2.3多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)2.3多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)多旋翼無(wú)人機(jī)出現(xiàn)在21世紀(jì)初，依靠對(duì)若干旋翼的速度調(diào)整實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的懸停、前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。引擎和直接安裝的螺旋槳是唯一可以活動(dòng)的部件。使用這種無(wú)人機(jī)需要對(duì)旋翼旋轉(zhuǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)的同步調(diào)制，只有電動(dòng)機(jī)才能完成這一任務(wù)。目前多旋翼無(wú)人機(jī)主要有四旋翼無(wú)人機(jī)、六旋翼無(wú)人機(jī)、八旋翼無(wú)人機(jī)等。多旋翼無(wú)人機(jī)組成一般包括機(jī)架起落架、電機(jī)和電調(diào)、電池、螺旋槳、飛控系統(tǒng)、遙控裝置、GPS模塊、任務(wù)設(shè)備和數(shù)據(jù)鏈路。機(jī)架是大多數(shù)設(shè)備的安裝位置，也是多旋翼無(wú)人機(jī)的主體，也稱為機(jī)身。電機(jī)、電調(diào)和飛控板（飛行控制器）等設(shè)備都要安裝在機(jī)架上面。根據(jù)機(jī)臂個(gè)數(shù)不同分為三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼、十六旋翼、十八旋翼，也有四軸八旋翼等，結(jié)構(gòu)不同叫法也不同。1.機(jī)架

機(jī)架按材質(zhì)一般可以分為以下幾種類型：(1)塑膠機(jī)架。主要特點(diǎn)是具有一定的剛度、強(qiáng)度和可彎曲度，價(jià)格比較低廉。(2)玻璃纖維機(jī)架。主要特點(diǎn)是強(qiáng)度比較高，而且需要的材料很少，可以減輕整體機(jī)架的重量。(3)碳纖維機(jī)架。其特點(diǎn)是價(jià)格要高一些，但重量要輕一些。出于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和重量考慮，一般采用碳纖維材質(zhì)。機(jī)架如圖2-10所示。1.機(jī)架

機(jī)架的主要作用如下：(1)提供安裝接口。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)固的平臺(tái)。飛行器飛行過程中需要一個(gè)穩(wěn)定堅(jiān)固的平臺(tái)，這樣可以使得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中不會(huì)毀壞其他設(shè)備，并為傳感器提供一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)。1.機(jī)架

機(jī)架的主要作用如下：(3)起落架等緩沖設(shè)備。這些可以為飛行器提供安全的起飛和降落條件，避免損壞其他儀器。(4)保證足夠低的重量。這樣就可以給其他設(shè)備提供更多的余量。(5)提供相應(yīng)的保護(hù)裝置。保護(hù)裝置用于保護(hù)飛行器本身和可能接觸到的操作人員。1.機(jī)架

多旋翼無(wú)人機(jī)唯一和地面接觸的部位。作為整個(gè)機(jī)身在起飛和降落時(shí)候的緩沖，也是為了保護(hù)機(jī)載設(shè)備，要求強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)牢固，和機(jī)身保持相當(dāng)可靠的連接，能夠承受一定的沖力。一般在起落架前后安裝或者涂裝上不同的顏色，用來(lái)在遠(yuǎn)距離多旋翼無(wú)人機(jī)飛行時(shí)能夠區(qū)分多旋翼無(wú)人機(jī)的前后。2.起落架

電機(jī)是多旋翼無(wú)人機(jī)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，提供升力、推力等。電機(jī)的轉(zhuǎn)速快慢決定了飛行器可以承載的重量，同時(shí)，其轉(zhuǎn)速改變的快慢可以影響飛行姿態(tài)的變換。無(wú)刷電機(jī)去除了電刷，最直接的變化就是沒有了有刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的電火花，這樣就極大減少了電火花對(duì)遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾。無(wú)刷電機(jī)沒有了電刷，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力大大減小，運(yùn)行順暢，噪聲會(huì)低許多，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于模型運(yùn)行穩(wěn)定性是一個(gè)巨大的支持。無(wú)刷電機(jī)如圖2-11所示。3.電機(jī)

3.電機(jī)

電機(jī)四個(gè)數(shù)字的含義：2212電機(jī)、2018電機(jī)等等，這表示電機(jī)的尺寸。其中前面2位是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑，后面2位是電機(jī)轉(zhuǎn)子的高度。注意，不是外殼。簡(jiǎn)單來(lái)說，前面2位越大，電機(jī)越肥，后面2位越大，電機(jī)越高。又高又大的電機(jī)，功率就更大，適合做大四軸。通常2212電機(jī)是最常見的配置了。3.電機(jī)

無(wú)刷電機(jī)KV值定義：轉(zhuǎn)速/V，意思為輸入電壓增加1V，無(wú)刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。例如：1000kV電機(jī)，増加1V電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)每分鐘轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)，增加2V電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)就2000轉(zhuǎn)了。3.電機(jī)

單從kV值，不可以評(píng)價(jià)電機(jī)的好壞，因?yàn)椴煌琸V值有不同的適用不同尺寸的槳。繞線匝數(shù)多的，kV值低，最高輸出電流小，但扭力大，上大尺寸的槳；繞線匝數(shù)少的，kV值高，最高輸出電流大，但扭力小，上小尺寸的槳。3.電機(jī)

電子調(diào)速器，將飛控的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，用于控制電機(jī)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，飛控根本無(wú)法承受這樣大的電流，而且飛控也沒有驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)的功能。同時(shí)電調(diào)在多旋翼無(wú)人機(jī)中也充當(dāng)了電壓變化器的作用，將11.1V電壓變?yōu)?V電壓給飛控供電。電子調(diào)速器如圖2-12所示。4.電調(diào)

4.電調(diào)

電池是電動(dòng)多旋翼無(wú)人機(jī)的供電裝置，給電機(jī)和機(jī)載電子設(shè)備供電。最小是1S電池，常用的是3S，4S，6S。1S代表3.7V電壓。圖2-13所示是鋰電池。5.電池

5.電池

螺旋槳如圖2-14所示，安裝在電機(jī)上，多旋翼無(wú)人機(jī)安裝的都是不可變總距的螺旋槳，主要指標(biāo)有螺距和尺寸。槳的指標(biāo)是4位數(shù)字，前面2位代表槳的直徑(單位：英寸，1in=25.4mm)，后面2位是槳的螺距。6.螺旋槳

3.2.1多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)6.螺旋槳

正反槳：四軸飛行為了抵消螺旋槳的自旋，相鄰的槳旋轉(zhuǎn)是不一樣的，所以需要正反槳。正反槳的風(fēng)都向下吹。適合順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的叫正槳、適合逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的是反槳。安裝的時(shí)候，一定記得無(wú)論正反槳、有字的一面是向上的（槳葉圓潤(rùn)的一面要和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向一致）。6.螺旋槳

電機(jī)與螺旋槳的搭配：這是非常復(fù)雜的問題，建議采用大家常見的配置。螺旋槳越大，升力就越大，但對(duì)應(yīng)需要更大的力量來(lái)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。6.螺旋槳

大螺旋槳就需要用低kV電機(jī)，小螺旋槳就需要高kV電機(jī)（因?yàn)樾枰棉D(zhuǎn)速來(lái)彌補(bǔ)升力不足）。如果高kV帶大槳，力量不夠，那么就很困難，實(shí)際還是低速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)和電調(diào)很容易燒掉。如果低kV帶小槳，完全沒有問題，但升力不夠，可能造成無(wú)法起飛。例如常用1000kV電機(jī)，配10英寸左右的槳。6.螺旋槳

飛控系統(tǒng)是多旋翼無(wú)人機(jī)的核心設(shè)備，飛控系統(tǒng)的好壞從本質(zhì)上決定了無(wú)人機(jī)的飛行性能。它包括陀螺儀、加速度計(jì)、電路控制板、各外設(shè)接口。飛控系統(tǒng)如圖2-15所示。7.飛控系統(tǒng)

7.飛控系統(tǒng)

(1)陀螺儀。理論上陀螺只測(cè)試旋轉(zhuǎn)角速度，但實(shí)際上所有的陀螺都對(duì)加速度敏感，而重力加速度在我們地球上又是無(wú)處不在，并且實(shí)際應(yīng)用中，很難保證陀螺不受沖擊和振動(dòng)產(chǎn)生的加速度的影響，所以在實(shí)際應(yīng)用中陀螺對(duì)加速度的敏感程度就非常的重要，因?yàn)檎駝?dòng)敏感度是最大的誤差源。兩軸陀螺儀能起到增穩(wěn)作用，三軸陀螺儀能夠自穩(wěn)。7.飛控系統(tǒng)

(2)加速度計(jì)。一般為三軸加速度計(jì)，測(cè)量三軸加速度和重力。7.飛控系統(tǒng)

多旋翼無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)完成的主要功能有：(1)處理來(lái)自遙控器或自動(dòng)控制的信號(hào)，這時(shí)飛控需要識(shí)別遙控器或自動(dòng)控制的信號(hào)，完成要求的飛行姿態(tài)或其他指令。(2)控制電調(diào)，此時(shí)飛控系統(tǒng)要做的就是給電調(diào)發(fā)送信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)控制改變飛行姿態(tài)的功能。(3)可以通過一些機(jī)載的測(cè)量元件，在沒有任何控制的情況下，通過控制電調(diào)的輸出信號(hào)保持多旋翼無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定。7.飛控系統(tǒng)

遙控設(shè)置包括遙控器和接收機(jī)，接收機(jī)裝在機(jī)上。一般按照通道數(shù)將遙控器分成六通道、八通道、十四通道遙控器等，對(duì)于通道的概念在后邊章節(jié)會(huì)有詳細(xì)介紹。8.遙控裝置

測(cè)量多旋翼無(wú)人機(jī)當(dāng)前的經(jīng)緯度、高度、航跡方向、地速等信息。一般在GPS模塊中還會(huì)包含地磁羅盤(三軸磁力計(jì))：測(cè)量飛機(jī)當(dāng)前的航向。9.GPS模塊

目前最多的就是云臺(tái)，常用的有兩軸云臺(tái)和三軸云臺(tái)；云臺(tái)作為相機(jī)或攝像機(jī)的增穩(wěn)設(shè)備，提供兩個(gè)方向或三個(gè)方向的穩(wěn)定控制。云臺(tái)可以和控制電機(jī)集成在一個(gè)遙