新手四轴飞行控制DIY简要介绍组装步骤
- 什么是新手,新手怎么想!
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- Step一、四轴飞控介绍
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- 定义
- 运动原理
- 组成
- Step2:四轴飞控组装视频
- Step3:定义四轴飞控新手规格
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- 需求
- 考量
- 规格
- Step4:四轴飞控组件分解及接口定义
- Step五、四轴飞控组装
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- 基本工具
- 组装步骤
- 飞行控制方向和电机转向
- 实际效果
- Step6:四轴飞控新手组装回顾
什么是新手,新手怎么想!
Hi,童鞋,新手(newbee)也就是说,什么都不知道的人。一般来说,有一个听到或看到某件事的概念。百度新手链接:指第一次或刚开始做某事的人;没有技术或经验的工人;新工作的人。
作为研发人员多年的工作经验和培训,新手必须经历几个阶段。这里有一个一般的梳理,然后我们使用它来做练习:
- 熟悉任务(理解)
- 101Lesson(训练)
- 任务说明(规格)
- 任务分解(分析)
- 任务执行(处理)
- 任务总结(回顾)
注:这种方法其实也是我们用于研发一个项目/产品,解决问题的一个常规步骤,是一种方法论。因为研发不可能一直在自己熟悉的领域,更多的是探索、分析和解决问题。因此,方法论对研发也非常重要。事实上,这就是为什么许多外国理工科大学更注重模型方法论,这是解决问题、简化复杂性的基本思路。当然,这并不是说没有其他方法,而是说这是一个更积极的传统想法,更容易确保过程的正确性。
Step一、四轴飞控介绍
定义
四轴飞机又称四旋翼飞机、四旋翼直升机,简称四轴、四旋翼。四轴飞机(Quadrotor)它是一种多旋翼飞机。
运动原理
运动可分为:垂直运动:(throttle),俯仰运动(pitch),滚转运动(roll),偏航运动(yaw)
组成
通过百度多个网页,对比了解,一般可以知道一个大概的组成。
注:这里只是一个基本的介绍,因为拼凑组装,飞行可能不稳定;新手控制不熟练,等因素可能导致起飞失控后爆炸(损坏),因此不建议自组装的第一云平台(摄像头)、图片传输、摄像头、遥测、GPS(磁力计)等。
- 电机(Motor) 电调(ESC,Electronic Speed Control)
- 导航模块(IMU,Inertial Measurement Unit):陀螺仪 加速度
- 飞控(FC,Flight Control):其中软件算法来解决空气动力学,自动巡航等飞控问题
- 动力源:可充电电池
- 遥控器 遥控接收机
- GPS(磁力计):通常用于自动导航或失控后自动回航。
- 图传 相机:配合FPV第一视角控制操作设备。
- 云台(摄像):航拍使用。
- 遥测模块:多与地面站配合使用。
注:当然,有更多的模块可以安装,这里简要介绍,几乎很好,感兴趣的朋友可以去百度或VPN Google
这里更感兴趣的是飞行控制软件部分,大致可以分为几个部分:飞行控制软件(嵌入式软件,包括ESC地面站固件)(PC软件)、分析工具(黑匣子数据分析工具等。).这不是本章的主要内容。在这里,我们将进一步了解它。
Step2:四轴飞控组装视频
关于飞行控制组装的视频很多,尤其是很多都是按照说明购买的。为了控制成本预算,我想尽一切办法(二手淘)聚在一起。从学习和分析的角度来看,自组装需要考虑更多的问题(尤其是接口组装等细节)
这里有一个B站视频可控参考:一分钟后带你去看大疆高清FPV穿越机组装 [KAKUTE F7自习课]
Step3:定义四轴飞控新手规格
经过以上两个基本步骤的操作,我对四轴飞行控制和组装有了基本的了解。下一步是思考如何定义规格和满足自己想要的四轴需求。
需求
- 从主要目的来看:深入了解飞控原理(FC ESC代码,airbone code)
- 从学习和分析的角度来看:需要开源代码(Open Souce)以及广泛的社区支持(Community Support)
- 从预算成本的角度来看:新手和代码调整高概率炸机是不可避免的
- 从实践学习的角度:DIY远比知识经验Buy-And-Play更有意义
考量
- 飞行控制软件硬件的通用性、强度、稳定性要求好
- 框架应具有一定的结构韧性、稳定性和抗坠落性
- 功率要求具有一定的冗余性,便于以后加载其他模块
- 支持自动导航(巡航)功能
- 支持遥控手动控制空能
- 支持后期图传 摄像头,FPV(First Person View)功能
规格
根据上述目的或需要,规格定义如下:
- 飞控:Kakute F7 AIO V1.5
- 机架:F450
- 动力:翱云2212电机(正反一对)x 2 ESC电调(20A) x 4
- 桨叶:正反自锁桨叶(一对) x 2
- 遥控:AT9S Pro R9DS
- GPS:M8N (含磁力计)
- 电传:权盛电子 Radio Telemetry V5 433MHz/57600bps
- 电池:3S 2200mAh 25C
Step4:四轴飞行控制组件分解及界面定义
考虑到四轴飞行控制已经商业化其是穿越机竞速和航拍)Step当需求和规格时,规格已直接定义为组件模块。
因此,这里有更多的考虑DIY各组件之间的界面定义(硬件、软件、结构等)
注:暂不考虑GPS和电传
- 【软件】Paparazzi(2003年最古老的开源飞控) & BetaFlight(飞机飞行控制)
- 【结构】F450&飞控转接板 配套铜柱和螺钉螺母:飞行控制Kakute F7 AIO 30.5 x 30.5 mm与F450机架没有固定孔位
- 【硬件】2.54mm双排 90度插针一排
- 【硬件】R9DS&飞控连线:2.54mm杜邦线 7~10cm长 (母头两端)三线(Tx/GND/VCC)
- 香蕉头公母对香蕉头 4mm x 8
- 硬件电机塑料电源线(1.6平方) 10cm x 10:8个电调和飞控板,XT60和飞控板2根
- 【硬件】XT60公头 x 1
- 电调&飞控 PWM控制线:2.00mm杜邦线 5cm长 (两端公头) 4根
- 扎带 2.5mm x 10cm x100:一包100根,怎么够用?
- 电池扎带 x 5
注:商业化产品已经成熟,所以这里组件也基本上模块化了。根据规格做组件模块化分解也就不太需要,更多考虑是非套装机组件之间的接线,结构,软件等问题
Step五、四轴飞控组装
基本工具
组装步骤
这里的具体组装过程大致可以分割几个步骤,接线可以参考Kakute F7 AIO V1.5的接线指南。
- 【规划位置】考虑控制板、电调、电池放置的位置,以便规划后续接线和机架组装顺序(为了保护控制板,将控制板放在中心板和底板中间;电池放置在做上面;不使用脚架,低中心(CG)方便后续起飞调试)
- 【规划方向】两根白色机臂朝前,两个黑色机臂朝后;前后方向与飞控板前后方向保持一致
- 【焊接】焊接Kakute F7 AIO V1.5控制板上引线及插针,并使用万用表进行电源正负测试,避免正负极短路,保证同极导通无明显阻抗(黑色线负极,红色线正极) – 2.54mm双排 90度插针(9x2) x 1 – 飞控&电池电源线+XT60公头 x 1 – 飞控&电调电源线+香蕉头母头 x 8 – 电调控制线 x 4 – 电调电源线+香蕉头公头 x 8
- 【安装】考虑固定电机到机臂(黑帽子反向锁紧,白帽子正向锁紧): – 右后#1电机上黑帽; – 右前#2电机上白帽; – 左后#3电机上黑帽; – 左前#4电机上白帽;
- 【安装】制作F450&飞控结构转接板(这里采用了实验板打孔+铜螺柱螺母的方式固定)
- 【安装】将Kakute F7 AIO V1.5控制板按照飞控方向正确安装在转接板上
- 【安装】根据常规四驱(Quard X 1234)正配置,将机臂按照顺序装上
- 【安装】使用扎带固定R9DS接收机
- 【安装】使用扎带固定电调
- 【安装】根据Kakute F7 AIO V1.5接线指南,正确接线 – 电机&电调接线 – 电调&飞控板接线 – 接收机&飞控板接线
- 【安装】安装中心板
- 【安装】使用电池扎带,固定电池
飞控方向和电机转向
实际效果
注1:侧视图可以看到接收机R9DS上面有一个实验板,这个就是做转接的,主要是因为飞控板30.5 x 30.5mm的固定孔位在F450机架上没有,这个主要是穿越机塔式固定孔位。
注2:由于这个控制板是放在底板和中心板中间,因此具有一定的保护作用,防止翻转炸机磕碰到控制板(价格相对昂贵)。
Step6:四轴飞控新手组装回顾
自此基本上新机组装已经完成,且正负极和短路问题也已经通过万用表检查正常,其实还是比较容易上手的。
为了后续调试起飞考虑,总体上来看,需要更多的关注以下几个细节:
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起飞重量:一开始并没有太多关注,因为2212电机大量的使用在F450机架上,而从实际的角度,还是需要更多的量化考虑。根据翱云电机规格,单电机最大600g,四个电机,起飞最大重量2400g。目前初步掂了下分量,模型大概1000g左右,所以整体冗余空间也不大,不过不做穿越特殊飞行,后续应该还行吧。
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电机转向:一定要注意电机正锁紧还是反锁紧,这个和四轴(Quard X 1234)正向和反向配置有关,这里采用的是Quard X 1234 正向配置,桨叶始终会锁紧。如果配置不正确,会导致桨叶在旋转过程由于空气阻力往不锁紧的方向旋转,桨叶就飞了。这会直接导致飞机掉下来炸机,千万注意!!!要炸机,要炸机,要炸机!!!
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遥控器配置:正常连接情况遥控器能通过飞控和地面站形成回路,请double check 遥感和地面站配置程序响应的一致性。(这里组装的飞控,AT9S Pro的Throttle和Pitch的舵机方向是反向的,如果没有配好,新手试飞也容易控制不好方向而炸机。当然怎么调试起飞也有方法,下次可以写个101教程)
注:这里其实已经初步调试起飞过了,当然也碰断了一个机臂,血的教训!!!,希望对大家有点帮助。