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DIY四軸飛行器制作過程

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樓主
ID:108935 發表于 2016-3-15 01:48 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
本人是航模菜鳥,大概是去年11月份,迷上了四軸飛行器,經常上MK的網站看飛行錄相,四軸飛行起來穩定性真好,簡直是酷斃了。最終沒能抵制住誘惑,沖動之下決定自已也做個來玩玩。從網上收集資料,一切從0起步。經歷了幾個月的走走停停,現在已陸續完成了無刷電調、四軸機架、遙控器多通道改造、IMU模塊、飛控板設計制作。現小有成果,公布出來和大家交流交流,以資進步
    由于水平所限,本人只熟悉和使用51架構的MCU,系統的所有模塊都是架構在C8051F的基礎上。但四軸所涉及的原理、控制理論都是一樣的原理,希望各位同好網友不吝賜教,多多指導,謝謝!!!
1.從舊貨攤買的兩個硬盤

2.費了九牛二虎之力,最后改造一個拆手機用的起子,搞定


下面接著來。機架打算用現有的電直尾管和管座配上硬盤片構成,電機用新西達2212 KV930,兩正兩反的槳用口碑不錯的德國EPP1045 。
3.固定電直尾管的座子,好貴呀.

4.和到手的電機、尾管合張照

5.外加工的4個電機安裝座

6.機體主要部分完成

7.加工機架的得力工具,桌面微型臺鉆

8.EPP1045

9.一正一反

為提高發帖效率,制作過程從略,一切用圖片說話
10.和市場上3塊錢一個的正槳對比

11.用電機原配的槳保護器固定兩葉槳

12.焊上香蕉頭,感覺重量不小,拆除前留個影

13.電機安裝固定方式

14.機架整體結構

15.平視角度,很有型吧

16.整機完成效果圖

好了,機架完成了。接下來是遙控器的改造時間 , 買了個又便宜又大塊的FT06-C, 準備先把6通改到8通,增加兩個比例通道,并且配上LCD液晶屏,用來顯示控的相關參數。控的高頻頭還留用,PPM編碼板整個換掉它。
17.準備拿來折騰的天地飛6C控

18.FT06-C內部結構

19.在這個位置加個LCD屏


20.打回來的樣板,這樣做省¥¥


21.為裁板專門買的勾刀

22.花了一個多小時時間,搞定!

23.拆掉FT06-C控的原裝PPM板

24.比下位置,很正點


25.FT06-C的這個位置,剛好能放進一個5110屏

26.液晶屏的PCB板

27.預期效果

28.PPM控制板焊接完工


29.看背面。底部電源走線,被工廠做板時移錯了位置

30.新到手的5110LCD屏

31.布線時未注意,搞反了液晶的方向

32.液晶屏點亮成功

33.效果怎樣

34.安裝右邊電位器

35.右邊

36.安裝左邊電位器

37.左邊

38.液晶、電位器的連線

39.增加的兩個電位器

40.旋鈕安裝好的樣子

41.增加的電位器旋鈕高度

42.工程模式,校準搖桿中立點

43.工作時,顯示前6個通道的PPM有效值

44.從接收機輸出測得的8通道PPM波形

再來個控的最新圖片,通道數到目前為止還是夠用就好,沒去動它。根據PPM的信號格式,最多是可以做到12個通道的,一般的應用也不需要這么多,等確定需要的時候,再說吧,控的改造先到這里了。
46.控的最新效果

這里再來一段小插曲,活躍下氣氛 。前面發的機架,在制作過程中沒有詳細拍下圖片,現在補上 ,發個我制作的第二套機架的詳細圖片,讓大家看得更爽一點。01.買到兩塊舊硬盤
材料基本都是采用現成的電直配件,電機的固定座得另外加工,這是在機加工店鋪做回來的鋁圓片,直徑35mm 厚度2.5mm。只鉆了電機固定的孔,要想固定到尾管上還得自已加工一下,鉆出尾管夾的螺絲孔來。這些工作要靠我的得力助手-------桌面微型臺鉆來完成了:05.外加工的電機固定片,自已加工尾管夾螺絲孔06.把機架上已加工好的拆下來,做模本 07.在一面貼上強力雙面膠 08.和待加工的圓片重疊在一起09.保證完全重合10.鉆出5.0mm的孔11.再用6.2mm的鉆頭做一下孔的沉頭效果,去除孔邊緣的棱角12.電機穿線孔完成13.開始鉆尾管夾螺絲孔14.全部完成15.背面好了,電機固定片做完。下面該加工硬盤片了,用已做好的機架上硬盤片做模具,把盤片用雙面膠粘在一起盡量重合,然后用臺鉆開螺孔。這次買硬盤時沒注意,買到了傳說中的IBM玻璃盤 ,表面看起來和鋁盤片一樣,鉆孔時才發現不對勁,壓下鉆頭時居然鉆不下去,一使勁,盤片碎了,拿起來一看:玻璃盤 ,My god!!!16.加工硬盤片時,出現了意外。竟然買到了傳說中的IBM玻璃盤

17.碎掉一大塊。算了.


放一邊 18.早上剛到的電直配件 19.電機固定座安裝完成的樣子 20.旁邊的是450電直腳架 21.電機固定座正面 22.近點看看 23.覺得不過癮的話,再來個側面 24.背面尾管夾的固定情況 25.換個角度26.用另一機架上的硬盤片裝上,看看效果先 27.用原機架的硬盤片把新機架裝起來,看下效果先28.四軸的“機頭”2930.31.仰視32.俯視。整體工作已完成,現在只差硬盤片了 沒辦法還得去一次電子市場。又買回兩塊舊硬盤,不管三七二十一趕快拆開看看,松了口氣,這回是鋁盤片。33.中午火速趕到華強北,買回3個硬盤34.幾乎8、9成新,看成色還能用,都是40G 35.不管三七二十一,拆開看看再說36.都是單體盤片的37.盤片拆出來了,這回的是鋁盤 38.做廢的IBM玻璃盤 39.開工40.貼上雙面膠41.把盤片重疊放好42.再放第二張盤片 43.加工好的成品 44.鉆孔邊緣都做了沉頭處理
45.尾管按長度裁好,開出定位孔

46.組裝完成


 新機架完工了,擺幾個pose來show show
47.這次買的腳架有點長,看起來很般配而且是銀色

48..JPG

49..JPG

50..JPG

51..JPG

52..JPG

53.機架翼展610mm,電機軸-軸距580mm左右。

54.看肚皮.JPG

55.JPG

56..JPG

57.太有成就感了^_^

到此為止,新機架制作跑題完畢。
要想用遙控來操控四軸飛行器,接收機還得進行下改造,引出接收機內的PPM綜合信號,方便四軸的飛控板進行通道采集。接收機的原通道輸出口留著不用。我是把PPM綜合信號從第6通道插口上引出的,這樣用條舵機延長線插到第6通道上就行了,很方便。/*****************************************************************///
1.6通道接收機  2.拍圖片用的輔助工具 3.接收板正面4.背面,用的 31136G 5.天線輸入端的加感線圈(小電感),可減短天線的長度 6.插針邊是6通道PWM的輸出隔離電阻,PPM信號在邏輯轉換芯片VHC164的1、2兩腳7.PPM信號從接收機第6通道引出,把輸出隔離電阻焊起來 8.焊接完成。為安全起見烙鐵斷電焊接 9.換個角度10.拿萬用表測已連通 11.跟隨我多年的老功臣:4位半DT930F+ 到這里為止,四軸飛行器的機架和遙控相關圖片已貼完了,馬馬虎虎做了一點圖片解說。機械結構對各位在座壇友達人來說,很容易看懂,我也就不多費口舌了 。  眼下四軸飛行器機架和外圍相關設備改造已大功告成,接下來到四軸的靈魂部分---飛控+電調了。為什么電調也算是四軸的靈魂部分呢?因為四軸要用的電調,還是有所不同的。各看官稍安勿躁,且聽我慢慢道來。  先說飛控的核心組成和大概原理,四軸飛行器相對于常規航模來說,最最復雜的就是電子部分了。之所以能飛行得很穩定,全拜電子控制部分的功勞。在常規固定翼飛機上,陀螺儀并非常用器件,在相對操控難度大點的直機上,如果不做自動穩定系統,也只是鎖尾才用到陀螺儀。四軸飛行器與其不同的地方是必須配備陀螺儀,這是最基本要求,不然無法飛行,更談不上飛穩了。不但要有,還得是3軸向(X、Y、Z)都得有,這是四軸飛行器的機械結構、動力組成特性決定的。在此基礎上再輔以3軸加速度傳感器,這6個自由度,就組成了飛行姿態穩定的基本部分,也是關鍵核心部分---慣性導航模塊,簡稱IMU。飛行中的姿態感測全靠這個IMU了,可見它是整架模型的核心部件。  再說說電調,四軸飛行器有四個槳(純屬費話:em15: ),兩兩相對呈十字交叉結構,在槳的轉向上分正轉和反轉,這樣可抵消模型自身的旋轉。每個槳的直徑很小,通常是10寸左右。四個槳轉動時的離心力是分散的。不象直機的槳,只有一個能產生集中的離心力形成陀螺性質的慣性離心力,保持機身不容易很快的側翻掉。所以通常用到的舵機控制信號更新頻率很低。四軸為了能夠快速反應,以應對姿態變化引起的飄移,需要高反應速度的電調,常規PPM電調的更新速度只有50Hz左右,滿足不了這種控制所需要的速度,且PPM電調MCU內置PID穩速控制,能對常規航模提供順滑的轉速變化特性,用在四軸上就不合適了,四軸需要的是快速反應的電機轉速變化。用高速專用電調,IIC總線接口傳送控制信號,可達到每秒幾百上千次的電機轉速變化,在四軸飛行時,姿態時刻能夠保持穩定。即使受到外力突然沖擊,依舊安然無恙。  我是個行動派+實干派,文字描述能力欠佳,讀書時的那點寫作文的“天份”,早就還給老師了。還是用圖片說話吧,這樣來得直接點。  接下來是IIC高速電調,這個也是自已通過測試、不斷完善才制作成功的。以前在另一個帖子有發過,一時找不到了。四軸飛行器的整機重量+3S鋰聚電池通常在800g上下,懸停總電流最大不超過12A,分攤到每個電調上也就3~4A電流,考慮到可能出現的機身姿態大動態變化的情況,單個電調能提供25A的峰值電流已足夠了。所以我做的電調只用了6個MOS管,測試過整機持續電流20A 工作20分鐘,電調工作良好,這樣的表現完全夠四軸用了。再大的電流沒條件測試了,我的直流電源只能提供到20A。  先貼幾張實驗時的電調板子圖片。* 電調測試板,新西達2212A電機,KV930* 全部使用N-MOS,TO-220封裝 * 測試用的15V20A直流電源 下面來真的了 ,打板子做的電調,用上了電調常用的高頻電解電容,以前沒接觸過這些東西,不曉得還有高頻電容這回事  電調板子上有條飛線,是用來測試的,正常使用中需拆除。  1.電調板焊完正面2.電調板反面3.持續電流可達14A以上4.電調板焊完正面5.電調板反面6.電調PCB,四塊一套飛控板也已完工,該上上圖片了。飛控板的核心就是IMU慣導模塊,先貼IMU的吧。IMU由三軸陀螺儀和三軸加速度計協同組成,是整個飛控板乃至整架模型的核心,有了它才算具備飛行穩定的先天條件。為了飛行性能的提升和提高飛控實現的成功率,陀螺儀選用了MEMS工藝的LISY300AL,300度/秒感測量程,工作電壓3V3,和飛控的CPU工作電壓一致,用ADC采集陀螺儀的輸出信號。加速度計是IIC接口的LIS3LV02DQ,每個感測軸都可設置軸滾動觸發功能,用來感測飛行器姿態滾轉,在飛行失控時可觸發降落傘裝置,使飛行器安全著陸。此功能做為備選項,暫放一邊不管它,先從最簡單的功能做起。限于個人能力,功能不急著搞得太多,以免目標太高對自已失去信心。7.IMU模塊PCB尺寸8.IMU模塊組裝好的樣子9.這邊是加速計因選型的ST陀螺儀當時市場上沒現貨,找到一家代貨公司直接從ST原廠買進,價格很貴。在抱著無限耐心中等待了漫長的兩個星期后,總算是拿到了。10.ST陀螺儀芯片 11.LISY300AL 12.MEMS單軸陀螺儀 13.LGA28封裝 14.3軸陀螺儀,模擬軸出 15.3軸加速計,使用IIC接口 全部完工的飛控板。 板上接口共計有4路電調、1路PPM輸入、2路UART通信串口,可接數傳電臺、GPS。另有一路可控的11V輸出,用來接高亮LED發光條做夜航燈用。 蜂鳴器做操作必要的提示音用,電池低電時可通過發音提醒操作者需要著陸更換電池了。16. 飛控板完成效果圖

飛控板背面。4路電調通信接口,2路UART,1路PWM

 找朋友幫忙做的上位機,調試姿態使用。
18. 3軸陀螺+3軸加速計上位機

19. 飛控使用串口和上位機通信

20. 陀螺、加速計姿態

到此做四軸飛行器的必備之硬件條件、工具等前期工作已全部準備完畢。剩下的就是飛控軟件的編寫調試了,這注定是個痛苦+辛苦+漫長+繁瑣+N次不規則循環的過程,希望千萬別是死循環。當然,更期待的是成功一瞬間那種無可名狀的激動心情。為了成功,加油了!也請各位在座的壇友,多多支持!多多鼓勵!好讓我感受到,偶不素一個人在戰斗。
前不久對機架和電調的位置進行了調整,把4個電調全放進了硬盤中心架的夾層里去了。以前放在外面是怕調試中萬一燒了MOS管,方便更換的。試驗了幾個月,MOS管安然無恙。放入中心架里會美觀很多。  4個電機的線全部從尾管中穿過安裝完成的樣子電池掛在中心架下面,用彈力帶和魔術貼固定 另加了四個彈性腳架,防止過分摔機傳個圖上來吧,很多人搞不明白四軸飛行器如何能旋轉飛行。要注意的是,4個槳分兩組,一組正槳,一組反槳,兩組槳出現轉速差,那么動平衡就沒了,飛行器對外呈現整體旋轉力,根據正、反槳的轉速不同,實現左旋右旋。前幾天傍晚在小區籃球場飛四軸,當時有2級左右的風,在飛第二塊電池時沒控制好高度,在做了個連續旋轉平飛的動作后,四軸被風吹得飄遠了,眼看著要撞上樓房了,一時情急亂了手腳,沒控制好。四軸撞上房子后從4層樓的高度直接掉下來,摔到了水泥地面上,機架摔損嚴重。所幸的是飛控板、電調、電機、電池都沒受傷。這兩天又重新制作了一款更輕的機架,模仿MK的結構。感覺這樣簡單的才實用,用電直配件做出的機架,看著漂亮,但造價太貴了。摔壞的機架,過兩天再看下能否修復。  02.碳纖四軸飛行器03.別看錯了,是兩個04.中心架用尼龍螺絲固定05.換個角度06.這里要裝電池,螺絲反過來裝07.機架的凈重08.兩個一起的重量 09.新買的XXD2212電機 10.裝上電機后的重量 11.新焊的電調板 12.新焊的電調板13.裝上電調和飛控板 14.飛控板15.裝完了,上電看看效果 16.來個近距離的新機架電路部分徹底完工了,剩下腳架暫時沒想到好方法,沒有做上去。今晚在室內試飛,看看新機架有無穩定性問題。首飛2分鐘后,降落重新標定陀螺儀中立點,再次飛行中,一時大意撞上了凳子,小炸一下,洗衣粉袋子慘遭破皮。  后在室外進行了Z軸連續旋轉平飛測試,效果比之前有大幅進步,搖桿操控手感靈敏,四軸反應動作麻利,抗風能力也有明顯提高。懸停表現還不太滿意,遙控無操作情況下最長能保持5、6秒不漂移,得繼續努力。由于相機SD卡壞掉,無法拍下飛行過程。   本人的操作水平略有提高在室內測試偏航感度效果很滿意,房間太小,連續快速水平旋轉的動作沒做測試。新代碼里加入了上電無遙控信號告警、飛行中遙控信號丟失時告警、飛機回到水平姿態執行自動降落動作,這個功能需要在室外測試。測試拍的視頻用軟件編輯后轉RM,出來的圖象慘不忍睹,試了N種方法和格式,在網上下了好幾款視頻后期編輯軟件,要么不好用,要么轉出來的圖象一塌糊涂。一直拖到今天,才算弄得象點樣子。把我的全金屬機架又裝起來了,單向碳纖容易裂,編織的太貴,并且沒有方形的,還是鋁管來得實在! 有刷電機版四旋翼飛行器,用商品飛行器改裝實現,飛行穩定,手可以輕松脫控。泡沫的東東,玩起來很有安全感 ,況且還有槳保護圈。有刷電機+減速組,效率相當不錯,一塊滿電的 3S 1500mA 電池可以持續飛行18分鐘。放個有刷的出來給大家換換感覺。  改裝完成的有刷電機版四旋翼飛行器

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沙發
ID:114952 發表于 2016-5-27 11:43 | 只看該作者
加油
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板凳
ID:125512 發表于 2016-6-12 21:52 | 只看該作者
7805直接這么用 不發熱燒板?
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地板
ID:142588 發表于 2016-10-30 16:57 | 只看該作者
謝謝分享學習
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5#
ID:110225 發表于 2016-12-16 10:42 | 只看該作者
簡直神了,軟件硬件精通啊,學習學習,太佩服了
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6#
ID:162365 發表于 2017-1-24 22:36 來自觸屏版 | 只看該作者
十分了得
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7#
ID:72106 發表于 2017-2-25 21:36 | 只看該作者
森林大大能不能分享下控制代碼哈哈哈
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8#
ID:300422 發表于 2018-4-1 16:57 | 只看該作者
請問尾管哪里買的
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9#
ID:243106 發表于 2018-4-14 14:52 來自觸屏版 | 只看該作者
樓主,你大幾的!!!!
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10#
ID:311117 發表于 2018-4-18 18:50 | 只看該作者
樓主,能分享一下代碼嗎?
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11#
ID:320470 發表于 2018-7-11 16:46 | 只看該作者
學到了學到了
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12#
ID:370224 發表于 2018-7-12 15:04 | 只看該作者
樓主~~這個可以加裝航拍嗎?
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13#
ID:355325 發表于 2018-7-15 08:33 | 只看該作者
要是配個代碼。就相當完美了
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14#
ID:267237 發表于 2018-7-30 17:16 | 只看該作者
有些芯片你是怎么焊接的。感覺呃呃呃呃呃
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