四轴飞行器从基础

四轴飞行器DIY入门篇一：主要部件介绍及选购2014-09-2110:49分类：模型楼主打小就喜欢会飞的东西，《航空知识》从初一就开始看（伪军迷一枚），第一架航模是橡皮筋动力的塞斯纳，但是随着学业和工作关系，一直没有真正的堕入模界，直到7年前离开家到外地工作，有自己的一片小天地后，就一发不可收拾，楼主是静态动态双修，今天借张大妈的平台，给大家介绍下四轴飞行器DIY。为啥要玩四轴呢？第一是四轴DIY的门槛近些年一路走低，各式各样的飞控层出不穷（这里要感谢那些Do飞控的大神们！），不必花费太多就能拥有一架四轴飞行器；第二就是咱能飞的空间越来越萎缩，想方便的在市内去飞固定翼实在是难找地方，四轴无需太大的场地就能爽飞。下面进入正题：什么是四轴飞行器？通俗点说就是拥有四个独立动力旋翼的飞行器，四轴飞行器是多轴飞行器其中的一种，常见的多轴飞行器有两轴，三轴，四轴，六轴，八轴。四轴飞行原理为什么四轴能飞起来？没有机翼，升降舵，方向舵，他怎么控制升降/方向？飞行器的主要飞行动作有垂直（升降）运动，俯仰运动，前后运动，横滚运动，侧向运动，偏航运动：垂直（升降）运动最好理解，就是油门控制，推油门上升，拉油门降低，所有升力来自旋翼。仰俯运动，在固定翼中是靠推拉升降舵来实现，四轴则是通过控制其中2个（或4个）轴线上的电机转速来实现，如下图所示：1号电机提速，3号电机降速，四轴延X轴方向仰起。并且，仰俯运动的同时，四轴也会做前后运动，四轴发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反而已。横滚运动，在固定翼中是靠控制副翼来实现，四轴则也是通过控制其中2个（或4个）轴线上的电机转速来实现，和仰俯运动控制方式一样，只是作用的电机不同而已，如下图所示：4号电机提速，2号电机降速，四轴延Y轴方向翻滚。并且，小幅度的横滚运动，会导致四轴做侧向运动。偏航运动，在固定翼中是靠控制方向舵来实现，四轴则是通过反扭力来实现。旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭力，为了克服反扭力影响，四个旋翼，两个正转，两个反转，且对角线上的来自4各个旋翼转动方向相同；反扭力的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭力相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭力会引起四旋翼飞行器水平转动，从而实现偏航运动，入下图所示：1,3号电机转速提高，2,4号电机转速降低，四轴就会水平旋转起来，由于总体的升力不变，所以不会导致四轴上升/下降。四轴飞行器的类型根据电机分布的位置，常见的四轴飞行器类型有以下几种：1.四轴“十”模式，四个电机呈十字分布，对头方向是M4电机方向；（M代表电机，箭头代表电机旋转方向）2.四轴“X”模式，四个电机呈X形分布，对头方向是M4和M2的中间点；3.四轴“Y”模式，M1和M3电机正反安装在同一个中轴上，对头方向是M4和M2的中间点。除了上面的一些四轴类型，还有可变轴的设计，通过加装伺服舵机来调节电机的轴线，使得四轴更具飞行灵活性，可以做出更多的3D动作，但是安装调试难度较大，本文就不介绍了，有兴趣的童鞋可以去搜索下。主要部件介绍：了解了四轴飞行器的飞行原理和类型后，我们再来看看DIY一个四轴飞行器需要哪些部件。1.遥控器工欲善其事，必先利其器，一个顺手的遥控器可以用很多年，所以大家在选购遥控器的时候不要去图便宜挑杂牌。在选购遥控器前先了解几个术语：通道通道就是遥控器可以控制飞行器的动作的路数，一个通道控制一个动作，比如油门的高低控制就使用掉一个通道，方向的控制又使用掉一个通道。前面介绍过，四轴的基本动作有垂直（升降）运动，俯仰/前后运动，横滚/侧向运动，偏航运动，所以遥控器最低要求四通道。实际我们还需要预留一些额外通道来控制其他的部件，所以推荐选用六通道遥控器。FM/2.4GFM调频遥控器是比较老的技术了，现在已经被2.4G无线遥控器取代。日本手/美国手这个是根据遥控器摇杆的布局取得俗名，美国手：左手油门/方向、右手副翼/升降；日本手：右手油门/副翼，左手升降/方向。至于选哪个手法的遥控器，就根据自己的喜好了，楼主是习惯用日本手。遥控器品牌众多，JR,Futaba，Spektrum，天地飞，华科尔等等，其中，新手入门推荐用天地飞6A或天地飞7，两款都是2.4G的，X宝搜索关键字“天7/天6”即可。Spektrum的遥控器可以去天猫旗舰店购买，地平线模型是Spektrum的代理；其他牌子的的遥控器直接在X宝搜素品牌即可。另外，日亚，美亚也有一些牌子的遥控器出售：Amazon.co.jp：T6JHR2006GST/Rセット2.4G00008350-3:ホビーAmazon.co.jp：T6JHR2006GST/Rセット2.4G00008350-3:ホビー价格21599日元日本亚马逊Spektrum6ChannelDX6iTransmitterOnlySpektrum6ChannelDX6iTransmitterOnly价格$129.99美国亚马逊楼主目前还在用的是一个天地飞FM6通道和一个天地飞7，FM虽然过气了，但是拿来配一些微型接收飞KT板小飞机还是很惬意的；天7就拿来飞四轴。2.飞控飞行控制器是四轴飞行器的核心，用来控制四个电机协调工作，检测飞行器高度、姿态，自动调节飞行动作。飞控品牌众多，大疆、零度、玉兔、MWC、APM、FF、KK等，价格高低分布广泛，萝卜青菜任君选择。喜欢折腾的可以选择一些固件开源的飞控，比如FF,KK之类，不爱折腾的可以选择大疆的哪吒。基本每款飞控都有非常详细的说明书，大家不用担心后续的techsupport，另外有问题可以去5imx上瞧瞧。这里再插一句，四轴在10年左右慢慢在国内模界兴起，当时飞控基本都是国外玩家在倒腾，其中一款开源的廉价飞控传入中国，让很大一部分人步入四轴DIY圈子，那就是KK，现在一块KK才卖5,60块人民币，还是很值得折腾的。飞控X宝搜索链接楼主目前手头上只剩一块KK和玉兔了：KK飞控KK和USB接口的数据线KK刷固件的界面安装好的玉兔3.机架常见的四轴机架有十字型，X型，H型，材料可谓五花八门，木材，PVC管，铝合金，波纤，碳纤都可用来做机架。初学者建议使用铝合金十字机架，第一比较便宜，第二耐操，第三在飞行方面容易上手，等到技术成熟了再考虑更换成H型碳架，易于上航拍器材。机架的常见尺寸有250,330,400,550,650，这些数字代表对角电机位之间的距离，单位是mm，初学者建议选择650的机架，尺寸较大，但是飞行起来会很稳。四轴机架X宝搜索链接4.电机/桨叶/电调电机的类型主要有无刷和有刷，大型四轴要用无刷电机，那些微型mini四轴用的是有刷电机。常用品牌有新西达，朗宇，银燕，翱翔等，其中新西达算是保有量最大的牌子了，适合初学者。那么什么样的电机适合四轴飞行器呢？首先，先了解一个重要参数：KV值无刷电机KV值定义为“转速/V”，意思为输入电压增加1伏特，无刷电机空转转速增加的转速值。例如KV1000的无刷电机，代表电压为11V的时候，电机的空转转速为11000转/分。KV值越大，速度越快，但是力量越小；KV值越小，速度越慢，但是力量越大；如果不能理解的，可以想想汽车的档位，汽车挂一档时，力量最大，但是速度最慢，挂五档时，力量最小，但速度最快。由于我们之前选择了650的机架，这个尺寸的机架配合KV1000的电机比较合适。当你搜KV1000的电机时会看到什么2212电机，2018电机等等，他们的KV值可能都一样，那么如何选择呢？这些数字代表了电机的尺寸。不管什么牌子的电机，具体都要对应这4位数字，其中前面2位是电机转子的直径，后面2位是电机转子的高度。简单来说，前面2位越大，电机越肥，后面2位越大，电机越高。又高又大的电机，功率就更大，适合做大四轴。所以，最后确定使用KV10002212的无刷电机。无刷电机X宝搜索链接不同规格的电机、电调电机定下来以后就要选择合适尺寸的桨叶，四轴常用桨叶的尺寸有：1145、1045、9047、8045（四位数字的前两位代表直径，后两位代表螺距），KV1000的电机需要配合1045的桨叶，并且要用到正反桨。为什么要用正反桨？四轴飞行器是安装4个桨片，假如说都用一个逆时针转动的话，4个桨片都会产生一个逆时针旋转的自旋扭力，使得飞行器向右自旋。为了抵消这种自旋就用2个正桨2个反桨，2个顺时针2个逆时针的桨片按照循环排列，一对桨片往左扭，一对桨片往右扭来抵消掉桨片转动时发出的自旋扭力，使之均衡。正反桨X宝搜索链接1045正反桨桨叶上可以看到规格再来看一下电调，电调即电子调速器，电调的作用就是将飞控板的控制信号，转变为电流的大小，以控制电机的转速，同时电调还充当了变压器的作用，将11.1V的电压变为5V为飞控板和接收器供电。电调的品牌有好盈、银燕、新西达、中特威等，电调的做工精确度对飞行有重要影响，所以大家可以选择稍微好一点的电调，比如好盈和银燕的。电调的参数主要是输出电流，主流的有10A,18A,20A,25A,30A,40A等，输出电流越大，电调的体积和重量就越大，根据我们之前选定的机架，电机，这里选择18A的电调比较合适。一个电机配一个电调，总共需要4个电调，现在也有4合1的四轴电调卖，不过不建议选择那种，毕竟单独的电调以后也可以作为它用。四轴电调X宝搜索链接5.电池/充电器电池属于易耗品，也是后期投入比较多的一个部件。电池品牌也是所有部件中最多的一个，因为电池制作的技术门槛低，所以品质良莠不齐，特别容易中招，这里只介绍下电池的参数，就不做推荐了。按照我们选购的机架尺寸，这里选择11.1V,2200mAh,30C的锂电池比较合适，第一数值是电池电压，第二个数值是电池容量，第三个数字代表持续放电能力。这里重点说下这个持续放电能力，这是普通锂电池和动力锂电池最重要的区别，动力锂电池需要很大电流放电，这个放电能力就是C来表示的，例如一块1000mah电池，放电能力5C，那么用5x1000mah，得出电池可以以5000mah的电流来放电。但是要注意，我们不能让一块电池把它的电量完全放完，如果这样的话，这块电池就废掉了，所以，当使用电池飞行时，电池电压降低到10V时最好更换电池。楼主的四轴起飞重量2公斤，这么一块电池飞行时间大概10-15分钟（悬停省电，做动作会耗电）。模型专用电池是不能用普通充电器的，必须要用平衡充。由于11.1V的锂电是由3片3.7V的锂电组成，内部是3片锂电池，因为制造工艺原因，无法保证每片电池的充电放电特性都有差异，电池串联的情况下，就容易造成某片电池放电过度或充电过度，所以解决办法是分别对内部单节电池充电，平衡充就是起这个作用。和电池一样，平衡充的选择也有很多，便宜的几十块钱，贵的上千块，那我们如何选择呢？楼主的建议是几十块的充电器不要碰，在能力范围内选择最贵的。楼主自用的是款便宜的B6平衡充，个人感觉还不错，推荐新手使用。平衡充X宝搜索链接电池X宝搜索链接目前在用的电池组四轴的基本介绍和主要部件的选购就介绍到这里，下篇楼主会把自己D好的四轴给拆了，然后带大家一起组装调试~四轴飞行器DIY入门篇二：部件组装及试飞2014-09-2911:55分类：遥控玩具前一篇介绍了四轴飞行器的主要部件，大家对四轴也有了一个大概的认识，本篇就请大家一起来和楼主动手组装、调试四轴。正式开工前先列一个配件清单，每个配件都有价位不等的商品可供选购，根据大家的预算可以自由组合，最低大约900块可以组装一架能飞起来的四轴~在“其他配件”栏，楼主没有列出具体价格，因为这些配件有些朋友可能已经有了，比如电烙铁，绑带，还有就是一些零件可以在买主要配件时找卖家附送，比如桨保护器，香蕉头等。下面正式开工：第一步，连接电机和电调：电机和电调各有三根线，现在连接时无需考虑对应关系，后续调试时根据电机选择方向再做调整：注意：香蕉头和T插的焊接一定要牢固，不能有虚焊，否则后续飞行会有很大的炸机隐患！！！焊接教程可参看此视频，如果手艺不到家可请卖家代劳。接好的四个电机电调，楼主