[无人机学习]无人机学习概论
作者：互联网
一、无人机简介
1.1 无人机与航空模型分类
| 机型 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 固定翼飞机 | 续航时间长，速度快 | 需要跑道，不能垂直起降 |
| 单旋翼飞机 | 可以垂直起降，空中悬停 | 续航时间段，机械结构复杂，操控难度大 |
| 多旋翼飞机 | 垂直起降，空中悬停，结构简单，操作灵活 | 续航时间短，飞行时间慢 |
| 垂直起降固定翼飞机 | 垂直起降，节省跑道，飞行速度快 | 电量消耗大，飞行时间短，控制体系复杂 |
| 倾斜旋翼机 | 垂直起降，节省跑道，飞行速度快，用可旋转的多旋翼桨提供主动力 | 电量消耗大，飞行时间短，控制体系复杂 |
1.2 基本姿态
6个自由度
x，y，z三轴坐标 + 绕x，y，z三轴旋转
| 状态 | 名称 |
|---|---|
| pitch | 俯仰角 |
| roll | 横滚角 |
| yaw | 偏航角 |
二、硬件结构设计
2.1 直径、螺距和弦长
螺旋桨有两个比较重要的指标：直径和螺距。
例：7045、8045、9045、1045；
桨的直径为7.0in，螺距为4.5in；
2.2 有刷电机和无刷电机
有刷电机： 电刷接触3片金属环，电磁铁每转动120°就会改变2组电磁铁的磁性，从而使电磁铁持续旋转，并且不会存在无法转动的四角，转动方向完全依赖于电源的正负极。也就是说，只要改变电源正负极就可以改变电池铁的转动方向。
无刷电机： 无刷电机的电磁铁是定子，不能转动，而永磁铁作为转子进行转动。利用电调换相，将两相直流电源转为三相交流电源输出给无刷电机。
无刷电机型号相关参数
例：2206、2216、2312；定子直径为22毫米，定子高度为6毫米。
| 名称 | 细节 |
|---|---|
| 铁芯极数 | 定子上的电磁铁数量 |
| 磁钢极数 | 转子上的磁钢（可认为永磁铁）数量 |
| 匝数 | 定子电磁铁上导线（漆包线）缠绕圈数，单位为T |
| 最大持续电流 | 电机正常工作情况下可以接受的电流范围 |
| 空载电流 | 电机在空载情况下（不安装螺旋桨），为电机施加一定电压时的电流值。 |
| KV值 | 电机转动的速度，空载情况下，每为电机施加1V电压，电机每分钟所增加的转数。如2200KV。 |
2.3 电调与PWM信号
电调（电压调节器），通过接收PWM信号来将输入的电源转化为不同的电压，并输出到电机，控制电机达到不同转速。
PWM信号的频率通常没有规定，早期电调响应PWM信号的频率是50Hz，现在大多数电调都支持500Hz以上的PWM信号的，并且电调内部自带滤波器，可以很好地响应并控制电机的转动。
2.3.1 直流有刷电调
当PWM为75%时，电机停止转动；
当PWM逐渐增加到100%时，电机不断正向旋转；
当PWM逐渐增加到50%时，电机不断反向加速；
电源线反接，电机反转
2.3.2 直流无刷电机
PWM：50%~100%时，电机逐渐转快。
三条电源线任意2跟反接，即可改变转向。
2.3.3 电调初始化
- 上电。无PWM，3ｓ一次短鸣；
- 初始化。３ｓ以上50％PWM信号，短鸣电池数，长鸣一声初始化；
- 工作状态。
2.3.4 最大最小行程校准
- 电调断电，油门最大；
- 电调上电，持续3s，发出3次do re mi 音乐；
- 油门最小，短鸣你个电池数，长鸣一声，校准成功。
2.4 动力电池
锂电池： 聚合物锂芯电池，用LiPo表示。电压范围为：3.7~4.2V
放电倍率：，通常有15C，20C，25C，30C。
10000mAh20C电池：按每小时10000mA的放电速度持续放电1h;
2.5 遥控器
2.5.1 通信频段
2.4GHz，范围为2400~2483MHz
2.5.2 通信协议
| 类型 | 详情 |
|---|---|
| PWM | 每个通道一组线，解析程序需要根据每一个通道的PWM高电平时长计算通道数值。 |
| PPM | 固定周期发送所有通道PWM脉宽的数据格式。一组接线，一个周期内发送所有通道的PWM值，解析程序需要自行区分每一个通道的PWM时长。 |
| S.BUS | 每11个bit位表示一个通道数值的协议，串口通信，反向电平 |
| XBUS | 常规通信协议，支持18个通道，数据包较大，A、B两种传输模式，遥控器配置可选。 |
2.5.3 操作方式
- 日本手
左侧：俯仰+偏航
右侧：油门+横滚
- 美国手
左侧：油门+偏航
右侧：横滚+俯仰
2.6 机架设计
两大类： 十字形和叉字形
多旋翼布局与PX4飞控命名和标识
| 布局方式 | PX4命名 | PX4标识 |
|---|---|---|
| 叉字四旋翼 | QUAD X | 4001 |
| 十字形四旋翼 | QUAD + | 5001 |
| 叉形六旋翼 | HEXA X | 6001 |
| 十字形六旋翼 | HEXA + | 7001 |
| 叉形八旋翼 | OCTO X | 8001 |
| 十字形八旋翼 | OCTO + | 9001 |
| 共轴双桨六旋翼 | HEXA COA X | 11001 |
| 共轴双桨八旋翼 | OCTO COA X | 12001 |
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