[无人机学习]无人机学习概论
一、无人机简介
1.1 无人机与航空模型分类
机型 | 优点 | 缺点 |
---|---|---|
固定翼飞机 | 续航时间长,速度快 | 需要跑道,不能垂直起降 |
单旋翼飞机 | 可以垂直起降,空中悬停 | 续航时间段,机械结构复杂,操控难度大 |
多旋翼飞机 | 垂直起降,空中悬停,结构简单,操作灵活 | 续航时间短,飞行时间慢 |
垂直起降固定翼飞机 | 垂直起降,节省跑道,飞行速度快 | 电量消耗大,飞行时间短,控制体系复杂 |
倾斜旋翼机 | 垂直起降,节省跑道,飞行速度快,用可旋转的多旋翼桨提供主动力 | 电量消耗大,飞行时间短,控制体系复杂 |
1.2 基本姿态
6个自由度
x,y,z三轴坐标 + 绕x,y,z三轴旋转
状态 | 名称 |
---|---|
pitch | 俯仰角 |
roll | 横滚角 |
yaw | 偏航角 |
二、硬件结构设计
2.1 直径、螺距和弦长
螺旋桨有两个比较重要的指标:直径和螺距。
例:7045、8045、9045、1045;
桨的直径为7.0in,螺距为4.5in;
2.2 有刷电机和无刷电机
有刷电机: 电刷接触3片金属环,电磁铁每转动120°就会改变2组电磁铁的磁性,从而使电磁铁持续旋转,并且不会存在无法转动的四角,转动方向完全依赖于电源的正负极。也就是说,只要改变电源正负极就可以改变电池铁的转动方向。
无刷电机: 无刷电机的电磁铁是定子,不能转动,而永磁铁作为转子进行转动。利用电调换相,将两相直流电源转为三相交流电源输出给无刷电机。
无刷电机型号相关参数
例:2206、2216、2312;定子直径为22毫米,定子高度为6毫米。
名称 | 细节 |
---|---|
铁芯极数 | 定子上的电磁铁数量 |
磁钢极数 | 转子上的磁钢(可认为永磁铁)数量 |
匝数 | 定子电磁铁上导线(漆包线)缠绕圈数,单位为T |
最大持续电流 | 电机正常工作情况下可以接受的电流范围 |
空载电流 | 电机在空载情况下(不安装螺旋桨),为电机施加一定电压时的电流值。 |
KV值 | 电机转动的速度,空载情况下,每为电机施加1V电压,电机每分钟所增加的转数。如2200KV。 |
2.3 电调与PWM信号
电调(电压调节器),通过接收PWM信号来将输入的电源转化为不同的电压,并输出到电机,控制电机达到不同转速。
PWM信号的频率通常没有规定,早期电调响应PWM信号的频率是50Hz,现在大多数电调都支持500Hz以上的PWM信号的,并且电调内部自带滤波器,可以很好地响应并控制电机的转动。
2.3.1 直流有刷电调
当PWM为75%时,电机停止转动;
当PWM逐渐增加到100%时,电机不断正向旋转;
当PWM逐渐增加到50%时,电机不断反向加速;
电源线反接,电机反转
2.3.2 直流无刷电机
PWM:50%~100%时,电机逐渐转快。
三条电源线任意2跟反接,即可改变转向。
2.3.3 电调初始化
- 上电。无PWM,3s一次短鸣;
- 初始化。3s以上50%PWM信号,短鸣电池数,长鸣一声初始化;
- 工作状态。
2.3.4 最大最小行程校准
- 电调断电,油门最大;
- 电调上电,持续3s,发出3次do re mi 音乐;
- 油门最小,短鸣你个电池数,长鸣一声,校准成功。
2.4 动力电池
锂电池: 聚合物锂芯电池,用LiPo表示。电压范围为:3.7~4.2V
放电倍率:,通常有15C,20C,25C,30C。
10000mAh20C电池:按每小时10000mA的放电速度持续放电1h;
2.5 遥控器
2.5.1 通信频段
2.4GHz,范围为2400~2483MHz
2.5.2 通信协议
类型 | 详情 |
---|---|
PWM | 每个通道一组线,解析程序需要根据每一个通道的PWM高电平时长计算通道数值。 |
PPM | 固定周期发送所有通道PWM脉宽的数据格式。一组接线,一个周期内发送所有通道的PWM值,解析程序需要自行区分每一个通道的PWM时长。 |
S.BUS | 每11个bit位表示一个通道数值的协议,串口通信,反向电平 |
XBUS | 常规通信协议,支持18个通道,数据包较大,A、B两种传输模式,遥控器配置可选。 |
2.5.3 操作方式
- 日本手
左侧:俯仰+偏航
右侧:油门+横滚
- 美国手
左侧:油门+偏航
右侧:横滚+俯仰
2.6 机架设计
两大类: 十字形和叉字形
多旋翼布局与PX4飞控命名和标识
布局方式 | PX4命名 | PX4标识 |
---|---|---|
叉字四旋翼 | QUAD X | 4001 |
十字形四旋翼 | QUAD + | 5001 |
叉形六旋翼 | HEXA X | 6001 |
十字形六旋翼 | HEXA + | 7001 |
叉形八旋翼 | OCTO X | 8001 |
十字形八旋翼 | OCTO + | 9001 |
共轴双桨六旋翼 | HEXA COA X | 11001 |
共轴双桨八旋翼 | OCTO COA X | 12001 |
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