小型四旋翼无人机组机方案

一、小型四旋翼无人机总体架构

典型的小型四旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PPM编码板）组成。

（一）机械部分

机架

考虑到编队飞行对实验室空间的要求，希望机架能够尽量的小。根据与蔡国伟老师对电机与桨叶（后文提到）的搭配进行讨论后，决定将机架的大小设定为轴距255mm，边距180mm（由6寸桨的大小决定）。

1，底板 2，中间机架板 3，顶板

整个机体由底板、中间机架板、顶板连接而成（通过尼龙螺柱和螺丝）；底板安置电池、xbee模块、遥控器接收机、电调连接板，中间机架板安置4个电调、pixhawk飞控板，顶板用于安置定位系统标记点（同时起到保护、隐藏pixhawk 飞控板及走线的作用）；为便于安装，所有开孔、镂空均根据拟选器件匹配设计；拟采用碳2mm厚3K纤维板加工。

另设计四个保护罩如下（可用于避免桨叶受损或伤人）：

4，保护罩

（二）动力部分

（1）电机

一般而言，小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。经过对比讨论后，拟选用飓风D2206 KV1900无刷直流电机（配6寸桨）。之所以选用这款电机是因为这款电机能够提供较大的拉力，同时该电机的工作电流处在一个比较小的区间，单个电机重量仅为。

飓风D2206 KV1900参数表

飓风D2206 KV1900实物图

（2）电子调速器

电子调速器用于驱动无刷直流电机，比较重要的参数是工作电流，刷新频率，重量。一般而言，市面上可售的大部分电子调速器的刷新频率都大于400hz，符合要求。根据上文所选电机的工作电流，综合考虑重量要求，与蔡国伟老师沟通后，拟选用好盈XRotor-10A电子调速器。

好盈XRotor系列电子调速器参数表

好盈XRotor-10A电子调速器实物图

（3）电调连接板

电调连接板，其本质为一块电源配电板，用于简化电池与电调、电调与飞控之间的电气连接，同时可以避免导线拆装时的反复焊接。

电调连接板电调连接板与电调连接图

（4）桨叶

桨叶与电机的搭配主要是从机架大小、能否提供足够动力这两方面进行考虑。由于希望设计体型较小的机架（以便给室内编队飞行提供更大的机动空间），因此只考虑5寸桨、6寸桨。经过调研，发现搭配5寸桨时，整机起飞重量在500g 以下时较为合适。考虑到本次将要设计组装的小型四旋翼无人机的起飞重量在600g左右，在与蔡国伟老师交流后，决定选用6寸桨。根据蔡老师建议，桨叶的调衡和材质直接决定性能，因此需要多购入几款桨叶进行测试。

6寸桨

（5）电池

现在几乎所有的四旋翼无人机都使用锂电池，主要考量电池的容量、放电速率、自身重量。综合考虑后，电池拟选用ACE格瑞普2200mAh锂电池，充电倍率20C，重量186g，尺寸25mm*34mm*105mm。

ACE格瑞普2200mAh锂电池

（三）电子部分

（1）飞控板

飞控板是四旋翼无人机的核心电子部件。考虑到嵌入算法的需要，拟选用开源飞控板。开源飞控领域影响比较大的就是3d robotics公司生产的APM和Pixhawk。其中APM的由开源社区设计与维护（硬件与软件均为开源），Pixhawk 是由苏黎世联邦理工学院牵头的一个开源项目（硬件与软件均为开源），致力于为学术研究、业余爱好、工业用途提供低成本、高性能的自动驾驶仪。Pixhawk 的硬件部分明显地要比APM强大，同时其软件部分采用了Nuttx实时操作系统，专业性更强，因此拟选用Pixhawk飞控板。

Pixhawk与APM硬件对比

（2）通信模块

在对比了数传电台、蓝牙、zigbee以及wifi这四种通信机制后，摒弃了蓝牙、数传电台（组网比较困难），留下zigbee和wifi作为预选。其中zigbee 的延时较短，因此优先选用zigbee。拟选zigbee模块为xbee Pro S2B。

xbee Pro S2B

（3）遥控器接收机

为了便于调试，需要在无人机在上安装一个遥控器接收机，用于实现无人机的手动/自动切换，因为实验室现有一个天地飞WLFY的遥控器发射机，所以拟选用对应的遥控器接收机。遥控器接收机的输出信号要传递给飞控板；但其输出信号有8路，而飞控板只有一个PPM接口，因此需要用到PPM编码板将8路信号合成1路，再传递给飞控板，飞控板本身具有解码功能。

遥控器接收机 PPM编码板

二、预算表

类别型号数量单价无人机部分

机械部分机械加工费3K碳纤板1￥450

动力部分

电机飓风D2206 KV19004￥100

电子调速器好盈XRotor-10A4￥40

电调连接板XT60连接头1￥35

桨叶6045/60308￥5

电池2200mAh1￥120电子部分

飞控板Pixhawk1￥1680

Xbee模块Xbee Pro S2B2￥328

Xbee适配器Xbee Adapter2￥75

遥控器接收机天地飞遥控器接收机1￥160

PPM编码板8通道1￥42

总计￥3893由上述部件组装成的无人机

三、其它

1．还没算遥控器发射机，我们用的是“天地飞8通道遥控器”，好像得七百多块钱吧

2．机架是找人加工的

3．中国做四旋翼无人机比较有名的一家公司

4. 淘宝上比较好的店家

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(3)

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