小型四旋翼无人机组机方案说明.doc

.WORD完美.格式编辑. .技术资料.专业整理. 一、小型四旋翼无人机总体架构 典型的小型四旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PPM编码板）组成。 （一）机械部分 机架 考虑到编队飞行对实验室空间的要求，希望机架能够尽量的小。根据与蔡国伟老师对电机与桨叶（后文提到）的搭配进行讨论后，决定将机架的大小设定为轴距255mm，边距180mm（由6寸桨的大小决定）。 1，底板 2，中间机架板 3，顶板 整个机体由底板、中间机架板、顶板连接而成（通过尼龙螺柱和螺丝）；底板安置电池、xbee模块、遥控器接收机、电调连接板，中间机架板安置4个电调、pixhawk飞控板，顶板用于安置定位系统标记点（同时起到保护、隐藏pixhawk飞控板及走线的作用）；为便于安装，所有开孔、镂空均根据拟选器件匹配设计；拟采用碳2mm厚3K纤维板加工。 另设计四个保护罩如下（可用于避免桨叶受损或伤人）： 4，保护罩 （二）动力部分 （1） 电机 一般而言，小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。经过对比讨论后，拟选用飓风D2206 KV1900无刷直流电机（配6寸桨）。之所以选用这款电机是因为这款电机能够提供较大的拉力，同时该电机的工作电流处在一个比较小的区间，单个电机重量仅为27.5g。 飓风D2206 KV1900参数表 飓风D2206 KV1900实物图 （2） 电子调速器 电子调速器用于驱动无刷直流电机，比较重要的参数是工作电流，刷新频率，重量。一般而言，市面上可售的大部分电子调速器的刷新频率都大于400hz，符合要求。根据上文所选电机的工作电流，综合考虑重量要求，与蔡国伟老师沟通后，拟选用好盈XRotor-10A电子调速器。 好盈XRotor系列电子调速器参数表 好盈XRotor-10A电子调速器实物图 （3） 电调连接板 电调连接板，其本质为一块电源配电板，用于简化电池与电调、电调与飞控之间的电气连接，同时可以避免导线拆装时的反复焊接。 电调连接板 电调连接板与电调连接图 （4） 桨叶 桨叶与电机的搭配主要是从机架大小、能否提供足够动力这两方面进行考虑。由于希望设计体型较小的机架（以便给室内编队飞行提供更大的机动空间），因此只考虑5寸桨、6寸桨。经过调研，发现搭配5寸桨时，整机起飞重量在500g以下时较为合适。考虑到本次将要设计组装的小型四旋翼无人机的起飞重量在600g左右，在与蔡国伟老师交流后，决定选用6寸桨。根据蔡老师建议，桨叶的调衡和材质直接决定性能，因此需要多购入几款桨叶进行测试。 6寸桨 （5） 电池 现在几乎所有的四旋翼无人机都使用锂电池，主要考量电池的容量、放电速率、自身重量。综合考虑后，电池拟选用ACE格瑞普2200mAh锂电池，充电倍率20C，重量186g，尺寸25mm*34mm*105mm。 ACE格瑞普2200mAh锂电池 （三）电子部分 （1） 飞控板 飞控板是四旋翼无人机的核心电子部件。考虑到嵌入算法的需要，拟选用开源飞控板。开源飞控领域影响比较大的就是3d robotics公司生产的APM和Pixhawk。其中APM的由开源社区设计与维护（硬件与软件均为开源），Pixhawk是由苏黎世联邦理工学院牵头的一个开源项目（硬件与软件均为开源），致力于为学术研究、业余爱好、工业用途提供低成本、高性能的自动驾驶仪。Pixhawk的硬件部分明显地要比APM强大，同时其软件部分采用了Nuttx实时操作系统，专业性更强，因此拟选用Pixhawk飞控板。 Pixhawk与APM硬件对比 （2）通信模块 在对比了数传电台、蓝牙、zigbee以及wifi这四种通信机制后，摒弃了蓝牙、数传电台（组网比较困难），留下zigbee和wifi作为预选。其中zigbee的延时较短，因此优先选用zigbee。拟选zigbee模块为xbee Pro S2B。 xbee Pro S2B （3） 遥控器接收机 为了便于调试，需要在无人机在上安装一个遥控器接收机，用于实现无人机的手动/自动切换，因为实验室现有一个天地飞WLFY的遥控器发