第一章初识穿越机






第一节什么是穿越机
穿越机算是无人机家族中一个特立独行的款式(见图11)，有些人自己组装和调试穿越机(就像当年的四驱车一样)，他们自己组建战队，拍摄自己的飞行视频，参加各种竞速比赛。在各种穿越机比赛中获得冠军就成为众多玩家的追求。


图11穿越机
一、  穿越机定义

究竟什么叫穿越机呢？穿越机就是能穿越时空的飞行器，可以突破光速去到过去和未来……开个玩笑，虽然不知道以后会不会实现，但现在科技确实还没有这么发达。
其实所谓的穿越机并没有固定的概念，只要能在复杂的障碍物中穿梭的无人机都叫作穿越机。不过要想自由穿梭在障碍物中，自然是飞机越灵活越好、机体越小越好； 这也就衍生出一种比较专业的四轴飞行器，俗称“穿越机”。通常穿越机属于FPV飞行、高速竞速、续航时间较短的小型无人机。图12所示为国内首个室内穿越机情景赛道。


图12国内首个室内穿越机情景赛道(TCK团队设计)

二、 穿越机分类
目前对于穿越机没有标准的类别划分，通常介绍自己的穿越机时会说250轴距、110轴距等，这个轴距指的就是对角两个电机中心点的距离，单位是mm，如图13所示。


图13轴距示意图


可以按照轴距给穿越机进行分类。常见的穿越机轴距有250mm、210mm、220mm、180mm、110mm、100mm、90mm、80mm等。250mm、210mm、220mm、180mm轴距的穿越机一般采用无刷电机。110mm、100mm、90mm、80mm轴距的穿越机一般采用空心杯电机，也有玩家喜欢安装无刷电机，这取决于个人喜好。
现在很多人热衷于可以在室内穿越飞行的穿越机，也就是“室内穿越机”。室内穿越机轴距较小，大多采用空心杯电机，可以在室内简单布置障碍物，甚至利用现成的家具、屋顶管道当作赛道即可完成酣畅淋漓的穿越飞行，如图14所示。


图14利用教室现有条件飞行



这里要提醒各位同学，在飞行技术没有达到一定水平时要避免在空间狭小的环境下飞行，如果在家里飞行，要避免打坏家里的家具、电器等贵重物品。
正因为室内穿越机体积小巧、性能良好、安全性能较高，特别适合作为入门穿越机。所以，本书以小飞穿越机为例介绍室内穿越机的使用和基础操作(见图15)。


图15小飞穿越机

第二节穿越机的组成
穿越机本身就属于多旋翼无人机，所以它的结构完全符合多旋翼无人机的构成(见图16)，只是在多旋翼无人机的组成基础上额外增加了FPV装置。


图16常见穿越机组成分解图


如果同学们已经学习了多旋翼无人机的组成，这里再结合穿越机的特性学习穿越机的各部件属性。综合来说，穿越机组成如表11所示。

表11穿越机组成



分类组成

控制系统飞行控制器、分电板、遥控器、接收机
动力系统电调、电机、桨叶、电池
FPV摄像头、图传、接收屏、FPV眼镜
结构机架、外观

一、  控制系统
1. 飞行控制器

飞行控制器(见图17)对我们来说并不陌生，它是无人机的大脑，主要由陀螺仪(飞行姿态感知)、加速度计、地磁感应、气压传感器(悬停高度粗略控制)、超声波传感器等模块组成。
由于飞行器本身体积较小，所以室内穿越机也采用体积较小的飞行控制器。
2. 分电板
分电板(见图18)是用于连接电池、电调的电路板，将电分为多路。现在很多分电板都带有BEC输出
，其功能更加丰富、强大，集成功能更多，包括LED控制、追踪器、低电压报警等。


图17飞行控制器




图18分电板



3. 遥控器及接收机
遥控器我们更不陌生，同学们通过小飞01的练习已经非常熟悉遥控器的使用了，在这里介绍一下穿越机的接收机，现在很多厂家都会生产迷你型的接收机(见图19)来适应穿越机的发展。迷你型接收机虽然体积小巧，但是功能同样强大。


图19迷你型接收机与壹角硬币大小对比

二、  动力系统
1. 电调

同学们都知道，电调是电子调速器，常规的无刷电机电调（见图1010（a））通常由一个MCU和三相桥电路组成。在我们的室内穿越机中电调就变成了焊接在飞控板上的一个小电子元件，叫作MOS管(见图110(b))，飞控输出PWM即可控制电机。


图110无刷电调模块和MOS管


2. 电机
空心杯电机(见图111(a))体积小、价格便宜且控制简单，比较适合做像室内穿越机这种微型四轴飞行器
的动力源。无刷电机(见图111(b))体积大、承载能力强，比较适合做轴距较大的飞行器动力电源。


图111空心杯电机和无刷电机


另外，空心杯电机在飞行过程中高温烫手属于正常现象，空心杯电机不同于无刷电机，高温会加快炭刷的磨损。所以，每飞完两块电池后，休息3~5min让电机散热，之后再继续飞行。
3. 桨叶
桨叶(见图112)是战斗在第一线的战斗员，穿越机的升力及动力都源于螺旋桨叶的旋转。对于室内穿越机来说，使用尺寸较小的桨叶就可以。


图112直径为65mm的桨叶

4. 电池
一般小轴距的室内穿越机使用1S的锂电池(见图113)，储电量小，续航时间较短，但是重量轻，放在室内无人机上面能维持10min左右的续航时间。


图1131S的锂电池


首先来回顾一下关于锂电池的一些参数解释。
电池容量(mAh)： 锂电池的容量，如2000mAh的电池，2000mA放电可持续放电1h，1000mA放电可持续放电2h。
电池节数(S)： 1S、2S、3S、4S等代表串联电池的节数。锂电池一节的标准电压是3.7V，3S电池电压就是3.7×3=11.1V。
电池放电倍数(C)： C数代表电池的放电倍率，如标称250mAh 20C的电池，它的放电速率为250mA×20=5A，即为5A放电电流。
综上可以发现，穿越机的部件都是采用造型小巧、质量偏低的部件。在实际的无人机设计和制作中要考虑多重元素，同学们在以后自己制作无人机时，要以严谨的科学态度，结合飞行动力的原理设计自己的无人机。
三、 FPV
FPV(First Person View，第一人称主视角)是一种基于遥控航空模型或者车辆模型上加装无线摄像头回传设备，在地面看屏幕操控模型的新玩法。
(一) 摄像头及图传
穿越机中，摄像头(见图114(a))负责采集目前飞行视野内的飞行环境图像，将实时采集到的图像通过图传系统(
见图114(b))传输给图像接收设备(接收屏或FPV眼镜)。
我们俗称飞行控制器为无人机的“大脑”，那么我们就可以将摄像头和图传系统称为无人机的“眼睛”。
轴距较大的穿越机一般使用独立的图传系统和摄像头，轴距较小的室内穿越机广泛使用图传一体的摄像头(见图114(c))。


图114部分图传设备


(二) 接收屏及FPV眼镜
接收屏(因其显示原因又叫雪花屏，如图115(a)所示)和FPV眼镜的作用与工作原理都是一样的，是接收图传
设备传输回来的图像信息，将图像信息呈现给操控者。接收屏和FPV眼镜最大的区别就是接收屏可以固定在操