小型四旋翼無人機組機方案

2021-03-03 23:03:55 字數 2061 閱讀 4901

典型的小型四旋翼無人機,一般由機械部分(機架),動力部分(包括電機、電子調速器、電調連線板、槳葉、電池),電子部分(包括飛控板、通訊模組、遙控器接收機、ppm編碼板)組成。

考慮到編隊飛行對實驗室空間的要求,希望機架能夠盡量的小。根據與蔡國偉老師對電機與槳葉(後文提到)的搭配進行討論後,決定將機架的大小設定為軸距255mm,邊距180mm(由6寸槳的大小決定)。

1,底板2,中間機架板3,頂板

整個機體由底板、中間機架板、頂板連線而成(通過尼龍螺柱和螺絲);底板安置電池、xbee模組、遙控器接收機、電調連線板,中間機架板安置4個電調、pixhawk飛控板,頂板用於安置定位系統標記點(同時起到保護、隱藏pixhawk飛控板及走線的作用);為便於安裝,所有開孔、鏤空均根據擬選器件匹配設計;擬採用碳2mm厚3k纖維板加工。

另設計四個保護罩如下(可用於避免槳葉受損或傷人):

4,保護罩

一般而言,小型四旋翼無人機(軸距250mm左右)選用kv2000左右(配5-6寸槳)的電機。經過對比討論後,擬選用颶風d2206 kv1900無刷直流電機(配6寸槳)。之所以選用這款電機是因為這款電機能夠提供較大的拉力,同時該電機的工作電流處在乙個比較小的區間,單個電機重量僅為27.

5g。颶風d2206 kv1900參數列

颶風d2206 kv1900實物圖

電子調速器用於驅動無刷直流電機,比較重要的引數是工作電流,重新整理頻率,重量。一般而言,市面上可售的大部分電子調速器的重新整理頻率都大於400hz,符合要求。根據上文所選電機的工作電流,綜合考慮重量要求,與蔡國偉老師溝通後,擬選用好盈xrotor-10a電子調速器。

好盈xrotor系列電子調速器參數列

好盈xrotor-10a電子調速器實物圖

電調連線板,其本質為一塊電源配電板,用於簡化電池與電調、電調與飛控之間的電氣連線,同時可以避免導線拆裝時的反覆焊接。

電調連線板電調連線板與電調連線圖

槳葉與電機的搭配主要是從機架大小、能否提供足夠動力這兩方面進行考慮。由於希望設計體型較小的機架(以便給室內編隊飛行提供更大的機動空間),因此只考慮5寸槳、6寸槳。經過調研,發現搭配5寸槳時,整機起飛重量在500g以下時較為合適。

考慮到本次將要設計組裝的小型四旋翼無人機的起飛重量在600g左右,在與蔡國偉老師交流後,決定選用6寸槳。根據蔡老師建議,槳葉的調衡和材質直接決定效能,因此需要多購入幾款槳葉進行測試。

6寸槳 現在幾乎所有的四旋翼無人機都使用鋰電池,主要考量電池的容量、放電速率、自身重量。綜合考慮後,電池擬選用ace格瑞普2200mah鋰電池,充電倍率20c,重量186g,尺寸25mm*34mm*105mm。

ace格瑞普2200mah鋰電池

飛控板是四旋翼無人機的核心電子部件。考慮到嵌入演算法的需要,擬選用開源飛控板。開源飛控領域影響比較大的就是3d robotics公司生產的apm和pixhawk。

其中apm的由開源社群設計與維護(硬體與軟體均為開源),pixhawk是由蘇黎世聯邦理工學院牽頭的乙個開源專案(硬體與軟體均為開源),致力於為學術研究、業餘愛好、工業用途提供低成本、高效能的自動駕駛儀。pixhawk的硬體部分明顯地要比apm強大,同時其軟體部分採用了nuttx實時作業系統,專業性更強,因此擬選用pixhawk飛控板。

pixhawk與apm硬體對比

在對比了數傳電台、藍芽、zigbee以及wifi這四種通訊機制後,摒棄了藍芽、數傳電台(組網比較困難),留下zigbee和wifi作為預選。其中zigbee的延時較短,因此優先選用zigbee。擬選zigbee模組為xbee pro s2b。

xbee pro s2b

為了便於除錯,需要在無人機在上安裝乙個遙控器接收機,用於實現無人機的手動/自動切換,因為實驗室現有乙個天地飛wlfy的遙控器發射機,所以擬選用對應的遙控器接收機。遙控器接收機的輸出訊號要傳遞給飛控板;但其輸出訊號有8路,而飛控板只有乙個ppm介面,因此需要用到ppm編碼板將8路訊號合成1路,再傳遞給飛控板,飛控板本身具有解碼功能。

遙控器接收機ppm編碼板

由上述部件組裝成的無人機

1.還沒算遙控器發射機,我們用的是「天地飛8通道遙控器」,好像得七百多塊錢吧

2.機架是找人加工的

3.中國做四旋翼無人機比較有名的一家公司

4. **上比較好的店家

(1)(2)(3)

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