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科普 | 植保無人機技術小知識之四旋翼無人機
四旋翼無人機結構總結
01無人機的類型
無人機分為固定翼和旋翼無人機。
固定翼無人機依靠螺旋槳或者渦輪發動機產生的推力作為飛機向前飛行的動力，主要的升力來自機翼與空氣的相對運動。其優點是飛行速度快，比較經濟，運載能力大。
旋翼無人機依靠空氣中旋轉螺旋槳產生足夠的升力來平衡重力，實現飛行。其優點是可垂直起降、可懸停，靈活易于控制。
02四旋翼無人機的結構
1、安裝平臺
機體。機體由機架、外伸臂、分電板、載荷區、起落架組成。
(1)機架用于連接外伸臂、裝下飛控板等設備，經常使用玻璃鋼或碳纖維復合材料制作。
(2)外伸臂用于安裝4個電動機，經常使用塑料、玻璃鋼、碳纖維復合材料制作，選材時應同時考慮強度和質量。
(3)分電板用于電動機、電調、電源之間的焊接連接，有些還帶有電壓調節器，以驅動額外設備。
(4)載荷區用于承載相機、云臺、農藥箱等設備。
(5)起落架用于在著陸時保護機身。
2、感知與控制
自動駕駛儀。自動駕駛儀可分為飛行控制器、外部傳感器系統、通信、驅動。
(1)飛行控制器主要功能有兩點。接收來自遙控器的信號，控制電調輸出，進而調整螺旋槳的轉速完成無人機的起飛、懸停、俯仰、滾轉、偏航、降落等動作；通過傳感器的數據，在無控情況下，通過電調輸出，穩定飛行器。
(2)加速度計和陀螺儀是基礎的兩個傳感器，用來保持無人機的穩定。它們測量無人機的姿態角度和旋轉角速度，多數都包含3個測量單元，用來測量3個軸向的數據。如所有傳感器一樣，使用前需要先校準。
(3)氣壓計是用來測高的傳感器，根據氣壓和高度的變化關系，可以很好地測出高度的改變，一般內置一個溫度傳感器，用來補償溫度變化帶來的影響。可以配合GPS獲得海平面高度值，以修正高度。
(4)磁力計是用來定向的傳感器，如指南針一樣，利用地磁確定方向，使用時注意盡量避免強磁場的干擾。
(5)GPS衛星定位傳感器可以為無人機提供位置、高度的信息，目前使用差分GPS定位精度可以達到0.5m甚至0.3m。
(6)電壓與電流傳感器用來測量飛控板塊及驅動電壓是否符合要求。只有穩定的電源電壓才能讓設備穩定地工作。另外，此傳感器也用來測電源剩余電量。
(7)距離傳感器分為超聲和紅外傳感器，在無人機避障，著陸都有應用。
(8)地面站包含所有針對無人機在地面使用的裝置。地面站的遙測模塊可以與無人機雙向通信，跟蹤天線模塊可以擴大工作范圍，地面站軟件可以把收集的數據形象地顯示出來。
3、動力系統
電機與電調。
(1)電機是無人機的動力來源，目前主要使用無刷電動機，使用半導體開關實現電子換向，使用壽命長，動力比較強勁。
(2)電子調速器是用于控制無刷電動機的設備，它將時序的電能傳給電動機，從而控制電動機的轉速。
(3)螺旋槳。螺旋槳直接產生驅動無人機的推力，使之運動，螺旋槳的選擇取決于電機和電調，材料主要有塑料、碳纖維、木質。螺旋槳的安裝關系無人機和人身的安全，可以通過螺旋槳適配器固定它。
(4)電池。為無人機上的所有設備提供電能。電池的選擇應同時考慮重量和容量，其中鋰聚合物電池的能量密度大。
其中共有8中運動狀態：
狀態
F1電動機
F2電動機
F3電動機
F4電動機
上升
↑
↑
↑
↑
下降
↓
↓
↓
↓
左旋
↑
↓
↓
↑
右旋
↓
↑
↑
↓
左飛
↓
↑
↓
↑
右飛
↑
↓
↑
↓
前飛
↓
↓
↑
↑
后飛
↑
↑
↓
↓
左旋分析：從極限情況思考，如果2、3旋翼停止旋轉，只有1、4旋翼旋轉，1、4產生的扭矩方向相同，都使無人機逆時針旋轉，而兩者產生的離心力又相互抵消，所以無人機質心并不移動。右旋分析類似。
左飛分析：1、3旋翼降低轉速，產生的升力減小；2、4旋翼提高轉速，產生的升力增加，所以無人機發生向左傾斜，F和mg的合力會產生一個向左的力，牽引無人機左飛。右飛、前飛、后飛分析類似。
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