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科普 | 植保无人机技术小知识之四旋翼无人机
四旋翼无人机结构总结
01无人机的类型
无人机分为固定翼和旋翼无人机。
固定翼无人机依靠螺旋桨或者涡轮发动机产生的推力作为飞机向前飞行的动力，主要的升力来自机翼与空气的相对运动。其优点是飞行速度快，比较经济，运载能力大。
旋翼无人机依靠空气中旋转螺旋桨产生足够的升力来平衡重力，实现飞行。其优点是可垂直起降、可悬停，灵活易于控制。
02四旋翼无人机的结构
1、安装平台
机体。机体由机架、外伸臂、分电板、载荷区、起落架组成。
(1)机架用于连接外伸臂、装下飞控板等设备，经常使用玻璃钢或碳纤维复合材料制作。
(2)外伸臂用于安装4个电动机，经常使用塑料、玻璃钢、碳纤维复合材料制作，选材时应同时考虑强度和质量。
(3)分电板用于电动机、电调、电源之间的焊接连接，有些还带有电压调节器，以驱动额外设备。
(4)载荷区用于承载相机、云台、农药箱等设备。
(5)起落架用于在着陆时保护机身。
2、感知与控制
自动驾驶仪。自动驾驶仪可分为飞行控制器、外部传感器系统、通信、驱动。
(1)飞行控制器主要功能有两点。接收来自遥控器的信号，控制电调输出，进而调整螺旋桨的转速完成无人机的起飞、悬停、俯仰、滚转、偏航、降落等动作；通过传感器的数据，在无控情况下，通过电调输出，稳定飞行器。
(2)加速度计和陀螺仪是基础的两个传感器，用来保持无人机的稳定。它们测量无人机的姿态角度和旋转角速度，多数都包含3个测量单元，用来测量3个轴向的数据。如所有传感器一样，使用前需要先校准。
(3)气压计是用来测高的传感器，根据气压和高度的变化关系，可以很好地测出高度的改变，一般内置一个温度传感器，用来补偿温度变化带来的影响。可以配合GPS获得海平面高度值，以修正高度。
(4)磁力计是用来定向的传感器，如指南针一样，利用地磁确定方向，使用时注意尽量避免强磁场的干扰。
(5)GPS卫星定位传感器可以为无人机提供位置、高度的信息，目前使用差分GPS定位精度可以达到0.5m甚至0.3m。
(6)电压与电流传感器用来测量飞控板块及驱动电压是否符合要求。只有稳定的电源电压才能让设备稳定地工作。另外，此传感器也用来测电源剩余电量。
(7)距离传感器分为超声和红外传感器，在无人机避障，着陆都有应用。
(8)地面站包含所有针对无人机在地面使用的装置。地面站的遥测模块可以与无人机双向通信，跟踪天线模块可以扩大工作范围，地面站软件可以把收集的数据形象地显示出来。
3、动力系统
电机与电调。
(1)电机是无人机的动力来源，目前主要使用无刷电动机，使用半导体开关实现电子换向，使用寿命长，动力比较强劲。
(2)电子调速器是用于控制无刷电动机的设备，它将时序的电能传给电动机，从而控制电动机的转速。
(3)螺旋桨。螺旋桨直接产生驱动无人机的推力，使之运动，螺旋桨的选择取决于电机和电调，材料主要有塑料、碳纤维、木质。螺旋桨的安装关系无人机和人身的安全，可以通过螺旋桨适配器固定它。
(4)电池。为无人机上的所有设备提供电能。电池的选择应同时考虑重量和容量，其中锂聚合物电池的能量密度大。
其中共有8中运动状态：
状态
F1电动机
F2电动机
F3电动机
F4电动机
上升
↑
↑
↑
↑
下降
↓
↓
↓
↓
左旋
↑
↓
↓
↑
右旋
↓
↑
↑
↓
左飞
↓
↑
↓
↑
右飞
↑
↓
↑
↓
前飞
↓
↓
↑
↑
后飞
↑
↑
↓
↓
左旋分析：从极限情况思考，如果2、3旋翼停止旋转，只有1、4旋翼旋转，1、4产生的扭矩方向相同，都使无人机逆时针旋转，而两者产生的离心力又相互抵消，所以无人机质心并不移动。右旋分析类似。
左飞分析：1、3旋翼降低转速，产生的升力减小；2、4旋翼提高转速，产生的升力增加，所以无人机发生向左倾斜，F和mg的合力会产生一个向左的力，牵引无人机左飞。右飞、前飞、后飞分析类似。
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