换种思路做四轴飞行器（下）

韩旭

上期回顾

从2016年第6期的文章中我们了解到，无人机常制造成四轴飞行器，是从飞行器的实用性和飞行的稳定性两方面综合考虑的结果。同时，笔者提出了一种以牺牲易替换、廉价的薄弱部件來保护贵重部件和电子设备的四轴飞行器制作新思路。

本期将这种按照新思路制作四轴飞行器的方法介绍给大家。

一、主板选择及测绘

机身主板选择市面上容易买到的0AV250系列，以此为基准做出的机架臂会有较好的通用性。由于机架臂的长度与机身主板、螺旋桨直径有关，因此需要参考现有数据进行设计。对主板进行测绘，主要用游标卡尺和毫米刻度尺，得到对应的尺寸数据。

二、图形设计及3D打印

四轴飞行器替换零件的图形设计，选用简单、实用的Soliworks软件来完成。

首先，运行Soliworks软件，并新建一个“零件”文档，类型选择为“装配体”（图1）。

由于不需要生成布局，应在弹出窗口中点击“取消”（图2）。

右键单击“上视基准面”，建立草图（图3）。

为了方便，可以只绘制整个图形的四分之一，然后使用镜像命令，得到整个主板的草图。需要注意，使用镜像命令时除了选择已经绘制的线段，还要选择中心线，因此要提前画好中心线（图4）。

退出草图，使用拉伸凸台命令，生成厚度为2mm的机身主板（图5）。

新建装配体，插入刚刚绘制好的主板。在装配体中新建零件，并将零件文档名改为“机架臂”。这样可以使机架臂与机身尺寸相关联，方便检查螺旋桨是否会碰到机身。

选择编辑零件，此时进行的操作是对零件“机架臂”的，与装配体中的其他零件无关，但可以与其他零件的尺寸相关联，使得最终设计好的机架臂刚好可以安装到主板上。选择上视基准面建立草图，选择转换实体引用，将本不属于机架臂的安装孔尺寸和位置“投影”到机架臂的草图平面上。否则，一旦原有尺寸改动，新的尺寸也会随之更改。

由于我们希望使用一张图纸就能打印整架飞机所需的机架臂，因此设计将机架臂与原有机架安装孔对称分布。

原来的四个安装孔呈矩形分布，与机身成一定角度。绘制对称中心线，以便找到螺旋桨圆心所在位置。由于飞行器前后对称，而且我们希望有较高的效率，使设计可容纳直径为6in（1in=25.4mm）的螺旋桨，因此由机身中心做平行线。螺旋桨半径设定为3in（76.2mm），可预留一些余量，所以螺旋桨安全线设定为80mm。安全线与机架臂轴线的交点即为螺旋桨圆心（图6）。

以圆心为基准，绘制电机安装孔与电机座，使用拉伸命令得到机架臂的平台部分，其厚度设置为8mm（图7）。

笔者最初设计的机架臂，在使用中发现更换螺丝时经常对不准螺孔，十分麻烦。经过改进后，直接在机架臂上做出螺母固定孔，大大方便了拆装操作（图8）。

将绘制好的文件另存为“.STL”格式，这是3D打印的专用格式。使用Cura软件打开STL文件，设置好相应参数，就可以打印了（图9为3D打印的设计图）。为了确保重量轻而又有一定强度，这里3D打印的参数选择壁厚1.6mm，填充密度15%。可以通过预览图看到材料的分布情况。软件自动计算出打印时间为56min模型重11g。

由于四只机架臂尺寸完全一样，只需要一个文件即可完成全部打印。每次需要打印时，准备好3D打印机，按一下按钮，剩下的就交给3D打印机好了。

打印完成的机架臂如图10所示（从左至右为不断改进的版本，右侧为最新版成品）。

三、安装与试飞

1.器件配置及参数

2.安装电路接线图（图11）

3.KK飞控的安装

KK飞控各接口指示如图12所示。左侧的AlL接到接收机的副翼通道，ELE升降，THR油门，RUD方向，AUX接起落架通道，并设置为拨动开关控制。右侧M1到M4接四个电机对应的调速器信号线，电子调速器的三根输出线连接到电机的三根线。电池经过M 1电机的调速器降压为5V电压输出给飞控板、接收机供电。KK飞控连接完毕，如图13所示。

4.图像传输设备的安装

本机采用的摄像头与图传均为7～24V供电，因而可以采用2节锂电池（每节电压3.7V）直接供电。摄像头（图传）带有红、黑、黄三根连接线，红、黑线为电源输入，黄、黑为图像输出（图像输入）。三色线连接如图14所示。

5.整装

机架臂安装十分简单，由于飞行器有一定震动，需用防松螺母保证结构牢固（图15）。

摄像头固定板用AB胶粘在主板上。需要注意，碳纤维材质零件在生产时会使用脱模剂或进行表面处理，这样表面看起来闪闪发亮，但胶水很难浸润其中。粘接之前用砂纸磨掉表层，可以使粘接强度大大提高（图16）。

6.试飞

轻推油门，伴随着呼呼风声，飞行器轻松地浮起。操控模型做平移与旋转动作，飞行器十分听话，操控性良好（图17、图18）。

四、总结

这种飞行器的设计故意将易换零件设计为薄弱部件，使得当飞行器粗暴着陆或意外坠毁时，让廉价易更换的部件破损，吸收冲击力，从而保护脆弱的机体和电子设备。实际应用时，只要多打印几只机架臂，并带一把螺丝刀，就可放心出门了。想象一下，当飞行器不幸坠落后，你发现镜头、天线、电源线甚至螺旋桨都毫发无伤，损坏的仅是一个廉价的3D打印零件，你难道不会暗自庆幸？