制作一個(gè)四軸無(wú)人機(jī)的教程

本文要介紹的是一個(gè)自己就能制作的DIY四軸無(wú)人機(jī)。

我們將組裝我們的無(wú)人機(jī)框架，加載電機(jī)和電調(diào)，然后，我們將通過(guò)連接我們創(chuàng)建的飛行控制器和無(wú)線電接收器來(lái)完成電路部分。 我們將在這里使用的框架是 DJI F450 Quadcopter 框架。

除此之外，我們將使用 1400 kV 額定值的 BLDC 電機(jī)和一些螺旋槳。要記住的一件事是，每當(dāng)我們將它們與 Quadcopter 一起使用時(shí)，我們都會(huì)使用兩種不同類型的螺旋槳。兩個(gè)螺旋槳屬于一種類型，每?jī)蓚€(gè)螺旋槳又屬于不同類型。

了解組件

在進(jìn)入裝配部分之前，首先需要了解我們將使用的組件，以便更好地了解您在做什么。因此，首先從組件部分：

DJI F450 框架：我們使用的框架是四軸飛行器質(zhì)量最好的框架之一。DJI F450 車架之所以如此命名，是因?yàn)樗膶?duì)角軸距，即車架對(duì)角線對(duì)角端點(diǎn)之間的距離為 450 毫米。框架由超強(qiáng)材料制成，可抵抗碰撞。無(wú)人機(jī)的手臂旨在支持無(wú)人機(jī)的飛行。除此之外，還有一個(gè)集成配電板，可以輕松地在 ESC 之間分配電力，而無(wú)需為所有電調(diào)單獨(dú)連接。

螺旋槳：螺旋槳是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為線性推力的裝置。無(wú)人機(jī)螺旋槳通過(guò)旋轉(zhuǎn)和產(chǎn)生氣流為飛機(jī)提供升力，從而導(dǎo)致螺旋槳頂部和底部表面之間的壓力差。您可以獲得最大 3 英寸、3 英寸至 7 英寸、8 英寸至 10 英寸、11 英寸及以上的玻璃纖維螺旋槳以及螺旋槳配件。如果您想要輕量級(jí)和額外的強(qiáng)度，您也可以選擇碳纖維螺旋槳。螺旋槳有兩種類型。這些螺旋槳的葉片對(duì)齊方式有所不同，如果你比較它們，可以觀察到這一點(diǎn)。

BLDC 電機(jī)：無(wú)刷直流電機(jī)（也稱為 BLDC 電機(jī)或 BL 電機(jī)）是一種沒(méi)有電刷的電子換向直流電機(jī)?？刂破飨蚩刂仆诫姍C(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的電機(jī)繞組提供電流脈沖。這些類型的電機(jī)在廣泛的速度范圍內(nèi)產(chǎn)生大量扭矩方面非常高效。在無(wú)刷電機(jī)中，永磁體圍繞固定電樞旋轉(zhuǎn)并克服了將電流連接到電樞的問(wèn)題。無(wú)刷電機(jī)的 Kv 額定值是指每伏特轉(zhuǎn)多少 RPM。BLDC 電機(jī)的 kV 額定值等于電機(jī)每 VOLT 的 RPM。因此，當(dāng)施加 1 V電壓時(shí)，額定電壓為 1000 kV 的 BLDC 電機(jī)將以 1000 RPM 旋轉(zhuǎn)，如果施加 12 V電壓，電機(jī)將以 12000 RPM 旋轉(zhuǎn)。

電子速度控制器：電子速度控制器 （ESC） 是一種控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)速度的電子電路。它還可以提供電機(jī)反轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)制動(dòng)。電子速度控制跟隨速度參考信號(hào)并改變場(chǎng)效應(yīng)晶體管網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)速率。通過(guò)調(diào)整晶體管的占空比或開(kāi)關(guān)頻率，可以改變電機(jī)的速度。它的一側(cè)有兩個(gè)端子，為電調(diào)供電，另一側(cè)有三根線用于連接電機(jī)，另外三根線用于連接飛控，用于接收控制信號(hào)。使用 ESC，我們還可以提供 5V 的電源，我們將在這里進(jìn)行。

組裝無(wú)人機(jī)框架

在這一步中，將完成無(wú)人機(jī)框架的組裝。連同框架，電機(jī)放置及其與 ESC 的連接將完成。因此，您需要按照以下說(shuō)明準(zhǔn)備好框架：

在框架配件中，您應(yīng)該已經(jīng)收到了兩個(gè)需要連接在框架臂之間的板。從這兩個(gè)盤(pán)子中，抓住較大的一個(gè)。您會(huì)觀察到板上有焊盤(pán)，上面有一些正負(fù)號(hào)。這塊板是無(wú)人機(jī)的配電板。

所以現(xiàn)在拿起這個(gè)配電板，將框架的四個(gè)腿連接到板上并用螺絲擰緊?，F(xiàn)在在放置第二個(gè)盤(pán)子之前，您還需要完成一些其他事情。

拿起電調(diào)，拆下連接在電調(diào)電源線上的連接器。您可以通過(guò)觀察連接到該連接器的電線數(shù)量以及連接器的尺寸來(lái)識(shí)別它。取下連接器后，拿起烙鐵，將電調(diào)的紅線連接到帶有“+”符號(hào)的焊盤(pán)，黑線連接到帶有“-”符號(hào)的焊盤(pán)。

對(duì)所有四個(gè) ESC 重復(fù)該過(guò)程，然后以類似的方式連接 LiPo 電池，但通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)連接電池，您可以在需要時(shí)打開(kāi)或關(guān)閉該開(kāi)關(guān)。

現(xiàn)在，借助電纜扎帶將 ESC 放置在無(wú)人機(jī)臂下，并將框架的頂板也放置好。

連接電調(diào)后，現(xiàn)在您需要將電機(jī)安裝到位，即無(wú)人機(jī)臂的末端，并用螺絲將它們擰緊。完成后，您將看到 BLDC 電機(jī)引出三根電線。您需要將這三根電線連接到從 ESC 出來(lái)的三根電線上。

取電機(jī)的中間線，即黃色線，將其連接到電調(diào)的中間線。根據(jù)需要連接其余兩根電線，我們稍后會(huì)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。對(duì)所有四個(gè)電機(jī)重復(fù)相同的步驟，但記住此時(shí)不要連接螺旋槳。

至此，框架組裝完成?，F(xiàn)在在下一步中，您需要校準(zhǔn) ESC 并調(diào)整電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。如何做到這一點(diǎn)將在下一步中具體討論。

校準(zhǔn)電子速度控制器

在此步驟中，您需要校準(zhǔn)電調(diào)。通過(guò)在此處進(jìn)行校準(zhǔn)，我們的意思是說(shuō)我們將通知我們的 ESC 它將在其之間運(yùn)行的最大和最小限制。電調(diào)校準(zhǔn)是必要的，以防止一些問(wèn)題，例如電機(jī)不能一起啟動(dòng)或某些電機(jī)的速度不是應(yīng)該的。這些問(wèn)題可以通過(guò)校準(zhǔn) ESC 來(lái)避免。這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的過(guò)程，對(duì)于這個(gè)過(guò)程，我們需要一些跳線、一個(gè) Arduino UNO 和我們?cè)谧詈笠徊街兄谱鞯臒o(wú)人機(jī)框架組件。您需要按照以下步驟校準(zhǔn)您的 ESC：

在開(kāi)始該過(guò)程之前，請(qǐng)記住一件事，在此校準(zhǔn)過(guò)程中，您不應(yīng)將螺旋槳連接到電機(jī)上。

您應(yīng)該已經(jīng)注意到從您的 ESC 出來(lái)的連接器連接了三根細(xì)線。這些是您需要在此步驟中使用的電線。在三根電線中，一根是紅色的，一根是黑色的，一根是棕色/橙色的。

棕色線是信號(hào)線。從 ESC 上取下那根電線，并將其連接到 Arduino UNO 的數(shù)字引腳 6。同樣，將其他電調(diào)的信號(hào)線連接到數(shù)字引腳7、8和9，黑線即每個(gè)電調(diào)的GND線需要連接到Arduino UNO的GND引腳。

這將完成校準(zhǔn)的連接。要記住的一件事是，此時(shí)不要將 LiPo 電池連接到 ESC，或者如果您已通過(guò)開(kāi)關(guān)將它們連接，則暫時(shí)將開(kāi)關(guān)置于 OFF 狀態(tài)，因?yàn)槲覀冃枰獜?LiPo 向 ESC 供電ESC 在接下來(lái)的步驟中。

現(xiàn)在將 Arduino UNO 連接到 PC 并在本文下方跳轉(zhuǎn)至 Github 下載所需的代碼及庫(kù)文件。在 Github 存儲(chǔ)庫(kù)中，您將看到一個(gè)名為“ ESC_Calibrate.ino ”的文件。這是電調(diào)校準(zhǔn)的代碼。在 Arduino IDE 中打開(kāi)代碼。選擇正確的板和 COM 端口，然后點(diǎn)擊上傳按鈕。

代碼上傳后，打開(kāi)串行監(jiān)視器。在串行監(jiān)視器上，您將看到程序已開(kāi)始，之后將顯示打開(kāi)電源。此時(shí)，您需要使用鋰聚合物電池為電調(diào)供電。連接鋰電池后。等待兩秒鐘，然后按 Enter。

串口監(jiān)視器將顯示“電調(diào)已校準(zhǔn)”，這意味著我們的電調(diào)已成功校準(zhǔn)?，F(xiàn)在要測(cè)試我們需要在串行監(jiān)視器中輸入從 1000 到 2000 的任何值并按回車鍵。這將啟動(dòng)電機(jī)，您將能夠看到電機(jī)是否已完美校準(zhǔn)。要停止電機(jī)，您需要發(fā)送 1000 的值并以最大速度運(yùn)行電機(jī)，您需要發(fā)送 2000 的值。介于兩者之間的任何值都會(huì)改變電機(jī)的速度。

由于我們已經(jīng)校準(zhǔn)了電機(jī)，現(xiàn)在我們需要檢查電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向是否正確。為此，您需要選擇無(wú)人機(jī)的前部。一旦你決定了無(wú)人機(jī)的前部，你需要確保無(wú)人機(jī)前部的左側(cè)電機(jī)和與之對(duì)角的電機(jī)，即在無(wú)人機(jī)后端右側(cè)的電機(jī)無(wú)人機(jī)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，另外兩個(gè)電機(jī)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。只需交換 BLDC 電機(jī)中間信號(hào)線以外的兩根線，即可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

完成此操作后，您可以移除用于校準(zhǔn) ESC 的 Arduino UNO，然后繼續(xù)下一步，將飛行控制器和無(wú)線電接收器連接并放置在無(wú)人機(jī)上。

將飛行控制器和無(wú)線電接收器連接到無(wú)人機(jī)

到目前為止，我們已經(jīng)組裝了無(wú)人機(jī)框架并為我們的無(wú)人機(jī)校準(zhǔn)了 ESC?，F(xiàn)在在這一步中，我們將把我們制作的飛行控制器和無(wú)線電接收器放在無(wú)人機(jī)上，并進(jìn)行最后的連接以完成無(wú)人機(jī)的設(shè)置。

首先，您需要將飛控盡可能放在中間，飛控的前端朝向無(wú)人機(jī)的前端。飛行控制器的前部可以通過(guò) Multiwii 應(yīng)用程序找到。在該應(yīng)用程序中，當(dāng)我們移動(dòng)飛行控制器時(shí)，右側(cè)的動(dòng)畫(huà)無(wú)人機(jī)會(huì)移動(dòng)。因此，當(dāng)動(dòng)畫(huà)無(wú)人機(jī)上的箭頭朝向我們時(shí)，F(xiàn)light Controller 面向筆記本電腦屏幕的一側(cè)就是 Flight Controller 的正面。

現(xiàn)在你有了飛行控制器的前部，所以把它相應(yīng)地放在無(wú)人機(jī)上。將飛行控制器放置在無(wú)人機(jī)上后，將 Arduino 接收器也放置在無(wú)人機(jī)上。現(xiàn)在連接飛行控制器 Arduino 的 5V 引腳，并將其連接到接收器 Arduino 的 Vin 引腳。連接兩個(gè) Arduino 的 GND 引腳。完成此連接是為了從飛行控制器上的 Arduino 向接收器上的 Arduino 供電。

電源共享連接后，我們需要將接收器的 PPM 引腳連接到飛行控制器。PPM 管腳是接收器 Arduino 的 D3 管腳，它在代碼中預(yù)先聲明，需要連接到飛行控制器的 Arduino 的 D2 管腳。

飛控和接收機(jī)對(duì)接后，需要將電調(diào)連接到飛控上，需要用到電調(diào)校準(zhǔn)電調(diào)的線。將黑線（即所有電調(diào)的 GND 線）連接到飛行控制器電路的公共 GND 引腳。

連接 GND 引腳后。將棕色線即信號(hào)線從連接到左前電機(jī)的 ESC 連接到飛行控制器的 Arduino 的 D3 引腳。同樣，右前電機(jī)連接到 D10，左后電機(jī)連接到 D11，右后電機(jī)連接到 D9 引腳。這樣就完成了信號(hào)連接。

現(xiàn)在您需要將 ESC 出來(lái)的細(xì)紅線連接到 Arduino UNO 的 Vin 引腳。您只需要連接一根電線，它可以來(lái)自任何 ESC。該線用于為 ESC 能夠使用的 Arduino 提供 5V 電源。

現(xiàn)在您需要將 LiPo 電池連接到 ESC，并將飛控 Arduino 的一個(gè)單獨(dú)的 GND 引腳連接到 LiPo 電池的 GND。

這將完成無(wú)人機(jī)組裝的所有連接，我們可以說(shuō)我們的無(wú)人機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好飛行了。在下一步中，您將了解如何啟動(dòng)無(wú)人機(jī)以及如何駕駛它。

啟動(dòng)無(wú)人機(jī)

在這一步之前，我們一直在將無(wú)人機(jī)組裝、連接和一些裝置本身的的事情。但在這一步中，我們需要給我們的無(wú)人機(jī)做最后的潤(rùn)色并嘗試讓它飛起來(lái)。所以現(xiàn)在，您需要做的是拿起螺旋槳并將它們連接到電機(jī)上。需要有一個(gè)類型的兩個(gè)螺旋槳和另一個(gè)類型的兩個(gè)螺旋槳，類似類型的螺旋槳應(yīng)該連接到對(duì)角相對(duì)的電機(jī)上。螺旋槳應(yīng)適當(dāng)擰緊，因?yàn)殡姍C(jī)旋轉(zhuǎn)非?？?，螺旋槳仍有可能飛出，可能造成損壞。安裝好螺旋槳后，需要打開(kāi)電調(diào)的電源。這個(gè)時(shí)候就能夠打開(kāi)無(wú)人機(jī)了，但你可能會(huì)看到電機(jī)沒(méi)有運(yùn)行。

這是因?yàn)槲覀冃枰陲w行之前布防我們的無(wú)人機(jī)。布防意味著啟動(dòng)無(wú)人機(jī)，當(dāng)無(wú)人機(jī)布防時(shí)，電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，但速度較慢。要給無(wú)人機(jī)布防，首先我們需要給發(fā)射器上電，并確保無(wú)人機(jī)放置在一個(gè)大而開(kāi)闊的空間，。正確控制它以避免任何形式的損壞，請(qǐng)確保無(wú)人機(jī)處于開(kāi)放和空曠的空間?，F(xiàn)在要布防無(wú)人機(jī)，你需要握住左側(cè)操縱桿并將其帶到左下方位置并保持一兩秒鐘。確保將其帶到正確的位置，否則無(wú)人機(jī)將無(wú)法布防。一旦無(wú)人機(jī)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，慢慢增加油門(mén)，即向上移動(dòng)左操縱桿，這將增加無(wú)人機(jī)的速度，之后無(wú)人機(jī)就可以緩慢起飛了！

通過(guò)這種方式，我們已經(jīng)能夠使用我們自己的四軸無(wú)人機(jī)了。根據(jù)我的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，我想補(bǔ)充幾句，那就是最好多帶 2 套螺旋槳，因?yàn)檫@些部件在有人制造無(wú)人機(jī)時(shí)肯定會(huì)壞掉。之后，使用 LiPo 電池測(cè)試儀。當(dāng) LiPo 電池接近設(shè)定的閾值時(shí)，它會(huì)發(fā)出聲音，并保護(hù) LiPo 電池免受永久損壞，就好像電池電量低于某個(gè)值時(shí)，它會(huì)對(duì)電池造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。仔細(xì)進(jìn)行連接，并始終在萬(wàn)用表的幫助下仔細(xì)檢查它們是否存在一些可能的短路，并且只有在確保電路中沒(méi)有連接短路后才能連接電源。之前由于這個(gè)錯(cuò)誤，我把一個(gè) Arduino Nano 變?yōu)閺U物了，所以要小心。盡可能使框架穩(wěn)定且無(wú)振動(dòng)，因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)失衡。確保所有螺釘和螺旋槳都足夠緊，以保持無(wú)人機(jī)穩(wěn)定且無(wú)損壞。

最后一點(diǎn)，當(dāng)你親手嘗試制作時(shí)，永遠(yuǎn)不要失去希望，你可能還需要付出額外的一點(diǎn)努力。我自己在過(guò)程中也遇到了很多問(wèn)題，但盡管如此，最后我還是完成了它，也飛了起來(lái)。至此，我將結(jié)束這篇文章。享受飛行！