小型四旋翼無人機(jī)組機(jī)方案

1、一、小型四旋翼無人機(jī)總體架構(gòu) 典型的小型四旋翼無人機(jī)，一般由機(jī)械部分（機(jī)架），動力部分（包括電機(jī)、電子調(diào)速器、電調(diào)連接板、槳葉、電池），電子部分（包括飛控板、通信模塊、遙控器接收機(jī)、PPM編碼板）組成。（一）機(jī)械部分機(jī)架考慮到編隊飛行對實(shí)驗室空間的要求，希望機(jī)架能夠盡量的小。根據(jù)與蔡國偉老師對電機(jī)與槳葉（后文提到）的搭配進(jìn)行討論后，決定將機(jī)架的大小設(shè)定為軸距255mm，邊距180mm（由6寸槳的大小決定）。 1，底板 2，中間機(jī)架板 3，頂板整個機(jī)體由底板、中間機(jī)架板、頂板連接而成（通過尼龍螺柱和螺絲）；底板安置電池、xbee模塊、遙控器接收機(jī)、電調(diào)連接板，中間機(jī)架板安置4個電調(diào)、pixhaw

2、k飛控板，頂板用于安置定位系統(tǒng)標(biāo)記點(diǎn)（同時起到保護(hù)、隱藏pixhawk飛控板及走線的作用）；為便于安裝，所有開孔、鏤空均根據(jù)擬選器件匹配設(shè)計；擬采用碳2mm厚3K纖維板加工。 另設(shè)計四個保護(hù)罩如下（可用于避免槳葉受損或傷人）： 4，保護(hù)罩（二）動力部分（1） 電機(jī) 一般而言，小型四旋翼無人機(jī)（軸距250mm左右）選用KV2000左右（配5-6寸槳）的電機(jī)。經(jīng)過對比討論后，擬選用颶風(fēng)D2206 KV1900無刷直流電機(jī)（配6寸槳）。之所以選用這款電機(jī)是因為這款電機(jī)能夠提供較大的拉力，同時該電機(jī)的工作電流處在一個比較小的區(qū)間，單個電機(jī)重量僅為27.5g。颶風(fēng)D2206 KV1900參數(shù)表颶風(fēng)D22

3、06 KV1900實(shí)物圖（2） 電子調(diào)速器 電子調(diào)速器用于驅(qū)動無刷直流電機(jī)，比較重要的參數(shù)是工作電流，刷新頻率，重量。一般而言，市面上可售的大部分電子調(diào)速器的刷新頻率都大于400hz，符合要求。根據(jù)上文所選電機(jī)的工作電流，綜合考慮重量要求，與蔡國偉老師溝通后，擬選用好盈XRotor-10A電子調(diào)速器。好盈XRotor系列電子調(diào)速器參數(shù)表好盈XRotor-10A電子調(diào)速器實(shí)物圖（3） 電調(diào)連接板 電調(diào)連接板，其本質(zhì)為一塊電源配電板，用于簡化電池與電調(diào)、電調(diào)與飛控之間的電氣連接，同時可以避免導(dǎo)線拆裝時的反復(fù)焊接。 電調(diào)連接板 電調(diào)連接板與電調(diào)連接圖（4） 槳葉 槳葉與電機(jī)的搭配主要是從機(jī)架大小、能

4、否提供足夠動力這兩方面進(jìn)行考慮。由于希望設(shè)計體型較小的機(jī)架（以便給室內(nèi)編隊飛行提供更大的機(jī)動空間），因此只考慮5寸槳、6寸槳。經(jīng)過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)搭配5寸槳時，整機(jī)起飛重量在500g以下時較為合適?？紤]到本次將要設(shè)計組裝的小型四旋翼無人機(jī)的起飛重量在600g左右，在與蔡國偉老師交流后，決定選用6寸槳。根據(jù)蔡老師建議，槳葉的調(diào)衡和材質(zhì)直接決定性能，因此需要多購入幾款槳葉進(jìn)行測試。6寸槳（5） 電池 現(xiàn)在幾乎所有的四旋翼無人機(jī)都使用鋰電池，主要考量電池的容量、放電速率、自身重量。綜合考慮后，電池擬選用ACE格瑞普2200mAh鋰電池，充電倍率20C，重量186g，尺寸25mm*34mm*105mm。AC

5、E格瑞普2200mAh鋰電池（三）電子部分（1） 飛控板 飛控板是四旋翼無人機(jī)的核心電子部件?？紤]到嵌入算法的需要，擬選用開源飛控板。開源飛控領(lǐng)域影響比較大的就是3d robotics公司生產(chǎn)的APM和Pixhawk。其中APM的由開源社區(qū)設(shè)計與維護(hù)（硬件與軟件均為開源），Pixhawk是由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院牽頭的一個開源項目（硬件與軟件均為開源），致力于為學(xué)術(shù)研究、業(yè)余愛好、工業(yè)用途提供低成本、高性能的自動駕駛儀。Pixhawk的硬件部分明顯地要比APM強(qiáng)大，同時其軟件部分采用了Nuttx實(shí)時操作系統(tǒng)，專業(yè)性更強(qiáng)，因此擬選用Pixhawk飛控板。Pixhawk與APM硬件對比（2）通信模塊在

6、對比了數(shù)傳電臺、藍(lán)牙、zigbee以及wifi這四種通信機(jī)制后，摒棄了藍(lán)牙、數(shù)傳電臺（組網(wǎng)比較困難），留下zigbee和wifi作為預(yù)選。其中zigbee的延時較短，因此優(yōu)先選用zigbee。擬選zigbee模塊為xbee Pro S2B。xbee Pro S2B（3） 遙控器接收機(jī) 為了便于調(diào)試，需要在無人機(jī)在上安裝一個遙控器接收機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的手動/自動切換，因為實(shí)驗室現(xiàn)有一個天地飛WLFY的遙控器發(fā)射機(jī)，所以擬選用對應(yīng)的遙控器接收機(jī)。遙控器接收機(jī)的輸出信號要傳遞給飛控板；但其輸出信號有8路，而飛控板只有一個PPM接口，因此需要用到PPM編碼板將8路信號合成1路，再傳遞給飛控板，飛控板本身具有解碼功能。 遙控器接收機(jī) PPM編碼板二、預(yù)算表類別型號數(shù)量單價無人機(jī)部分機(jī)械部分機(jī)械加工費(fèi)3K碳纖板1￥450動力部分電機(jī)颶風(fēng)D2206 KV19004￥100電子調(diào)速器好盈XRotor-10A4￥40電調(diào)連接板XT60連接頭1￥35槳葉6045/60308￥5電池2200mAh1￥120電子部分飛控板Pixhawk1￥1680Xbee模塊Xbee Pro S2B2￥328Xbee適配器Xbee Adapter2￥75遙控器接收機(jī)天地飛遙控器接收機(jī)1￥160PPM編碼板8通道1￥42總計￥3