多旋翼飞行器主要由飞行控制器、电动机、电子调速器、螺旋桨、电池、机架、遥控器、接收机和通讯设备等组成。
电动机
电动机简称电机,常见的电动机包括有刷电机和无刷电机。有刷电机启动快,制动及时,低速性能优异,扭矩大。同时还可以在大范围内平滑地进行调速且控制电路相对简单等特点,但是有刷电机磨损大,发热大,效率低。无刷电机没有电刷,磨损和震动都相对较小,同时对外界产生的电磁干扰也相对较小,无刷电机容易达到较高的转速。另外,还有一种电机为空心杯电机。空心杯电动机在结构上突破了传统电机的转子结构形式,采用的是无铁芯转子,也叫空心杯型转子。空心杯电机也分为有刷和无刷两种,有刷空心杯电机转子无铁芯,无刷空心杯电机定子无铁芯。空心杯电机能量转换效率高,响应快,运行稳定,能量密度高。
常见用于多旋翼飞行器的电机通常为空心杯电机和三相无刷电机。空心杯电机常用于微型和小型多旋翼飞行器,而三相无刷电机常用于较大的多旋翼飞行器。在这里我们采用的是三相无刷电机。
无刷电机型号代表其尺寸及性能,如2212-920KV,22代表电机的线圈外经为22mm,12代表转子的高度为12mm,920KV代表电压每增加1V电机的实际转速增加920r/min。
三相直流无刷电机,输入到驱动器是交流电,但施加在电动机上的电压是直流电压,作用在电枢(定子)线圈上的电压极性和通过电枢(定子)线圈上的电流方向都是交变的,电枢线圈内的感应电动势的波形基本上是相似的,方向都是交变的,直流无刷电机有三组120度布置的绕组,需要把直流电通过控制可控硅或者模块交替给三个绕组供电才能产生一个旋转的磁场从而带动转子转动。
由于多旋翼飞行器各个旋翼旋转方向不同,因此电机的旋转方向也不相同,为了保证螺旋桨旋转时不会脱落,务必按照电机标称方向使用。
电子调速器
电子调速器简称电调,英文Electronic Speed Controller,简称ESC。针对电机不同,可分为有刷电子调速器和无刷电子调速器,电子调速器的主要作用就是将飞行控制器的控制信号转变为相应大小的电流,从而来控制电机的转速,多旋翼飞行器通常使用无刷电调。
螺旋桨
螺旋桨分为正桨和反桨,顺时针旋转风力向后的螺旋桨为正桨,逆时针旋转风力向后的螺旋桨为反桨。螺旋桨的选择要与电机匹配,通常大螺旋桨需要用低KV的电机,小螺旋桨用高KV的电机。螺旋桨的型号通常是4位数字,如1045、9443,前面两位代表螺旋桨的直径(单位为英寸,1英寸≈25.4mm),当直径大于10英寸时,即直接表示直径,当直径小于10英寸时,表示的数值是实际尺寸的10倍。后两位是螺旋桨的螺距。
动力电池
电池用来给飞行器供电。对于一般的多旋翼飞行器来说,一般选择锂电池,锂电池能量密度较高且成本较低。
机架结构
机架是整个飞行器的骨架,主要用来固定飞行控制器、电机、接收机、电池等部件。由于多旋翼飞行器对气动外形要求不高,因此机架形状多种多样,为不同功能设计的不同形式的机架可以根据需求进行选择。
遥控器和接收机 #
遥控器主要用于手动飞行时向飞行器发送各种控制命令,常用的遥控器一般使用的频段为2.4GHz。正常的四旋翼至少需要四通道的遥控器。通道越多说明遥控器所能控制的功能越多。所谓的通道,指可以用遥控器控制的动作路数,比如上下、左右、前后、旋转。通常操作多旋翼飞行器至少需要上下、左右、前后、旋转四个通道,因此至少需要使用支持四通道的遥控器。接收机是用来接收遥控器的信号并将信号通过自身端口传输给飞行控制器或者电子调速装置。
定位及通信设备
定位设备包括卫星定位以及激光、超声波、机器视觉模块等,通信设备包括近距离通信使用的数传电台、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等,也包括远距离传输的GPRS、CDMA、LTE设备。如果需要实时将飞行器上所带相机的图像回传,还需要安装图传设备。