無人機（Unmanned Aerial Vehicle），指的是一種由動力驅動的、無線遙控或自主飛行、機上無人駕駛并可重復使用的飛行器，飛機通過機載的計算機系統自動對飛行的平衡進行有效的控制，并通過預先設定或飛機自動生成的復雜航線進行飛行，并在飛行過程中自動執行相關任務和異常處理。

本篇博客主要介紹多旋翼無人機系統基本組成

多旋翼無人機基本組成

機械系統

多旋翼無人機的機械系統主要包括

• 機身
• 機臂
• 起落架

多軸飛行器的機身結構多種多樣，根據可連接機臂數量區分可分為四軸、六軸、八軸。不同機臂數量各有各的優勢，根據應用場合不同可靈活選擇，四軸飛行器的優勢是航時長，結構簡單；六軸和八軸飛行器要比四軸飛行器航時低，但其飛行穩定性相對四軸飛行器有所提高，六軸和八軸飛行器另外一個優點是在飛行過程中其中一個機臂出現問題造成電機停轉后另外機臂依然可以控制飛行器保持平穩，這項冗余功能是四軸飛行器所不具備的。在行業應用要求高航時例如植保、電力巡線可采用四軸飛行器，在航拍、攝影等要求飛行器穩定、安全可采用六軸飛行器。

四軸飛行器依據其機身布局結構可分為“十”型和“X”型。
 
四軸飛行器，也可以同軸共槳，就是一個電機，有上下兩個槳，這樣可以使得飛行器的負載能力提高，但是弊端就是會降低飛行時間。
 

多旋翼飛行器機臂用于連接機身與電機，其連接件結構硬度要強，否則會造成機身振動增大飛控姿態解算誤差。起落架的作用是在無人機起飛和降落時起到緩沖的作用。

動力系統

旋翼無人機動力系統包括無刷電機、電子調速器、Li-Po電池、螺旋槳。

以四旋翼為例，動力系統的框圖如下圖所示，電池連接分電板，分電板連接電調，電調連接電機，電機連接螺旋槳，構成一路的動力系統，四旋翼則有四路。
 

直流無刷電機

 
無刷電機是指無電刷和換向器（或集電環）的電機，又稱無換向器電機，由主體和驅動器組成，是一種典型的機電一體化產品無刷電機具有工作效率高、調速范圍廣、可靠性高、穩定性好及過載能力強等特點。

無刷電機有多種型號，基本參數有

• 直徑
• 高度
• KV值

根據應用飛機情況不同需選用相應參數的電機。
電機的直徑與高度與機臂上的電機托相關，KV值與無人機的軸距相關，電機的KV值與電機扭矩成反比，一般大軸距的飛機要配低KV值大尺寸的螺旋槳，來產生較高的拉力，小軸距的飛機要配高KV值小尺寸的螺旋槳，來調節更加精細。

例如：颶風牌U2810 KV750直流無刷電機
其中U2810代表電機直徑28mm，高度10mm，KV750表示電機在空載情況下，電機的輸入信號每增加1V，電機的轉速增加750rmp

電子調速器

 
直流無刷電子調速器（Electronic Speed Control，ESC），通常簡稱為電調，功能為接收飛控端發出的PWM信號，驅動和調節直流無刷電機。

電調有四種保護功能：

• 啟動保護：如果當推油門動作執行后，兩秒內，馬達未能正常啟動，此時電調將會自動關閉馬達，油門需再次拉到最低后，才可以重新啟動。
• 溫度保護：當電調工作溫度過高，超過110℃時，電調會自動降低輸出功率，但不會將輸出功率全部關閉，最多只降到全功率的40%，避免摔機。
• 假如發生遙控器油門信號持續丟失1秒，電調會自動檢測到該情況，并開始逐漸降低輸出功率，在降低期間信號依然未恢復，則會一直降低到零輸出。若在降低期間信號恢復，則立即恢復油門控制。
• 過負荷保護：當負載突然變很大時，電調會切斷動力，或自動重啟。

在首次使用無刷電子調速器時為了讓電調適應遙控器油門行程，需要進行油門行程校準。校準的流程如下：

Li-Po電池

 
Li-Po電池為整個無人機系統提供能量來源，鋰聚合物電池相比傳統的鎳鎘電池具有性能高、體積小、質量輕、容量大、散熱快等特點在無人機領域得到了廣泛的使用。Li-Po電池單節電壓為3.7v，滿電電壓為4.2v。

螺旋槳

 
多旋翼無人機系統通過電機帶動螺旋槳旋轉，向下吹風產生向上推力，是無人機動力系統中不可或缺的一部分。

按材料分螺旋槳可分為：

• 碳纖維
• 木槳
• 注塑槳

木槳的材料多為櫸木，硬度高，重量輕，經過風干打蠟上漆以后不怕受潮，在航空史上，木槳在早期扮演了非常重要的角色。碳纖維是一種與人造絲，合成纖維一樣的纖維狀碳材料。由于碳纖維的材料原因，它有優異的硬度和合適的漿型，效率優于木槳。以上兩種槳的價格都過高，對于一般使用者都選擇注塑槳。

螺旋槳的型號由如8045，1038等4位數字表示，分別代表槳葉兩個重要的參數，槳直徑和槳螺距。槳直徑是指槳轉動所形成的圓的直徑，對于雙葉槳（兩片槳葉，這是最常用的槳）恰好是兩片槳葉長度之和，由前兩位數字表示，如上面的80和10，單位為英寸。槳螺距則代表槳旋轉一周前進的距離，由后兩位數字表示，如上面的45和38。槳直徑和螺距越大，槳能提供的拉（推）力越大

槳葉會隨著電機高速旋轉，所以其旋轉平衡是一個很重要的指標。如果槳葉有一頭重一頭輕，或者一側輕一側重等不平衡問題，那么在旋轉時就會產生左右/前后晃動等問題。這樣不僅僅動力效率低，而且還可能會損壞電機造成飛機炸機。一般的槳葉都已經進行過自平衡測試，對于要求高的場合也可以自己調節槳葉的自平衡。下面是一種常見的測試自平衡的工具。

飛行控制系統

飛行控制系統(Flight control system)，簡稱飛控，是無人機最重要的部分，相當于無人機的大腦。飛控一般由一塊或多塊MCU及各種傳感器組成。MCU處理相關傳感器的信息，經過計算解算出飛機的當前姿態，位置，狀態等信息，并根據接收到的來自遙控器或地面站的指令，輸出電機的控制信號，使電機轉速產生相應變化，改變飛機姿態，達到期望任務。

現在市面上的飛行控制器分為兩種。一種是由商業公司設計生產的，例如DJI的Naze系列飛控，一般都是閉源的，并且經過正規系統的測試，穩定性方面有保障。另外一種就是由愛好者或者公司發起的開源飛控，這類飛控的硬件設計和軟件代碼一般都是開放的，如果有更多的人參與，能夠快速迭代改進。

 
最后上一個完整的無人機系統圖如下：