2.2　机架

现在国内常见的无人机多数是多轴飞行器的形式，机架的组成与图2-2-1大同小异，主要由中心板、力臂、脚架组成，有着结构简单的特点，但缺点是效率较低。更早一点的无人机则为图2-2-2所示的直升机形式，其只有一个主螺旋桨（配合尾螺旋桨抵消旋转反扭力）。直升机形式的无人机，由于效率更高，故更适合高原、大风等环境，但由于其主螺旋桨“杀伤力”太大且直升机旋翼头结构复杂，现在已越来越少见了。还有一种无人机形式有着图2-2-3所示的固定翼，具有结构简单、效率高、续航时间长等特点，但缺点是不能悬停以及云台安排不太灵活，这对于常见的航拍工作而言具有致命的缺陷，所以固定翼无人机常用于侦察监视、测绘等需要长距离、长续航的拍摄情况。

多轴飞行器，顾名思义就是有多个螺旋桨的飞行器，其通过螺旋桨转速的不同而实现上升下降、左右旋转、前进后退等动作。多轴飞行器的轴数，从两轴开始，到十多轴都有，轴数越多、螺旋桨越多、机架的负载就越大，结构也就变得越复杂。多轴飞行器还有一个关键性数据就是“轴距”，其用于表达机架的尺寸大小。轴距是指对角线两个螺旋桨中心的距离，单位通常是毫米（mm）。机架大小决定了能装多大的螺旋桨，从而决定了机架的负载能力（即能携带多大的摄影设备升空）。

一般来说，搭载Go Pro等运动相机/摄像机或者小卡片相机的可以选择四轴、轴距330～550mm的机架，可以兼顾载重与便携。搭载微单、无反等相机的话可以选择六轴或八轴、轴距700～1000mm的机架，可保证足够的负载能力与机架大小。而想搭载全画幅单反、电影机等重型设备的话，基本上都需要动用到八轴、1000mm以上的机架，才能有足够的负载能力，否则很容易出现动力不足而产生坠机事故。

无人机机架可以采取新型的材料，比如碳纤维复合材料。碳纤维复合材料具有高比强度、设计性好、结构尺寸稳定性好、抗疲劳断裂性好、可大面积整体成型，并具有特殊的电磁性能和吸波隐身特点，目前已大量用于装备轻量化且需求量一直在稳步增长。碳纤维材质的无人机外壳重量轻、材质硬，独特的直纹设计清晰可见，外观永不褪色，抗腐蚀性能和抗辐射性能优越，非常耐用。

（1）无人机机架中常用的基本术语

DIY是“Do-It-Yourself”的缩写，即用一些特别的材料定制一个无人机。

尺寸大小通常以毫米（比如350mm）计算。尺寸指无人机上的两个电机之间最大点对点距离，尺寸大小决定了无人机的种类（比如迷你型、微型等）。

无人机重心应位于机身重力前后左右都平均分配的一点（重心位置在组装无人机时非常重要）。

减震器通常为小型橡胶模制件，用于减少机身的振动。

无人机的机架与人类的骨架相似，机架撑起所有部件，保护机身。

起落架是让无人机着陆时不易损坏的硬件。飞机的起落架上安装有轮子，无人机的起落架与飞机不同，它使用塑料、金属或橡胶材料缓冲着陆。

LED（发光二极管）的作用是夜间定位无人机的位置。

螺旋桨保护罩可有效防止螺旋桨与外部环境碰撞，也能保护操作员免受锋利的螺旋桨割伤。

无人机的外壳由各种材料制成，它的设计既要考虑审美目的（风格），又要考虑功能目的（保护机身）。外壳形状是流线型，以便减少空气阻力。

加速度传感器用于测量线加速度。

气压计传感器通过测量气压提供无人机距离地面的高度。气压随高度而变化，无人机就可以通过气压计来确定自身的高度。

陀螺仪用于测量x、y或z轴上的角加速度，让无人机平稳飞行。

GPS是全球定位系统的英文简称，GPS传感器允许卫星接收无人机的位置，无人机可以执行飞到指定坐标地点的任务，GPS还提供可靠的续航能力，防止无人机失踪现象。

RTF为“到手即飞型”（Ready-to-Fly）的英文缩写，指已经完全组装并调试好，包装内包含飞行所需设备，具备相关知识基础和经验的爱好者可以“到手即飞”。

BNF为“需连接型”（Bind-and-Fly）的英文缩写，指已经完全组装好，但没有安装无线电发射器，需要用户选择兼容的无线电发射器来支持无人机上的接收器的四旋翼无人机。

ATF为“需组装型”的英文缩写，这类无人机没有完全组装，在飞行前需要用户安装额外的零件/配件。

多旋翼无人机是具有三个及以上旋翼轴的无人机。

三旋翼无人机具有三个电机/螺旋桨。

四旋翼无人机具有四个电机/螺旋桨。

六翼无人机具有六个电机/螺旋桨。

八旋翼无人机具有八个电机/螺旋桨。

ESC是“电子速度控制系统”（Electronic Speed Controller）的英文缩写，可连接飞行控制器、电机和电池，可调节电机旋转的速度。

Li-Po为锂聚合物电池/高分子锂电池，属于通用的无人机驱动电池类型，这种电池非常轻便并能释放大量的电能。

电机是无人机中驱动螺旋桨旋转的部分，大的无人机通常使用无刷电机，而小的无人机通常使用有刷电机。

PCB是“线路板”的英文缩写，无人机许多不同的部件焊接到这种扁平的玻璃纤维部件上。

配电板的作用不容小觑，为了给无人机的不同部分供电，电池电量必须在不同设备中共享或“拆分”，这就需要一个配电板。配电板从无人机的电池中取出单个负极和正极，并为整个无人机提供许多其他终端（或连接点），以便使其他设备可以接收到电力。

螺旋桨适配器（Prop Adaptor）用于将无人机的电机连接到螺旋桨。

FPV为“第一人称视角”（First Person View）的英文缩写，它可以让用户看到无人机相机所录制的直播视频，能为用户带来身临其境的飞行体验。

LCD是“液晶显示器”的缩写，这种屏幕用于显示接收器发送的图像。

万向节用于在飞行过程中固定相机，这样拍摄出来的镜头就不会抖动。

Go Pro是一款受欢迎的运动/动作相机，可以通过适当的支架连接到无人机上。

（2）最常见的无人机机架设置类型

① 四旋翼（Quadcopter），见图2-2-4。四旋翼是目前无人机行业中最普遍的机架类型。这种机架有四个机臂，每个机臂连接到单个电机。四旋翼的设计是X形的，当然也可以采用十字形的设置。这种机架设计是最简单、最通用的，一些非常流行的无人机型号（比如DJI Phantom 3和Parrot Bebop）都是使用这种机架类型的。使用四旋翼机架的最大好处之一是这种类型的机架设计支持目前市场上几乎所有的飞行控制器。任何机架类型的设计都不是完美无缺的，使用这种机架的缺点是：如果一个电机或螺旋桨发生故障，则其余的电机/螺旋桨将无法正常运行并最终导致失控坠落。因此，如果使用四旋翼机架一定要保证它的电机或螺旋桨没问题。

② 三旋翼（Tricopter），见图2-2-5。三旋翼类型的机架并不像四旋翼机架那么常见，其每个机臂连接到单个电机，每个机臂之间的夹角大概是120°。由于这种设计是不对称的，因此落单的那个后置电机必须使用正常的RC伺服电机进行旋转以便弥补旋翼数量不均匀的特点。三旋翼机架设置符合美学要求，这种类型的机架飞行时与飞机非常相似，此外，安装时所需的无刷电机数量少于其他类型，所以是最经济实惠的。由于这种设计需要RC伺服电机来驱动后置电机的旋转，从理论上说，整体构建过程要复杂得多，它的后臂需要大量的复杂工作才能使其有效运行。

③ 六旋翼（Hexacoter），见图2-2-6。六旋翼无人机机架有六个机臂，每个机臂连接到单个电机。一般来说，这些类型的设置适合航拍。这种机架有两种设计，一种是机身的前部位于两个电机之间，另一种是机身前部位于单个电动机的正后方。六旋翼机架的主要优点之一是拥有更大的推力并能举起更重的有效载荷；另外，如果一个电机失效，无人机仍然有可能安全着陆，而不是失控坠机。这种设计的另一大优点是几乎所有的飞行控制器都支持这种类型的机架设置。一般来说，建立一个六旋翼机架比前两个（三旋翼、四旋翼）成本更高，因为飞行所需的部件数量较多；另外更多的零件意味着更大的重量，所以为了达到飞行所需的推力需要更大型号的电池。

④ 八旋翼（Octocopter），见图2-2-7。八旋翼机架有八个机臂，每个机臂连接到单个电机，这种类型的设置可以产生很大的推力。大量的电机意味着更大的推力，这意味着它的载重能力更强。这种设计的另一大优点是，如果一台电机失效，无人机仍然可以安全着陆，而不是坠机。但更多的电机意味着更贵的电池以及更大的电池组。在大多数情况下，建造较大的八旋翼机架对专业航拍摄影非常有益。

（3）无人机机架的常用材料

① 木材（见图2-2-8）。木材并不是无人机最美观的选择，但它肯定是最便宜的材料之一。木制机架坏了可以快速轻松地换掉。使用木材作为无人机的机架时应确保其没有任何弯曲或变形的地方。

② 碳纤维（见图2-2-9）。碳纤维非常坚固，重量轻。这种材料可让无人机更好地飞行并消耗更少的能量。需要强调的是，碳纤维会阻碍RF信号，安装重要的电子元件（比如天线）时应务必记住这一点。

③ PCB（见图2-2-10）。PCB即线路板，这是一种与玻璃纤维具有相同的基本结构和性能的材料。与玻璃纤维不同的是，PCD总是平坦的。当机架尺寸小于600mm时通常使用PCB作为底板和顶板。事实上小型的机架完全可以用一个线路板构建。

④ 塑料（见图2-2-11）。目前大多数商用无人机都配有塑料机架。3D打印塑料机架模型在无人机中非常受欢迎。一般来说，使用3D打印机打印的塑料机架只适用于较小的无人机。当材料使用的是塑料板（不是3D打印的形状或物体）时可以将其用于起落架或无人机的盖子上。

⑤ G10（见图2-2-12）。G10是玻璃纤维的一种变体，通常用作碳纤维较划算的替代品。外观上，G10和碳纤维看起来几乎相同，但它们的基本属性稍有不同，G10是以单张形式购买的。其成本低于碳纤维，但比木材、铝或塑料贵。

⑥ 铝（见图2-2-13）。建造机架时也可以使用铝。其特点是轻质（虽然不如碳纤维那么轻）、灵活、相对容易使用。可以使用铝制作整个机架，也可以用其制作机架的某些部分（比如机臂、起落架等）。铝质机架的另一个好处是既便宜又容易买到。

无人机总成本更多地取决于飞行控制器的性能、是否安装摄像机等。一般来说机架是整个工程中最便宜的部分，但这并不意味着它是最不重要的。