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[教程] DIY|手把手教你一个可以跟大疆精灵2媲美的无人机

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  • TA的每日心情
    开心
    2017-9-7 11:21
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    初级学士

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    发表在  2017-12-28 15:05:46  | 显示全部楼层 | 阅读模式
    “ 6轴飞行器的成品机造价动辄数万元到数十万元不等,而操控也是个技术活,玩航模的都知道不摔个几次,不坏个几台机器(炸机)想要操控自如谈何容易,所以你还会轻易的任数万元人民币在天上飘来飘去吗?看看以下图片再决定吧! AI08vyU5buLwFIbv.jpg
    ▲刚开始买的一堆零件~

    当然土豪有土豪的玩法,屌丝有屌丝的办法。既然不能一步到位,那我只能脚踏实地从几千元的组装4轴开始,搭载运动摄像机Gopro的拍摄效果虽说不比专业6轴细致震撼,却也能满足一般所需。

    四轴组装基本原理和零件选购

    4轴飞行器原理和组成:
    虽然看似神通广大的高科技产品,其实原理非常非常简单,而所需的零件在某宝上完全可以买到,只需要把他们有序的组装起来,并保障起正常运转。玩转航拍并不再是一个遥不可及的梦想,只要动手就变的容易实现!

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    ▲淘宝上购买的配件

    4轴飞行器的基本配件由机架、电池、电机、电调、飞控、螺旋桨、遥控器、拍摄相机(gopro、摄像头、微单等)组成,原理为遥控器发射遥控型号,遥控接收器收到信号传输给飞控(飞行控制器,等同于电脑的主板),飞控将遥控信号转化传输给电调,电调调节不同电机的供电电流以控制螺旋桨的旋转速度从而完成前后左右,高低上下的飞行动作,而电池负责供电,机架将所有的零件攥在一起,这样飞行器就能带拍摄机器完成在空中的各种拍摄需求。

    如何选购机架:

    搞清楚所需配件和基本原理,接下来的事情就变得目标明确且容易执行。第一步在某宝上购买好配件,原则上只要你够NB,所有需要的东西你都可以通过原始材料做出来,我就目睹过很多牛人自己做机架、绕电机、烧录飞控板等等。考虑到时间成本和性价比,购买基础零件才是我最为理想的选择。

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    ▲DJI F450机架,200元购入

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    ▲机架2根红色2根白色方便区分机头

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    ▲集成PCB电路板

    至于4轴的机架说白了就是类似于宽高相等的十字架,理论上讲只要4个螺旋桨不打架就可以了,但考虑到螺旋桨之间因为旋转产生的乱流互相影响,建议还是不要太近,否则影响效率。大疆F450是4轴常用机架,某宝上正品价格大概是200左右,山寨机架根据质量几十元到上百不等,好多模友说山寨太软、易摔坏,最终我选择了DJI正品。

    如何选购电机:

    如果玩过遥控飞机、遥控汽车的人对于电机并不陌生,有无刷电机和有刷电机之分。电动航模飞机一般采用无刷电机做动力,无刷电机相对有刷电机寿命更长、性能更稳定。

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    ▲朗宇无刷电机4个,单价109元

    无刷电机型号标称没有一个统一标准,目前比较通用的一种是内径标识法,即标识电机外转子内径,从一定程度上能够表明电机的线圈直径和匝数。经常看人说什么2212电机,2018电机等等,其实就是电机的尺寸,不管什么牌子的电机,具体都要对应4位这类数字,其中前面2位是电机转子的直径,后面2位是电机转子的高度。简单来说,前面2位越大、电机越肥,后面2位越大、电机越高。又高又大的电机,功率就更大,适合做大四轴,通常2212电机是最常见的配置。国产电机品牌新西达、朗宇等是性价比较高的电机品牌,新手用足够了

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    ▲朗宇无刷电机4个,单价109元

    一般电机会标识KV值,如“新西达2212 1400KV”,KV值是电机输入电压每提高1v,电机空载转速提高的量。1400KV即说明电机空载情况下,加1V电压,转速为每分钟1400转,2V 电压每分钟2800转,依此类推。同型号电机(比如都是2212)低KV值比高KV值的提供的扭力大,类似于汽车1档的速度虽然慢,但是爬坡更容易。但是低KV值需要配大桨,很多机型都不适合,会造成严重的反扭现象。4轴2212 980KV、2212 1400KV是常用配置,最终我买了4个朗宇2216 880KV的电机。

    如何选购电调:

    电调全称电子调速器,针对电机不同,可分为有刷电子调速器和无刷电子调速器。它根据控制信号调节电动机的转速。简单来讲它的功能是将电池的直流电转化为三项交流电,并按照接收机的指令调整供给电机的电压,实现电机转速可控。因为电机的电流很大,通常每个电机正常工作时,平均有3A左右的电流,如果没有电调的存在,飞控板根本无法承受这样大的电流(另外也没驱动无刷电机的功能)。同时电调在四轴当中还充当了电压变化器的作用,将11.1v的电压变为低电压为飞控板和遥控器供电。

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    ▲行者电调4个,单价58元

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    ▲天行者40A电调

    电调都会标上多少A,如20a,40a 这个数字就是电调能够提供的电流。大电流的电调可以兼容用在小电流的地方,小电流电调不能超标使用。常见新西达2212加1045浆最大电机电流有可能达到了5a,为了保险起见,建议这样配置用20a 或 40a电调。常见的有好盈、中特威、新西达等品牌,我选购的是好盈40a。

    如何选购电池和充电器:

    由于同样的电池容量锂电最轻,起飞效率最高,所以电池一般使用锂聚合物电池,锂聚合物电池单片电压为3.7V,两片或三片串联得到的电压即为上面说到的 7.4V或者11.1V。mah表示电池容量,如1000mah电池,即如果以1000ma放电,可持续放电1小时。如果以500mh放电,可以持续放电2小时。

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    ▲花牌聚合物动力电池,235元购入

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    ▲花牌5100mAh 25C

    在实际选购过程中电池后面有2S、3S、5C等字样,S代表锂电池的节数,锂电池1节标准电压为3.7v,那么3S电池,就是代表有3个3.7v电池在里面,电压为11.1v。C代表电池放电能力,这是普通锂电池和动力锂电池最重要区别,动力锂电池需要很大电流放电,这个放电能力就是C来表示。如1000mah电池标准为5c,那么用5x1000mah,得出电池可以以5000mh的电流强度放电。这很重要,如果用低C的电池,大电流放电,电池会迅速损坏,甚至自燃。与上面的C一样,多少C快充即快速充电的能力,如1000mah电池,2C快充,就代表可以用2000ma的电流来充电。千万不要图快冒然用大电流,超过规定参数充电,电池很容易损坏。

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    ▲飞科达B6平衡充,188元购入

    至于怎么配电池这与选择的电机、螺旋桨,想要的飞行时间相关。容量越大,c越高,s越多,电池越重;基本原理是用大桨,因为整体搭配下来功率高,自身升力大,为了保证可玩时间,可选高容量,高c,3s以上电池。常用的四轴电池为20C、3S电池。

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    有了电池,充电器自然必不可少,一般选用平衡充。如3s电池,内部是3个锂电池,因为制造工艺原因,没办法保证每个电池完全一致,充电放电特性都有差异,电池串联的情况下,就容易造成某些放电过度或充电过度,充电不饱满等,所以解决办法是分别对内部单节电池充电,而平衡充则很好的解决了这个问题。

    电机与电调、电池间的匹配关系:

    首先,你要选择适合你飞机的电机,再选择一个能满足你电机峰值功率的电调,最后选择一个能满足电调峰值功率的电池即可!如电机达最大效率时,电流为30A,那么你选择的电调起码要30A ,但是一般出去安全考虑,电调要选择大一点的! 如:35A -40A 。电池是根据你的飞机具体来确定用哪种规格,选好规格,那么就可以选择容量倍率了。

    飞行控制板的选择:
    飞行控制板简称飞控,如果没有飞控板,四轴飞行器就会因为安装、外界干扰、零件之间的不一致型等原因形成飞行力量不平衡,后果就是左右、上下的胡乱翻滚, 根本无法飞行,飞控的作用就是通过飞控板上的陀螺仪,对四轴飞行状态进行快速调整,如发现右边力量大,向左倾斜,那么就减弱右边电流输出,电机变慢,升力变小,达到平衡的状态。

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    购买飞控的时候老板会问你买X模式还是+模式,简单来说X模式要难飞一点,但动作更灵活。+模式要好飞一点,动作灵活差一点,如果飞控板安装错误,会剧烈的晃动,根本无法飞。常见的有KK、FF、玉兔、MMC等品牌,我购买的是MWC10 四轴飞控。

    如何选购螺旋桨:
    同电机类似,桨也有如1045,7040等4位数字,前面2位代表桨的直径,也就是从桨的一头到另一头的长度,单位是英寸。后面两位数是指几何螺距,螺 距原指螺纹上相邻两牙对应点之间的轴向距离,可以理解为螺丝转动一圈,前进的距离。而螺旋桨的螺距,是螺旋桨在固体介质内无摩擦旋转一周所前进的距离。简单来说可以理解为螺旋桨桨叶的“倾斜度”,螺距标称越大,倾斜度越大。桨长度和螺距越大,所需要的电机或发动机级别就越大,桨的长度越大,某种程度上能够保证飞机俯仰稳定性越高,螺距越大,飞行速度越快。

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    ▲APC 1147 螺旋桨,单价12.5元

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    ▲正反桨各一对

    四轴飞行为了抵消螺旋桨的自旋,相隔的桨旋转方向是不一样的,所以需要正反桨。正反桨的风都向下吹。顺时针旋转的叫正浆、逆时针旋转的是反浆。安装的时候,一定记得无论正反桨,有字的一面是向上的。

    电机与螺旋桨的搭配:
    这是非常复杂的问题,建议常见的配置,但原理这里可以阐述一下。螺旋桨越大,升力就越大,但对应需要更大的力量来驱动;螺旋桨转速越高,升力越大;电机的 kv越小,转动力量就越大;综上所述,大螺旋桨就需要用低kv电机,小螺旋桨就需要高kv电机(因为需要用转速来弥补升力不足),如果高kv带大桨,力量不够,那么就很困难,实际还是低速运转,电机和电调很容易烧掉。如果低kv带小桨,完全没有问题,但升力不够,可能造成无法起飞。常用1000kv电机, 配10寸左右的桨

    如何选购遥控器:
    遥控器从几百到数千不等,常见品牌有国产天地飞,日本futaba等,根据所需通道和预算购买即可。通道就是遥控器控制的动作路数,比如遥控器只能控制四轴上下飞,那么就是1个通道。但四轴在控制过程中需要控制的动作路数有:上下、左右、前后、旋转,所以最低得4通道遥控器。

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    ▲天地飞7通道 WFT07 2.4G遥控器,493元购入

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    ▲可以看出我买的是美国手,左边是油门

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    ▲天7遥控器接收器

    遥控器有日本手和美国手之分,油门的位置在右边是日本手、在左边是美国手,所谓遥控器油门,在四轴飞行器当中控制供电电流大小,电流大,电动机转得快,飞得高、力量大,反之同理。判断遥控器的油门很简单,遥控器2个摇杆当中,上下板动后不自动回到中间的那个就是油门摇杆。

    先把4个电机和机架杆装好,这个没有什么难度,唯一需要注意的是红色的轴是为了飞机在空中更容易辨别机头的方向,易于操控,注意不要和白色交叉固定在集成板。

    开始组装4轴飞行器
    当你下定决心做这件事的时候其实最困难的部分已经解决了,明白了四轴组装的基本原理,其实发现并没有我们想象的复杂。在某宝上购买到所需配件接下来的工作就是大胆心细的去组装了,当然还需要一些基本的工具及小附件,如螺丝刀、热熔枪、双面胶、硅胶线、热缩管、魔术扎带等,备好这些就可以开始组装了。

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    ▲某宝上购买所需的配件和工具

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    ▲装好电机的效果,注意先不要装螺旋桨。

    复合PCB电路板,其作用是供电调、电源的连线可以更加方便、快捷、安全,将4个电调和电源输入线用电烙铁焊在板子上。放心大胆的操作,我在焊接这个板子之前无任何焊接经验,本次焊接效果非常好。

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    ▲电烙铁套装,不会操作的可以百度一下相关的视频教程,一看就会。

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    焊接的时候正负极千万不能弄错,红色的线连接正极,黑色的线连接负极,线路板上有正负极标识,正极焊接红线,负极焊接黑线。电源输入线是我用T插头和硅胶线自己做的,结果往PCB板上焊接的时候正负极搞错了,以至于我连接电池造成短路,电线瞬间发烫变软,还好及时察觉,重新焊接了路线。大家对于正负极的焊接一定要非常仔细,千万不要搞错。

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    ▲用附带的螺丝固定好底部的板子之后,接下来可以利用双面胶把飞控板粘在上面。

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    ▲焊接了电调之后,可以把机架和线路板固定在一起了,注意较大的板子是底部。

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    ▲用双面胶把飞控板粘在线路板上之后尽量多挤压几次,保障粘贴结实,这里需要主要的是电路输入的一头(即飞控板上箭头的指向的一方)朝着飞机机头的方向。

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    ▲固定好之后就需要将电调、遥控接收器的线路连接到飞控板上,注意线路有正负极以及信号线之分,连接的时候需要一一对应,至于具体接法按照下图来接就行。

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    ▲飞控板的线路连接规则按照上面这幅图来就行

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    ▲遥控接收器的线路连接也是参照上图

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    ▲连接好飞控板和遥控接收器的线路之后,就可以将机架上面的板子和机架用螺丝固定好

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    最后一步是安装螺旋桨,这一步需要注意的是螺旋桨是一正一反、一正一反的相邻安装,保证螺旋桨有字的部分朝上,即螺旋桨旋转的时候气流向下,这样飞机才能起飞。电机的转动方向还是前面飞控连接的线路图所示,相对的电机转向一致、相邻的电机转向相反,机头朝向的两个电机都是向内旋转,机尾朝向的两个电机都是向外旋转。

    至于电机和电调的线路接法,随意连接,调整其中的任意两根的线路连接保证电机的转向如上所说即可。完成之后把电池用魔术粘带绑定在飞机机架上即可,电池输出连接线路输入。至此、一个能飞的四轴飞行器基本上完成,为了保证4个电机旋转速度一致,需要设置油门行程等,这个在电调说明书有详细说明,非常简单,照说明操作即可。

    制作一个减震起落架
    四轴新手在操控的时候难免会缺乏经验,加之由于组装机器本身优劣问题并不能保证飞行和降落会非常平稳,为了减少对四轴飞行器的损伤制作一个简易的起落架非常必要。下图是我后来购买的所需材料,碳纤管、起落架、海绵减震套筒等。

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    ▲起落架所需材料

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    ▲组装好的起落架

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    ▲用尼龙拉带将起落架和四轴飞行器固定在一起,一架四轴飞行器组装完成,接上电源就可以飞了

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    ▲自己组装的四轴和DJI精灵2的对比图,明显大一号

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    ▲经过数日的研究最终成品已经可以在空中自由的飞了,飞行效果很好!而它的造价仅仅2000余元!!!

    从查找资料,研究原理,购买配件到组装成机,我大概花费了半个月下班的时间,配件全部购于某宝,成本大概在3000元以内,后来我又拿DJI精灵2做对比,自己组装的四轴无论速度和力量明显优于精灵2,但是由于飞控和整机配件兼容性的问题,在定点悬停、失控返航方面远远不抵精灵2。

    希望此文能给诸多喜欢航模、喜欢的航拍的人一个很好的思路,其实多轴飞行器最核心的还是控制算法的问题,即飞控板的调节控制能力。无论是之前网络热传的飞行器送快递也好,还是央视报道的农民用飞行器喷洒农药也罢,相信我,四轴飞行器将会越来越多的被我们以各种方式运用到生活当中,当然航拍也会越来越便捷,越来越大众化。

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