DIY 无人机:第 2 课。框架..

内容

介绍

所以,在开始组装无人机之前,第一步是选择一个框架。您可以(21)自己执行,或使用现成的解决方案(无人机框架套件)。您可能已经注意到,可以使用不同类型的框架和配置来创建多旋翼无人机。因此,在本节中,我们将考虑常见或基本的框架类型、执行材料以及与设计相关的问题。

无人机框架类型

三旋翼

  • 说明: 无人机,具有三个横梁,每个横梁连接到一个马达。三轴飞行器的前部被认为是两个梁(Y3)的交汇处。光束之间的角度可以变化,但通常为 120°。为了抵消转子奇数的陀螺效应,以及改变转向角,后部电机必须能够旋转(通过安装传统的RC伺服电机来实现)。要从组件中排除使用伺服,请使用 Y4 设计
  • 优点: 无人机外观异常。它在向前飞行时达到最佳飞行特性。价格(需要更少的电机和 ESC 来构建)。
  • 缺点: 不对称设计。需要使用伺服。执行后梁的困难(因为伺服必须沿轴安装)。并非所有飞行控制器都支持这种配置。

Quadcopter

  • 描述: 有四个光束的“Quadrocopter”无人机,每个都连接到一个电机。对于“(40)X 配置”,四轴飞行器的前部被认为是两个梁的交汇处,对于“(41)X 配置”,前部可以被认为是一个纵梁。
  • 优点: 最常见的多旋翼设计。最简单和最通用的设计。在标准配置中,臂/电机关于两个轴对称。市场上所有可用的飞行控制器都可以与这种多旋翼组件配合使用。
  • 缺点: 缺乏冗余(如果系统出现故障,特别是在发电厂的元件中,无人机会坠落)。

Hexacopter

  • 描述: Hexacopter 有六个横梁,每个横梁这是连接到电机。六轴飞行器的前部被认为是两横梁连接处的一侧,但纵梁也可以被认为是前部。
  • 优点: 如有必要,六轴飞行器设计允许轻松添加两个额外的横梁和电机,这将增加总推力,因此无人机可以提升更多的有效载荷.如果其中一个电机发生故障,无人机可能会软着陆而不会坠毁。模块化框架设计。几乎所有的飞行控制器都支持这种配置。
  • 缺点: 结构笨重且昂贵。额外的电机和零件增加了直升机的重量,因此,为了获得与四轴飞行器相同的飞行时间,需要安装更大容量的电池。

Y6

  • 描述: 结构 Y6 是一种六轴飞行器在底部,不是六个横梁,而是三个,每个横梁连接到一对同轴安装的电机(共 6 个电机)。应该注意的是,较低的螺旋桨向下投射推力。
  • 优点: 与六轴飞行器相比,组件更少。与四轴飞行器相比,可提升更多有效载荷。当使用反向旋转螺钉时,陀螺效应被排除在外,如 Y3
  • 缺点: 与四轴飞行器相比,由于使用了与六轴飞行器部件成本相当的附加部件,因此价格更高。额外的电机和零件会增加无人机的重量,这意味着为了获得与无人机相同的飞行时间,您将需要使用更大的电池。实践表明,Y6 获得的推力略低于传统六轴飞行器,可能是因为下旋翼影响了上旋翼的推力。并非所有飞行控制器都支持这种配置。

Octocopter

  • 描述: Octocopter 有八个横梁,每个横梁连接到电机。六轴飞行器的前部被认为是两根横梁的交汇处。
  • 优点: 更多的电机 = 更多的推力,因此增加了冗余,让无人机能够自信地使用笨重且昂贵的单反相机进行导航。
  • 缺点: 更多的电机 = 更高的价格和更大的电池。由于其成本高昂,它仅适用于专业领域。

X8

  • 说明: X8的设计还是八轴飞行器,不仅不是八个,而是四个梁,每个梁都连接到一对同轴安装的电机(共8个电机)。
  • 优点: 更多发动机 = 更多推力,因此增加了冗余。在发生电机故障时,更有可能使无人机轻轻着陆。
  • 缺点: 更多的电机 = 更高的价格和更大的电池。由于其高昂的成本,它仅与专业活动领域相关。

无人机尺寸

无人机有多种尺寸,从比手掌还小的 Nano从你的手,到更大的,只能在卡车后面运输。对于大多数刚开始玩无人机爱好的用户来说,提供最大多功能性和价值的最佳尺寸范围在 350 毫米到 700 毫米之间。框架尺寸是穿过每个电机的最大圆的直径。用于这种尺寸的无人机的零件价格范围很广,可供选择的产品种类最多。

无人机/结构材料

以下分别是用于制造多旋翼无人机框架的最常见执行材料,列表不完整。理想情况下,框架应该是刚性的,振动传递的可能性最小。

泡沫橡胶 (Foam) - 作为制造无人机框架的唯一材料很少使用,并且通常与刚性框架或加固结构结合使用.也可用于战略目的;作为转子(螺旋桨)、底盘的保护,通常充当阻尼器。泡沫橡胶可以是从软到相对硬的不同类型。

木材 - 如果优先考虑结构的便宜,那么木材是一个很好的选择,可以显着减少组装和制造备件的时间。零件。木材足够坚硬,是一种久经考验的材料。重要的是在制造框架时使用完全直的木材(没有弯曲和变形)。

塑料 - 仅以塑料片的形式供大多数用户使用。倾向于弯曲,因此并不理想。非常适合制作防滚架或底盘。如果您正在考虑3D打印,您应该考虑生产时间间隔(购买无人机框架套件可能更容易)。零件的 3D 打印对于小型四轴飞行器来说效果很好。

- 以各种形状和尺寸提供给消费者。您可以为机身使用铝板,或为无人机横梁使用挤压铝材。铝不如碳纤维或 G10 轻,但价格和耐用性是该材料的主要优势。铝不会断裂或开裂,而是倾向于弯曲。要使用这种材料,只需要一把锯子和一把钻头。

G10(一种玻璃纤维) - 尽管外观和基本特性几乎与碳相同(碳纤维)是一种较便宜的材料。它主要以片材形式提供,用于实现上下框架板。同样与碳纤维不同的是,G10 不会阻挡射频波。

PCB(印刷电路板 - 介电板) - 实际上是玻璃纤维的类似物,但与后者不同的是,它们总是平的。有时用作顶部和底部框架板以减少使用的零件数量(例如,配电板通常内置在底部面板中)。框架 纳米印刷电路板

碳纤维 因其重量轻、强度高而成为最受欢迎的材料。制造过程仍然完全是手工的。通常,简单的形式会大量生产,例如平板、管状部件;复杂的三维形状的执行是按订单进行的。

其他注意事项

  • 万向节 - 最常用于稳定相机 (FPV /航拍)。通常,它根据无人机的重心安装在框架下。可以直接连接到框架或通过导轨。为了防抖,建议使用两轴或三轴云台。需要增加着陆腿的长度。

  • 有效载荷(运输) - 在业余领域是一种奢侈品,那么如何任何额外的重量不仅会减少飞行时间,还会导致拒绝使用可能为无人机增加关键功能的附加元件。设计时应明白,运输箱应尽可能轻,同时又结实,货物本身应牢固固定,不包括飞行中的任何移动。

  • 着陆脚 - 尽管一些无人机直接降落在框架上(通常是以减轻重量除外),在设计中使用着陆支撑会在无人机的下部和不平坦的表面之间提供间隙,并且在硬着陆的情况下,它们会受到打击,增加了救生的机会无人机的相机、悬架、电池和框架等重要元素。

  • 安装 - 尽管无人机的设计和制造比无人机的设计和制造容易得多对于传统直升机,在设计过程的一开始就应该考虑每个元素的位置。

一般安装指南:

  1. 从头开始​​创建框架时,确保四个安装孔的准确位置很重要电机连接到框架...
  2. 大多数用于 400 毫米到 600 毫米框架的电机具有相同的安装孔模式,这允许使用一个制造商的框架和另一个制造商的电机。
  3. 理想情况下,所有附加组件的位置应围绕一个轴对称,这将有助于稍后搜索和调整无人机的质心。
  4. 理想情况下,飞行控制器应位于连接所有电机的圆心(因此位于质心)。
  5. 飞行控制器通常使用支柱、橡胶阻尼器或双面胶带连接到框架上。
  6. 许多制造商对飞控使用相同的安装孔样式(例如 35mm 或 45mm 正方形),但目前没有“行业标准”。
  7. 电池足够重,如果您的组件的质心移动了一点,您可以通过稍微移动电池来调整它。
  8. 确保电池支架稍微发挥作用,但同时确保电池牢固地固定到位。
  9. 尼龙搭扣带通常用于固定电池,但最好在电池和框架之间添加双面胶带。

指南

第 1 步:查看您可以使用哪些材料和加工工具.

  • 如果您的武器库不足以实现自定义框架,或者您只想要专业框架,请考虑购买无人机框架套件。
  • 即使框架是使用正确的工具和基本材料制成的,它仍然可能存在结构缺陷,导致过度振动或位移。制造过程需要敏锐的眼光和经验。
  • 自己制作框架时,请考虑无人机所有必要元素的固定;电机、电子产品等。

第 2 步:列出您计划包含在装配中的任何其他(附件)零件。

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  • 可以是单轴、两轴或三轴云台,用于相机、降落伞、机载微型计算机、有效载荷、远程电子设备(通常,它会使组件变得更重和更大),浮动设备等。
  • 附加/辅助部件的结果列表将给出无人机尺寸的概念并计算总质量。

步骤3:考虑估计的帧大小。

  • 对于无人机来说,大框架不一定有很大的潜力,较小的框架可能不会使组装更便宜。
  • 建议初学者使用建立在 400 - 600 毫米框架上的无人机。

第 4 步:设计、建造和测试车架。

  • 如果您购买了无人机框架套件,那么您在强度、刚度和构造方面都无需担心。
  • 如果您决定 从头开始​​设计和构建框架 ,那么检查其强度、重量并确保结构能够承受振动(最小弯曲)非常重要。
  • 考虑使用专门的建模软件(许多是免费的,例如 Google Sketchup)来设计框架并确保尺寸正确。

现在你有了一个框架,你可以继续下一课。