多旋翼无人机系统的组成
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
从而完成前后左右高低上下的飞行动作，而电
池负责供电，机架将所有的零件固定在一起。 下面以大疆筋斗云DJI S1000+为例进行介绍。
1．机身和起落架 图2.3 DJI S1000+飞行器
机身由中心板、机臂（包含电机、电调和螺旋桨）、智能起 落架等组成。
图2.4 DJI S1000+飞行器中心板
• 专业多旋翼航拍飞行器的机身和起落架多 用强度高而重量轻的碳纤维复合材料制作。
ห้องสมุดไป่ตู้
图2.6 飞行中起落架收起
• 2．电机 • 多旋翼无人机一般采用外转子无刷电机（定子为绕组与硅钢片组成的
框架，转子磁钢在电机外部旋转）作动力。它的优点是转动惯量大、 转动平稳、转矩大、磁铁好固定。无刷电机相对有刷电机寿命更长、 性能更稳定。 普通的直流电机是利用碳刷进行换向的，碳刷换向存在 很大的缺点，例如机械换向产生的火花引起换向器和电刷摩擦、电磁 干扰、噪声大、寿命短、结构复杂、可靠性差、故障多，需要经常维 护等。而无刷直流电机在电机性能上和直流电机性能相近，同时电机 没有碳刷。无刷电机是通过电子换向达到电机连续运转目的的。无刷 电机的换向模式分为方波和正弦波驱动，就其位置传感器和控制电路 来说，方波驱动相对简单、价廉而得到广泛利用。目前，多旋翼无人 机多采用方波驱动无刷电机。
图2.10 桨叶的剖面和飞机机翼的升 力原理
图2.11 两叶浆和三叶浆
• 螺旋桨有2、3或4个桨叶,一般桨叶数目越多吸收功率越大。多 旋翼飞行器的螺旋桨一般使用两叶浆，同电机类似，螺旋桨也 有如8045, 9047等4位数字标示，前面2位代表螺旋桨的直径，也 就是长度，单位是英寸。但是要注意，9047是直径9英寸螺旋浆， 而1045是直径10英寸螺旋浆。后面两位数是指几何螺距，螺距 原指螺纹上相邻两牙对应点之间的轴向距离，可以理解为螺丝 转动一圈前进的距离。而螺旋桨的螺距是螺旋桨在固体介质内 无摩擦旋转一周所前进的距离。简单来说可以理解为螺旋桨桨 叶的“倾斜度”，螺距标称越大倾斜度越大。螺旋桨长度和螺 距越大，所需要的电机或发动机级别就越大。螺旋桨的长度越 大，某种程度上能够保证飞机俯仰稳定性越高，螺距越大飞行 速度越快。四轴飞行器为了抵消螺旋桨的自旋，相邻的螺旋桨 旋转方向是不一样的，所以需要正反桨。正反桨的风都向下吹。 顺时针旋转的叫正桨（CW）、逆时针旋转的是反桨（CCW）。 安装的时候一定记得无论正反桨有字的一面是向上的。
• 3．电调 • 电调的全称是电子调速器，针对电机不同可分为有刷电子调速器和无
刷电子调速器，它根据控制信号调节电动机的转速。无刷电调输入是 直流，可以接稳压电源，或者锂电池。一般的供电都在2-6节锂电池左 右。输出是三相脉动直流，直接与电机的三相输入端相连。如果上电 后，电机反转，只需要把这三根线中间的任意两根对换位置即可。无 刷电调有一对信号线连出，用来与飞控系统连接，控制电机的运转。 多旋翼无人机需要使用专用电调，以适应多轴快速反应。
图2.9 DJI 4114专用电调
• 4. 螺旋桨 • 靠桨叶在空气中旋转将发动机转动功率转化为推进力或升力的
装置，简称螺旋桨。它由多个桨叶和中央的桨毂组成，桨叶好 像一扭转的细长机翼安装在桨毂上，发动机轴与桨毂相连接并 带动它旋转。直升机旋翼和尾桨也是一种螺旋桨。 • 螺旋桨旋转时，桨叶不断把大量空气向后（向下）推去，在桨 叶上产生一向前（向上）的力，即推进力。一般情况下，螺旋 桨除旋转外还有前进速度。如截取一小段桨叶来看，恰像一小 段机翼。桨叶上的气动力在前进方向的分力构成拉力。在旋转 面内的分量形成阻止螺旋桨旋转的力矩，由发动机的力矩来平 衡。对于固定翼来说主要提供的是推力，对于多轴来说提供是 的升力。在不超负载的情况下，飞机可以更换很多不同的桨， 同样可以飞起来，但是飞行效果和续航时间，却是大相径庭。 螺旋桨选得适合，飞行更稳，航拍效果和续航时间都兼得，选 得不好可能效果就相反了。
2.1.2多旋翼无人机系统的组成
• 多旋翼无人机的基本组成有机身和起落架、电 机（电动机）、电调(电子调速器)、飞控(飞行 控制器)、螺旋桨、动力电池、遥控装置（遥 控发射器和接收器）等，原理为遥控器发射遥 控信号--遥控接收器收到信号传输给飞控，飞 控将遥控信号转化传输给电调，电调通过调节
不同电机的供电电压以控制螺旋桨的旋转速度
• 外转子无刷电机的命名原则，各个厂家有所不同，有以电机定子的直 径和高度来命名，也有以电机的直径和高度来命名。多旋翼无人机所 用的电机大多都是以电机定子的直径与高度来命名。例如大疆的DJI 4114电机，指的是该电机定子直径41MM，定子高度14MM。
图2.7 DJI 4114电机和桨夹
图2.8 无刷电机定子和转子
• 无刷电调的主要参数有输入电压范围、输出持续电流和最大允许瞬时 电流、兼容信号频率等。多旋翼航拍无人机通常为11.1V—22.2V（3-6 节锂电池）直流电压，持续电流20A—40A，兼容信号频率30-450 Hz。 一些通用型电调还带有BEC（battey elimination circuit免电池电路）输 出，例如5V/2A，可以为飞控和遥控接收器等设备供电。但是如果这 些设备需要的供电电流大于BEC所能提供的电流，就需要专门的供电 设备来供电。大疆的DJI S1000+使用的是4114专用电调，工作电流40A， 工作电压6S LiPo（6节锂电池），兼容信号频率30Hz-450Hz。
• 无刷电机的一个重要参数是KV值，它是指电机 输入电压每提高1伏特，电机空载转速提高的 量。例如大疆的DJI 4114电机的KV值是 400prm/V，即说明电机空载情况下加1伏特电 压转速为每分钟400转，2伏特电压每分钟800 转，依此类推。同型号电机(比如都是4114)低 KV值比高KV值提供的扭力大，类似于汽车一挡 的速度虽然慢，但是爬坡更容易。但是低KV值 需要配大螺旋桨，如果搭配不合适会造成严重 的反扭现象。另外，像电机重量、最大拉力、 最大起飞重量等也是无刷电机重要参数。
和传统金属材料相比，复合材料具有比强
度和比刚度高、热膨胀系数小、抗疲劳能
力和抗振能力强的特点，将它应用于无人 机结构中可以减重25％-30％。为了携带方 便，多旋翼飞行器常作成机臂可折叠结构，
而且智能起落架能够在飞行器起飞后离开
地面一定高度时可遥控升起或折叠，使相 机随云台转动时视线不被遮挡。
图2.5 折叠后的DJI S1000+
池负责供电，机架将所有的零件固定在一起。 下面以大疆筋斗云DJI S1000+为例进行介绍。
1．机身和起落架 图2.3 DJI S1000+飞行器
机身由中心板、机臂（包含电机、电调和螺旋桨）、智能起 落架等组成。
图2.4 DJI S1000+飞行器中心板
• 专业多旋翼航拍飞行器的机身和起落架多 用强度高而重量轻的碳纤维复合材料制作。
ห้องสมุดไป่ตู้
图2.6 飞行中起落架收起
• 2．电机 • 多旋翼无人机一般采用外转子无刷电机（定子为绕组与硅钢片组成的
框架，转子磁钢在电机外部旋转）作动力。它的优点是转动惯量大、 转动平稳、转矩大、磁铁好固定。无刷电机相对有刷电机寿命更长、 性能更稳定。 普通的直流电机是利用碳刷进行换向的，碳刷换向存在 很大的缺点，例如机械换向产生的火花引起换向器和电刷摩擦、电磁 干扰、噪声大、寿命短、结构复杂、可靠性差、故障多，需要经常维 护等。而无刷直流电机在电机性能上和直流电机性能相近，同时电机 没有碳刷。无刷电机是通过电子换向达到电机连续运转目的的。无刷 电机的换向模式分为方波和正弦波驱动，就其位置传感器和控制电路 来说，方波驱动相对简单、价廉而得到广泛利用。目前，多旋翼无人 机多采用方波驱动无刷电机。
图2.10 桨叶的剖面和飞机机翼的升 力原理
图2.11 两叶浆和三叶浆
• 螺旋桨有2、3或4个桨叶,一般桨叶数目越多吸收功率越大。多 旋翼飞行器的螺旋桨一般使用两叶浆，同电机类似，螺旋桨也 有如8045, 9047等4位数字标示，前面2位代表螺旋桨的直径，也 就是长度，单位是英寸。但是要注意，9047是直径9英寸螺旋浆， 而1045是直径10英寸螺旋浆。后面两位数是指几何螺距，螺距 原指螺纹上相邻两牙对应点之间的轴向距离，可以理解为螺丝 转动一圈前进的距离。而螺旋桨的螺距是螺旋桨在固体介质内 无摩擦旋转一周所前进的距离。简单来说可以理解为螺旋桨桨 叶的“倾斜度”，螺距标称越大倾斜度越大。螺旋桨长度和螺 距越大，所需要的电机或发动机级别就越大。螺旋桨的长度越 大，某种程度上能够保证飞机俯仰稳定性越高，螺距越大飞行 速度越快。四轴飞行器为了抵消螺旋桨的自旋，相邻的螺旋桨 旋转方向是不一样的，所以需要正反桨。正反桨的风都向下吹。 顺时针旋转的叫正桨（CW）、逆时针旋转的是反桨（CCW）。 安装的时候一定记得无论正反桨有字的一面是向上的。
• 3．电调 • 电调的全称是电子调速器，针对电机不同可分为有刷电子调速器和无
刷电子调速器，它根据控制信号调节电动机的转速。无刷电调输入是 直流，可以接稳压电源，或者锂电池。一般的供电都在2-6节锂电池左 右。输出是三相脉动直流，直接与电机的三相输入端相连。如果上电 后，电机反转，只需要把这三根线中间的任意两根对换位置即可。无 刷电调有一对信号线连出，用来与飞控系统连接，控制电机的运转。 多旋翼无人机需要使用专用电调，以适应多轴快速反应。
图2.9 DJI 4114专用电调
• 4. 螺旋桨 • 靠桨叶在空气中旋转将发动机转动功率转化为推进力或升力的
装置，简称螺旋桨。它由多个桨叶和中央的桨毂组成，桨叶好 像一扭转的细长机翼安装在桨毂上，发动机轴与桨毂相连接并 带动它旋转。直升机旋翼和尾桨也是一种螺旋桨。 • 螺旋桨旋转时，桨叶不断把大量空气向后（向下）推去，在桨 叶上产生一向前（向上）的力，即推进力。一般情况下，螺旋 桨除旋转外还有前进速度。如截取一小段桨叶来看，恰像一小 段机翼。桨叶上的气动力在前进方向的分力构成拉力。在旋转 面内的分量形成阻止螺旋桨旋转的力矩，由发动机的力矩来平 衡。对于固定翼来说主要提供的是推力，对于多轴来说提供是 的升力。在不超负载的情况下，飞机可以更换很多不同的桨， 同样可以飞起来，但是飞行效果和续航时间，却是大相径庭。 螺旋桨选得适合，飞行更稳，航拍效果和续航时间都兼得，选 得不好可能效果就相反了。
2.1.2多旋翼无人机系统的组成
• 多旋翼无人机的基本组成有机身和起落架、电 机（电动机）、电调(电子调速器)、飞控(飞行 控制器)、螺旋桨、动力电池、遥控装置（遥 控发射器和接收器）等，原理为遥控器发射遥 控信号--遥控接收器收到信号传输给飞控，飞 控将遥控信号转化传输给电调，电调通过调节
不同电机的供电电压以控制螺旋桨的旋转速度
• 外转子无刷电机的命名原则，各个厂家有所不同，有以电机定子的直 径和高度来命名，也有以电机的直径和高度来命名。多旋翼无人机所 用的电机大多都是以电机定子的直径与高度来命名。例如大疆的DJI 4114电机，指的是该电机定子直径41MM，定子高度14MM。
图2.7 DJI 4114电机和桨夹
图2.8 无刷电机定子和转子
• 无刷电调的主要参数有输入电压范围、输出持续电流和最大允许瞬时 电流、兼容信号频率等。多旋翼航拍无人机通常为11.1V—22.2V（3-6 节锂电池）直流电压，持续电流20A—40A，兼容信号频率30-450 Hz。 一些通用型电调还带有BEC（battey elimination circuit免电池电路）输 出，例如5V/2A，可以为飞控和遥控接收器等设备供电。但是如果这 些设备需要的供电电流大于BEC所能提供的电流，就需要专门的供电 设备来供电。大疆的DJI S1000+使用的是4114专用电调，工作电流40A， 工作电压6S LiPo（6节锂电池），兼容信号频率30Hz-450Hz。
• 无刷电机的一个重要参数是KV值，它是指电机 输入电压每提高1伏特，电机空载转速提高的 量。例如大疆的DJI 4114电机的KV值是 400prm/V，即说明电机空载情况下加1伏特电 压转速为每分钟400转，2伏特电压每分钟800 转，依此类推。同型号电机(比如都是4114)低 KV值比高KV值提供的扭力大，类似于汽车一挡 的速度虽然慢，但是爬坡更容易。但是低KV值 需要配大螺旋桨，如果搭配不合适会造成严重 的反扭现象。另外，像电机重量、最大拉力、 最大起飞重量等也是无刷电机重要参数。
和传统金属材料相比，复合材料具有比强
度和比刚度高、热膨胀系数小、抗疲劳能
力和抗振能力强的特点，将它应用于无人 机结构中可以减重25％-30％。为了携带方 便，多旋翼飞行器常作成机臂可折叠结构，
而且智能起落架能够在飞行器起飞后离开
地面一定高度时可遥控升起或折叠，使相 机随云台转动时视线不被遮挡。
图2.5 折叠后的DJI S1000+