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科普 | 植保無(wú)人機技術(shù)小知識之四旋翼無(wú)人機
四旋翼無(wú)人機結構總結
01無(wú)人機的類(lèi)型
無(wú)人機分為固定翼和旋翼無(wú)人機。
固定翼無(wú)人機依靠螺旋槳或者渦輪發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生的推力作為飛機向前飛行的動(dòng)力，主要的升力來(lái)自機翼與空氣的相對運動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是飛行速度快，比較經(jīng)濟，運載能力大。
旋翼無(wú)人機依靠空氣中旋轉螺旋槳產(chǎn)生足夠的升力來(lái)平衡重力，實(shí)現飛行。其優(yōu)點(diǎn)是可垂直起降、可懸停，靈活易于控制。
02四旋翼無(wú)人機的結構
1、安裝平臺
機體。機體由機架、外伸臂、分電板、載荷區、起落架組成。
(1)機架用于連接外伸臂、裝下飛控板等設備，經(jīng)常使用玻璃鋼或碳纖維復合材料制作。
(2)外伸臂用于安裝4個(gè)電動(dòng)機，經(jīng)常使用塑料、玻璃鋼、碳纖維復合材料制作，選材時(shí)應同時(shí)考慮強度和質(zhì)量。
(3)分電板用于電動(dòng)機、電調、電源之間的焊接連接，有些還帶有電壓調節器，以驅動(dòng)額外設備。
(4)載荷區用于承載相機、云臺、農藥箱等設備。
(5)起落架用于在著(zhù)陸時(shí)保護機身。
2、感知與控制
自動(dòng)駕駛儀。自動(dòng)駕駛儀可分為飛行控制器、外部傳感器系統、通信、驅動(dòng)。
(1)飛行控制器主要功能有兩點(diǎn)。接收來(lái)自遙控器的信號，控制電調輸出，進(jìn)而調整螺旋槳的轉速完成無(wú)人機的起飛、懸停、俯仰、滾轉、偏航、降落等動(dòng)作；通過(guò)傳感器的數據，在無(wú)控情況下，通過(guò)電調輸出，穩定飛行器。
(2)加速度計和陀螺儀是基礎的兩個(gè)傳感器，用來(lái)保持無(wú)人機的穩定。它們測量無(wú)人機的姿態(tài)角度和旋轉角速度，多數都包含3個(gè)測量單元，用來(lái)測量3個(gè)軸向的數據。如所有傳感器一樣，使用前需要先校準。
(3)氣壓計是用來(lái)測高的傳感器，根據氣壓和高度的變化關(guān)系，可以很好地測出高度的改變，一般內置一個(gè)溫度傳感器，用來(lái)補償溫度變化帶來(lái)的影響?？梢耘浜螱PS獲得海平面高度值，以修正高度。
(4)磁力計是用來(lái)定向的傳感器，如指南針一樣，利用地磁確定方向，使用時(shí)注意盡量避免強磁場(chǎng)的干擾。
(5)GPS衛星定位傳感器可以為無(wú)人機提供位置、高度的信息，目前使用差分GPS定位精度可以達到0.5m甚至0.3m。
(6)電壓與電流傳感器用來(lái)測量飛控板塊及驅動(dòng)電壓是否符合要求。只有穩定的電源電壓才能讓設備穩定地工作。另外，此傳感器也用來(lái)測電源剩余電量。
(7)距離傳感器分為超聲和紅外傳感器，在無(wú)人機避障，著(zhù)陸都有應用。
(8)地面站包含所有針對無(wú)人機在地面使用的裝置。地面站的遙測模塊可以與無(wú)人機雙向通信，跟蹤天線(xiàn)模塊可以擴大工作范圍，地面站軟件可以把收集的數據形象地顯示出來(lái)。
3、動(dòng)力系統
電機與電調。
(1)電機是無(wú)人機的動(dòng)力來(lái)源，目前主要使用無(wú)刷電動(dòng)機，使用半導體開(kāi)關(guān)實(shí)現電子換向，使用壽命長(cháng)，動(dòng)力比較強勁。
(2)電子調速器是用于控制無(wú)刷電動(dòng)機的設備，它將時(shí)序的電能傳給電動(dòng)機，從而控制電動(dòng)機的轉速。
(3)螺旋槳。螺旋槳直接產(chǎn)生驅動(dòng)無(wú)人機的推力，使之運動(dòng)，螺旋槳的選擇取決于電機和電調，材料主要有塑料、碳纖維、木質(zhì)。螺旋槳的安裝關(guān)系無(wú)人機和人身的安全，可以通過(guò)螺旋槳適配器固定它。
(4)電池。為無(wú)人機上的所有設備提供電能。電池的選擇應同時(shí)考慮重量和容量，其中鋰聚合物電池的能量密度大。
其中共有8中運動(dòng)狀態(tài)：
狀態(tài)
F1電動(dòng)機
F2電動(dòng)機
F3電動(dòng)機
F4電動(dòng)機
上升
↑
↑
↑
↑
下降
↓
↓
↓
↓
左旋
↑
↓
↓
↑
右旋
↓
↑
↑
↓
左飛
↓
↑
↓
↑
右飛
↑
↓
↑
↓
前飛
↓
↓
↑
↑
后飛
↑
↑
↓
↓
左旋分析：從極限情況思考，如果2、3旋翼停止旋轉，只有1、4旋翼旋轉，1、4產(chǎn)生的扭矩方向相同，都使無(wú)人機逆時(shí)針旋轉，而兩者產(chǎn)生的離心力又相互抵消，所以無(wú)人機質(zhì)心并不移動(dòng)。右旋分析類(lèi)似。
左飛分析：1、3旋翼降低轉速，產(chǎn)生的升力減??；2、4旋翼提高轉速，產(chǎn)生的升力增加，所以無(wú)人機發(fā)生向左傾斜，F和mg的合力會(huì )產(chǎn)生一個(gè)向左的力，牽引無(wú)人機左飛。右飛、前飛、后飛分析類(lèi)似。
