四轴飞行器DIY经验分享:结构原理

作者: Ares丶ST
上传时间为: 2015-05-13 05:02 PM
2015-05-13
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话说捣鼓四轴飞行器也有很长一段时日了,从当初的小白进阶到现在的新手,起码在四轴飞行器的基本参数和功能玩法上基本了解,并且因为职业特性我也目睹了四轴飞行器从2012年的火热到2015年爆发的整个过程,并且也大体了解了到了航拍行业的水深深度。

说到去“航拍”的最初想法源于两个字“出发”在拥挤的城市当中,人们为了生活四处奔波,我们能很容易的发现人们脸上的麻木与焦虑,每当我看到这个的时候我心里就非常的后怕,可能我也是这其中的一个,为了“逃避”这种状态、为了寻找我自己的活法,我选择出发换个角度欣赏一下这个世界。

那么问题来了,如何找自己的活法?然后就想到了火热的DJI飞行器,但是高达7000的售价,是我无法接受的只好另找去路,那就是DIY,但是以我过来人的身份感慨一下就是,实际从零做出来,DIY的四轴并不比商品飞机便宜。其中的主要原因就是因为走了很多弯路花的冤枉钱,因此我想把我的经验分享给大家,为那些即将进入或者观望无人机DIY的朋友们,指明”一些“道路。

当然如果入门的话我们还是应该从最基本的了解,四轴的结构原理(在此我们只讲四旋翼,其他列如八轴,六轴其实也都类似)

(原谅我的画风拙劣)

四轴飞行器又称为四旋翼飞行器,因为有四个螺旋桨前后各两个,其中位于中心的主控板接收来自遥控发射机的遥控信号,在收到操作者的控制后通过数字的控制总线去控制四个电调,电调在把控制命令转化为电机的转速,以此达到操作者的控制需求。

如上图我们可以看到电机1和2是顺时针旋转,电机3、4是逆时针旋转因此当飞行器平衡飞行时,陀螺效应和空气扭矩效应会被抵消。当然这还是要配合正反螺旋桨才能实现的。

四轴飞行器是一个在空间上有6个活动自由度(分别沿着三个坐标轴经行平移和旋转,如果平移过头就成了特技飞行,俗称180度翻滚),但是只有四个控制自由度(四个电机的转速)的系统因此被称为欠驱动系统(只有当控制自由度等于活动自由度的时候才是王筝的驱动系统),不过对于姿态控制本身(分别沿三个坐标轴做旋转运动)他就是完整驱动的。

和直升机相比因为结构简单,所以飞行姿态相比较少不能做那些超高难度的动作,但是也得益于结构简单,所以四轴飞行器在维修保养上非常地简单(想想直升机一炸机就报废,心里还是蛮欣慰的)。

为了保证四轴飞行器的稳定飞行,四轴飞行器上必须装有3个方向的陀螺仪和三轴加速度传感器组成惯性导航模块,可以计算飞行器此时相对地面的姿态以及加速度、角速度,最后飞行控制器(飞控)通过算法计算保持运动状态所需的旋转力和升力,通过电调来保证电机输出,最后平稳飞行。

那为什么要使用特殊的数字控制总线的电调呢?首先是因为无刷电机取消了碳刷结构,所以需要电调来更改正反,其次因为四轴在空中可能会遇到各种问题,需要时时刻刻的调整本身的姿态,为了满足这个相应速度,我们需要特殊的电调而不是不同的商品电调,那为什么要使用I2C总线电调连接呢,这个跟电路设计以及软件便携有关了I2C总线在硬件连接上可以多个设备直接连在总线上,他有相应的传输机制保证主机与各个从集之前流畅沟通,这样连接就比较的方便所以四个电调的控制线是并联在一起到主板上就可以了,这个也跟我们选用什么芯片相关,很多单片机都有集成I2C总线的,软件设计起来也得心应手。

看了以上的文章想必对于四轴的结构原理有了大概的了解,如果有任何问题或者建议意见都可以下方留言,因为接下来我还打算出更多的关于四轴的经验文章,希望大家支持与参与。今天就写到这了,谢谢大家。

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