拆个无人机看看里面都有哪些技术点

UAV-jack

10年前，我也在无人机行业混迹了一段时间，那个时候是大疆刚刚起步的时候，圈里面都在航模上各种DIY，大疆率先对四旋翼做了工业化设计，同时增加了一个超级稳定的云台，我当时在一家小公司就负责 学习 大疆的技术...不过，我当时做的可是个大家伙，你看照片里面的相机就很牛逼的感觉吧。

如今十年过去了，突然看到老板的办公室里面放着一台四旋翼，顿生情愫，索性拿来扒开看一看，这十年的光影间，技术变革有多大，攥起六角扳手的我激动不已。

嗯，这是一架出自臻迪的四轴无人机，飞的稳不稳我不知道，北京也飞不起来，等我拆完后把他的控制板换成自己的飞飞试试。
这架无人机的起落架设计的可以在空中自动收起，内部是通过一个小的直流电机控制的，降落的时候可以自动放下起落架。这让我想起了自己当年做的一个自动起落架，也是同样的原理，不过是用在一个喷气式的歼十模型上面。

好的，现在我们把镜头移到无人机后面，让无人机向前趴在我们的面前，这样可以看到无人机屁股部分的设计，这是一个舱盖，向中间用力可以打开舱盖，看到电池仓的内部构造。

嗯，漆黑一片，深不见底，可以看出容量还是很大的，接插件是一种2+4的模式，其中两个大电流的端子采用了扁平的形状，在保证大电流的过流能力的前提下，哈可以让接插件整体更扁平，更紧凑。另外，我觉得这样的接插件设计想法多少也受一些航模中使用的T插的影响。

由于下面的云台稳定系统是一个三自由度的转台，总是在下面晃来晃去的比较碍眼，于是先把云台拆下来。

十年了，云台挂载系统还是当年的这个橡胶球，当年调试云台的时候发现机体和云台可能产生共振，这个共振正好影响到云台的画面，会产生一些水波纹的现象，于是为了改变共振频率，就把这个橡胶球上面减了一些小洞，认为是改变了这个滤波器的截止频率，然并卵，反而降低了链接的可靠性。

从云台引出的这几个小细线可以看的出，整个云台的电流很小，电机的扭矩也不会很大，这里面还需要包含相机的视频和控制信号。这些线要通过滑环结构一级一级的传递到最里面拖动相机的那个轴，因此线太粗也不好处理。
云台上面我只拆了一个轴的电机部分，其实三个部分是基本一致的。

这是一个安装在电机尾部的双面板，一面是MCU和电机驱动芯片，另一面是一颗磁编码器。从板子上来看，它采用的是TI的DRV8313，它内部集成了3相H桥驱动，有了它可以大大的节省PCB的面积。

线路板上没有看到采样电阻，说明他的电机控制环路里面应该没有电流环，直接开环FOC输出SVPWM给到电机，外环做速度环和位置环也是可以的。
线路板布局不算很紧凑，右边那个歪歪斜斜的应该是个晶振，很明显封装做大了，这种情况在SMT过程中应该被AOI检测到才对。

线路板背面是一个AS5600，它正对着电机轴上的一个磁铁，磁铁在充磁后被安装在电机轴向上，芯片可以通过检测磁场的方向来计算出电机旋转的角度。原理可以看下面的图

上图中提到了磁铁安装偏心的问题，这里确实会产生安装尺寸误差，芯片焊接误差，以及PCB板安装是否和磁铁表面水平导致的各种偏心问题，一方面需要磁编内部的算法解决，另一方面也需要我们自己通过标定和补偿来解决工程组装过程中的误差。

接下来，我把无人机的肚皮拆了下来。
上图中左边的图是肚皮，下方的两个小角是两个测量高度的超声波传感器，可以看到肚皮的两侧分别有一条黑色的线，这就是传感器和主板的连接线，这两个超声波传感器是连接到右图中的下方的PCB板上的。

这块PCB板是用来做定高和悬停的，在地面附近可以采用超声波传感器进行高度测量实现定高，悬停则通过上面的一个小摄像头来做位置传感器，我们称这种传感器叫光流传感器，其实就是我们常用的激光鼠标的原理。

然后将无人机向左放倒，向右放倒，可以看到它的四个咯吱窝里面各夹了一块方方的，用热宿管包裹的部件，这就是四个旋翼上的无刷电机的控制器。这东西早些年都是六步换向法来控制的，直到2016年前后的时候，无人机开始考虑使用FOC来做旋翼的控制。不过这里这个组装方式让我不得不怀疑它这个东西是第三方采购的，只是在包装上做了些文章，因为这个控制器确实太便宜了，无人机上面的一半都是低压MOS，也不需要额外的MOS driver做驱动，六步换向法简单，普通的8bit单片机就能搞定，当年开源的项目都是基于mege8的，连采用电阻都节省，变成了一个粗粗的印制线，也确实没必要重复做轮子。

接着打开上面的盖子，我们就看到了整个飞控的核心板，猛一看下来，四边都是接插件链接各种接插件和可控制的执行装置，中间分布着主控的单片机（这里还看不到），一定是有陀螺仪的，GPS也要有，气压计也需要，还有数传电台。

最左边的接插件设计稍微有点遗憾，其中有两个接插件可以互插，也就是意味着操作工在盲插的时候有可能差错，因此在工艺设计上，他们把其中一条线路的颜色设计成了彩色线，方法很常规，但是面对大批量生产的情况，还是难免出问题。
上图最左边的那个黑壳子是气压计，中间部分的那个黑壳子里面放的是九轴传感器，这东西放在整个机体的中心位置是最合适的。右边那个白色的模组是数传电台，他有一根天线引到了肚皮下面，这样在空中飞的时候可以和我们手中的遥控器进行通信。
先来看一下气压计部分

它是一个腔体，四轴使用双面胶的胶圈进行粘合来做到一定的密封，很显然我拿到的这一台没有加工好，那个胶圈扭曲了一段，密封性大打折扣。

打开以后可以看到，这个腔体应该是一个兼容性设计，左边的一大部分并没有什么作用，气压计在右边的那一团黑色的海绵下面，而腔体右边的迷宫设计也证明了只有右边的塑胶件部分是有作用的，这个迷宫以及海绵的作用是将外部波动的气流屏蔽掉，让气压计的示数更接近一个稳定的大气压值，这样才能换算出更稳定的海拔高度信息。

大气通过外壳的小孔进入腔体的第一部分，然后从底部的小口中一步一步的进入到海绵所在的腔体。这个设计不知道会不会导致高度检测的滞后，直观感受是可能影响到高度的探测速度。
再看IMU部分

陀螺仪被一个塑胶件架在半空中，下面正好放下MCU，为什么这个陀螺仪传感器要设计成一个独立的模块放到半空中呢，打开看一下便知道了。

图中那个FPC最中心的芯片是MPU6050，这是Invensence的一个很有名的6轴传感器，它被安装在一个铜制的金属壳子里面，上盖也是铜的。
为什么要放在一个铜壳子里呢？
因为要散热，陀螺仪本身不发热，但是有没有看到里面两个10R的电阻，这两个电阻是为了给这个腔体来加热的。
陀螺仪最大的一个问题就是温漂，而且陀螺仪的温漂一致性很差，同一个封装内的不同轴的温漂都有很大差异，因此解决温漂的问题，与其标定每个温度下的零点，不如直接固定死工作问题，于是通过两个电阻和一个mos管来做一个温度控制，来保证陀螺仪的稳定性，这也算是一个常规做法吧。

这是刚刚拆掉的无人机顶部的外壳，这里面藏着GPS模组，这里面到时没有什么新技术，他用了一层屏蔽纸包住了GPS模组，原因是：GPS的正下方是主板上的数传电台模块，这个模块的工作会影响GPS的接受，因此将两部分进行了分割。打开看有一下吧

看起来没啥，一个转接板而已。
主控板的下方还有一个电源分配板，看起来让人触目惊心，它的主要目的是将电池的供电分成4个部分，分别给到四个旋翼上的电子调速器，也就是旋翼上面电机的控制器。

再往下其实就没有拆的欲望了，总起来说，拼凑感极强。
从技术角度来说，和十年前相比并没有什么创新，这样的内部设计如果和大疆比较的话，我只能说，不可同日而语呀。