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,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螺旋槳的飛行器并且四個螺旋槳呈十字形交叉結構，相對的四旋翼具有相同的旋轉方向，分兩組，兩組的旋轉方向不同。飛行器也通過控制這兩組螺旋槳的轉速與轉向產(chǎn)生不同的升力實現(xiàn)上下前后左右的六個方向飛行的航模模型。四旋翼飛行器的組成：電機 電調(diào)螺旋槳飛控板鋰電池遙控器（六通控制）個四軸機架基本線

2、路連接,,四旋翼飛行器的結構形式： 四旋翼飛行器采用四個旋翼作為飛行的直接動力源，旋翼對稱分布在機體的前后、左右四個方向，四個旋翼處于同一高度平面，且四個旋翼的結構和半徑都相同，旋翼 1和旋翼 3逆時針旋轉，旋翼 2和旋翼 4順時針旋轉，四個電機對稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計算機和外部設備。四旋翼飛行器的結構形式如圖所示：,,四旋翼飛行器的飛行原理： 四旋翼飛行器是通過調(diào)

3、節(jié)四個電機轉速來改變旋翼轉速，實現(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改變旋翼轉速實現(xiàn)升力變化，這樣會導致其動力部穩(wěn)定，所以需要一種能夠長期保穩(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，因此非常適合靜態(tài)和準靜態(tài)條件下飛行。但是四旋翼飛行器只有四個輸入力，同時卻有六個狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅動系統(tǒng)。 與傳統(tǒng)的直升機相比，四旋翼飛行器有下列優(yōu)勢：各個旋翼對機身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉方

4、向相反，因此當電機 1和電機 3逆時針旋轉的同時，電機 2和電機 4順時針旋轉，可以平衡旋翼對機身的反扭矩。,,四旋翼飛行器在空間共有 6個自由度（分別沿 3個坐標軸作平移和旋轉動作），這 6 個自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機的轉速來實現(xiàn)?；具\動狀態(tài)分別是： 垂直運動 俯仰運動 滾轉運動 偏航運動 前后運動和側向運動,,垂直運動：

5、 在圖（a）中，因有兩對電機轉向相反，可以平衡其對機身的反扭矩，當同時增加四個電機的輸出功率，旋翼轉速增加使得總的拉力增大，當總拉力足以克服整機的重量時，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時減小四個電機的輸出功率，四旋翼飛行器 則垂直下降，直至平衡落 地，實現(xiàn)了沿 z軸的垂直 運動，當外界擾動量為零 時，在旋翼產(chǎn)生的升力等 于飛行器的自重時，飛行 器便保持懸停狀態(tài)。保證 四個旋

6、翼轉速同步增加或 減小是垂直運動的關鍵。,,俯仰運動： 在圖（b）中，電機 1的轉速上升，電機 3 轉速下降，電機 2、電機 4 的轉速保持不變。為了不因為旋翼轉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轉速改變量的大小應相等。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身繞 y 軸旋轉（方向如圖所示）， 同理，當電機 1 的轉速下

7、降， 電機 3的轉速上升，機身便繞 y軸向另一個方向旋轉，實現(xiàn) 飛行器的俯仰運動。也就是說 通過這實現(xiàn)了四軸飛行器的翻 轉。,,滾轉運動： 滾轉運動與俯仰運動一樣，同樣是為了實現(xiàn)四軸飛行器的翻轉。只不過俯仰運動改變的是電機1 、3的轉速，保持電機2、4的轉速不變，使得四軸飛行器繞y軸進行旋轉。而滾轉運動則是改變電機2、4的轉速，保持電機1、3轉速不變，使四軸飛行器繞x軸進行旋轉。原

8、理如圖（c）示： 看視頻請點這,,,偏航運動： 四旋翼飛行器偏航運動可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來實現(xiàn)。旋翼轉動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使

9、四個旋翼中的兩個正轉，兩個反轉，且對角線上的來年 各個旋翼轉動方向相同。 反扭矩的大小與旋翼轉速有關，當四個電機轉速同時，四個旋翼產(chǎn)生的反 扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉動；當四個電機轉速不完全相同時，不平衡的反扭矩會引起四 旋翼飛行器轉動。在圖d中，當電機 1和電機3 的轉速上升，電機 2 和電機 4 的轉速下降時，旋翼 1和旋翼3對機身 的反扭矩大于旋翼2旋翼4對機身的反扭矩， 機身便在富余反扭 矩的作 用下繞 z軸轉動

10、， 實現(xiàn)飛行器的偏航運動， 轉向與電機 1、電機3的 轉向相 反。原理如圖 （d）示：,,前后運動與側向運動： 要想實現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運動，必須在水平電機轉速不變，反扭矩仍然要保持平衡。按圖 b的面內(nèi)對飛行器施加一定的力。在圖 e中，增加電機 3轉速，使拉力增大，相應減小電

11、機 1轉速， 使拉力減小，同時保持其它兩個理論，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，因此可以實現(xiàn)飛行器的前飛運動。向后飛行與向前飛行正好相反。當然在圖 b 圖 c中，飛行器在產(chǎn)生俯仰、翻滾運動的同,,時也會產(chǎn)生沿 x、y軸的水平運動。 同理，根據(jù)四軸飛行器前后運動的工作原理，將飛行器x、y軸上的電機的工作狀態(tài)進行互換便可以實現(xiàn)飛行器側向運動，原理圖如圖（f）所示。,,電機：

12、電機也就是馬達，可以說電機是四旋翼飛行器的基礎配件之一。電機分為有刷和無刷兩種，在四軸飛行器中無刷是主流，因為它力氣大且耐用，接下來說一下電機的基本型號數(shù)據(jù)： 不管什么牌子的電機，具體都要對應4位這類數(shù)字如2212電機什么的，其中前面2位是電機轉子的直徑，后面2位是電機轉子的高度。簡單來說，前面2位越大，電機越肥，后面2位越大，電機越高。 又高又大的電機，功率就更大，適合做大四軸。 另外，每個無刷

13、電機都會標準多少 kv值，這個kv是外加1v電壓對應的每分 鐘空轉轉速，例如：1000kv電機，外加 1v電壓，電機空轉時每分鐘轉100加2v電 壓，電機空轉就2000轉了。 一般來說，做普通的四軸飛行器用的 電機可以采用2212系列、KV930~1000的 無刷電機，一般品牌可選朗宇、新西達等等。,,電調(diào)： 電調(diào)都會標上多少A，如20a電調(diào)就是電子調(diào)速器，常見有好

14、盈、中特威、新西達等品牌。電調(diào)的作用就是將飛控板的控制信號，轉變?yōu)殡娏鞯拇笮?，以控制電機的轉速，因為電機的電流是很大的，通常每個電機同時正常工作時，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（另外也沒驅動無刷電機的功能）。同時電調(diào)在四軸當中還充當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)不能超標使用。,,此外，其實大多數(shù)常見電調(diào)是可以編程的，能通過編程來設置響應速度。編程的途徑可以直接將電調(diào)連接至遙控接收機的油門輸出通道（通常是3通道），按說明書，在遙控器上通過進行設置，這個方法比較麻煩，但節(jié)約。另外，還可搬動搖桿以通過廠家的編程卡來進行設置（需要單獨購買），方法簡單，無需接遙控器。為了保險，一定要將購買的電調(diào)設置一致，否則容易難于控制。如：電調(diào)的啟動模式不一樣，那么有些都轉很快了，有些還很慢，這就有問題了

16、。 注：通過遙控器進行設置電 調(diào)，一定要接上電機，因為說明 書上說的“滴滴”類的聲音，是 通過電機發(fā)出來的。,新西達電調(diào)編程教程文檔,,XAircraft FC1212-S 使用普通電調(diào)設置方法與油門校準視頻,,,螺旋槳： 螺旋槳一般有兩葉和三葉兩種類型，但在四軸飛行器中一把采用雙葉螺旋槳，雖然說在相同轉速下，三葉槳要比雙葉槳產(chǎn)生的升力大，但是四軸要用四個

17、螺旋槳，這樣雙葉槳要比三頁槳容易保持穩(wěn)定，而在四旋翼飛行器的制作中入門選用的螺旋槳的型號有仿apc槳 1045 。 同電機類似，槳的型號也有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 槳旋轉方向是不一樣的， 所以需要正反槳。正反槳 的風都向下吹。適合

18、順時 針旋轉的叫正漿、適合逆 時針旋轉的是反漿。安裝 的時候，一定記得無論正 反槳，有字的一面是向上 的（槳葉圓潤的一面要和 電機旋轉方向一致）。,,飛控板： 飛控板就是飛行器的大腦，如果沒有飛控板，四軸飛行器就會因為安裝、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，根本無法飛行，飛控板的作用就是通過飛控板上的陀螺儀，對四軸飛行狀態(tài)

19、進行快速調(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，電機變慢，升力變小，自然就不再向左傾斜。 關于飛控板，我們首先要做事是了解它的構造，接下來配上兩種型號的飛控板構造的圖解： kk飛控板 APM飛控板,,在入門時往往會有人選擇這兩種模式“x”模式和“+”模式。X模式要難飛一點，但動作更靈活。+模式要好

20、飛一點，動作靈活差一點，所以適合初學者。 當然，選擇不同的飛行模式，飛控板的安裝方式也不同，如果飛 控板安裝錯誤，會劇烈的晃動，根本無法飛。 說到底，飛控板其實就是一 塊單片機，當然不同的飛行模式，其中便攜的飛行程序也不盡相同。飛控板單片機里可以輸入 有關飛行調(diào)節(jié)、GPS導航等飛行 相關的程序，然后通過連接好接 收器、電調(diào)等輸出設備從而實現(xiàn) 接收信號（遙控器的信號）—— 數(shù)

21、據(jù)處理——輸出信號（調(diào)節(jié)輸 出電流進而實現(xiàn)對電機的控制） 三步驟。,X模式電機連接圖,,接下來再附一張APM飛控 板的圖片： kk飛控板的安裝調(diào)試 教學視頻,,,遙控器： 在航模的遙控器中，可選用的型號一般是天地飛系列的遙控器。 買遙控器需要注意以下幾點:: 通道數(shù)：遙控器控制的動作路數(shù)，比如遙控器只能控制四軸上下飛，那么就是1個通道

22、。但四軸在控制過程中需要控制的動作路數(shù)有：上下、左右、前后、旋轉所以最低得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。 美國手/日本手：大多數(shù)遙控器都會有美國手（左手控制油門） 和日本手（右手控制油門）之分，根據(jù)一般人的控制方式，往往 選擇美國手。 遙控距離：可能是新人最關心 的東西，一般都會在400米以 上，但是

23、等你發(fā)現(xiàn)你的四軸飛 了超過100米遠后，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，所以在選用電池時往往選擇鋰電池，因為同樣電池容量鋰電最輕，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。如果以500mh放電，可以持續(xù)放電2小時；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)標準電壓為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力鋰電池最重要區(qū)別，動力鋰電池需要很大電流放電，這個放電能力就是C來表示的。如1000mah電池 標準為5c，那么用5x1000mah，得出電池可以以5000mh的電流強度放電。這很重要，如果用低c的電池，大電流放電，電池會迅速損壞，甚至自燃。 電池的充電往往會有多少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的電流來充電。所以千萬不要圖快冒然用大電流，超過規(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2200mah 11.1V 20C的鋰電池，因為這個型號的電池，放電能力可達到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、 當然說到電池，就不得不說說充電器。鋰電池充電需要使用專門的平衡充，新手入門，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個鋰電池，因為制造工藝原因，沒辦法保證每個電池完全一致，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度或充電過度，充電不飽滿等，所以解決辦法是分別對內(nèi)部單節(jié)電池充電。動力鋰電都有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），充電時按說明書，都插入充電器內(nèi)

27、，就可以進行平衡充電了。 鋰電池 充電器,,個四軸機架： 說的也就是機架，幾家可以買，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。做四軸飛行器的機架，必須要符合飛行器的結構基礎，能夠保持對稱穩(wěn)定性。 另外需要

28、注意的是四根軸架的尺寸長度，不過只要保證4個螺旋槳不打架就可以了，但要考慮到螺旋槳之間因為旋轉產(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葉的還有個缺點，平衡不好做）。,基本線路連接：,四軸零件之間的接線與簡單說明：1、4個電調(diào)的正負極需要并聯(lián)（紅色連一起，黑色連1一起），并接到電池的正負極上；2、電調(diào)3根黑色的電機控制線，連接電機；3、電調(diào)有個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；4、遙控接收器連接在飛行控制器上，輸出遙控信號，并同時從飛行控制板上得到5v供電；電機與螺旋槳的搭配： 螺旋槳越大，升力就越大，但對應需要更大的力量來驅動；螺旋槳轉速越高，升力越大；電機的kv越小，轉動力量就越大；綜上所述，大螺旋槳就需要用低kv電機，小螺旋槳就需要高kv電機（因為需要用轉速來彌補升力不足）如果高kv帶大槳，力量不夠，那么就很困難，實際還是低

30、俗運轉，電機和電調(diào)很容易燒掉。如果低kv帶小槳，完全沒有問題，但升力不夠，可能造成無法起飛。例如：常用1000kv電機，配10寸左右的槳。,飛控與電調(diào)連接：,先看圖：在此，飛控板教學視頻 Kk飛控之線路連接,,,后言：,做四軸飛行器或許會是一件費錢費時的事，但相信成功之時，心中會有自己的充實。以上資料是制作四軸飛行器的初