小型四旋翼無人機(jī)組機(jī)方案.doc

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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(dòng)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(duì)飛行對實(shí)驗(yàn)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(gè)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(gè)電調(diào)、pixhawk飛控板，頂板用于安置定位系統(tǒng)標(biāo)記點(diǎn)（同時(shí)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(jì)；擬采用碳2mm厚3K纖維板加工。 另設(shè)計(jì)四個(gè)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(dòng)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?yàn)檫@款電機(jī)能夠提供較大的拉力，同時(shí)該電機(jī)的工作電流處在一個(gè)比較小的區(qū)間，單個(gè)電機(jī)重量僅為27.5g。 颶風(fēng)D2206 KV1900參數(shù)表 颶風(fēng)D2206 KV1900實(shí)物圖 （2） 電子調(diào)速器 電子調(diào)速器用于驅(qū)動(dòng)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(shí)可以避免導(dǎo)線拆裝時(shí)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、能否提供足夠動(dòng)力這兩方面進(jìn)行考慮。由于希望設(shè)計(jì)體型較小的機(jī)架（以便給室內(nèi)編隊(duì)飛行提供更大的機(jī)動(dòng)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(shí)，整機(jī)起飛重量在500g以下時(shí)較為合適?？紤]到本次將要設(shè)計(jì)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?cái)M選用ACE格瑞普2200mAh鋰電池，充電倍率20C，重量186g，尺寸25mm*34mm*105mm。 ACE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(jì)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(gè)開源項(xiàng)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(dòng)駕駛儀。Pixhawk的硬件部分明顯地要比APM強(qiáng)大，同時(shí)其軟件部分采用了Nuttx實(shí)時(shí)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 在對比了數(shù)傳電臺(tái)、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(tái)（組網(wǎng)比較困難），留下zigbee和wifi作為預(yù)選。其中zigbee的延時(shí)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(gè)遙控器接收機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的手動(dòng)/自動(dòng)切換，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室現(xiàn)有一個(gè)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(hào)要傳遞給飛控板；但其輸出信號(hào)有8路，而飛控板只有一個(gè)PPM接口，因此需要用到PPM編碼板將8路信號(hào)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(hào) 數(shù)量 單價(jià) 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(dòng)力部分 電機(jī) 颶風(fēng)D2206 KV1900 4 ￥100 電子調(diào)速器 好盈XRotor-10A 4 ￥40 電調(diào)連接板 XT60連接頭 1 ￥35 槳葉 6045/6030 8 ￥5 電池 2200mAh 1 ￥120 電子部分 飛控板 Pixhawk 1 ￥1680 Xbee模塊 Xbee Pro S2B 2 ￥328 Xbee適配器 Xbee Adapter 2 ￥75 遙控器接收機(jī) 天地飛遙控器接收機(jī) 1 ￥160 PPM編碼板 8通道 1 ￥42 總計(jì) ￥3893 由上述部件組裝成的無人機(jī) 三、其它 1．還沒算遙控器發(fā)射機(jī)，我們用的是“天地飛8通道遙控器”，好像得七百多塊錢吧 2．機(jī)架是找人加工的 3．中國做四旋翼無人機(jī)比較有名的一家公司 https://store.dji.com/cn 4. 淘寶上比較好的店家 (1) http://newmo.taobao.com/search.htm?spm=a1z10.1.0.0.FWWVVn&search=y (2)http://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5.w4002-3175348337.19.9wvFqX&id=35256007454 (3) http://jfrc.taobao.com/category-744283915.htm?spm=a1z10.5.w4010-1881011693.21.hGPTyT&search=y&parentCatId=744283913&parentCatName=Hurricane-%BE%AB%C6%B7%CF%B5%C1%D0%B6%AF%C1%A6&catName=%26gt%3B+D2206#bd