即可進(jìn)行調(diào)試，大大簡(jiǎn)化了安裝過程。(1) F450、F550機(jī)架： F450和F550機(jī)架是深圳大疆創(chuàng)新公司為了滿足大多數(shù)航模愛好者而開發(fā)的機(jī)架，包括4個(gè)懸臂、一塊下板和一塊上板。懸臂上主要安裝電機(jī)、電調(diào)和連接上板與下板。在下板上已經(jīng)設(shè)計(jì)好了相應(yīng)電路，可給4個(gè)電調(diào)供電。上板可以用來安裝飛控和接收器等。數(shù)字450代表機(jī)架軸距，即F450，軸距450mm； F550，軸距550mm。(2) X450機(jī)架： X450的4個(gè)懸臂采用了管式結(jié)構(gòu)，重量較輕、外形美觀。5) 自制機(jī)架除了到市場(chǎng)上購(gòu)買成品機(jī)架外，還有許多人自己動(dòng)手，利用廢棄的硬盤盒、玻璃鋼、鋁片等材料自行加工機(jī)架。自制的機(jī)架在重量、強(qiáng)度、剛度等性能特征上可以做得比買來的成品機(jī)架一點(diǎn)也不遜色，而在外形美觀上則往往更具個(gè)性，結(jié)實(shí)耐用，美觀大方。自制機(jī)架的做法值得大力提倡。如果起飛重量大于4kg，建議電機(jī)臂碳管不小于16mm或以上，機(jī)架碳板厚度達(dá)到1.5mm或以上。2. 旋翼系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)1) 槳片DIY 4旋翼無人機(jī)的旋翼系統(tǒng)是指它的空氣螺旋槳，它由電機(jī)驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力。其外形結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，兩片槳葉由中間的槳轂固定在一起構(gòu)成一個(gè)整體，稱為槳片。4旋翼無人機(jī)有4個(gè)旋翼，每個(gè)旋翼都只有一個(gè)槳片，全機(jī)總共有4 個(gè)槳片，其中有兩個(gè)為正漿，另外兩個(gè)為反漿。槳葉的橫剖面是翼型，假設(shè)螺旋槳在一種不能流動(dòng)的介質(zhì)中旋轉(zhuǎn)，那么螺旋槳每轉(zhuǎn)一圈，就會(huì)向前進(jìn)一個(gè)距離，稱為螺距。常用槳片的尺寸有1145、1045、9047、8045等，其中4位數(shù)字的前兩位代表直徑，后兩位代表螺距。如1045槳片的直徑為10英寸，而螺距為4.5英寸，較大轉(zhuǎn)速為10500轉(zhuǎn)/分鐘。2) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)是4旋翼無人機(jī)的動(dòng)力來源。電機(jī)類型分有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩種，DIY 4旋翼無人機(jī)需要的是無刷電機(jī)。與傳統(tǒng)的有刷電機(jī)不同，無刷電機(jī)屬于外轉(zhuǎn)子電機(jī)，也就是說，工作的時(shí)候是電機(jī)的外殼在轉(zhuǎn)動(dòng)，而不是內(nèi)部的線圈(如圖32所示)。這樣帶來了電機(jī)維護(hù)上的方便。同時(shí)，無刷電機(jī)在扭力、轉(zhuǎn)速方面都有比較優(yōu)越的特性。無刷電機(jī)采用半導(dǎo)體開關(guān)器件(電調(diào))來實(shí)現(xiàn)電子換向，具有性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。常見的品牌有好盈、中特威、新西達(dá)等。

圖32無刷電機(jī)電路圖

(1) 尺寸： 無刷電機(jī)在型號(hào)命名上用4位數(shù)字來表示它的尺寸，如2212、2018電機(jī)等。前面兩位數(shù)是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑，后面兩位數(shù)是電機(jī)轉(zhuǎn)子的高度。形象地講，前面兩位越大，電機(jī)越肥； 后面兩位越大，電機(jī)越高。又高又大的電機(jī)，功率就大。例如常用的新西達(dá)2212電機(jī)，表示直徑為22mm，轉(zhuǎn)子的高度為12mm。一般而言，越大的電機(jī)，其轉(zhuǎn)速和扭力也就越大。(2) 標(biāo)稱空載KV值： 無刷電機(jī)KV值定義為“轉(zhuǎn)速/伏特”，意思是輸入電壓增加1伏特，無刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。例如： 1000KV電機(jī)，外加1V電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)每分鐘轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)； 外加2V電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)就2000轉(zhuǎn)了； 電壓為11V的時(shí)候，電機(jī)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到11000轉(zhuǎn)/分。KV值越大，速度越快，扭力越小； KV值越小，速度越慢，扭力越大。單從KV值，無法評(píng)價(jià)電機(jī)的好壞，因?yàn)椴煌琄V值適用不同尺寸的螺旋槳。(3) 電壓： 把一節(jié)鋰電池的電壓3.7V稱作一個(gè)S，微微型4旋翼無人機(jī)的電機(jī)常用1S電池驅(qū)動(dòng)，而較大些的4旋翼無人機(jī)的無刷電機(jī)一般采用2~3S，也就是7.4~11.1V來驅(qū)動(dòng)。一般的無刷電機(jī)都可以支持2~3S的電壓，其中最常用的配置還是3S的鋰電，也就是11.1V。3. 電調(diào)電調(diào)全稱為電子調(diào)速器(ESC)，是連接飛控板和電機(jī)的部件，它是多旋翼無人機(jī)最重要的部件之一。無刷電機(jī)應(yīng)該選用無刷電調(diào)。無刷電調(diào)的輸入是直流，可以接鋰電池； 輸出是三相交流，直接與電機(jī)的三相輸入端相連。如果上電后，電機(jī)反轉(zhuǎn)，只需要把這三根線中的任意兩根對(duì)換位置即可。電調(diào)還有三根信號(hào)線連出，用來與接收機(jī)連接，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。1) 電調(diào)功能(1) 電機(jī)調(diào)速： 電調(diào)最基本的功能是電機(jī)調(diào)速，就是將飛控板的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮。钥刂齐姍C(jī)的轉(zhuǎn)速。因?yàn)殡姍C(jī)的電流是很大的，通常每個(gè)電機(jī)正常工作時(shí)平均有3A左右的電流，如果沒有電調(diào)的存在，飛控板根本無法承受這樣大的電流。(2) 變壓供電： 電調(diào)的第二個(gè)功能是充當(dāng)變壓器，將11.1V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?V，為飛控板和遙控接收機(jī)供電。每個(gè)電調(diào)上面都會(huì)標(biāo)出能夠提供的電流值，如20A、40A。大電流的電調(diào)可以兼容用在小電流的地方，但小電流電調(diào)不能超標(biāo)使用。(3) 電源轉(zhuǎn)化： 電調(diào)的第三個(gè)功能是充當(dāng)換相器的角色，因?yàn)闊o刷電機(jī)沒有電刷進(jìn)行換相(直流電源轉(zhuǎn)化為三相電源供給無刷電機(jī)，并對(duì)無刷電機(jī)起調(diào)速作用)，所以需要靠電調(diào)進(jìn)行電子換相。(4) 其他功能： 電調(diào)還有一些其他輔助功能，如電池保護(hù)、啟動(dòng)保護(hù)、剎車等。2) 電調(diào)參數(shù)(1) 功率： 無刷電調(diào)最主要的參數(shù)是電調(diào)的功率，通常以安培數(shù)A來表示，如10A、20A、30A。不同的電機(jī)需要配備不同安培數(shù)的電調(diào)，安培數(shù)不足會(huì)導(dǎo)致電調(diào)甚至電機(jī)燒毀。(2) 電流： 無刷電調(diào)有持續(xù)電流和X秒內(nèi)瞬時(shí)電流兩個(gè)重要參數(shù)，前者表示正常時(shí)的電流，而后者表示X秒內(nèi)能容忍的較大電流。選擇電調(diào)型號(hào)的時(shí)候一定要注意電調(diào)較大電流的大小是否滿足要求，是否留有足夠的安全裕度容量，以避免電調(diào)上面的功率管燒壞。(3) 內(nèi)阻： 電調(diào)具有相應(yīng)的內(nèi)阻，其發(fā)熱功率需要得到注意。有些電調(diào)的電流可以達(dá)到幾十安培，由于發(fā)熱功率是電流的平方的函數(shù)，所以電調(diào)的散熱性能也十分重要，因此大規(guī)格電調(diào)的內(nèi)阻一般都比較小。(4) 刷新頻率： 電機(jī)的響應(yīng)速度與電調(diào)的刷新速率有很大關(guān)系。在多旋翼無人機(jī)開始發(fā)展之前，電調(diào)多為航模飛機(jī)而設(shè)計(jì)，航模飛機(jī)上的舵機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作頻率較大為50Hz。相應(yīng)地，電調(diào)的刷新速率也都為50Hz。多旋翼無人機(jī)與其他類型飛機(jī)不同，不使用舵機(jī)，而是由電調(diào)直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其響應(yīng)速度遠(yuǎn)超舵機(jī)。目前，具備UltraPWM功能的電調(diào)可支持高達(dá)500Hz的刷新頻率。3) 可編程特性通過內(nèi)部參數(shù)設(shè)置，可以達(dá)到的電調(diào)性能。設(shè)置的參數(shù)包括： 電池低壓斷電電壓設(shè)定、電流限定設(shè)定、剎車模式設(shè)定、油門控制模式、切換時(shí)序設(shè)定、斷電模式設(shè)定、起動(dòng)方式設(shè)定以及PWM模式設(shè)定等。通常有三種方式可對(duì)電調(diào)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。(1) 可以通過編程卡直接設(shè)置電調(diào)參數(shù)。(2) 通過USB連接，用電腦軟件設(shè)置電調(diào)參數(shù)。(3) 通過接收器，用遙控器搖桿設(shè)置電調(diào)參數(shù)。4) 常用電調(diào)分類無刷電調(diào)的種類按品牌分，常用的有好盈、銀燕、新西達(dá)、中特威等，還有一些較為昂貴的電調(diào)，如蝎子和鳳凰等。按照功率分為30A、40A、50A、60A、80A和120A電調(diào)等。不同功率的電調(diào)要對(duì)應(yīng)不同的電機(jī)，否則會(huì)出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速不足或燒壞電調(diào)的情況。4. 電池電池主要用于提供能量，屬于易耗品，也是后期投入比較多的一個(gè)部件。可用來作多旋翼無人機(jī)動(dòng)力的電池種類很多，常見的有鋰電池(LiPo)和鎳氫電池(NiMh)，主要源于其優(yōu)良的性能和便宜的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。然而，對(duì)于多旋翼無人機(jī)而言，電池單位重量的能量載荷很大程度上限制了其飛行時(shí)間和任務(wù)拓展，續(xù)航時(shí)間不夠，其關(guān)鍵就在于電池容量較小。在相同電池容量的情況下，鋰電最輕，效率較高，因此多旋翼無人機(jī)大多都選擇鋰電池； 電池品牌的選擇除了受機(jī)架尺寸限制外，還要注意以下幾個(gè)參數(shù)。1) 電池電壓鋰電池組包含電池和鋰電池保護(hù)線路兩部分(如圖33所示)。

圖33鋰電池電芯組合方式

(1) 鋰電池單節(jié)電壓為3.7V，3S1P表示三片鋰聚合物電池的串聯(lián)，電壓是11.1V，其中S表示串聯(lián)，P表示并聯(lián)。又如2S2P電池表示2片鋰聚合物電池的串聯(lián)，然后兩個(gè)這樣的串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)，總電壓是7.4V，電流是單個(gè)電池的兩倍，如圖33所示。(2) 不僅在放電過程中電壓會(huì)下降，而且由于電池本身具有內(nèi)阻，其放電電流越大，由于自身內(nèi)阻導(dǎo)致的壓降就越大，所以輸出的電壓就越小。2) 電池容量電池容量用毫安時(shí)(mAh)表示，電池的容量越大，存儲(chǔ)的能量就越大，可以提供的續(xù)航時(shí)間就越長(zhǎng)，不過相應(yīng)的重量也越大。例如1000mAh電池，以1000mA放電，可持續(xù)放電1小時(shí)； 如果以500mA放電，可以持續(xù)放電2小時(shí)。隨著放電過程的進(jìn)行，電池的放電能力在下降，其輸出電壓也會(huì)緩慢下降，所以導(dǎo)致其剩余容量與放電時(shí)間并非是線性關(guān)系。單電芯充滿電時(shí)的電壓為4.2V，放電完畢會(huì)降至3.0V(再低可能過放導(dǎo)致電池?fù)p壞)，一般無人機(jī)在3.6V時(shí)會(huì)有電量報(bào)警。在多旋翼無人機(jī)實(shí)際飛行過程中，有兩種方式檢測(cè)電池的剩余容量是否滿足飛行安全的要求。一種方式是檢驗(yàn)電池單節(jié)電壓，另一種方式是實(shí)時(shí)檢測(cè)電池輸出電流并做積分計(jì)算。3) 放電倍率電池放電能力是普通鋰電池和動(dòng)力鋰電池最重要的區(qū)別，動(dòng)力鋰電池需要很大的電流放電。電池充放電電流的大小用充放電倍率來表示，它是充放電快慢的一種量度，其單位為C，計(jì)算公式為充放電倍率=充放電電流/額定容量。例如額定容量為100mAh的電池用20A放電時(shí)，放電倍率為0.2C； 1000mAh電池，放電倍率為5C，則電池可以5000mAh的電流強(qiáng)度放電。鋰聚合物電池一般屬于高倍率電池。實(shí)際使用中，所用電池的容量1小時(shí)放電完畢，稱為1C放電； 5小時(shí)放電完畢，則稱為1/5=0.2C放電。容量5000毫安時(shí)的電池較大放電倍率為20C。這很重要，如果用低C的電池進(jìn)行大電流放電，電池會(huì)迅速損壞，甚至自燃。另外，不能讓一塊電池把它的電量放完，如果這樣的話，這塊電池就廢掉了，當(dāng)11.1V電池電壓降低到10V時(shí)好更換電池。4) 充電倍率C也表示鋰電池充電倍率，只是將放電變成了充電，如1000mAh電池，2C快充，就代表要用2000mAh的電流來充電。充電時(shí)要注意： 千萬不要因?yàn)閳D快而貿(mào)然用大電流，或超過規(guī)定參數(shù)充電，不然電池很容易損壞。5) 電池內(nèi)阻電池的內(nèi)阻主要由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、裝配等有關(guān)。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在充放電過程中隨時(shí)間不斷變化，并且不是線性關(guān)系，常隨電流密度的對(duì)數(shù)增大而線性增加。電池的內(nèi)阻很小，一般用毫歐的單位來定義它。正常情況下，內(nèi)阻小的電池的放電能力強(qiáng)，內(nèi)阻大的電池放電能力弱。6) 平衡充電器由于4旋翼無人機(jī)電池的電流極大，其專用電池是不能用普通充電器的，必須要用平衡充電器。常用的11.1V的鋰電池由三節(jié)3.7V的鋰電組成，因?yàn)橹圃旃に囋颍抗?jié)電池的充電放電特性都有差異，在電池串聯(lián)的情況下，容易造成某節(jié)電池放電過度或充電過度。解決辦法是分別對(duì)內(nèi)部單節(jié)電池充電，平衡充電器就是起這個(gè)作用的，即采用平衡充電器來分別充其中的每一個(gè)S，也就是每一個(gè)放電單元，這樣能保護(hù)電池。經(jīng)驗(yàn)表明，DIY 4旋翼無人機(jī)常用2200mAh、3S、25C的電池。值得注意的是，市面上雜牌動(dòng)力電池虛標(biāo)、掉電壓、虛焊問題嚴(yán)重，應(yīng)盡量選擇知名廠家的品質(zhì)電池，避免空中掉電摔機(jī)造成更大的損失。5. 電機(jī)與螺旋槳的匹配多旋翼無人機(jī)采用的螺旋槳越大，升力越大，但對(duì)應(yīng)需要更大的力量來驅(qū)動(dòng)； 螺旋槳轉(zhuǎn)速越高，升力越大； 電機(jī)的KV越小，轉(zhuǎn)動(dòng)力量就越大。為了用轉(zhuǎn)速來彌補(bǔ)升力不足，大螺旋槳就需要采用低KV電機(jī)，小螺旋槳就需要采用高KV電機(jī)。如果高KV帶大槳，力量不夠，電機(jī)和電調(diào)很容易燒掉。如果低KV電機(jī)帶小槳，就沒有問題，但升力不夠，可能造成無法起飛。因此，在選擇電調(diào)時(shí)，要注意電調(diào)和電機(jī)的匹配問題，原則上電調(diào)的電流要和電機(jī)的峰值相同，好是大一點(diǎn)(但不能過大)。不同的電機(jī)需要使用對(duì)應(yīng)的槳片，如表31中所示。

表31電機(jī)與槳片的選擇對(duì)應(yīng)關(guān)系

電機(jī)(KV值)槳片

800~10001110英寸槳1000~120010~9英寸槳1200~18009~8英寸槳1800~22008~7英寸槳2200~26007~6英寸槳(注意槳強(qiáng)度，當(dāng)心射槳)2600~28006~5英寸槳(注意槳強(qiáng)度，當(dāng)心射槳)2800以上建議使用9050剪槳(注意槳強(qiáng)度，當(dāng)心射槳)

3.2.3DIY 4旋翼無人機(jī)自動(dòng)駕駛儀的選擇1. 自動(dòng)駕駛儀的功能和結(jié)構(gòu)

自動(dòng)駕駛儀(也稱為飛控板)是DIY 4旋翼無人機(jī)的核心部件，主要作用是處理飛行參數(shù)，控制飛行過程中的穩(wěn)定和運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)4旋翼無人機(jī)在空中飛行時(shí)，飛控需要識(shí)別遙控器或自動(dòng)控制的信號(hào)，計(jì)算當(dāng)前的姿態(tài)，并且將當(dāng)前的姿態(tài)與遙控器要求達(dá)到的姿態(tài)進(jìn)行對(duì)比，從而計(jì)算出電機(jī)需要做出的反應(yīng)，給電調(diào)發(fā)送信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)控制改變飛行姿態(tài)的功能(如圖34所示)。

圖344旋翼無人機(jī)飛控結(jié)構(gòu)示意圖

(1) 功能。自動(dòng)駕駛儀的功能主要?dú)w結(jié)為以下幾方面。① 導(dǎo)航： 導(dǎo)航就是解決“在哪兒”的問題。如何發(fā)揮自動(dòng)駕駛儀上各種傳感器的優(yōu)勢(shì)，綜合分析判斷得到的位