本帖最后由 小布 于 2016-12-31 11:08 編輯 多軸機(jī)架- 多軸機(jī)架
- 對稱偶數(shù)多軸機(jī)架支持螺旋槳最大直徑
多軸機(jī)架
在選擇或者制作多軸飛行器時(shí)候，首先考慮的是機(jī)架。因?yàn)闄C(jī)架的軸數(shù)、軸距決定了飛行器的最大拉力。多軸飛行器的姿態(tài)全由電機(jī)和螺旋槳決定，沒有固定翼飛機(jī)中產(chǎn)生升力的機(jī)翼，所以多軸飛行器的機(jī)架相對簡單很多。
1、機(jī)架軸數(shù)
多軸飛行器的軸數(shù)大于等于3，有3軸、4軸、6軸、8軸等。每個(gè)軸配一個(gè)電機(jī)，所以理論上軸越多，能提供的電機(jī)拉力越大。
奇數(shù)軸數(shù)（3軸）姿勢控制算法復(fù)雜，較為少見。偶數(shù)軸數(shù)是對稱較好控制，所以4、6、8等較為常見。
2、機(jī)架軸距
我們這里討論的軸距是偶數(shù)軸數(shù)的機(jī)架，機(jī)架的軸距是指對稱兩軸電機(jī)中心孔的距離，常見的有250mm、450mm、550mm等軸距。軸距決定了能使用螺旋槳的最大直徑，軸距越大，可以使用的螺旋槳直徑越大。
3、軸數(shù)和螺距與飛行器最大起飛重量的關(guān)系
軸數(shù)越多等于電機(jī)越多，電機(jī)能提供的最大拉力也越多，飛行器最大起飛重量重量也越大。軸距越大螺旋槳直徑越大，螺旋槳直徑越大，提供的拉力越大。軸數(shù)和螺距與飛行器最大起飛重量都成正比。起飛重量小的，可以用小軸數(shù)（4軸）和小軸距的機(jī)架。起飛重量大，如航拍或者保值用的，需要用多軸數(shù)和大軸距的機(jī)架。
4、機(jī)架結(jié)構(gòu)
機(jī)架由機(jī)臂、教架、中心板等構(gòu)成。下圖是一個(gè)典型的機(jī)架架構(gòu)。
1）機(jī)臂
最重要的結(jié)構(gòu)，支撐著電機(jī)和螺旋槳，是受力最大最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，決定飛行器的強(qiáng)度和振動(dòng)。
2）電機(jī)安裝座
通過螺絲孔把電機(jī)固定在上面，不少是與機(jī)臂制作成一體。如果機(jī)臂與電機(jī)安裝座不同材料，需要使用獨(dú)立的電機(jī)安裝座。
3）上中心板和下中心板
主要是固定機(jī)臂的作用，中心板上還需要放飛控、電池、GPS、圖傳等設(shè)備。視乎機(jī)架結(jié)構(gòu)，也只有一塊中心板的機(jī)架。
機(jī)架的上下中心板有些是用PCB電路板制成，負(fù)責(zé)電調(diào)和電池間的連接，有效的簡化布線。如果中心板不帶PCB功能的，需要另外用分電板或者電線連接電調(diào)和電池。
4）腳架
腳架能在降落時(shí)候起到緩沖作用，保護(hù)電池電機(jī)等設(shè)備。如果是要加航拍云臺(tái)，必須用腳架保護(hù)云臺(tái)和攝像頭。腳架的缺點(diǎn)是讓飛行器的重心提高，加大降落時(shí)候翻機(jī)的機(jī)率。如果不需要加設(shè)云臺(tái)，可以用機(jī)臂帶腳架功能的機(jī)架。
5）云臺(tái)座
需要加云臺(tái)航拍的機(jī)架，要考慮云臺(tái)的固定，也有些外置的腳架整合了云臺(tái)座功能。
5、材料
機(jī)架在保證飛行器強(qiáng)度要求下，重量越少越好。機(jī)架材料決定了的重量。機(jī)臂的重量占絕大部分，機(jī)臂的材料主要有：
1）塑料
使用高強(qiáng)度工程塑料制成，優(yōu)點(diǎn)的便宜和耐摔，幾十元就一副4軸450mm的機(jī)架，多次炸雞也不容易損壞。
缺點(diǎn)就是重，4軸450mm的機(jī)架要差不多300g。入門的4到6軸機(jī)架多用塑料，還有些塑料機(jī)臂再嵌入碳素管增加強(qiáng)度減少重量。
2）玻纖
用玻璃纖維制成，玻纖強(qiáng)度較好，相同強(qiáng)度下重量比塑料要輕，價(jià)格比塑料要貴點(diǎn)。玻纖的機(jī)架大多用玻纖板切割拼接而成，多用于穿越機(jī)架。
3）碳素
使用碳素纖維材料制成，碳素非常輕和強(qiáng)度大，是最好的機(jī)架材料。缺點(diǎn)就是貴！碳素脆性材料，受力過大不會(huì)發(fā)生形變而是直接斷裂，所以損壞后基本無法修復(fù)，只能更換。
以上所說是機(jī)臂的材料，機(jī)架中的中心板、腳架可以用同一種材料，也可以用其它材料。如中心板有用PCB或者玻纖、腳架用碳素或者塑料。在購買的時(shí)候，一定要搞清每個(gè)結(jié)構(gòu)的材料，碳素機(jī)架有些只是機(jī)臂用，其它地方用玻纖或者塑料，而有些是全碳素制作，但價(jià)格就差別很大。
4、折疊
軸距450mm的加上螺旋槳半徑已經(jīng)超過500mm，攜帶非常不便。所以有些機(jī)架為方便攜帶，機(jī)臂可以折疊，能縮小一半的體積。
雖然折疊能縮小體積，但折疊機(jī)構(gòu)增加機(jī)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，帶來重量增大、可靠性減少、機(jī)臂振動(dòng)增加、成本增大等問題，為了便攜而犧牲性能。需要按實(shí)際情況選擇是否需要折疊功能。
5、類型
多軸飛行器有些是轉(zhuǎn)用于穿越，或者航拍。穿越要求速度快，軸距小便于穿過樹林橋洞，大多穿越機(jī)架多的中心板是長方形，機(jī)身長。
航拍類的為了飛行時(shí)間長，機(jī)架選擇大軸距和多軸數(shù)，機(jī)身成完全對稱的方形。
對稱偶數(shù)多軸機(jī)架支持螺旋槳最大直徑
機(jī)架決定了所支持的最大螺旋槳直徑，那樣如何計(jì)算這個(gè)直徑呢？對于對稱的偶數(shù)（4、6、8等）機(jī)架，用簡單幾何公式就可以算出這個(gè)直徑。
所謂的對稱是所有對稱機(jī)臂的軸距是一樣的。
1、計(jì)算原理
決定螺旋槳的直徑是相鄰兩個(gè)軸的直線距離，就是圖中AB線的距離，AB線的距離也剛好是螺旋槳的最大直徑。
2、計(jì)算公式
在三角形ABC中，求AB的距離，可以用余弦定理。
公式：AB = (AC2 + BC2 – 2 * AC * BC * cos(β))0.5
AC = BC = BD/2
DB = 軸距
β= 360。 / 軸數(shù)
簡化公式，AB = (2 * (軸距/2)2 * (1 - cos(360/軸數(shù))))0.5
按這個(gè)公式，可以計(jì)算軸距是450mm的4軸機(jī)架的AB = 318.20mm，1英寸 = 25.4 mm，得到最大螺旋槳直徑是12.5寸。實(shí)際螺旋槳直徑不能剛好等于這個(gè)值，否則兩個(gè)螺旋槳會(huì)打架。螺旋槳的直徑的規(guī)格大多是整數(shù)，可以得知這個(gè)機(jī)架的所支持最大螺旋槳直徑可以選擇12寸。
3、常用機(jī)架的支持最大螺旋槳的直徑
| 軸數(shù) | 軸距（mm） | 計(jì)算支持最大螺旋槳直徑（寸） | 實(shí)際支持最大螺旋槳整數(shù)直徑（寸） |
| 4 | 250 | 6.96 | 6 |
| 4 | 330 | 9.19 | 9 |
| 4 | 350 | 9.74 | 9 |
| 4 | 450 | 12.53 | 12 |
| 6 | 550 | 10.83 | 10 |
| 6 | 680 | 13.39 | 13 |
根據(jù)力效表我們知道，螺旋槳直徑越大力效越大，如果是為了獲得最大的飛航時(shí)間，盡量用機(jī)架所支持的最大直徑的螺旋槳。
4、常見幾種成品多軸飛行器機(jī)架與螺旋槳直徑
| 型號 | 軸數(shù) | 軸距（mm） | 螺旋槳規(guī)格 | 螺旋槳直徑（寸） |
| 大疆精靈2 | 4 | 350 | 9450 | 9.4 |
| 大疆精靈3 | 4 | 350 | 9450 | 9.4 |
| 零度XPLORER V | 4 | 350 | 9445 | 9.4 |
| 億航GHOSTDRONE2.0 | 4 | 350 | / | 8.5 |
以上都是350mm軸距4軸機(jī)架，除了億航GHOSTDRONE2.0是8.5寸直徑的螺旋槳外，其它都是用非常接近計(jì)算最大直徑9.74寸的9.4寸螺旋槳。
