摘 要： 首先介绍了四旋翼无人机的结构和组成，然后详细研究了它的组装和调试，最后分析组装调试中遇到的一些问题。关于四旋翼无人机的组装，可在焊接组装部件前先查看测试部件，构想实物模型，接着调试飞控的部分功能，这样利于减少后续组装的拆卸次数，提高组装效率。组装的无人机使用Pixhawk飞控，在Mission Planner软件中进行调试。其他类型的多旋翼无人机的组装与调试可以类比四旋翼，对多旋翼无人机的组装与调试具有一定的指导意义。
关键词： 四旋翼无人机; Pixhawk飞控; 组装; 调试;
四旋翼无人机是一种典型的多旋翼无人机，结构简单，体积较小，飞行平稳[1]，广泛应用于影视航拍、电力巡线、航空测绘、农林植保等领域，具有极其重要的研究价值。本文以四旋翼无人机为例，研究多旋翼无人机的组装和调试。在组装无人机之前，首先得了解无人机的结构组成以及各个部件的功能。
1、 四旋翼无人机的结构和组成
一架典型的四旋翼无人机由机架、脚架、电机、电调、螺旋桨、电池、遥控器和飞行控制器等组成。机架是无人机的机械框架，用于承载放置其上的其他部件。脚架在无人机降落到地面时起到一定的缓冲作用。电机是无人机的动力部件，带动螺旋桨转动产生升力，而电调用来驱动并控制电机的转速。电池是无人机的动力源，而遥控器用来实现远程操控。飞行控制器是无人机的核心，一般由主控MCU、姿态传感器组、无线通信模块和电源模块等组成[2]。
2、 四旋翼无人机的组装
根据无人机的结构和组成，将无人机的各个部件组成一个统一的整体，组装过程分为如下几步。
2.1、 查看、测试部件，构想实物图
打开多旋翼无人机实训箱，查看箱中的部件是否齐全，然后检查各个部件有无损坏。有些损坏的部件，如桨叶、机架、脚架等，能够直接被发现。对于表面无异常的部件，需要使用检测工具和检测方法，例如，测试电调的好坏，可以使用万用表的蜂鸣器档，如果发出响声，则说明正常，否则损坏。要测试电机的好坏，可以将电机连接到正常的无人机电调上，接通电源，如果电机运转，则说明正常，否则损坏。最后构想无人机的实物图，如部件摆放位置、部件固定方式、部件之间连接等，减少后续组装的拆卸次数，提高组装效率。
2.2、 调试飞控的部分功能
Pixhawk飞控的部分功能，如加速器计校准和指南针校准，不需要安装在机架上也能完成。此外，如果飞控安装在机架上，那么在旋转校准过程中，容易出现各种线缠绕在一起的问题。打开Mission Planner软件，将Pixhawk飞控连接到电脑，点击菜单“初始设置”，依次选择“必要硬件”下的“加速度计校准”“指南针”，按照操作提示完成校准。
2.3、 焊接电调、电源
将电调电源线和电源模块电源线焊接在分电板上，要求不能存在虚焊，且外观尽量完美。焊接完成后，用万用表测试焊点是否存在短路或者断路的情况。
2.4、 组装机架、电池架、脚架
在机架下板上固定电池支撑架和脚架，而GPS支撑架和飞控缓冲板安装在机架上板上，然后在上下板之间固定机臂，用螺丝拧紧。
2.5、 安装电机，连接电调
在机臂的末端安装电机架，然后安装电机。从右前方电机开始，按照逆时针方向，电机旋转方向依次为逆时针、顺时针、逆时针和顺时针。电机表面如果没有标明旋转方向，可以通过如下两种方法判断： (1) 扭转电机上面的桨帽。如果顺时针能将桨帽拧紧，说明电机顺指针旋转，否则逆时针。 (2) 看桨叶上面的图标。如果图标是顺时针上锁、逆时针解锁，则安装此桨叶的电机顺时针旋转，否则逆时针。安装好电机后，将电机与电调连接起来，如果电机的旋转方向与规定的方向相反，则交换电调中任意两根线。
2.6、 安装飞控、接收机、GPS
在飞控的四角粘上双面胶，固定于飞控缓冲板上，箭头方向指向机头方向。在飞控的一侧安装接收机，另一侧安装GPS。接收机的PPM端连接到飞控的RC IN端，GPS的引线接在飞控GPS端口和CAN端口，电源信号线接在飞控POWER端口。飞控SWITCH端口和BUZZER端口分别外接安全开关和蜂鸣器。到此，无人机组装完成，如图1所示。
图1 组装完成的无人机
3、 四旋翼无人机的调试
无人机组装完成后，接通电源进行调试。无人机的调试包括安装固件、机架选型、遥控器校准、电调校准、电机测试、飞行模式、调节PID参数等。调试过程中，一定不能安装桨叶，以免无人机起飞造成不必要的损失。
3.1、 安装固件，机架选型
打开Mission Planner软件，点击菜单“初始设置”，选择“安装固件”，在右侧选择与组装无人机相应的类型进行安装升级。此步操作是在飞控没有连接到电脑的情况下完成的。接着，点击Mission Planner软件“必要硬件”栏下面的“机架类型”，选择相应机架类型。
3.2、 遥控器校准
首先遥控器与接收机进行对码。将对码线连接在接收机的B/VCC通道处，按住遥控器左下角的黑色对码按钮不放，按下POWER键，出现连接成功的提示。然后设置遥控器。长按遥控器的OK按钮，进入系统界面，选择RX Setup界面，再选择PPM Output，将其设置为ON状态。最后校准遥控器。点击Mission Planner软件左侧栏“遥控器校准”，点击右侧“校准遥控”，将遥控器的摇杆按逆时针方向从最远处开始旋转几圈，得到摇杆的最大值和最小值。校准结束后，点击完成按钮。
3.3、 电调校准
将电调的输出端依次接在飞控main out的1～4端，从上到下为负极、正极、信号线，然后进行校准。首先，关闭遥控器并断开无人机电源，打开遥控器，将油门调到最大，然后接通无人机电源，听到提示音后断开。接着再次接通无人机电源，等到提示音结束，长按安全开关直至灯光为蓝色常亮，将油门调到最低，出现与电池数量相等次数的提示音。最后断开无人机电源，完成校准。
3.4、 测试电机
电机测试，是为了检测电机是否按照规定的方向旋转，可以采取以下两种方法： (1) 接通无人机电源，解锁遥控器，调整油门，用手触摸电机，感觉其是否按照规定的方向旋转； (2) 点击Mission Planner软件左侧栏“可选硬件”中的“电机测试”，根据右侧选项进行电机测试。
3.5、 飞行模式
常见的飞行模式有自稳定、定高、定点、悬停、返航等。点击Mission Planner软件“配置/调试”菜单中的“飞行模式”，根据实际情况进行设置，并与遥控器上面的开关对应。
3.6、 调试PID参数
完成基本的校准调试后，安装桨叶，到室外进行试飞。根据飞行的稳定性情况，在Mission Planner软件中，点击“配置/调试”菜单，选择“扩展调参”，调节遥控器各个通道的PID参数。
4、 组装调试中遇到的一些问题
4.1、 电机不转或电机转速慢
在室内进行无人机调试时，发现某个电机的转速比其他电机要慢甚至不转，可能是电机损坏或电调损坏。首先，检查电机的转子线圈有无损坏。仔细查看，发现安装电机的螺丝太长，抵住转子线圈，通电后，电机转不动，发热烧坏线圈。所以，安装电机时，一定要查看螺丝的长度是否适合。如果电机的转子线圈没有损坏，将不转或转速慢的电机拆下来，连接在正常电调上，通电，解锁遥控器，看电机能否正常运转。如果电机正常运转，说明电机没有问题，是电调的问题，否则是电机的问题。
4.2、 电调严重发烫
无人机通电后，电机运转，某个电调冒烟。断电后，触摸电调，发现冒烟的电调比其他电调更烫一些，可能是内部短接所致。所有电调焊接完成后用万用表进行测试，这种情况是在无人机通电后产生的。仔细研究发现安装电机的螺丝过长，抵住电机转子线圈，转子不能转动，造成短路，电调发烫。
4.3、 无人机飞行时出现不稳侧翻
室外飞行时，发现无人机不稳定，往某个方向倾倒，可能是因为重心不在整个机架的正中心。出现这种情况的原因有： (1) 机臂的长度可能不一致； (2) 接收机和GPS分别安装在飞控两侧，由于它们的重量不相等，造成重心偏移； (3) 电调放在机架下板上的位置不一致，造成重心偏移，这时，调节遥控器各个通道的PID参数，才能使无人机飞行稳定。
5 、小结
多旋翼无人机的组装与调试是高职无人机应用技术专业的学生必须掌握的一项技能，是国内无人机大赛的重要组成模块，是无人机职业证考试的必考内容。掌握好本文介绍的四旋翼无人机的组装调试后，可以类推学会其他类型的多旋翼无人机的组装调试。
参考文献
[1]杨则允，李猛，张全.四旋翼无人机控制系统设计与实现[J].科技创新与应用，2018 (34) :105-106, 109.
[2]王磊.基于CC3200的微小型四轴无人机设计与实现[D].苏州：苏州大学，2016.
