2.2　機(jī)架

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的無(wú)人機(jī)多數(shù)是多軸飛行器的形式，機(jī)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但缺點(diǎn)是效率較低。更早一點(diǎn)的無(wú)人機(jī)則為圖2-2-2所示的直升機(jī)形式，其只有一個(gè)主螺旋槳（配合尾螺旋槳抵消旋轉(zhuǎn)反扭力）。直升機(jī)形式的無(wú)人機(jī)，由于效率更高，故更適合高原、大風(fēng)等環(huán)境，但由于其主螺旋槳“殺傷力”太大且直升機(jī)旋翼頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)在已越來(lái)越少見(jiàn)了。還有一種無(wú)人機(jī)形式有著圖2-2-3所示的固定翼，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，但缺點(diǎn)是不能懸停以及云臺(tái)安排不太靈活，這對(duì)于常見(jiàn)的航拍工作而言具有致命的缺陷，所以固定翼無(wú)人機(jī)常用于偵察監(jiān)視、測(cè)繪等需要長(zhǎng)距離、長(zhǎng)續(xù)航的拍攝情況。

多軸飛行器，顧名思義就是有多個(gè)螺旋槳的飛行器，其通過(guò)螺旋槳轉(zhuǎn)速的不同而實(shí)現(xiàn)上升下降、左右旋轉(zhuǎn)、前進(jìn)后退等動(dòng)作。多軸飛行器的軸數(shù)，從兩軸開(kāi)始，到十多軸都有，軸數(shù)越多、螺旋槳越多、機(jī)架的負(fù)載就越大，結(jié)構(gòu)也就變得越復(fù)雜。多軸飛行器還有一個(gè)關(guān)鍵性數(shù)據(jù)就是“軸距”，其用于表達(dá)機(jī)架的尺寸大小。軸距是指對(duì)角線兩個(gè)螺旋槳中心的距離，單位通常是毫米（mm）。機(jī)架大小決定了能裝多大的螺旋槳，從而決定了機(jī)架的負(fù)載能力（即能攜帶多大的攝影設(shè)備升空）。

一般來(lái)說(shuō)，搭載Go Pro等運(yùn)動(dòng)相機(jī)/攝像機(jī)或者小卡片相機(jī)的可以選擇四軸、軸距330～550mm的機(jī)架，可以兼顧載重與便攜。搭載微單、無(wú)反等相機(jī)的話可以選擇六軸或八軸、軸距700～1000mm的機(jī)架，可保證足夠的負(fù)載能力與機(jī)架大小。而想搭載全畫(huà)幅單反、電影機(jī)等重型設(shè)備的話，基本上都需要?jiǎng)佑玫桨溯S、1000mm以上的機(jī)架，才能有足夠的負(fù)載能力，否則很容易出現(xiàn)動(dòng)力不足而產(chǎn)生墜機(jī)事故。

無(wú)人機(jī)機(jī)架可以采取新型的材料，比如碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、設(shè)計(jì)性好、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)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(diǎn)，目前已大量用于裝備輕量化且需求量一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)。碳纖維材質(zhì)的無(wú)人機(jī)外殼重量輕、材質(zhì)硬，獨(dú)特的直紋設(shè)計(jì)清晰可見(jiàn)，外觀永不褪色，抗腐蝕性能和抗輻射性能優(yōu)越，非常耐用。

（1）無(wú)人機(jī)機(jī)架中常用的基本術(shù)語(yǔ)

DIY是“Do-It-Yourself”的縮寫(xiě)，即用一些特別的材料定制一個(gè)無(wú)人機(jī)。

尺寸大小通常以毫米（比如350mm）計(jì)算。尺寸指無(wú)人機(jī)上的兩個(gè)電機(jī)之間最大點(diǎn)對(duì)點(diǎn)距離，尺寸大小決定了無(wú)人機(jī)的種類(lèi)（比如迷你型、微型等）。

無(wú)人機(jī)重心應(yīng)位于機(jī)身重力前后左右都平均分配的一點(diǎn)（重心位置在組裝無(wú)人機(jī)時(shí)非常重要）。

減震器通常為小型橡膠模制件，用于減少機(jī)身的振動(dòng)。

無(wú)人機(jī)的機(jī)架與人類(lèi)的骨架相似，機(jī)架撐起所有部件，保護(hù)機(jī)身。

起落架是讓無(wú)人機(jī)著陸時(shí)不易損壞的硬件。飛機(jī)的起落架上安裝有輪子，無(wú)人機(jī)的起落架與飛機(jī)不同，它使用塑料、金屬或橡膠材料緩沖著陸。

LED（發(fā)光二極管）的作用是夜間定位無(wú)人機(jī)的位置。

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

無(wú)人機(jī)的外殼由各種材料制成，它的設(shè)計(jì)既要考慮審美目的（風(fēng)格），又要考慮功能目的（保護(hù)機(jī)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(cè)量線加速度。

氣壓計(jì)傳感器通過(guò)測(cè)量氣壓提供無(wú)人機(jī)距離地面的高度。氣壓隨高度而變化，無(wú)人機(jī)就可以通過(guò)氣壓計(jì)來(lái)確定自身的高度。

陀螺儀用于測(cè)量x、y或z軸上的角加速度，讓無(wú)人機(jī)平穩(wěn)飛行。

GPS是全球定位系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，GPS傳感器允許衛(wèi)星接收無(wú)人機(jī)的位置，無(wú)人機(jī)可以執(zhí)行飛到指定坐標(biāo)地點(diǎn)的任務(wù)，GPS還提供可靠的續(xù)航能力，防止無(wú)人機(jī)失蹤現(xiàn)象。

RTF為“到手即飛型”（Ready-to-Fly）的英文縮寫(xiě)，指已經(jīng)完全組裝并調(diào)試好，包裝內(nèi)包含飛行所需設(shè)備，具備相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)的愛(ài)好者可以“到手即飛”。

BNF為“需連接型”（Bind-and-Fly）的英文縮寫(xiě)，指已經(jīng)完全組裝好，但沒(méi)有安裝無(wú)線電發(fā)射器，需要用戶(hù)選擇兼容的無(wú)線電發(fā)射器來(lái)支持無(wú)人機(jī)上的接收器的四旋翼無(wú)人機(jī)。

ATF為“需組裝型”的英文縮寫(xiě)，這類(lèi)無(wú)人機(jī)沒(méi)有完全組裝，在飛行前需要用戶(hù)安裝額外的零件/配件。

多旋翼無(wú)人機(jī)是具有三個(gè)及以上旋翼軸的無(wú)人機(jī)。

三旋翼無(wú)人機(jī)具有三個(gè)電機(jī)/螺旋槳。

四旋翼無(wú)人機(jī)具有四個(gè)電機(jī)/螺旋槳。

六翼無(wú)人機(jī)具有六個(gè)電機(jī)/螺旋槳。

八旋翼無(wú)人機(jī)具有八個(gè)電機(jī)/螺旋槳。

ESC是“電子速度控制系統(tǒng)”（Electronic Speed Controller）的英文縮寫(xiě)，可連接飛行控制器、電機(jī)和電池，可調(diào)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度。

Li-Po為鋰聚合物電池/高分子鋰電池，屬于通用的無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)電池類(lèi)型，這種電池非常輕便并能釋放大量的電能。

電機(jī)是無(wú)人機(jī)中驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)的部分，大的無(wú)人機(jī)通常使用無(wú)刷電機(jī)，而小的無(wú)人機(jī)通常使用有刷電機(jī)。

PCB是“線路板”的英文縮寫(xiě)，無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)的不同部分供電，電池電量必須在不同設(shè)備中共享或“拆分”，這就需要一個(gè)配電板。配電板從無(wú)人機(jī)的電池中取出單個(gè)負(fù)極和正極，并為整個(gè)無(wú)人機(jī)提供許多其他終端（或連接點(diǎn)），以便使其他設(shè)備可以接收到電力。

螺旋槳適配器（Prop Adaptor）用于將無(wú)人機(jī)的電機(jī)連接到螺旋槳。

FPV為“第一人稱(chēng)視角”（First Person View）的英文縮寫(xiě)，它可以讓用戶(hù)看到無(wú)人機(jī)相機(jī)所錄制的直播視頻，能為用戶(hù)帶來(lái)身臨其境的飛行體驗(yàn)。

LCD是“液晶顯示器”的縮寫(xiě)，這種屏幕用于顯示接收器發(fā)送的圖像。

萬(wàn)向節(jié)用于在飛行過(guò)程中固定相機(jī)，這樣拍攝出來(lái)的鏡頭就不會(huì)抖動(dòng)。

Go Pro是一款受歡迎的運(yùn)動(dòng)/動(dòng)作相機(jī)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)闹Ъ苓B接到無(wú)人機(jī)上。

（2）最常見(jiàn)的無(wú)人機(jī)機(jī)架設(shè)置類(lèi)型

① 四旋翼（Quadcopter），見(jiàn)圖2-2-4。四旋翼是目前無(wú)人機(jī)行業(yè)中最普遍的機(jī)架類(lèi)型。這種機(jī)架有四個(gè)機(jī)臂，每個(gè)機(jī)臂連接到單個(gè)電機(jī)。四旋翼的設(shè)計(jì)是X形的，當(dāng)然也可以采用十字形的設(shè)置。這種機(jī)架設(shè)計(jì)是最簡(jiǎn)單、最通用的，一些非常流行的無(wú)人機(jī)型號(hào)（比如DJI Phantom 3和Parrot Bebop）都是使用這種機(jī)架類(lèi)型的。使用四旋翼機(jī)架的最大好處之一是這種類(lèi)型的機(jī)架設(shè)計(jì)支持目前市場(chǎng)上幾乎所有的飛行控制器。任何機(jī)架類(lèi)型的設(shè)計(jì)都不是完美無(wú)缺的，使用這種機(jī)架的缺點(diǎn)是：如果一個(gè)電機(jī)或螺旋槳發(fā)生故障，則其余的電機(jī)/螺旋槳將無(wú)法正常運(yùn)行并最終導(dǎo)致失控墜落。因此，如果使用四旋翼機(jī)架一定要保證它的電機(jī)或螺旋槳沒(méi)問(wèn)題。

② 三旋翼（Tricopter），見(jiàn)圖2-2-5。三旋翼類(lèi)型的機(jī)架并不像四旋翼機(jī)架那么常見(jiàn)，其每個(gè)機(jī)臂連接到單個(gè)電機(jī)，每個(gè)機(jī)臂之間的夾角大概是120°。由于這種設(shè)計(jì)是不對(duì)稱(chēng)的，因此落單的那個(gè)后置電機(jī)必須使用正常的RC伺服電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以便彌補(bǔ)旋翼數(shù)量不均勻的特點(diǎn)。三旋翼機(jī)架設(shè)置符合美學(xué)要求，這種類(lèi)型的機(jī)架飛行時(shí)與飛機(jī)非常相似，此外，安裝時(shí)所需的無(wú)刷電機(jī)數(shù)量少于其他類(lèi)型，所以是最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的。由于這種設(shè)計(jì)需要RC伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)后置電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，從理論上說(shuō)，整體構(gòu)建過(guò)程要復(fù)雜得多，它的后臂需要大量的復(fù)雜工作才能使其有效運(yùn)行。

③ 六旋翼（Hexacoter），見(jiàn)圖2-2-6。六旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)架有六個(gè)機(jī)臂，每個(gè)機(jī)臂連接到單個(gè)電機(jī)。一般來(lái)說(shuō)，這些類(lèi)型的設(shè)置適合航拍。這種機(jī)架有兩種設(shè)計(jì)，一種是機(jī)身的前部位于兩個(gè)電機(jī)之間，另一種是機(jī)身前部位于單個(gè)電動(dòng)機(jī)的正后方。六旋翼機(jī)架的主要優(yōu)點(diǎn)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(gè)電機(jī)失效，無(wú)人機(jī)仍然有可能安全著陸，而不是失控墜機(jī)。這種設(shè)計(jì)的另一大優(yōu)點(diǎn)是幾乎所有的飛行控制器都支持這種類(lèi)型的機(jī)架設(shè)置。一般來(lái)說(shuō)，建立一個(gè)六旋翼機(jī)架比前兩個(gè)（三旋翼、四旋翼）成本更高，因?yàn)轱w行所需的部件數(shù)量較多；另外更多的零件意味著更大的重量，所以為了達(dá)到飛行所需的推力需要更大型號(hào)的電池。

④ 八旋翼（Octocopter），見(jiàn)圖2-2-7。八旋翼機(jī)架有八個(gè)機(jī)臂，每個(gè)機(jī)臂連接到單個(gè)電機(jī)，這種類(lèi)型的設(shè)置可以產(chǎn)生很大的推力。大量的電機(jī)意味著更大的推力，這意味著它的載重能力更強(qiáng)。這種設(shè)計(jì)的另一大優(yōu)點(diǎn)是，如果一臺(tái)電機(jī)失效，無(wú)人機(jī)仍然可以安全著陸，而不是墜機(jī)。但更多的電機(jī)意味著更貴的電池以及更大的電池組。在大多數(shù)情況下，建造較大的八旋翼機(jī)架對(duì)專(zhuān)業(yè)航拍攝影非常有益。

（3）無(wú)人機(jī)機(jī)架的常用材料

① 木材（見(jiàn)圖2-2-8）。木材并不是無(wú)人機(jī)最美觀的選擇，但它肯定是最便宜的材料之一。木制機(jī)架壞了可以快速輕松地?fù)Q掉。使用木材作為無(wú)人機(jī)的機(jī)架時(shí)應(yīng)確保其沒(méi)有任何彎曲或變形的地方。

② 碳纖維（見(jiàn)圖2-2-9）。碳纖維非常堅(jiān)固，重量輕。這種材料可讓無(wú)人機(jī)更好地飛行并消耗更少的能量。需要強(qiáng)調(diào)的是，碳纖維會(huì)阻礙RF信號(hào)，安裝重要的電子元件（比如天線）時(shí)應(yīng)務(wù)必記住這一點(diǎn)。

③ PCB（見(jiàn)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(jié)構(gòu)和性能的材料。與玻璃纖維不同的是，PCD總是平坦的。當(dāng)機(jī)架尺寸小于600mm時(shí)通常使用PCB作為底板和頂板。事實(shí)上小型的機(jī)架完全可以用一個(gè)線路板構(gòu)建。

④ 塑料（見(jiàn)圖2-2-11）。目前大多數(shù)商用無(wú)人機(jī)都配有塑料機(jī)架。3D打印塑料機(jī)架模型在無(wú)人機(jī)中非常受歡迎。一般來(lái)說(shuō)，使用3D打印機(jī)打印的塑料機(jī)架只適用于較小的無(wú)人機(jī)。當(dāng)材料使用的是塑料板（不是3D打印的形狀或物體）時(shí)可以將其用于起落架或無(wú)人機(jī)的蓋子上。

⑤ G10（見(jiàn)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(lái)幾乎相同，但它們的基本屬性稍有不同，G10是以單張形式購(gòu)買(mǎi)的。其成本低于碳纖維，但比木材、鋁或塑料貴。

⑥ 鋁（見(jiàn)圖2-2-13）。建造機(jī)架時(shí)也可以使用鋁。其特點(diǎn)是輕質(zhì)（雖然不如碳纖維那么輕）、靈活、相對(duì)容易使用。可以使用鋁制作整個(gè)機(jī)架，也可以用其制作機(jī)架的某些部分（比如機(jī)臂、起落架等）。鋁質(zhì)機(jī)架的另一個(gè)好處是既便宜又容易買(mǎi)到。

無(wú)人機(jī)總成本更多地取決于飛行控制器的性能、是否安裝攝像機(jī)等。一般來(lái)說(shuō)機(jī)架是整個(gè)工程中最便宜的部分，但這并不意味著它是最不重要的。