多旋翼飛行器原理

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1、四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)和原理 1 .結(jié)構(gòu)形式 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(jié)構(gòu)和半徑都相同，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(shè)備。結(jié)構(gòu)形式如圖 1.1所示。 2 .工作原理 四旋翼飛行器通過調(diào)節(jié)四個電機轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)升力的變 化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機, 但只有四個輸入力，同時卻有六個狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)。 ▲ 圖12四拄黑E行器沿各自團段的運動 1 和電機 3 逆時針旋轉(zhuǎn)的同時， 電機 2 和電機

2、 4 順時針旋轉(zhuǎn)， 因此當飛行器平衡飛行時， 陀螺效應(yīng)和空氣動力扭矩效應(yīng)均被抵消。 在上圖中，電機 1 和電機 3 作逆時針旋轉(zhuǎn)，電機 2 和電機 4 作順時 針旋轉(zhuǎn)，規(guī)定沿 x 軸正方向運動稱為向前運動，箭頭在旋翼的運動平面上方表 示此電機轉(zhuǎn)速提高，在下方表示此電機轉(zhuǎn)速下降。 （ 1 ）垂直運動：同時增加四個電機的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)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

3、時，飛行器便保持懸停狀態(tài)。 （ 2）俯仰運動：在圖（ b ）中，電機 1 的轉(zhuǎn)速上升，電機 3 的轉(zhuǎn)速下降（改變 量大小應(yīng)相等），電機 2 、電機 4 的轉(zhuǎn)速保持不變。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(zhuǎn)， 同理， 當電機 1 的 轉(zhuǎn)速下降，電機 3 的轉(zhuǎn)速上升，機身便繞 y 軸向另一個方向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)飛行器 的俯仰運動。 （ 3）滾轉(zhuǎn)運動：與圖 b 的原理相同，在圖 c 中，改變電機 2 和電機 4 的轉(zhuǎn) 速， 保持電機 1 和電機 3 的轉(zhuǎn)速不變， 則可使機身繞 x 軸旋轉(zhuǎn) （正向和反向） ， 實現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運動。 （ 4

4、 ）偏航運動：旋翼轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻力作用 會形成與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩， 為了克服反扭矩影響， 可使四個旋翼中的兩個 正轉(zhuǎn)， 兩個反轉(zhuǎn)， 且對角線上的各個旋翼轉(zhuǎn)動方向相同。 反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn) 速有關(guān)，當四個電機轉(zhuǎn)速相同時，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(zhuǎn)動；當四個電機轉(zhuǎn)速不完全相同時，不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛 行器轉(zhuǎn)動。在圖d中，當電機1和電機3的轉(zhuǎn)速上升，電機 2和電機4的 轉(zhuǎn)速下降時，旋翼1和旋翼3對機身的反扭矩大于旋翼2和旋翼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(zhuǎn)動，實現(xiàn)飛行器的偏航運動，轉(zhuǎn) 向與電機1、電機3的轉(zhuǎn)向相反。 (5)

5、前后運動：要想實現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運動，必須在水平面 內(nèi)對飛行器施加一定的力。在圖 e中，增加電機3轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應(yīng)減 小電機1轉(zhuǎn)速，使拉力減小，同時保持其它兩個電機轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要 保持平衡。按圖b的理論，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。 (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。) (6)傾向運動：在圖f中，由于結(jié)構(gòu)對稱，所以傾向飛行的工作原理與前后運 動完全一樣。 首先聲明本人也是菜鳥，此教程就是從一個菜鳥的角度來講解， 現(xiàn)在論壇上

6、的帖 子都突然冒很多名詞出來、又不成體系，我自己開始學(xué)的時候往往一頭霧水， 相 信很多新手也一樣。所以在這個帖子里面，我都會把自己遇到的疑惑逐一講解。 1、diy四軸需要準備什么零件 無刷電機（4個） 電子調(diào)速器（簡稱電調(diào)，4個，常見有好盈、中特威、新西達等品牌） 螺旋槳（4個，需要2個正量 2個反漿） 飛行控制板（常見有KK、FF、玉兔等品牌） 電池（11.1v航模動力電池） 遙控器（最低四通道遙控器） 機架（非必選） 充電器（盡量選擇平衡充電器） 2、四軸零件之間的接線與簡單說明 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

7、 極上； 電調(diào) 3 根黑色的電機控制線，連接電機； 電調(diào)有個 BEC 輸出，用于輸出 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； 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； 【基本原理與名詞解釋】 1 、遙控器篇 什么是通道？ 通道就是可以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。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(zhuǎn) 所以最低得 4 通道遙控器。如果想以后玩航拍這些就需要更多通道的遙控器了。 什么是日本手、美國手？ 遙控器上油門的位置在右邊是日

8、本手、 在左邊是美國手， 所謂遙控器油門， 在四 軸飛行器當中控制供電電流大小，電流大，電動機轉(zhuǎn)得快，飛得高、力量大。反 之同理。 判斷遙控器的油門很簡單， 遙控器 2 個搖桿當中， 上下板動后不自動回 到中間的那個就是油門搖桿。 2、飛行控制板篇 一般簡稱飛控就是這個東西了。 飛控的用途？ 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)進行快速調(diào)整（都是瞬 問的事，不要妄想用人肉完成），如發(fā)現(xiàn)右邊力量大，向左傾斜，那么就減弱右 邊電流

9、輸出，電機變慢，升力變小，自然就不再向左傾斜。 什么是x模式和+模式? 購買飛控的時候老板都要問這個問題，刷買什么模式的，以上就是區(qū)別。 X模式要難飛一點，但動作更靈活。+模式要好飛一點，動作靈活差一點，所以 適合初學(xué)者。 特別注意，x模式和+模式的飛控安裝是不同的（我只有 kk飛控板，所以只能講 kk飛控）。 如果飛控板安裝錯誤，會劇烈的晃動，根本無法飛。 精品資料 QuadCopter (^) XCopter &__r *嗯三* 飛之樂羽角早時軸皿的,* 4個電甯域喊蝴油和K慢式不一串：卡 注卷止鉆盤囑逐安裝一 戶」也 產(chǎn)1 1 昂RiTimao

10、m 、= Xa7^= ^： 尸等 工 )? 士投囁罵篇言向中向室三匚前 個電機窸維與+嗅式眼序不一建；? 由逾罐is醛曲：? ‘斗- 瀘」一印一『^ % ?。菘贘 0 W 21 選什么飛控好? 個人意見初學(xué)的先來個 kk飛控吧，最便宜，嘗個鮮夠用了。 電調(diào)篇 為什么需要電調(diào)？ 電調(diào)的作用就是將飛控板的控制信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯?/p>

11、大小，以控制電機的轉(zhuǎn)速。 因為電機的電流是很大的，通常每個電機正常工作時，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(qū)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)?5v 為飛 控板和遙控器供電。 買多大的電調(diào)？ 電調(diào)都會標上多少 A， 如 20a ， 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。小電流電調(diào)不能超標使用。 根據(jù)我簡單測試，常見新西達 2212 加 1045 漿最大電機電流有可能達到了 5a ， 為了保險起見，建議這樣配置用

12、30a 或 40a 電調(diào)（大家用 20a 電調(diào)的也多）， 說買大一點，以后還可以用到其他地方去。 四軸專用電調(diào)是什么意思？ 因為四軸飛行要求， 電調(diào)快速響應(yīng)， 而電調(diào)有快速響應(yīng)和慢速響應(yīng)的區(qū)別， 所以 四軸需要快速響應(yīng)的電調(diào)。 其實大多數(shù)常見電調(diào)是可以編程的， 能通過編程來設(shè)置響應(yīng)速度。 所以其實并沒 有什么專用一說。 電調(diào)編程什么意思? 首先要說明電調(diào)是有很多功能模式的，選擇這個功能就是對電調(diào)編程。 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，在遙控器上通過搬動搖桿進行設(shè)置，這個方法比較麻煩，但節(jié)約。另 外，還可以通過廠家

13、的編程卡來進行設(shè)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(shè)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(zhuǎn)很快了，有些還很慢，這就有問題了。 注： 通過遙控器進行設(shè)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。 我開始就是因為沒有接電機， 還疑惑怎么沒聲音， 以為壞了。 無刷電機與螺旋槳篇 電機分為有刷電機和無刷電機，不要買錯了，無刷是四軸的主流。它力氣大，耐 用。 電機的型號含義？ 經(jīng)?？慈苏f什么 2212 電機， 2018 電機等等，到底是什么意思呢？這其實電機 的

14、尺寸。 不管什么牌子的電機，具體都要對應(yīng) 4 位這類數(shù)字，其中前面 2 位是電機轉(zhuǎn)子 的直徑，后面 2 位是電機轉(zhuǎn)子的高度。注意，不是外殼哦。 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 通常2212電機是最常見的配置了 乙乙4AWz比 得子看品 現(xiàn)中 什么是電機kv值？ 每個無刷電機都會標準多少kv值，這個kv是外加1v電壓對應(yīng)的每分鐘空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速，例如：1000kv電機，外加1v電壓，電機空轉(zhuǎn)時每分鐘轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)，外加2v 電壓，電機空轉(zhuǎn)就2000轉(zhuǎn)了。 槳的型號含義？ 同電機類似，槳也有啥104

15、5,7040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。 什么是正反槳，為什么需要它？ 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。 適合順時針旋轉(zhuǎn)的叫正漿、 適合逆時針旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)方向一致）。 電機與螺旋槳的搭配 這是非常復(fù)雜的問題，我自己也在研究當中，所以建議采用大家常見的配置吧， 但原理這里可以闡述一下。 螺旋槳越大，升力就越大，但對應(yīng)需要更大的力量來驅(qū)動； 螺旋槳轉(zhuǎn)速越高，升力

16、越大； 電機的 kv 越小，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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，實際還是低俗運轉(zhuǎn)，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。 電池和充電器篇 為什么要選鋰電池？ 同樣電池容量鋰電最輕，起飛效率最高。 mah 時什么意思？ 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 500m

17、h 放電，可以持續(xù)放電 2 小時。 電池后面的 2s ， 3s ， 4s 什么意思？ 代表鋰電池的節(jié)數(shù)，鋰電池 1 節(jié)標準電壓為 3.7v ，那么 2s 電池，就是代表有 2 個 3.7v 電池在里面，電壓為 7.4v 。 電池后面多少 c 是什么意思？ 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。 多少 c 快充是什么

18、意思？ 這個與上面的 c 一樣，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。 怎么配電池？ 這與選擇的電機、螺旋槳，想要的飛行時間相關(guān)。 容量越大， c 越高， s 越多，電池越重； 基本原理是用大槳， 因為整體搭配下來功率高， 自身升力大， 為了保證可玩時間， 可選高容量，高 c， 3s 以上電池。最低建議 1500mah ， 20c ， 3s。 小四軸，因為自身升力有限，整體功率也不高，就可以考慮小容量，小 c ， 3s 以下電池。（沒玩過，不

19、做建議） 平衡充電什么意思 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(guān)）， 充電時按說明書，都插入充電器內(nèi)，就可以進行平衡充電了。 機架篇 機架的軸長短有沒有規(guī)定？ 理論上講， 只要 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(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。

20、 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） 【實戰(zhàn)調(diào)試】 安裝好四軸以后是需要做一些準備工作的，這里以我用過的 kk 飛控為例 Kk飛控的連接 r eE＜且土「一 一苣寶主瑩卓三 重寫青=噂記美正立的 AkZV ,兄際/總＞ tH —■ ，5 J?*r U* I j”* w wm fs* IF茸其？舒二飛二也三》七，在左 石可三一二有丁二丁 飛控解鎖 飛控接上電不是馬上可以起飛的，這是安全設(shè)計，所以需要解鎖。（飛控設(shè)置略, 很多攻略了） 通上電，飛控板

21、上的燈是不亮的，只有電調(diào)發(fā)出的滴滴聲，將油門打到最低（注 意油門方向，需要實現(xiàn)確定是設(shè)置的向上為最低，還是向下為最低），然后方向 舵向右板到底，飛控板的燈就會亮，電調(diào)也不會再繼續(xù)發(fā)聲，說明準備好起飛了。 螺旋槳的安裝 調(diào)試完畢，最后安裝螺旋槳，安裝好后，第一件事是拿手上，輕加油門，看看是 否風(fēng)都往下吹， 電機的旋轉(zhuǎn)是否是 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)間隔的。 如果劇烈抖動， 并且 升力很小， 就應(yīng)該是正反漿沒有安裝對。 交換一下。 如果旋轉(zhuǎn)方向不是間隔 的， 就需要將電調(diào)和電機的連接線 1 和 3， 交換一下， 進行旋轉(zhuǎn)方向校正。 次 序為，先方向，后螺旋槳。 注意電池過放 電調(diào)是可以設(shè)置電池低

22、壓保護的， 但盡量不要等電調(diào)保護的時候才充電， 這樣可 以延長使用壽命。 我怎么知道能正常起飛？ 一切準備完畢，怎么知道可以試飛了呢，我個人建議為了避免匆忙上馬，秒炸。 先拿手上試飛比較好，但要注意離身體距離。 拿手上通電，加油門，如果一切正常，四軸是 不會大幅度的晃動的，而是比較 平穩(wěn)。 還可以故意左右晃動一下， 會感覺到四軸保持平衡的反力量， 只要達到這 個效果，就基本達到了試飛的條件。 kk 飛控我復(fù)位了好幾次，只要沒有意外， 是基本都能成功的。 試飛場地建議選草坪，這樣的不容甩壞。 我感覺初學(xué)者最容易犯的錯誤是看見一飛高， 緊張了就猛減油門， 這樣就會垂直 落地，一定要有心理準備，只要不傷人，在比較高的情況下，還是慢減油門比較 好。 最后秀一下我做的第一個四軸，還不完善，工藝較差 Welcome To Download !!! 歡迎您的下載，資料僅供參考！