多轴机架

2019-08-27 10:18:34      点击:

在选择或者制作多轴飞行器时候,首先考虑的是机架。因为机架的轴数、轴距决定了飞行器的最大拉力。多轴飞行器的姿态全由电机和螺旋桨决定,没有固定翼飞机中产生升力的机翼,所以多轴飞行器的机架相对简单很多。

 

1、机架轴数

 

多轴飞行器的轴数大于等于3,有3轴、4轴、6轴、8轴等。每个轴配一个电机,所以理论上轴越多,能提供的电机拉力越大。

 

 

奇数轴数(3轴)姿势控制算法复杂,较为少见。偶数轴数是对称较好控制,所以4、6、8等较为常见。

 

2、机架轴距

 

我们这里讨论的轴距是偶数轴数的机架,机架的轴距是指对称两轴电机中心孔的距离,常见的有250mm、450mm、550mm等轴距。轴距决定了能使用螺旋桨的最大直径,轴距越大,可以使用的螺旋桨直径越大。

 

 

 

3、轴数和螺距与飞行器最大起飞重量的关系

 

轴数越多等于电机越多,电机能提供的最大拉力也越多,飞行器最大起飞重量重量也越大。轴距越大螺旋桨直径越大,螺旋桨直径越大,提供的拉力越大。轴数和螺距与飞行器最大起飞重量都成正比。起飞重量小的,可以用小轴数(4轴)和小轴距的机架。起飞重量大,如航拍或者保值用的,需要用多轴数和大轴距的机架。

 

4、机架结构


机架由机臂、教架、中心板等构成。下图是一个典型的机架架构。

 

 

1)机臂

 

最重要的结构,支撑着电机和螺旋桨,是受力最大最复杂的结构,决定飞行器的强度和振动。

 

2)电机安装座

 

通过螺丝孔把电机固定在上面,不少是与机臂制作成一体。如果机臂与电机安装座不同材料,需要使用独立的电机安装座。

 

 

3)上中心板和下中心板

 

主要是固定机臂的作用,中心板上还需要放飞控、电池、GPS、图传等设备。视乎机架结构,也只有一块中心板的机架。

 

机架的上下中心板有些是用PCB电路板制成,负责电调和电池间的连接,有效的简化布线。如果中心板不带PCB功能的,需要另外用分电板或者电线连接电调和电池。

 

 

4)脚架

 

脚架能在降落时候起到缓冲作用,保护电池电机等设备。如果是要加航拍云台,必须用脚架保护云台和摄像头。脚架的缺点是让飞行器的重心提高,加大降落时候翻机的机率。如果不需要加设云台,可以用机臂带脚架功能的机架。

 

5)云台座

 

需要加云台航拍的机架,要考虑云台的固定,也有些外置的脚架整合了云台座功能。

 

 

5、材料

 

机架在保证飞行器强度要求下,重量越少越好。机架材料决定了的重量。机臂的重量占绝大部分,机臂的材料主要有:

 

1)塑料

 

使用高强度工程塑料制成,优点的便宜和耐摔,几十元就一副4轴450mm的机架,多次炸鸡也不容易损坏。

缺点就是重,4轴450mm的机架要差不多300g。入门的4到6轴机架多用塑料,还有些塑料机臂再嵌入碳素管增加强度减少重量。

 

 

 

2)玻纤

 

用玻璃纤维制成,玻纤强度较好,相同强度下重量比塑料要轻,价格比塑料要贵点。玻纤的机架大多用玻纤板切割拼接而成,多用于穿越机架。

 

 

3)碳素

 

使用碳素纤维材料制成,碳素非常轻和强度大,是最好的机架材料。缺点就是贵!碳素脆性材料,受力过大不会发生形变而是直接断裂,所以损坏后基本无法修复,只能更换。

 

 

以上所说是机臂的材料,机架中的中心板、脚架可以用同一种材料,也可以用其它材料。如中心板有用PCB或者玻纤、脚架用碳素或者塑料。在购买的时候,一定要搞清每个结构的材料,碳素机架有些只是机臂用,其它地方用玻纤或者塑料,而有些是全碳素制作,但价格就差别很大。

 

4、折叠

 

轴距450mm的加上螺旋桨半径已经超过500mm,携带非常不便。所以有些机架为方便携带,机臂可以折叠,能缩小一半的体积。

 

 

虽然折叠能缩小体积,但折叠机构增加机架结构复杂性,带来重量增大、可靠性减少、机臂振动增加、成本增大等问题,为了便携而牺牲性能。需要按实际情况选择是否需要折叠功能。

 

5、类型

 

多轴飞行器有些是转用于穿越,或者航拍。穿越要求速度快,轴距小便于穿过树林桥洞,大多穿越机架多的中心板是长方形,机身长。

 

 

航拍类的为了飞行时间长,机架选择大轴距和多轴数,机身成完全对称的方形。

 

 

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