四旋翼無(wú)人機(jī)安裝與調(diào)試

盧輝生

摘要：四旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)近年來(lái)愈發(fā)成熟，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本文分析了無(wú)人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，無(wú)人機(jī)的基本構(gòu)成與安裝調(diào)試方法。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);安裝;調(diào)試

四旋翼無(wú)人機(jī)是一種先進(jìn)的多旋翼無(wú)人機(jī)，具有重量輕，速度快，飛行平穩(wěn)等特點(diǎn)。這種四旋翼無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用于影視航拍，電力巡線(xiàn)，航空測(cè)繪，農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，能夠?yàn)楹芏嘈袠I(yè)提供方便。

一、無(wú)人機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)技術(shù)也在不斷的發(fā)展，在很多的行業(yè)應(yīng)用中用來(lái)取代傳統(tǒng)的工作方式，如在農(nóng)業(yè)植保、航拍錄像、軍事警用等多個(gè)方面均得到廣泛的應(yīng)用。

農(nóng)業(yè)植保面的應(yīng)用趨勢(shì)：植保無(wú)人機(jī)在未來(lái)將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，可以執(zhí)行噴灑農(nóng)藥，施肥，植物狀況監(jiān)測(cè)等方面的工作，提升農(nóng)業(yè)林業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量與效率。無(wú)人機(jī)還可用于森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)與預(yù)防。

生產(chǎn)生活方面的應(yīng)用趨勢(shì)：四旋翼無(wú)人機(jī)在生產(chǎn)生活方面的利用會(huì)更加廣泛，比如道路交通安全中，可以對(duì)道路安全實(shí)施監(jiān)測(cè)，輔助道路交通安全執(zhí)法。無(wú)人機(jī)應(yīng)用于物流運(yùn)輸能夠提高運(yùn)輸效率。

軍事領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢(shì)：無(wú)人機(jī)的發(fā)展趨于隱身化，在軍事探測(cè)，戰(zhàn)場(chǎng)偵察，軍事打擊等方面將會(huì)有更加廣泛的運(yùn)用。

二、無(wú)人機(jī)總體結(jié)構(gòu)

無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架，無(wú)刷電機(jī)，電子調(diào)速器，螺旋槳，電池，飛控部分等組成：

機(jī)架：機(jī)架是無(wú)人機(jī)的框架，將無(wú)人機(jī)的各個(gè)部分給組裝起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)整體。常見(jiàn)的機(jī)架型號(hào)有F330，F(xiàn)360等，其中330，360代表對(duì)角電機(jī)中心的距離。

無(wú)刷電機(jī)：無(wú)刷電機(jī)是無(wú)人機(jī)的動(dòng)力核心，為無(wú)人機(jī)的飛行提供動(dòng)力。無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)像變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。無(wú)刷電機(jī)具有噪音低，運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低等特點(diǎn)。

電子調(diào)速器：無(wú)人機(jī)的電調(diào)，全稱(chēng)是電子調(diào)速器Electronic Speed Controler，英文縮寫(xiě)ESC，分為有刷電調(diào)和無(wú)刷電調(diào)。電調(diào)接收啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制馬達(dá)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng);接收正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷，使馬達(dá)產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩。接收速度指令和速度反饋信號(hào)，用來(lái)控制和調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速。

螺旋槳：無(wú)人機(jī)的螺旋槳通過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)使其旋轉(zhuǎn)，為無(wú)人機(jī)提供飛行的動(dòng)力。無(wú)人機(jī)的常見(jiàn)的幾個(gè)指標(biāo)有：直徑，也就是兩個(gè)槳尖的距離。螺距：螺旋槳（槳葉剖面迎角為零時(shí)）旋轉(zhuǎn)一周在軸向移動(dòng)的距離，螺距越大，提供的動(dòng)力越足，飛行的速度越快，葉數(shù)：就是槳葉的個(gè)數(shù)。其常見(jiàn)材質(zhì)有塑料槳，木槳和碳纖維槳葉。

電池：電池是無(wú)人機(jī)的能源供應(yīng)中心，能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)的飛行供能。

飛控部分：飛控主要有微控制器和IMU模塊組成。IMU：就是姿態(tài)傳感器，為加速度傳感器、高度傳感器，常用有MPU6050陀螺儀傳感器和氣壓傳感器，用來(lái)檢測(cè)無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)姿態(tài)傳送給微控制器。微控制器：常用有stm32系列的MCU，通過(guò)讀取IMU姿態(tài)反饋進(jìn)而控制電調(diào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。無(wú)線(xiàn)傳輸模塊：業(yè)界正常用PPM傳輸格式，簡(jiǎn)單點(diǎn)講就是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊給MCU下指令。

三、無(wú)人機(jī)安裝與調(diào)試步驟

1.支架安裝調(diào)試

在進(jìn)行無(wú)人機(jī)安裝前，需要檢查無(wú)人機(jī)的各個(gè)零配件是否完好無(wú)損。如果有損壞的零件需要進(jìn)行及時(shí)更換和維修。在進(jìn)行安裝支架之前，需要對(duì)支架的結(jié)構(gòu)有一定的了解，再進(jìn)行安裝，這樣可以避免安裝過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，提高安裝的準(zhǔn)確性與精度。

對(duì)機(jī)架進(jìn)行安裝調(diào)試，檢查機(jī)架是否完好，然后將電池固定在支架底板上，注意正負(fù)極的接法要準(zhǔn)確，避免后期再次調(diào)整。將腳架固定在機(jī)架下板上，GPS組件和飛機(jī)緩沖板安裝于機(jī)架上板上，GPS方向要保持與機(jī)頭方向一致，不能出錯(cuò)。緊接著在上下板之間固定機(jī)臂。將電子調(diào)速器和電源模塊電源線(xiàn)焊接在電路板之上，要求在焊接的過(guò)程中需要將每一個(gè)焊點(diǎn)的焊接盡量做到完美，不能存在虛焊，短路等情況。焊接好之后需要對(duì)線(xiàn)路的連通性以及是否短路進(jìn)行檢測(cè)，避免因?yàn)槎搪穯?wèn)題而損壞電機(jī)或者其他元件，造成損失。

2.電機(jī)與電調(diào)調(diào)試

電機(jī)安裝在四個(gè)機(jī)臂的末端，需要先安裝電機(jī)架，以固定電機(jī)，然后再進(jìn)行電機(jī)的安裝。安裝電機(jī)的時(shí)候需要有一定的順序，不能夠隨意安裝，應(yīng)當(dāng)從右前方的電機(jī)開(kāi)始安裝，然后逆時(shí)針依次安裝。而且在電機(jī)安裝過(guò)程中，要注意四個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不同，要著重區(qū)別。以左上角的一顆為基準(zhǔn)，四枚電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向依次是逆時(shí)針，順時(shí)針，逆時(shí)針和順時(shí)針。有些電機(jī)在上沒(méi)有注明旋轉(zhuǎn)方向，需要多旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行判斷，常用的判斷方法有兩種：第一種是電機(jī)上面有槳帽，如果順時(shí)針能把擰緊，則電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。第二種方式是直接將電機(jī)接入電壓比較小的電源，然后進(jìn)行分析順時(shí)針還是逆時(shí)針。

在安裝好電動(dòng)機(jī)之后，需要進(jìn)行電調(diào)的安裝，電調(diào)直接與電機(jī)安裝在一起，注意接頭要連接好，而且順序不能打亂。

電機(jī)的測(cè)試主要有兩個(gè)方面，第一個(gè)是電機(jī)是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，第二個(gè)是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是否符合安裝規(guī)定。連接電源，打開(kāi)遙控，輕推油門(mén)，檢查他們是否轉(zhuǎn)動(dòng)。檢查旋轉(zhuǎn)方向是可以采用兩種方式，第一種是觀察法，從發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)上直接觀察;第二種是使用無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試功能來(lái)判斷是否正確。

電子調(diào)速器需要進(jìn)行校準(zhǔn)。在進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，需要斷開(kāi)無(wú)人機(jī)的電源，將遙控器的油門(mén)加至最大，再把無(wú)人機(jī)的電源打開(kāi)，聽(tīng)到提示音之后，馬上斷開(kāi)電源，然后再次接通電源，將油門(mén)調(diào)至最低，出現(xiàn)提示音之后，斷開(kāi)電源，完成電動(dòng)調(diào)速器的測(cè)試。

3.飛控安裝調(diào)試

安裝飛控時(shí)首先在飛行控制器上粘貼雙面膠，固定于緩沖板之上，在固定時(shí)尤其注意，箭頭要指向無(wú)人機(jī)的機(jī)頭方向。接收機(jī)的位置在飛控的一側(cè)，GPS的位置與接收機(jī)位置對(duì)稱(chēng)。安裝之后，要將接口對(duì)應(yīng)一一插好，注意插孔的插入順序，不能插錯(cuò)或者插反。

飛控的調(diào)試需要對(duì)飛行控制器的指令進(jìn)行測(cè)試。首先打開(kāi)四旋翼無(wú)人機(jī)電源開(kāi)關(guān)，然后輕輕推動(dòng)油門(mén)，無(wú)人機(jī)緩慢升空，在低處對(duì)無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)指令的運(yùn)行情況進(jìn)行一個(gè)調(diào)試。無(wú)人機(jī)常用的飛行模式有：自穩(wěn)，定點(diǎn)，定高，懸停，返航等操作。在測(cè)試時(shí)逐一進(jìn)行操作，觀察無(wú)人機(jī)的動(dòng)作是否與命令一致，有無(wú)偏差，若有偏差需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，然后再測(cè)試。需要注意的是，飛控的安裝與調(diào)試需要在低空中進(jìn)行，避免飛行器測(cè)試中墜落損壞，造成經(jīng)濟(jì)損失。

四、小結(jié)

四旋翼無(wú)人機(jī)是近些年來(lái)逐漸發(fā)展的一種無(wú)人機(jī)，具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如，高控制性，穩(wěn)定性，便捷性等。這些優(yōu)點(diǎn)會(huì)使得四旋翼無(wú)人機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。無(wú)人機(jī)未來(lái)會(huì)朝著續(xù)航能力更強(qiáng)，通訊能力更強(qiáng)，穩(wěn)定性更高，更加小巧的方向發(fā)展。四旋翼無(wú)人機(jī)的安裝過(guò)程比較復(fù)雜，需要細(xì)心的調(diào)試安裝。本文主要探究了無(wú)人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，分析了四旋翼無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)和安裝調(diào)試方法，為廣大無(wú)人機(jī)使用者安裝調(diào)試無(wú)人機(jī)提供一些更加全面的思路。

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