2.2　機架

現在國內常見的無人機多數是多軸飛行器的形式，機架的組成與圖2-2-1大同小異，主要由中心板、力臂、腳架組成，有著結構簡單的特點，但缺點是效率較低。更早一點的無人機則為圖2-2-2所示的直升機形式，其只有一個主螺旋槳（配合尾螺旋槳抵消旋轉反扭力）。直升機形式的無人機，由于效率更高，故更適合高原、大風等環境，但由于其主螺旋槳“殺傷力”太大且直升機旋翼頭結構復雜，現在已越來越少見了。還有一種無人機形式有著圖2-2-3所示的固定翼，具有結構簡單、效率高、續航時間長等特點，但缺點是不能懸停以及云臺安排不太靈活，這對于常見的航拍工作而言具有致命的缺陷，所以固定翼無人機常用于偵察監視、測繪等需要長距離、長續航的拍攝情況。

多軸飛行器，顧名思義就是有多個螺旋槳的飛行器，其通過螺旋槳轉速的不同而實現上升下降、左右旋轉、前進后退等動作。多軸飛行器的軸數，從兩軸開始，到十多軸都有，軸數越多、螺旋槳越多、機架的負載就越大，結構也就變得越復雜。多軸飛行器還有一個關鍵性數據就是“軸距”，其用于表達機架的尺寸大小。軸距是指對角線兩個螺旋槳中心的距離，單位通常是毫米（mm）。機架大小決定了能裝多大的螺旋槳，從而決定了機架的負載能力（即能攜帶多大的攝影設備升空）。

一般來說，搭載Go Pro等運動相機/攝像機或者小卡片相機的可以選擇四軸、軸距330～550mm的機架，可以兼顧載重與便攜。搭載微單、無反等相機的話可以選擇六軸或八軸、軸距700～1000mm的機架，可保證足夠的負載能力與機架大小。而想搭載全畫幅單反、電影機等重型設備的話，基本上都需要動用到八軸、1000mm以上的機架，才能有足夠的負載能力，否則很容易出現動力不足而產生墜機事故。

無人機機架可以采取新型的材料，比如碳纖維復合材料。碳纖維復合材料具有高比強度、設計性好、結構尺寸穩定性好、抗疲勞斷裂性好、可大面積整體成型，并具有特殊的電磁性能和吸波隱身特點，目前已大量用于裝備輕量化且需求量一直在穩步增長。碳纖維材質的無人機外殼重量輕、材質硬，獨特的直紋設計清晰可見，外觀永不褪色，抗腐蝕性能和抗輻射性能優越，非常耐用。

（1）無人機機架中常用的基本術語

DIY是“Do-It-Yourself”的縮寫，即用一些特別的材料定制一個無人機。

尺寸大小通常以毫米（比如350mm）計算。尺寸指無人機上的兩個電機之間最大點對點距離，尺寸大小決定了無人機的種類（比如迷你型、微型等）。

無人機重心應位于機身重力前后左右都平均分配的一點（重心位置在組裝無人機時非常重要）。

減震器通常為小型橡膠模制件，用于減少機身的振動。

無人機的機架與人類的骨架相似，機架撐起所有部件，保護機身。

起落架是讓無人機著陸時不易損壞的硬件。飛機的起落架上安裝有輪子，無人機的起落架與飛機不同，它使用塑料、金屬或橡膠材料緩沖著陸。

LED（發光二極管）的作用是夜間定位無人機的位置。

螺旋槳保護罩可有效防止螺旋槳與外部環境碰撞，也能保護操作員免受鋒利的螺旋槳割傷。

無人機的外殼由各種材料制成，它的設計既要考慮審美目的（風格），又要考慮功能目的（保護機身）。外殼形狀是流線型，以便減少空氣阻力。

加速度傳感器用于測量線加速度。

氣壓計傳感器通過測量氣壓提供無人機距離地面的高度。氣壓隨高度而變化，無人機就可以通過氣壓計來確定自身的高度。

陀螺儀用于測量x、y或z軸上的角加速度，讓無人機平穩飛行。

GPS是全球定位系統的英文簡稱，GPS傳感器允許衛星接收無人機的位置，無人機可以執行飛到指定坐標地點的任務，GPS還提供可靠的續航能力，防止無人機失蹤現象。

RTF為“到手即飛型”（Ready-to-Fly）的英文縮寫，指已經完全組裝并調試好，包裝內包含飛行所需設備，具備相關知識基礎和經驗的愛好者可以“到手即飛”。

BNF為“需連接型”（Bind-and-Fly）的英文縮寫，指已經完全組裝好，但沒有安裝無線電發射器，需要用戶選擇兼容的無線電發射器來支持無人機上的接收器的四旋翼無人機。

ATF為“需組裝型”的英文縮寫，這類無人機沒有完全組裝，在飛行前需要用戶安裝額外的零件/配件。

多旋翼無人機是具有三個及以上旋翼軸的無人機。

三旋翼無人機具有三個電機/螺旋槳。

四旋翼無人機具有四個電機/螺旋槳。

六翼無人機具有六個電機/螺旋槳。

八旋翼無人機具有八個電機/螺旋槳。

ESC是“電子速度控制系統”（Electronic Speed Controller）的英文縮寫，可連接飛行控制器、電機和電池，可調節電機旋轉的速度。

Li-Po為鋰聚合物電池/高分子鋰電池，屬于通用的無人機驅動電池類型，這種電池非常輕便并能釋放大量的電能。

電機是無人機中驅動螺旋槳旋轉的部分，大的無人機通常使用無刷電機，而小的無人機通常使用有刷電機。

PCB是“線路板”的英文縮寫，無人機許多不同的部件焊接到這種扁平的玻璃纖維部件上。

配電板的作用不容小覷，為了給無人機的不同部分供電，電池電量必須在不同設備中共享或“拆分”，這就需要一個配電板。配電板從無人機的電池中取出單個負極和正極，并為整個無人機提供許多其他終端（或連接點），以便使其他設備可以接收到電力。

螺旋槳適配器（Prop Adaptor）用于將無人機的電機連接到螺旋槳。

FPV為“第一人稱視角”（First Person View）的英文縮寫，它可以讓用戶看到無人機相機所錄制的直播視頻，能為用戶帶來身臨其境的飛行體驗。

LCD是“液晶顯示器”的縮寫，這種屏幕用于顯示接收器發送的圖像。

萬向節用于在飛行過程中固定相機，這樣拍攝出來的鏡頭就不會抖動。

Go Pro是一款受歡迎的運動/動作相機，可以通過適當的支架連接到無人機上。

（2）最常見的無人機機架設置類型

① 四旋翼（Quadcopter），見圖2-2-4。四旋翼是目前無人機行業中最普遍的機架類型。這種機架有四個機臂，每個機臂連接到單個電機。四旋翼的設計是X形的，當然也可以采用十字形的設置。這種機架設計是最簡單、最通用的，一些非常流行的無人機型號（比如DJI Phantom 3和Parrot Bebop）都是使用這種機架類型的。使用四旋翼機架的最大好處之一是這種類型的機架設計支持目前市場上幾乎所有的飛行控制器。任何機架類型的設計都不是完美無缺的，使用這種機架的缺點是：如果一個電機或螺旋槳發生故障，則其余的電機/螺旋槳將無法正常運行并最終導致失控墜落。因此，如果使用四旋翼機架一定要保證它的電機或螺旋槳沒問題。

② 三旋翼（Tricopter），見圖2-2-5。三旋翼類型的機架并不像四旋翼機架那么常見，其每個機臂連接到單個電機，每個機臂之間的夾角大概是120°。由于這種設計是不對稱的，因此落單的那個后置電機必須使用正常的RC伺服電機進行旋轉以便彌補旋翼數量不均勻的特點。三旋翼機架設置符合美學要求，這種類型的機架飛行時與飛機非常相似，此外，安裝時所需的無刷電機數量少于其他類型，所以是最經濟實惠的。由于這種設計需要RC伺服電機來驅動后置電機的旋轉，從理論上說，整體構建過程要復雜得多，它的后臂需要大量的復雜工作才能使其有效運行。

③ 六旋翼（Hexacoter），見圖2-2-6。六旋翼無人機機架有六個機臂，每個機臂連接到單個電機。一般來說，這些類型的設置適合航拍。這種機架有兩種設計，一種是機身的前部位于兩個電機之間，另一種是機身前部位于單個電動機的正后方。六旋翼機架的主要優點之一是擁有更大的推力并能舉起更重的有效載荷；另外，如果一個電機失效，無人機仍然有可能安全著陸，而不是失控墜機。這種設計的另一大優點是幾乎所有的飛行控制器都支持這種類型的機架設置。一般來說，建立一個六旋翼機架比前兩個（三旋翼、四旋翼）成本更高，因為飛行所需的部件數量較多；另外更多的零件意味著更大的重量，所以為了達到飛行所需的推力需要更大型號的電池。

④ 八旋翼（Octocopter），見圖2-2-7。八旋翼機架有八個機臂，每個機臂連接到單個電機，這種類型的設置可以產生很大的推力。大量的電機意味著更大的推力，這意味著它的載重能力更強。這種設計的另一大優點是，如果一臺電機失效，無人機仍然可以安全著陸，而不是墜機。但更多的電機意味著更貴的電池以及更大的電池組。在大多數情況下，建造較大的八旋翼機架對專業航拍攝影非常有益。

（3）無人機機架的常用材料

① 木材（見圖2-2-8）。木材并不是無人機最美觀的選擇，但它肯定是最便宜的材料之一。木制機架壞了可以快速輕松地換掉。使用木材作為無人機的機架時應確保其沒有任何彎曲或變形的地方。

② 碳纖維（見圖2-2-9）。碳纖維非常堅固，重量輕。這種材料可讓無人機更好地飛行并消耗更少的能量。需要強調的是，碳纖維會阻礙RF信號，安裝重要的電子元件（比如天線）時應務必記住這一點。

③ PCB（見圖2-2-10）。PCB即線路板，這是一種與玻璃纖維具有相同的基本結構和性能的材料。與玻璃纖維不同的是，PCD總是平坦的。當機架尺寸小于600mm時通常使用PCB作為底板和頂板。事實上小型的機架完全可以用一個線路板構建。

④ 塑料（見圖2-2-11）。目前大多數商用無人機都配有塑料機架。3D打印塑料機架模型在無人機中非常受歡迎。一般來說，使用3D打印機打印的塑料機架只適用于較小的無人機。當材料使用的是塑料板（不是3D打印的形狀或物體）時可以將其用于起落架或無人機的蓋子上。

⑤ G10（見圖2-2-12）。G10是玻璃纖維的一種變體，通常用作碳纖維較劃算的替代品。外觀上，G10和碳纖維看起來幾乎相同，但它們的基本屬性稍有不同，G10是以單張形式購買的。其成本低于碳纖維，但比木材、鋁或塑料貴。

⑥ 鋁（見圖2-2-13）。建造機架時也可以使用鋁。其特點是輕質（雖然不如碳纖維那么輕）、靈活、相對容易使用。可以使用鋁制作整個機架，也可以用其制作機架的某些部分（比如機臂、起落架等）。鋁質機架的另一個好處是既便宜又容易買到。

無人機總成本更多地取決于飛行控制器的性能、是否安裝攝像機等。一般來說機架是整個工程中最便宜的部分，但這并不意味著它是最不重要的。