我是無人機小飛手 多旋翼無人機的基本組成和布局（上）

北京小飛手教育科技有限公司/彭濤

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多旋翼無人機具有飛行穩(wěn)定、操縱靈活、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低等特點，可進入人無法進入的各種惡劣環(huán)境工作，常用來執(zhí)行航拍取景、實時監(jiān)控、地形勘探等任務(wù)。目前，無人機在快遞等新興領(lǐng)域也得到了一定應(yīng)用。

多旋翼無人機平臺由機身主體、動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。其中，機架、支臂、起落架、任務(wù)載荷設(shè)備構(gòu)成了機身主體。電機、螺旋槳、電調(diào)、電池構(gòu)成了動力系統(tǒng)。飛控導航設(shè)備、機上的數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)成了控制系統(tǒng)。另外，根據(jù)實際任務(wù)需求，無人機還能搭載不同的應(yīng)用設(shè)備，如航拍時會用到圖傳發(fā)射器和接收器（也被稱為FPV 設(shè)備），安裝后能實時查看無人機拍攝的畫面。

多旋翼無人機組成部件

一、動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)包含動力源、電機、電調(diào)、螺旋槳。

無人機結(jié)構(gòu)設(shè)備分類

1.動力源

動力源是為無人機提供飛行動力的設(shè)備，一般有油動和電動兩種，還有部分無人機采用氫燃料作為動力。為電動無人機提供電量的電池多為高密度鋰聚合物電池，一般每300g 鋰電池，可為500g（含電池）質(zhì)量的無人機提供約17 分鐘的飛行時間。氫燃料電池/太陽能電池等受技術(shù)水平和成本限制，暫時還未普及。

常見的無人機鋰電池

2.電機

電機相當于人體的四肢，通常一端固定在機臂的電機座上，另一端用來連接螺旋槳。電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)，為無人機提供動力。

電機大致分為無刷電機和有刷電機兩種，其中有刷電機內(nèi)部含有換相電刷。常規(guī)尺寸的多旋翼無人機大多數(shù)采用無刷電機，這種電機具有低干擾、低噪聲、長壽命、低能耗、高效率等優(yōu)點。微小型無人機一般使用空心杯電機。這種電機在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機的限制，采用了無鐵芯的轉(zhuǎn)子，具有重量輕、體積小、能耗低、啟動制動響應(yīng)快的優(yōu)點。需要說明，空心杯電機也分為無刷和有刷兩種，一般選用無刷版本。

無人機專用高性能無刷電機

3.電子調(diào)速器

電子調(diào)速器簡稱電調(diào)，英文縮寫ESC，可分為無刷與有刷兩類（分別搭配有刷電機和無刷電機使用）。電調(diào)是控制電機轉(zhuǎn)速的裝置。它會根據(jù)接收到的信號，通過控制器和執(zhí)行器來改變供電電流的大小，達到控制電機轉(zhuǎn)速快慢的效果。電調(diào)通常有幾根導線，其中輸入端連接的是電源的正負極，而輸出端則連接電機。另外，還有專門的信號線，可接到飛控設(shè)備上，用來給飛控供電和接收控制信號。

功能豐富的電子調(diào)速器

除了尺寸功能不同外，不同的電調(diào)安培數(shù)也不同。這里的安培數(shù)指接入設(shè)備的最大通過電流，如30A 的電調(diào)，就適用于最大電流不超過30A 的電機。注意，無人機經(jīng)常要在露天作業(yè)，對電機、電調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高，需要定期檢查，并進行保養(yǎng)、防水、防潮處理。

4.旋翼

多旋翼無人機依靠若干旋翼轉(zhuǎn)動進行飛行。其旋翼大小相同、分布位置對稱。通過調(diào)節(jié)旋翼的轉(zhuǎn)速，可實現(xiàn)懸停、前進、左右移動等飛行動作。此外，多旋翼無人機的旋翼數(shù)大多為偶數(shù)（少數(shù)三旋翼無人機為單數(shù)），并對稱分布在機體的前后左右四個方向，且通常處于同一高度平面。各旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑相同，相鄰一側(cè)的旋翼安裝正反轉(zhuǎn)兩種螺旋槳（順時針旋轉(zhuǎn)的是反槳，逆時針旋轉(zhuǎn)的為正槳），用以抵消陀螺效應(yīng)和旋轉(zhuǎn)扭矩。

無人機專用螺旋槳

二、主體

1.機架

無人機的機架主要用于裝載各種設(shè)備，一般會選擇強度高、質(zhì)量輕的材料制造，如玻璃纖維、尼龍、改性塑料、樹脂、鋁合金、碳纖維等。機架的設(shè)計是否合理，決定了機載設(shè)備的安裝位置是否合理，安裝后是否牢固，拆卸是否方便。

尼龍材質(zhì)無人機機架

2.腳架

腳架是無人機的起落架，主要在無人機起飛和降落階段起支撐和緩沖作用。

堅固的碳纖維材質(zhì)腳架

3.云臺

云臺主要用于安裝、固定攝像機等任務(wù)載荷。其主要由單片機作為主控芯片，結(jié)合各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu)共同工作。云臺控制系統(tǒng)的功能主要包括以下兩個方面，一是實現(xiàn)云臺的自穩(wěn)，即穩(wěn)定成像；二是控制云臺在空間內(nèi)的轉(zhuǎn)動。若搭載的載荷有可控部分，如相機的拍照和光圈調(diào)節(jié)等，控制系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)相應(yīng)的控制功能模塊。

可搭載相機的云臺系統(tǒng)

云臺轉(zhuǎn)動的速度是衡量其性能高低的重要指標之一。通常，云臺水平和垂直方向分別由兩個不同的電機驅(qū)動，因此云臺的轉(zhuǎn)動速度也分為水平轉(zhuǎn)速和垂直轉(zhuǎn)速?？紤]到載荷等因素影響，垂直電機在啟動和運行保持時的扭矩一般會大于水平方向，再加上實際使用時，云臺水平轉(zhuǎn)動的應(yīng)用場景更多，因此云臺的垂直轉(zhuǎn)速大多低于水平轉(zhuǎn)速。