四旋翼飛行器

1、四旋翼飛行器制作資料信息整理,山東農(nóng)業(yè)大學(xué),四旋翼飛行器,四旋翼飛行器的概念： 四旋翼飛行器就是一種具有四個(gè)螺旋槳的飛行器并且四個(gè)螺旋槳呈十字形交叉結(jié)構(gòu)，相對(duì)的四旋翼具有相同的旋轉(zhuǎn)方向，分兩組，兩組的旋轉(zhuǎn)方向不同。飛行器也通過(guò)控制這兩組螺旋槳的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向產(chǎn)生不同的升力實(shí)現(xiàn)上下前后左右的六個(gè)方向飛行的航模模型。四旋翼飛行器的組成：電機(jī) 電調(diào)螺旋槳飛控板鋰電池遙控器（六通控制）個(gè)四軸機(jī)架基本線

2、路連接,,四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式： 四旋翼飛行器采用四個(gè)旋翼作為飛行的直接動(dòng)力源，旋翼對(duì)稱(chēng)分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，旋翼 1和旋翼 3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋翼 2和旋翼 4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，四個(gè)電機(jī)對(duì)稱(chēng)的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式如圖所示：,,四旋翼飛行器的飛行原理： 四旋翼飛行器是通過(guò)調(diào)

3、節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置由于飛行器是通過(guò)改變旋翼轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)升力變化，這樣會(huì)導(dǎo)致其動(dòng)力部穩(wěn)定，所以需要一種能夠長(zhǎng)期保穩(wěn)定的控制方法。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，因此非常適合靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)條件下飛行。但是四旋翼飛行器只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 與傳統(tǒng)的直升機(jī)相比，四旋翼飛行器有下列優(yōu)勢(shì)：各個(gè)旋翼對(duì)機(jī)身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方

4、向相反，因此當(dāng)電機(jī) 1和電機(jī) 3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī) 2和電機(jī) 4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對(duì)機(jī)身的反扭矩。,,四旋翼飛行器在空間共有 6個(gè)自由度（分別沿 3個(gè)坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作），這 6 個(gè)自由度的控制都可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)?；具\(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別是： 垂直運(yùn)動(dòng) 俯仰運(yùn)動(dòng) 滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 偏航運(yùn)動(dòng) 前后運(yùn)動(dòng)和側(cè)向運(yùn)動(dòng),,垂直運(yùn)動(dòng)：

5、 在圖（a）中，因有兩對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對(duì)機(jī)身的反扭矩，當(dāng)同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器 則垂直下降，直至平衡落 地，實(shí)現(xiàn)了沿 z軸的垂直 運(yùn)動(dòng)，當(dāng)外界擾動(dòng)量為零 時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等 于飛行器的自重時(shí)，飛行 器便保持懸停狀態(tài)。保證 四個(gè)旋

6、翼轉(zhuǎn)速同步增加或 減小是垂直運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。,,俯仰運(yùn)動(dòng)： 在圖（b）中，電機(jī) 1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī) 3 轉(zhuǎn)速下降，電機(jī) 2、電機(jī) 4 的轉(zhuǎn)速保持不變。為了不因?yàn)樾磙D(zhuǎn)速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力改變，旋翼1與旋翼 3轉(zhuǎn)速改變量的大小應(yīng)相等。由于旋翼1 的升 力上升，旋翼 3 的升力下降， 產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞 y 軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示）， 同理，當(dāng)電機(jī) 1 的轉(zhuǎn)速下

7、降， 電機(jī) 3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞 y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn) 飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō) 通過(guò)這實(shí)現(xiàn)了四軸飛行器的翻 轉(zhuǎn)。,,滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)： 滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與俯仰運(yùn)動(dòng)一樣，同樣是為了實(shí)現(xiàn)四軸飛行器的翻轉(zhuǎn)。只不過(guò)俯仰運(yùn)動(dòng)改變的是電機(jī)1 、3的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)2、4的轉(zhuǎn)速不變，使得四軸飛行器繞y軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。而滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則是改變電機(jī)2、4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1、3轉(zhuǎn)速不變，使四軸飛行器繞x軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。原

8、理如圖（c）示： 看視頻請(qǐng)點(diǎn)這,,,偏航運(yùn)動(dòng)： 四旋翼飛行器偏航運(yùn)動(dòng)可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn)。旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于空氣阻力作用會(huì)形成與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使

9、四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對(duì)角線上的來(lái)年 各個(gè)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。 反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速同時(shí)，四個(gè)旋翼產(chǎn)生的反 扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會(huì)引起四 旋翼飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖d中，當(dāng)電機(jī) 1和電機(jī)3 的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī) 2 和電機(jī) 4 的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，旋翼 1和旋翼3對(duì)機(jī)身 的反扭矩大于旋翼2旋翼4對(duì)機(jī)身的反扭矩， 機(jī)身便在富余反扭 矩的作 用下繞 z軸轉(zhuǎn)動(dòng)

10、， 實(shí)現(xiàn)飛行器的偏航運(yùn)動(dòng)， 轉(zhuǎn)向與電機(jī) 1、電機(jī)3的 轉(zhuǎn)向相 反。原理如圖 （d）示：,,前后運(yùn)動(dòng)與側(cè)向運(yùn)動(dòng)： 要想實(shí)現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運(yùn)動(dòng)，必須在水平電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。按圖 b的面內(nèi)對(duì)飛行器施加一定的力。在圖 e中，增加電機(jī) 3轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應(yīng)減小電

11、機(jī) 1轉(zhuǎn)速， 使拉力減小，同時(shí)保持其它兩個(gè)理論，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使 旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)飛行器的前飛運(yùn)動(dòng)。向后飛行與向前飛行正好相反。當(dāng)然在圖 b 圖 c中，飛行器在產(chǎn)生俯仰、翻滾運(yùn)動(dòng)的同,,時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沿 x、y軸的水平運(yùn)動(dòng)。 同理，根據(jù)四軸飛行器前后運(yùn)動(dòng)的工作原理，將飛行器x、y軸上的電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行互換便可以實(shí)現(xiàn)飛行器側(cè)向運(yùn)動(dòng)，原理圖如圖（f）所示。,,電機(jī)：

12、電機(jī)也就是馬達(dá)，可以說(shuō)電機(jī)是四旋翼飛行器的基礎(chǔ)配件之一。電機(jī)分為有刷和無(wú)刷兩種，在四軸飛行器中無(wú)刷是主流，因?yàn)樗獯笄夷陀茫酉聛?lái)說(shuō)一下電機(jī)的基本型號(hào)數(shù)據(jù)： 不管什么牌子的電機(jī)，具體都要對(duì)應(yīng)4位這類(lèi)數(shù)字如2212電機(jī)什么的，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。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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。 另外，每個(gè)無(wú)刷

13、電機(jī)都會(huì)標(biāo)準(zhǔn)多少 kv值，這個(gè)kv是外加1v電壓對(duì)應(yīng)的每分 鐘空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，例如：1000kv電機(jī)，外加 1v電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)每分鐘轉(zhuǎn)100加2v電 壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)就2000轉(zhuǎn)了。 一般來(lái)說(shuō)，做普通的四軸飛行器用的 電機(jī)可以采用2212系列、KV930~1000的 無(wú)刷電機(jī)，一般品牌可選朗宇、新西達(dá)等等。,,電調(diào)： 電調(diào)都會(huì)標(biāo)上多少A，如20a電調(diào)就是電子調(diào)速器，常見(jiàn)有好

14、盈、中特威、新西達(dá)等品牌。電調(diào)的作用就是將飛控板的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮?，以控制電機(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)同時(shí)正常工作時(shí)，平均有3a左右的電流，如果沒(méi)有電調(diào)的存在，飛控板根本無(wú)法承受這樣大的電流（另外也沒(méi)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)的功能）。同時(shí)電調(diào)在四軸當(dāng)中還充當(dāng)了電壓變化器的作用，將11.1v的電壓變?yōu)?v為飛控板和遙控器供電，40a這個(gè)數(shù)字就是電調(diào)能夠提供 的電流。大電流的電調(diào)可以兼容用在小電 流的地方。

15、小電流電調(diào)不能超標(biāo)使用。,,此外，其實(shí)大多數(shù)常見(jiàn)電調(diào)是可以編程的，能通過(guò)編程來(lái)設(shè)置響應(yīng)速度。編程的途徑可以直接將電調(diào)連接至遙控接收機(jī)的油門(mén)輸出通道（通常是3通道），按說(shuō)明書(shū)，在遙控器上通過(guò)進(jìn)行設(shè)置，這個(gè)方法比較麻煩，但節(jié)約。另外，還可搬動(dòng)搖桿以通過(guò)廠家的編程卡來(lái)進(jìn)行設(shè)置（需要單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)），方法簡(jiǎn)單，無(wú)需接遙控器。為了保險(xiǎn)，一定要將購(gòu)買(mǎi)的電調(diào)設(shè)置一致，否則容易難于控制。如：電調(diào)的啟動(dòng)模式不一樣，那么有些都轉(zhuǎn)很快了，有些還很慢，這就有問(wèn)題了

16、。 注：通過(guò)遙控器進(jìn)行設(shè)置電 調(diào)，一定要接上電機(jī)，因?yàn)檎f(shuō)明 書(shū)上說(shuō)的“滴滴”類(lèi)的聲音，是 通過(guò)電機(jī)發(fā)出來(lái)的。,新西達(dá)電調(diào)編程教程文檔,,XAircraft FC1212-S 使用普通電調(diào)設(shè)置方法與油門(mén)校準(zhǔn)視頻,,,螺旋槳： 螺旋槳一般有兩葉和三葉兩種類(lèi)型，但在四軸飛行器中一把采用雙葉螺旋槳，雖然說(shuō)在相同轉(zhuǎn)速下，三葉槳要比雙葉槳產(chǎn)生的升力大，但是四軸要用四個(gè)

17、螺旋槳，這樣雙葉槳要比三頁(yè)槳容易保持穩(wěn)定，而在四旋翼飛行器的制作中入門(mén)選用的螺旋槳的型號(hào)有仿apc槳 1045 。 同電機(jī)類(lèi)似，槳的型號(hào)也有1045,7040這些4位數(shù)字，前面2位代表槳的直徑（單位：英寸 1英寸=254毫米）后面2位是槳的角度。 另外，四軸飛行為了抵 消螺旋槳的自旋，相隔的 槳旋轉(zhuǎn)方向是不一樣的， 所以需要正反槳。正反槳 的風(fēng)都向下吹。適合

18、順時(shí) 針旋轉(zhuǎn)的叫正漿、適合逆 時(shí)針旋轉(zhuǎn)的是反漿。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）。,,飛控板： 飛控板就是飛行器的大腦，如果沒(méi)有飛控板，四軸飛行器就會(huì)因?yàn)榘惭b、外界干擾、零件之間的不一致型等原因形成飛行力量不平衡，后果就是左右、上下的胡亂翻滾，根本無(wú)法飛行，飛控板的作用就是通過(guò)飛控板上的陀螺儀，對(duì)四軸飛行狀態(tài)

19、進(jìn)行快速調(diào)整，如發(fā)現(xiàn)右邊力量大，向左傾斜，那么就減弱右邊電流輸出，電機(jī)變慢，升力變小，自然就不再向左傾斜。 關(guān)于飛控板，我們首先要做事是了解它的構(gòu)造，接下來(lái)配上兩種型號(hào)的飛控板構(gòu)造的圖解： kk飛控板 APM飛控板,,在入門(mén)時(shí)往往會(huì)有人選擇這兩種模式“x”模式和“+”模式。X模式要難飛一點(diǎn)，但動(dòng)作更靈活。+模式要好

20、飛一點(diǎn)，動(dòng)作靈活差一點(diǎn)，所以適合初學(xué)者。 當(dāng)然，選擇不同的飛行模式，飛控板的安裝方式也不同，如果飛 控板安裝錯(cuò)誤，會(huì)劇烈的晃動(dòng)，根本無(wú)法飛。 說(shuō)到底，飛控板其實(shí)就是一 塊單片機(jī)，當(dāng)然不同的飛行模式，其中便攜的飛行程序也不盡相同。飛控板單片機(jī)里可以輸入 有關(guān)飛行調(diào)節(jié)、GPS導(dǎo)航等飛行 相關(guān)的程序，然后通過(guò)連接好接 收器、電調(diào)等輸出設(shè)備從而實(shí)現(xiàn) 接收信號(hào)（遙控器的信號(hào)）—— 數(shù)

21、據(jù)處理——輸出信號(hào)（調(diào)節(jié)輸 出電流進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制） 三步驟。,X模式電機(jī)連接圖,,接下來(lái)再附一張APM飛控 板的圖片： kk飛控板的安裝調(diào)試 教學(xué)視頻,,,遙控器： 在航模的遙控器中，可選用的型號(hào)一般是天地飛系列的遙控器。 買(mǎi)遙控器需要注意以下幾點(diǎn):: 通道數(shù)：遙控器控制的動(dòng)作路數(shù)，比如遙控器只能控制四軸上下飛，那么就是1個(gè)通道

22、。但四軸在控制過(guò)程中需要控制的動(dòng)作路數(shù)有：上下、左右、前后、旋轉(zhuǎn)所以最低得4通道遙控器。 頻率：選擇2.4G左右的（也就是天線短的那種），2.4G是主流，穩(wěn)定性好，也很成熟。 美國(guó)手/日本手：大多數(shù)遙控器都會(huì)有美國(guó)手（左手控制油門(mén)） 和日本手（右手控制油門(mén)）之分，根據(jù)一般人的控制方式，往往 選擇美國(guó)手。 遙控距離：可能是新人最關(guān)心 的東西，一般都會(huì)在400米以 上，但是

23、等你發(fā)現(xiàn)你的四軸飛 了超過(guò)100米遠(yuǎn)后，你就看不 清它的姿態(tài)了！所以盲目追求 遙控距離是不可取的！,,電池： 考慮到四旋翼飛行器質(zhì)輕高飛的特點(diǎn)，所以在選用電池時(shí)往往選擇鋰電池，因?yàn)橥瑯与姵厝萘夸囯娮钶p，起飛效率最高。 另外，電池的多少mah表示電池容量，如1000mah電池，如果以1000ma放電，可持續(xù)放電1小時(shí)。如果以500mh放電，可以持續(xù)放電2小時(shí)；電池后面的

24、2s，3s，4s代表鋰電池的節(jié)數(shù)（鋰電池1節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電壓為3.7v）；電池后面多少c代表電池放電能力，這是普通鋰電池和動(dòng)力鋰電池最重要區(qū)別，動(dòng)力鋰電池需要很大電流放電，這個(gè)放電能力就是C來(lái)表示的。如1000mah電池 標(biāo)準(zhǔn)為5c，那么用5x1000mah，得出電池可以以5000mh的電流強(qiáng)度放電。這很重要，如果用低c的電池，大電流放電，電池會(huì)迅速損壞，甚至自燃。 電池的充電往往會(huì)有多少c快充的字眼，它代表的意思與上面的c一樣，

25、只是將放電變成了充電，如1000mah電池，2c快充，就代表可以用2000ma的電流來(lái)充電。所以千萬(wàn)不要圖快冒然用大電流，超過(guò)規(guī)定參數(shù)充電，電池很容易損壞。 還有就是電池容量越大，c越高，s越多，電池越重。,,我們制作四旋翼飛行器可以選擇型號(hào)2200mah 11.1V 20C的鋰電池，因?yàn)檫@個(gè)型號(hào)的電池，放電能力可達(dá)到44A，也就是2.2A*20C=44A，而我們四軸的懸停功率大概在100多瓦，足夠了。

26、 當(dāng)然說(shuō)到電池，就不得不說(shuō)說(shuō)充電器。鋰電池充電需要使用專(zhuān)門(mén)的平衡充，新手入門(mén)，可以使用“301平衡充”。什么是平衡充電呢？如3s電池，內(nèi)部是3個(gè)鋰電池，因?yàn)橹圃旃に囋?，沒(méi)辦法保證每個(gè)電池完全一致，充電放電特性都有差異，電池串聯(lián)的情況下，就容易照常某些放電過(guò)度或充電過(guò)度，充電不飽滿(mǎn)等，所以解決辦法是分別對(duì)內(nèi)部單節(jié)電池充電。動(dòng)力鋰電都有2組線，1組是輸出線（2根），1組是單節(jié)鋰電引出線（與s數(shù)有關(guān)），充電時(shí)按說(shuō)明書(shū)，都插入充電器內(nèi)

27、，就可以進(jìn)行平衡充電了。 鋰電池 充電器,,個(gè)四軸機(jī)架： 說(shuō)的也就是機(jī)架，幾家可以買(mǎi)，也可以自己制作。若要自己制作，可以選用的材料是鋁管、木條、PVC硬質(zhì)水管等質(zhì)輕且可塑性好的材料。 總而言之。做四軸飛行器的機(jī)架，必須要符合飛行器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能夠保持對(duì)稱(chēng)穩(wěn)定性。 另外需要

28、注意的是四根軸架的尺寸長(zhǎng)度，不過(guò)只要保證4個(gè)螺旋槳不打架就可以了，但要考慮到螺旋槳之間因?yàn)樾D(zhuǎn)產(chǎn)生的亂流互相影響，建議還是不要太近，否則影響效率。 這也是為什么四軸用2葉螺旋槳比用3葉螺旋槳多的原因之一（3葉的還有個(gè)缺點(diǎn)，平衡不好做）。,基本線路連接：,四軸零件之間的接線與簡(jiǎn)單說(shuō)明：1、4個(gè)電調(diào)的正負(fù)極需要并聯(lián)（紅色連一起，黑色連1一起），并接到電池的正負(fù)極上；2、電調(diào)3根黑色的電機(jī)控制線，連接電機(jī)；3、電調(diào)有個(gè)BEC輸出，用于輸

29、出5v的電壓，給飛行控制板供電，和接收飛行控制板的控制信號(hào)；4、遙控接收器連接在飛行控制器上，輸出遙控信號(hào)，并同時(shí)從飛行控制板上得到5v供電；電機(jī)與螺旋槳的搭配： 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；綜上所述，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

30、俗運(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(méi)有問(wèn)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寸左右的槳。,飛控與電調(diào)連接：,先看圖：在此，飛控板教學(xué)視頻 Kk飛控之線路連接,,,后言：,做四軸飛行器或許會(huì)是一件費(fèi)錢(qián)費(fèi)時(shí)的事，但相信成功之時(shí)，心中會(huì)有自己的充實(shí)。以上資料是制作四軸飛行器的初