從利比亞使 用無人機進(jìn)行軍事偵察,事后被發(fā)現(xiàn)淘寶同款有售;到Amazon的無人機托運,世界杯期間無人機偷窺對手信息;以及Airdog/ hexo,Parrot Ar.drone這類無人機玩具的出現(xiàn).種種跡象表明:歸功于極客們的努力,多旋翼無人機的熱潮已經(jīng)到來。
然而這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。極客們的目標(biāo),是把無人機帶入生活,讓無人機私人化成為可能。
多旋翼飛行器(Multirotor),是一種具有兩個旋翼以上的飛行器。由每個軸末端的電動機轉(zhuǎn)動,帶動旋翼從而產(chǎn)生上升動力。通過改變不同旋翼之間的相對速度可以改變推進(jìn)力的扭矩,從而控制飛行器的運行軌跡。
多旋翼飛行器外型相對飛機來說小很多,直徑通常在兩米以內(nèi),最小的可以達(dá)到5cm。我們最常見的當(dāng)屬四旋翼飛行器,方方正正的布局,十分有科技感; 實際上,除了四旋翼之外,還有雙旋翼、三旋翼、六旋翼、八旋翼、十二旋翼、十六旋翼(參見e-volo載人多旋翼)。不同的旋翼數(shù)目,不同的尺寸大小,但 是它們的優(yōu)勢是一致的:與傳統(tǒng)直升機相比,多旋翼飛行器更加小巧靈活,飛行更穩(wěn)定;與固定翼飛機相比,多旋翼能夠垂直起降(VTOL),還可以穩(wěn)定地懸停 在某一點執(zhí)行任務(wù)。
事實上在1907年,Breguet兄弟Louis和Jacque在Richet教授的指導(dǎo)下就已經(jīng)建造了第一架旋翼式飛行器,按照現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來 看,它是四旋翼雙層旋翼飛行器。但是由于控制太過困難,難以有實際用途。近年來,隨著新材料科技發(fā)展、MEMS蓬勃發(fā)展,使得自動檢測姿態(tài)、精確操控電機 轉(zhuǎn)速變得十分容易。隨著控制難題的解決,多旋翼飛行器再一次出現(xiàn)在歷史舞臺上,幾年前,我們還從未聽說一種長著四個螺旋槳的奇怪飛機;但現(xiàn)在在戰(zhàn)場上,在 攝影棚里,甚至在披薩店都能看見他們的身影。
得益于微電子技術(shù)和新材料的發(fā)展,DIY一架多旋翼飛行器并不顯得很困難。因為多旋翼飛行器具有簡潔的機械結(jié)構(gòu),不復(fù)雜的電路,較低的材料要求,所 以任何一個人,只要擁有基本的電路知識,就可以動手DIY一架屬于自己的飛行器;如果擁有更多的探索精神,我們甚至可以使這架飛行器具備GPS導(dǎo)航,避 障,圖像通信等一系列功能。
我本人從高三開始研究多旋翼飛行器,從套機到自主設(shè)計,制作了不下二十架多旋翼。極客什么的稱不上,但是我是一名切實的多旋翼愛好者。接下來,我會分享一些基本的多旋翼知識和制作的經(jīng)驗。
多旋翼飛行器是如何工作的?
多旋翼飛行器的外形各不相同,但它們一般是這個樣子的:飛控處于中間,多個機臂向外延伸開去。飛控通過數(shù)個電子調(diào)速器,控制著機臂外端的電機。當(dāng)你 通過遙控做出動作時,飛控就從接收機獲取信息,給各個電機分配不同的轉(zhuǎn)速,從而做出動作。同時,飛控也從陀螺儀和加速度計中獲取信息,并以此分配電機轉(zhuǎn) 速,保證整個飛機穩(wěn)定。
一般使用的遙控器,它們的工作頻率為2.4G,和無線網(wǎng)絡(luò)頻率相同;但不要擔(dān)心干擾,因為多數(shù)遙控器都能夠通過跳頻來避免干擾。
多旋翼飛行器使用電池飛行。它使用的電池,和手機、筆記本電腦一樣,是鋰電池。但不同的是多旋翼飛行器使用的是超大倍率鋰電池——它具有十分大的放電電流,甚至可以達(dá)到200A。
多旋翼飛行器通常使用航模無刷電機,這種電機需要特殊的電子調(diào)速器來驅(qū)動,但這物有所值:它的重量很小,但功率卻很大——一個雞蛋那么大的電機的功率甚至可以超過一千瓦。
飛控板看上去十分高端,其實不然。相信不少人知道arduino編程語言,它是2005年由意大利工程師研發(fā)的。目前的飛控大多數(shù)為arduino 編程。例如著名的APM飛控便是使用mega2560作為主控芯片,外接磁力計、氣壓計等等一系列傳感器,以組成一個無人機飛控系統(tǒng)。