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ag真人机 教學—— 四旋翼飛行器基本知識(四旋翼飛行器結構和原理+四軸飛行diy全套入門教程)

2015-06-08 09:33瀏覽數:6093
第一篇《四旋翼飛行器結構和原理》
第二篇《四旋翼飛行diy全套入門教程》
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四旋翼飛行器結構和原理

1.結構形式
     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,且四個旋翼的結構和半徑都相同,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備。結構形式如圖 1.1所示。



.工作原理

四旋翼飛行器通過調節四個電機轉速來改變旋翼轉速,實現升力的變化,從而控制飛行器的姿態和位置。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,同時卻有六個狀態輸出,所以它又是一種欠驅動系統。




    四旋翼飛行器的電機 1和電機 3逆時針旋轉的同時,電機 2和電機 4順時針旋轉,因此當飛行器平衡飛行時,陀螺效應和空氣動力扭矩效應均被抵消。

在上圖中,電機 1和電機 3作逆時針旋轉,電機 2和電機 4作順時針旋轉,規定沿 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速提高,在下方表示此電機轉速下降。

(1)垂直運動:同時增加四個電機的輸出功率,旋翼轉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,實現了沿 z軸的垂直運動。當外界擾動量為零時,在旋翼產生的升力等于飛行器的自重時,飛行器便保持懸停狀態。

(2)俯仰運動:在圖(b)中,電機 1的轉速上升,電機 3 的轉速下降(改變量大小應相等),電機 2、電機 4 的轉速保持不變。由于旋翼1 的升力上升,旋翼 3 的升力下降,產生的不平衡力矩使機身繞 y 軸旋轉,同理,當電機 1 的轉速下降,電機 3的轉速上升,機身便繞y軸向另一個方向旋轉,實現飛行器的俯仰運動。

(3)滾轉運動:與圖 b 的原理相同,在圖 c 中,改變電機 2和電機 4的轉速,保持電機1和電機 3的轉速不變,則可使機身繞 x 軸旋轉(正向和反向),實現飛行器的滾轉運動。

(4)偏航運動:旋翼轉動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉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,兩個反轉,且對角線上的各個旋翼轉動方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉速有關,當四個電機轉速相同時,四個旋翼產生的反扭矩相互平衡,四旋翼飛行器不發生轉動;當四個電機轉速不完全相同時,不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉動。在圖 d中,當電機 1和電機 3 的轉速上升,電機 2 和電機 4 的轉速下降時,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軸轉動,實現飛行器的偏航運動,轉向與電機 1、電機3的轉向相反。

(5)前后運動:要想實現飛行器在水平面內前后、左右的運動,必須在水平面內對飛行器施加一定的力。在圖 e中,增加電機 3轉速,使拉力增大,相應減小電機 1轉速,使拉力減小,同時保持其它兩個電機轉速不變,反扭矩仍然要保持平衡。按圖 b的理論,飛行器首先發生一定程度的傾斜,從而使旋翼拉力產生水平分量,因此可以實現飛行器的前飛運動。向后飛行與向前飛行正好相反。(在圖 b 圖 c中,飛行器在產生俯仰、翻滾運動的同時也會產生沿 x、y軸的水平運動。)

(6)傾向運動:在圖 f 中,由于結構對稱,所以傾向飛行的工作原理與前后運動完全一樣。


轉自:http://zhan.renren.com/niuneine?gid=3602888498032410217&checked=true

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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,現在論壇上的帖子都突然冒很多出來,又不成體系,我自己開始學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。

【概述】
1、diy四軸需要準備什么零件
無刷(4個)
電子調速器(簡稱,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,2個反漿)
飛行控制板(常見有KK、FF、玉兔等品牌)
(11.1v電池)
(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個電調的正負極需要并聯(紅色連一起,黑色連1一起),并接到電池的正負極上;
電調3根黑色的電機控制線,連接電機;
電調有個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,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有:上下、左右、前后、旋轉
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,對四軸飛行狀態進行快速調整(都是瞬間的事,不要妄想用人肉完成),如發現右邊力量大,向左傾斜,那么就減弱右邊電流輸出,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。



選什么飛控好?
個人意見初學的先來個kk飛控吧,最便宜,嘗個鮮夠用了。

電調篇
為什么需要電調?
電調的作用就是將飛控板的控制信號,轉變為電流的大小,以控制電機的轉速。
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,如果沒有電調的存在,飛控板根本無法承受這樣大的電流(另外也沒驅動無刷電機的功能)。
同時電調在四軸當中還充當了電壓變化器的作用,將11.1v的電壓變為5v為飛控板和遙控器供電。

買多大的電調?
電調都會標上多少A,如20a,40a 這個數字就是電調能夠提供的電流。大電流的電調可以兼容用在小電流的地方。小電流電調不能超標使用。
根據我簡單測試,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30a 或 40a電調(大家用20a電調的也多),說買大一點,以后還可以用到其他地方去。

四軸專用電調是什么意思?
因為四軸飛行要求,電調快速響應,而電調有快速響應和慢速響應的區別,所以四軸需要快速響應的電調。
其實大多數常見電調是可以編程的,能通過編程來設置響應速度。所以其實并沒有什么專用一說。

電調編程什么意思?
首先要說明電調是有很多功能模式的,選擇這個功能就是對電調編程。
編程的途徑可以直接將電調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置,這個方法比較麻煩,但節約。另外,還可以通過廠家的編程卡來進行設置(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設置一致,否則容易難于控制。如:電調的啟動模式不一樣,那么有些都轉很快了,有些還很慢,這就有問題了。
注:通過遙控器進行設置電調,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?
經常看人說什么2212電機,2018電機等等,到底是什么意思呢?這其實電機的尺寸。
不管什么牌子的電機,具體都要對應4位這類數字,其中前面2位是電機轉子的直徑,后面2位是電機轉子的高度。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


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電壓對應的每分鐘空轉轉速,例如:1000kv電機,外加1v電壓,電機空轉時每分鐘轉1000轉,外加2v電壓,電機空轉就2000轉了。

槳的型號含義?
同電機類似,槳也有啥1045,7040這些4位數字,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,相隔的槳旋轉方向是不一樣的,所以需要正反槳。正反槳的風都向下吹。適合順時針旋轉的叫正漿、適合逆時針旋轉的是反漿。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方向一致)。

電機與螺旋槳的搭配
這是非常復雜的問題,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,但對應需要更大的力量來驅動;
螺旋槳轉速越高,升力越大;
電機的kv越小,轉動力量就越大;
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,電機和電調很容易燒掉。
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。

電池的多少mah時什么意思?
表示電池容量,如1000mah電池,如果以1000ma放電,可持續放電1小時。如果以500mh放電,可以持續放電2小時。

電池后面的2s,3s,4s什么意思?
代表鋰電池的節數,鋰電池1節標準電壓為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,超過規定參數充電,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。
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,不做建議)

平衡充電什么意思
如3s電池,內部是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部單節電池充電。動力鋰電都有2組線,1組是輸出線(2根),1組是單節鋰電引出線(與s數有關),充電時按說明書,都插入充電器內,就可以進行平衡充電了。

機架篇
機架的軸長短有沒有規定?
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產生的亂流互相影響,建議還是不要太近,否則影響效率。 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)

【實戰調試】
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


飛控解鎖
飛控接上電不是馬上可以起飛的,這是安全設計,所以需要解鎖。(飛控設置略,很多攻略了)
通上電,飛控板上的燈是不亮的,只有電調發出的滴滴聲,將油門打到最低(注意油門方向,需要實現確定是設置的向上為最低,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,電調也不會再繼續發聲,說明準備好起飛了。

螺旋槳的安裝
調試完畢,最后安裝螺旋槳,安裝好后,第一件事是拿手上,輕加油門,看看是否風都往下吹,電機的旋轉是否是  正轉和反轉間隔的。如果劇烈抖動,并且升力很小,就應該是正反漿沒有安裝對。交換一下。  如果旋轉方向不是間隔的,就需要將電調和電機的連接線1和3,交換一下,進行旋轉方向校正。  次序為,先方向,后螺旋槳。

注意電池過放
電調是可以設置電池低壓保護的,但盡量不要等電調保護的時候才充電,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。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。

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