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四轴飞行器自制教程 航拍飞行器自制教程

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四旋翼飞行器作为最近几年来相当火爆的一款遥控无人驾驶飞行器模型,有不少初学者为了尝试这种遥控飞行的乐趣,也想弄一台来飞一飞,但是购买“到手飞”的整机价格不便宜而且也不能够较为全面的掌握这一款新兴航模的各种特点、亮点,有很多刚入门或者其它航模转来的模友就会琢磨如何自己DIY一台四旋翼无人飞行器。下面的航拍飞行器diy教程可是非常实用的,而且花费成本很低,机身只要花40元和一个周末就搞定,还等什么,一起来进行四旋翼无人机制作吧!

四轴航拍飞行器结构

四轴飞行器自制教程 航拍飞行器自制教程

1、机架:飞机的骨架,载有各种设备。

2、飞控:飞机的大脑,载有加速度计、陀螺仪、气压计、罗盘等传感器。由它来控制四个电机的转速进而控制飞机的姿态。或是加上GPS完成定高定点返航等功能。其本质是单片机。常见的飞控有 xaircraft的superX、DJI的NAZA WKM A2、零度的X4 双子星、APM、MWC、QQ飞控、CC3D等。

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3、电调:全称为电子调速器,它的输入是直流,通常由2-6节锂电池来供电。输出是三相交流,可以直接驱动电机。另外航模无刷电子调速器还有三根信号输出线,用于接接收机。信号线可以引出稳定的5V电压,一般可以带2-4个舵机供电。航空模型就是通过遥控对航模无刷电子调速器的控制以达到调整飞机的各种飞行姿势和动作。

4、无刷电机:通过三相交流电产生一个旋转磁场驱动转子转动。有宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点。无刷电机KV值定义为 转速/V,意思为输入电压增加1伏特,无刷电机空转转速增加的转速值。但对于无刷电机来说不只是说明电机转速与电压成严格的线性比例关系。

5、遥控、接收:顾名思义;用来接收和发送指令。

自制航拍飞行器工具基础

四轴航拍飞行器结构

为了减少不必要的花费,推荐大家一次性购买以下工具及耗材:

电烙铁、剥线钳、剪线铅(普通钳子hold不住粗的硅胶线)、内六角一套、螺丝刀一套、小台钳、零件、水平泡、热缩管(4mm和5mm的用的比较多,别的看情况)、BB响(容易丢可以买几个备用)

航拍飞行器diy步骤教程

步骤一:打造机身

四轴飞行器的中心枢纽由两块PC板所组成。在这裡下载裁剪和钻孔的模板,照原尺寸输出,暂时黏贴在PC板上。先以塑胶雕刻刀划出刻痕,再以1/8″钻头钻孔。

步骤二:切割支架并钻孔

锯好四个10″–11″方型木榫支架。支臂愈短,飞行器愈敏捷,但支臂愈长,飞行器愈稳定。各钻两个3mm的小孔,一个距离尾端6mm,另一个距离尾端26mm。

步骤三:组装机身

用螺丝把支臂固定在PC板上。用M3×25mm螺丝琐住内孔,M3×20mm螺丝琐住外孔。支臂用螺丝固定好以后,外观看起来也不错的话,「只要在外孔螺丝」涂上螺丝密封胶,套上并栓紧螺帽;内孔螺丝则轻轻套上螺帽,还不用拴紧。

步骤四:连接动力核心

动力核心包括六个零件:四个电子速度控制器、电源模块和摄影机稳定器控制板。首先,分离XT60公连接座和APM电源模块线。每条红色和黑色电线大约都要剥除¼”绝缘外皮,剥线的尾端镀锡。从铜渐缩管两端各锯下⅜”的环圈,锉平凹凸不平的边缘,六条红色电线的正端子焊在内环,相应的六个黑色负端子连接外环,以泡绵防水胶条包裹内环,以外环套住。最后,整个中心涂上绝缘胶。

连接马达和电子速度控制器,可说是令人烦闷的工作,直接购买配电盘会很省事,却会佔空间和徒增重量。我偏好自製配电盘,只要利用渐缩铜管的两个环圈即可完成,看起来也很精间和整齐。

自制航拍飞行器工具基础

步骤五:马达底座钻孔

这里教你如何用一般的C型管夹轻松自制起落架。你也可以买便宜的组合式起落架/马达底座,以间化制作流程。

若你打算自制降落支架,你将需要把马达直接安装在支架上。首先要在每根支架做记号,并钻好不明显的盲孔,好让马达转轴可以自由旋转。使用5/16″钻头是很好的选择。

步骤六:安装马达

裁切马达的支架,用两个M3×20mm螺丝将马达和马达支架固定在四旋翼支架的尾端。你必须琐紧每个螺丝,并确保马达轴可以自由旋转,若无法自由旋转,再度检查四旋翼支架的凹槽,最后以锉刀磨平马达支架的边缘。

步骤七:加上起落架

将动力核心滑入两片透明板之间,再将电子变速器的电源线缠绕在四条支架上。若马达和电子变速器的製造商相同,很可能会有预先安装好的「子弹」接头,这时候直接把马达导线插入变速器导线,多馀的电线盘绕在支架底下。你也可以把电线直接焊在电子变速器控制板上以间化结构。固定好马达导线和电子变速器导线,再以束线带綑好支架底下多馀的电线。

用剪线钳将四个C型夹剪成对半,J型底座搁置一旁,以锉刀磨平切割面,接著在安装孔两侧磨出两个小凹槽,把这个底座安装在每条支架的尾端,亦即马达机架内侧,束线带则绕过刚刚磨好的凹槽。

步骤八:安装防震座

移除PVC软管的水管扣环,留待其他专题使用。利用笔式美工刀,从橡胶软管切下两个3/4″的塑胶环,对好机身突出来的内孔螺丝,以拇趾用力挤压,形成两个凹痕,再以⅛”钻头在凹痕钻洞,但不要钻过另一面。以M3平垫圈和螺帽把塑胶环琐在机身上,调整好鬆紧度后,就用螺丝密封胶固定住。

从软管上裁切两个防震座,之后会用来安装云台和电池座,以免摄影机受到螺旋浆震动而受影响。顺便在上方腾出一点空间,来安装云台控制器。

步骤九:安装摄相机和电池座

万象支架和电池支架主要由三组间单的L型支架便可组装而成,我将他们称为支架、翻滚轴和俯仰轴支架。

把铝棒(1/8″×¾”×36″)锯成两根18″铝条,再把其中一根锯成9″的铝条,总共会拿到三根铝条。每一根铝条都折成直角,可利用有斜边的木块或铝块,把弯曲的半径增加到⅜”(居烈弯曲可能带给铝条过多压力,进而有损铝条的支撑力)。铝条弯曲好以后,把每个支架割成洋板大小。

将支架放在正确的安装位置上,并在X轴与Y 轴支架上较短的那一端,划记并在正中央钻出3个半径1/8″ 的孔。在两个支架上,外侧的小孔应该要距离支架尾端3mm远,而两个小孔之间的距离则应为9.5mm。最后,使用阶梯钻头将中间孔扩成2″ 大,以便马达轴保有转动空间。

用两个M3×6mm的螺丝将云台马达的底部固定在支架上,再用另外两个螺丝将马达顶端固定到翻滚轴支架的长边上。

将第二个马达的底部接翻滚轴支架的另一端上,而马达的顶端则依照同洋的方式接到俯仰轴支架上。

步骤十:安装摄影机和电池

我设计的这台四旋翼可以这当地平衡3S 2,200mAh锂电池和GoPro Hero3白色款的重量。若你使用其他设备,请确保你的CG(重心)维持在机身中央。以下示范如何使其达到平衡。

小提示:虽然GoPro 这款相机相当耐摔,但你或许也会想制作一台具有相同重量与大小的「假」相机,在首次与后续几次试飞时可以先装在机上。

若要让云台马达运转平顺,相机必须要在两轴上达成平衡。将双面胶带的其中一侧先黏在自己的衬衫上以减弱其黏性。将胶带另一面贴在俯仰支架上,再把你的GoPro固定在黏性较弱的那一侧, 慢慢找出平衡只需使用两支螺丝便可将马达固定在支架上,裁切马达支架以减轻重量。可用厚橡胶软管来製作两组防震装置,也可以做出方向控制器支架与电池支架,以防止相机受螺旋浆震动影响,并且预留可安装方向控制板的空间。

将骨架反过来放,让摄影机、支架与电池在骨架底部的防震装置中央点取得平衡。将组装的装置沿骨架前后调整位置,直到整台四旋翼装置可在你的两指间取得平衡点,且平衡点也位于任两端的中心。

找到重心之后,将两组束线带以交叉的方式将支架邦在防震装置上。在电池底部黏上魔鬼毡胶带,再将电池固定在支架上。你也可以在支架和电池上添加魔鬼毡胶带以提供额外的固定效果。

步骤十一:架设航空电子设备

先将飞行控制板、接收器和其他模组排列好之后,再安装到机身上。找出你满意的摆放方式之后, 用双面胶带将所有零件固定到机身上。

进行飞行控制器的安装,这次我使用3DRobotics 所推出内含加速度计的ArduPilot Mega( APM )2.6,其有特定的正确安装方向。请将APM盒上的箭头对齐四旋翼的正前方,再以双面胶带将其固定。

安装GPS/ 逻盘模组时, 需对齐骨架底部的延伸线,同时模组上的箭头也必须对准前方。同洋用双面胶固定住,再把线接到APM的「GPS 」接头。

从右前方开始,依顺时针方向(由上往下看)将ESC线接到APM的1、4、2和3号接头上。

将接收器沿著APM安装,并用双面胶固定,再将其1至5频道接到APM上的相对应输入孔。

步骤十二:安装云台控制器

云台控制器包含两块电路板:较大的控制板和较小的IMU传感器,也就是在安装防震装置时所预留的空间里。

用泡棉胶带覆盖支架的表面,以防焊点与裸露的铝发生短路,接着将控制板以束线带固定于其上。IMU能侦测相机方向,但需要安装在同一架飞机上才行。用双面胶将它安装于俯仰轴支架的底部,接著把线接回控制板上。将云台马达的3条线接至控制板的接头上。用束线带固定每条线,预留一部分电线让云台马达可自由旋转。

步骤十三:安装软件

飞行控制板、ESC和方向控制器都需在起飞前先进行校准与设定,可依照装置上随附的说明书或线上说明的步骤来进行。

步骤十四:加上螺旋浆

在安装螺旋浆之前,可在马达转轴贴一些遮蔽胶带,以方便观察它们旋转的方向。从上方往下看,马达3与马达4应该以顺时钟旋转,而马达1与马达2则是以逆时钟旋转。如果其中一个马达方向错置,只要将其连接至ESC的3条线中的2条互换即可。

警告:如果你需要使其中一颗马达反转,只要将马达的控制线对调即可,而不是改变ESC 的线。千万不要将ESC 的电线反接!

对稳定飞行而言,最重要的便是螺旋浆需要平衡!有一些间单的小方法,但最间单的莫过于打磨每片螺旋浆上较厚的部分,直到螺旋浆与水平轴达成平衡为止(只磨平整面,不要动到前缘或尾缘)。

一旦螺旋浆取得平衡之后,将它们装到马达转轴上并琐紧螺丝。你会用到两个传统的「拖曳式」螺旋浆和两个反向的「推进式」螺旋浆。马达1与马达2使用拖曳式螺旋浆,马达3与4则使用推进式螺旋浆(若你并非使用APM飞行控制器,你的螺旋浆配置可能会有所不同)。待配置完毕后,在各个马达支架上划记其编号和转动方向以利参考。

确定螺旋浆达到平衡,所有零件都安装牢固,且没有任何螺旋浆、陀螺仪或控制器反装。检查你所有的无线电修改设定皆已归零(若你需要修改,请透过APM进行,不要在无线电上进行修改),请等到无风的时候再对自制航拍飞行器进行首航测试。

四轴飞行器自制教程 航拍飞行器自制教程认证作者,无人机行业知名站长,知乎无人机专栏创作者。
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