四轴飞行器入门-概念扫盲

最近一个月,在朋友傻鱼的帮助下,搭建起一套四轴飞行器。鉴于四周飞行器、智能家庭之类的,都是各类Geek蛋疼而毫无创新的爱好,所以给各位分享下其中的一些基本概念。作为扫盲帖,不含有任何高级内容,内行请直接略过。

先来个照片:

首先谈谈四轴的原理,就是4个螺旋桨,对角的两个旋转方向相同,相邻的旋转方向相反。顺时针转的叫反桨,逆时针转的叫正桨。所以当他们转速相同时,就可以抵消旋转上带来的反作用力,不至于自己打转。当然也就不需要直升机的尾桨了。当然任何东西的制造都有误差,一套四轴飞起来以后,难免各个螺旋桨,机架的平衡等存在些问题。所以安装后有个很必要的调试的过程,调试以后,过小的误差,就由飞控自己解决了。也就是确保遥控器没有动作信号时,自己保持平衡。鉴于四轴的复杂性,没有飞控基本别指望靠手来起飞。

分别讲各个配件吧。

机架:

就是个架子,用来把各种东西拼上去。有不同的材料,价格差异也较大。我买的是SK450,塑料的,比较重,相当的结实,至今没有摔坏。追求高性能的可以选碳纤维机架的,会轻不少,比如X450、X600。这里的数字是指轴距,比如SK450和X450的轴距就是450mm。也就是对角线两个轴之间的距离。

机架上的电机安装座决定了你能安装什么样的电机,轴距决定了最大可以安装多大的桨。450mm轴距的机架可以安装最大10英寸的桨。一般初学时买个塑料机架玩玩就好,玩熟悉了可以依据动手能力酌情选择碳纤维或者自己做。

我一开始就是选择这样一个可以尽快飞起来的机架,毕竟系统的迭代要以第一次可运行为基础。最近开始考虑自己做机架了。SK450的一个腿的重量就有41克。而最近发现买IC时带的IC管子,一根20cm的也才不到10克,硬度却是够用的,105元。

电机:

这玩意讲究可就多了。一般玩四轴的也就是22xx系列的规格。我用的是朗宇的A2212-KV980。2212是其尺寸规格,具体我就不列出了。总之四轴常用的2208、2212。KV980是指每1伏电压带来的转速。这个数字不是越大越好,而应该选一个合适的数值。KV数小的,方便配比较大的桨,用低速大量空气来飞行,这样效率较高。KV值大的,就需要配较小的桨,高速少量空气飞行,效率较低。一般死贵死贵的电机往往KV值都很小,甚至我见过有一百多的。装在直升机上都免了变速箱了。

四轴上玩的一般都是无刷电机,而且大多还是外转子的,结构是很好玩的,完全颠覆了我以前玩车模时的印象。运行时不需要换向器,效率可想而知。缺点就是这属于三项交流电机,需要电调来实现直流到交流的变换。

航模用电机的功率是很大的。比如我买这种,满载时在11.1V,功率差不多180W。所以输出的导线也是要足以承受近20A的电流。也要配20A或以上的电调。

输出轴径也是个需要关注的参数,2212一般输出是3mm,也有3.17mm的。

50元*4=200元。

桨:

就是螺旋桨了,不同人玩法区别很大。建议可以买一堆便宜的正反桨,因为这属于耗材,几乎每次坠机都会摔坏若干个桨。还好一对正反桨,便宜的只要5元。我用的是1045的桨,指长度是10英寸,那个45貌似是指宽度。

也有卖所谓碳纤维桨的,不过真假难辨。

桨需要注意轴径这个值,要与电机的输出相匹配,同时也可以用桨垫微调。

5元*10=50元。

电调(电子调速器) :

一种将直流变换为三相交流,给电机使用,同时可以按照控制信号来调整输出功率的玩意。需要根据电机的配置来选择。注意留有一定的功率余量。

因为叫四轴飞行器,所以有4个电机,同样也要配4个电调。还好的是好盈出了个把4个电调捆一起的玩法,接近200元,在重量和方便性方面比较有优势。

电调会有很多设置的值,具体看各个说明书吧,多到不可思议。进行调试时需要听声音,所以必须接上电机(此时千万不要接桨),来进行调试。

180元。

电池 :

能源阿,最麻烦的事情。依据电机、电调来进行选择。四轴常见的如3芯(3S)的电池,11.1V,容量可以选2200mAh的。这样的电池大约170克的重量,凑合飞飞还不错。可以维持15~20分钟。

想要飞的更久一点可以选更大的电池,不过所有此类玩意都涉及到油耗油的问题,飞行时间不是根据你选电池大小等比例提高的,因为大电池也会更重,需要更大的功率来飞行。所以,与其选更大电池,不如多买个电池,外出 游玩时,没电了就换个。

电池的放电能力有个数值,就是多少C。1C表示1小时把全部电量放光。我的两个电池分别是25C和20C。分别对应144秒和180秒放光所有电能,对应的峰值功率是610W和488W。对我的小四轴,基本够用了。我估计一般飞的时候整机功率还不到200W的样子。

100元*2=200元。

充电器 :

航模的电池都是比较强悍,价格也比较贵,所以需要相对较好的充电器。这不是给电池接上电源那么简单,而是要直接控制每个电池芯的。常见的可选IMAX B6平衡充。充电时,记得电池的两个接口都要接上。

充电器的电压适配器(220=>12V)也记得选个好的。我曾有30元的电压适配器(12V 5A)在1.1A时用了五六次就炸掉的记录。所以最近换了个IMAX B6原厂的适配器,80元。

充电器也是个够麻烦的事情,需要一大堆的设置才能正常开始充电,而不是简单的接上去。比如选择充电电流,电池类型等等。记得不要选错了,否则,否则,…,那可是锂电池。

188+80=268元。

飞控(飞行控制器):

就是从接收机拿到控制信号,转换为4个螺旋桨的转速信息,并控制飞行器的平衡。组装过程中对飞控的调试占据了90%以上的时间。所以强调一下,要保持好耐心,不要自己砸灰机。

便宜的有KK,玉兔之类的。KK还是3个分立的陀螺仪。好点的有MWC系列,当然还有更好的。看喜好了。KK也有调试的很好的。

一般玩四轴的都是比较有折腾精神的,飞控是最麻烦的地方,也是可玩性最高的地方。为了可玩,务必注意选择一个开源的飞控,方便以后自己修改代码实现更好玩的功能。典型的如MMC10,就是不开源的,给我坑的很惨。

MWC系列都是AVR的单片机,开源的,基于Arduino开发。可以作为入门的飞控。

飞控的具体注意事项就不在这里写了,实在太多了。我是买了3个飞控:MMC10,MWC-S V1.5,MWC。正在用的是MWC-S V1.5。

108+178+128=414元。

遥控器&接收机 :

即便是有单片机开发能力的人也不建议自己做,因为涉及到比例遥控的通道,往往没有东西可以模拟。况且遥控器也是要注重手感的。可选的品牌不多,型号也不太多。

四轴需要至少4个通道,分别用于:油门:旋转、前后飞、左右飞。多数飞控还需要第5个通道,用于飞行调试。

朋友傻鱼推荐的Devo-7E,据说可以自己刷第三方固件,玩法多多。接收机要与遥控器配对,我买的RX-601。

280+95=375元。

一些细节的部件:

如下列出的是看起来不那么重要的一些细节,其实所有细节做不好都会坑死人。所以也介绍一下。

桨夹:

用于把螺旋桨连接到点击的轴上面。不要尝试自己用手来拧,力量不够的,需要在桨夹上穿入一个杆来借力。否则就等着桨自己飞走吧。

桨夹应该属于仅次于桨的第二耗材,坠机时会摔弯,就要换掉。我手里储备了超过20个桨夹,暂时还没有坏掉的。

选择时注意两侧的轴径,必须匹配。电机那边轴径常见3mm,桨的轴径常见5mm。

5元*20=100元。

电池接口:

电池是要直接连到电调的,他们之间的接口于是成了问题。常见的有T插、香蕉头、XT60、DC3等。建议不要用T插了,那玩意的焊接实在太麻烦了。图便宜的可以用香蕉头,但是没有防呆功能,也要小心电池的短路。我是最近全部换成了XT60了,其接口与3.5mm香蕉头兼容,有防呆,焊接方便。除了贵,5元一对。。

香蕉头作为与电机等其他设备之间的接头,是需要很多的,选3.5mm的那种,建议储备30个以上。反正1元一个也不贵。

焊接所有这些接头时,还需要配备热缩管,来防止之间的短路。可以选4mm的,不同的颜色,多多益善。

5元*22+1元*50=160元。

脚架:

飞行时,时常有保留着陆。此时脚架就是负责吸纳这些能量的。好的脚架避免伤及四轴的昂贵部件,差的,…。SK450自带了4个尖的脚架,安装在四个电机下方,这样着陆的稳定性是不错,但是因为是塑料的,弹性不好。我飞了10次左右就摔坏了两个。

后来,我就把4个脚架都拆了,换成了雀巢咖啡的塑料瓶,现在弹性是相当的好,每次暴力着陆以后,居然还会弹起来。且价格便宜,重量也只有7克一个。

4.6元*4=18.4元。

电子秤:

优化你的飞行器重量。我之前买过高脚架,全部配齐有1Kg多。现在换了雀巢咖啡,优化到885克左右了。

更轻的重量决定了可以做更灵活的动作,以及飞的更久,或者搭配更酷的载荷。精度要到1克的。

32元。

扩孔器:

打孔用的,四轴貌似还用不上,不过作为专业工具,你值得拥有。

26元。

螺旋桨平衡器:

用来测量桨的平衡性,方便自己做一些休整。桨的平衡性越好,效率越高,而且噪音也越小。

38元。

电压显示器:

用于在飞行时显示电池电压的,以及在下降到某个电压时报警。还算便宜,也是保护你的飞行器防止没电了坠机。

18元。

舵机测试器:

可以生成舵机、电调控制信号的一个小板子。非常有用,甚至可以通过这玩意省掉你飞控对第5路遥控器的要求。强烈建议买一个。

9元。

魔术贴:

用来固定电池的,价格便宜。

硅胶线:

可以选16AWG的,作为各种设备之间的连线,用到的时候较少,但是如果没有就可以麻烦死你。

3元*10=30元。

内六角螺丝刀:

航模上到处都是内六角的螺丝,所以,需要配一两个,注意型号。

所以呢,玩航模还是比较败家的,尽管我已经很省了。还有不少其他配件我没有计入,比如淘汰掉的一堆T插,保护螺旋桨的泡沫之类的。

如上有数的部分,总计是2223.4元。

对于高级玩法,还有很多,比如给飞控配上GPS、气压计、罗盘,来玩自动飞行。配上gopro或其他东西来玩FPV。甚至配上脚架装上单反来做航拍。

额,…,还是不要奢望了。对于动手能力不强的同学,可以去X宝买成品的四轴,200元以下也有解决方案。但是折腾难道不是我们的美德么?

银火虫 发表于06-04 15:56 浏览65535次
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银火虫
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