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DIY四軸飛行器制作過程

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樓主
ID:108935 發(fā)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(jīng)常上MK的網(wǎng)站看飛行錄相,四軸飛行起來穩(wěn)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(wǎng)上收集資料,一切從0起步。經(jīng)歷了幾個月的走走停停,現(xiàn)在已陸續(xù)完成了無刷電調(diào)、四軸機(jī)架、遙控器多通道改造、IMU模塊、飛控板設(shè)計制作,F(xiàn)小有成果,公布出來和大家交流交流,以資進(jìn)步
    由于水平所限,本人只熟悉和使用51架構(gòu)的MCU,系統(tǒng)的所有模塊都是架構(gòu)在C8051F的基礎(chǔ)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(wǎng)友不吝賜教,多多指導(dǎo),謝謝!!!
1.從舊貨攤買的兩個硬盤

2.費(fèi)了九牛二虎之力,最后改造一個拆手機(jī)用的起子,搞定


下面接著來。機(jī)架打算用現(xiàn)有的電直尾管和管座配上硬盤片構(gòu)成,電機(jī)用新西達(dá)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(jī)、尾管合張照

5.外加工的4個電機(jī)安裝座

6.機(jī)體主要部分完成

7.加工機(jī)架的得力工具,桌面微型臺鉆

8.EPP1045

9.一正一反

為提高發(fā)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(jī)原配的槳保護(hù)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(jī)安裝固定方式

14.機(jī)架整體結(jié)構(gòu)

15.平視角度,很有型吧

16.整機(jī)完成效果圖

好了,機(jī)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(zhǔn)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(guān)參數(shù)?氐母哳l頭還留用,PPM編碼板整個換掉它。
17.準(zhǔn)備拿來折騰的天地飛6C控

18.FT06-C內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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(diǎn)


25.FT06-C的這個位置,剛好能放進(jìn)一個5110屏

26.液晶屏的PCB板

27.預(yù)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(diǎn)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(zhǔn)搖桿中立點(diǎn)

43.工作時,顯示前6個通道的PPM有效值

44.從接收機(jī)輸出測得的8通道PPM波形

再來個控的最新圖片,通道數(shù)到目前為止還是夠用就好,沒去動它。根據(jù)PPM的信號格式,最多是可以做到12個通道的,一般的應(yīng)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(fā)的機(jī)架,在制作過程中沒有詳細(xì)拍下圖片,現(xiàn)在補(bǔ)上 ,發(fā)個我制作的第二套機(jī)架的詳細(xì)圖片,讓大家看得更爽一點(diǎn)。01.買到兩塊舊硬盤
材料基本都是采用現(xiàn)成的電直配件,電機(jī)的固定座得另外加工,這是在機(jī)加工店鋪?zhàn)龌貋淼匿X圓片,直徑35mm 厚度2.5mm。只鉆了電機(jī)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(jī)固定片,自已加工尾管夾螺絲孔06.把機(jī)架上已加工好的拆下來,做模本 07.在一面貼上強(qiáng)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(jī)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(jī)固定片做完。下面該加工硬盤片了,用已做好的機(jī)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(jī)固定座安裝完成的樣子 20.旁邊的是450電直腳架 21.電機(jī)固定座正面 22.近點(diǎn)看看 23.覺得不過癮的話,再來個側(cè)面 24.背面尾管夾的固定情況 25.換個角度26.用另一機(jī)架上的硬盤片裝上,看看效果先 27.用原機(jī)架的硬盤片把新機(jī)架裝起來,看下效果先28.四軸的“機(jī)頭”2930.31.仰視32.俯視。整體工作已完成,現(xiàn)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(qiáng)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(jī)架完工了,擺幾個pose來show show
47.這次買的腳架有點(diǎn)長,看起來很般配而且是銀色

48..JPG

49..JPG

50..JPG

51..JPG

52..JPG

53.機(jī)架翼展610mm,電機(jī)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(jī)架制作跑題完畢。
要想用遙控來操控四軸飛行器,接收機(jī)還得進(jìn)行下改造,引出接收機(jī)內(nèi)的PPM綜合信號,方便四軸的飛控板進(jìn)行通道采集。接收機(jī)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(jī)延長線插到第6通道上就行了,很方便。/*****************************************************************///
1.6通道接收機(jī)  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(zhuǎn)換芯片VHC164的1、2兩腳7.PPM信號從接收機(jī)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(jī)架和遙控相關(guān)圖片已貼完了,馬馬虎虎做了一點(diǎn)圖片解說。機(jī)械結(jié)構(gòu)對各位在座壇友達(dá)人來說,很容易看懂,我也就不多費(fèi)口舌了 ! ⊙巯滤妮S飛行器機(jī)架和外圍相關(guān)設(shè)備改造已大功告成,接下來到四軸的靈魂部分---飛控+電調(diào)了。為什么電調(diào)也算是四軸的靈魂部分呢?因為四軸要用的電調(diào),還是有所不同的。各看官稍安勿躁,且聽我慢慢道來! ∠日f飛控的核心組成和大概原理,四軸飛行器相對于常規(guī)航模來說,最最復(fù)雜的就是電子部分了。之所以能飛行得很穩(wěn)定,全拜電子控制部分的功勞。在常規(guī)固定翼飛機(jī)上,陀螺儀并非常用器件,在相對操控難度大點(diǎn)的直機(jī)上,如果不做自動穩(wěn)定系統(tǒng),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(wěn)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(jī)械結(jié)構(gòu)、動力組成特性決定的。在此基礎(chǔ)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(tài)穩(wěn)定的基本部分,也是關(guān)鍵核心部分---慣性導(dǎo)航模塊,簡稱IMU。飛行中的姿態(tài)感測全靠這個IMU了,可見它是整架模型的核心部件! ≡僬f說電調(diào),四軸飛行器有四個槳(純屬費(fèi)話:em15: ),兩兩相對呈十字交叉結(jié)構(gòu),在槳的轉(zhuǎn)向上分正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),這樣可抵消模型自身的旋轉(zhuǎn)。每個槳的直徑很小,通常是10寸左右。四個槳轉(zhuǎn)動時的離心力是分散的。不象直機(jī)的槳,只有一個能產(chǎn)生集中的離心力形成陀螺性質(zhì)的慣性離心力,保持機(jī)身不容易很快的側(cè)翻掉。所以通常用到的舵機(jī)控制信號更新頻率很低。四軸為了能夠快速反應(yīng),以應(yīng)對姿態(tài)變化引起的飄移,需要高反應(yīng)速度的電調(diào),常規(guī)PPM電調(diào)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(diào)MCU內(nèi)置PID穩(wěn)速控制,能對常規(guī)航模提供順滑的轉(zhuǎn)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(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化。用高速專用電調(diào),IIC總線接口傳送控制信號,可達(dá)到每秒幾百上千次的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化,在四軸飛行時,姿態(tài)時刻能夠保持穩(wěn)定。即使受到外力突然沖擊,依舊安然無恙! ∥沂莻行動派+實干派,文字描述能力欠佳,讀書時的那點(diǎn)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(diǎn)! 〗酉聛硎荌IC高速電調(diào),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(fā)過,一時找不到了。四軸飛行器的整機(jī)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?jǐn)偟矫總電調(diào)上也就3~4A電流,考慮到可能出現(xiàn)的機(jī)身姿態(tài)大動態(tài)變化的情況,單個電調(diào)能提供25A的峰值電流已足夠了。所以我做的電調(diào)只用了6個MOS管,測試過整機(jī)持續(xù)電流20A 工作20分鐘,電調(diào)工作良好,這樣的表現(xiàn)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! ∠荣N幾張實驗時的電調(diào)板子圖片。* 電調(diào)測試板,新西達(dá)2212A電機(jī),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(diào),用上了電調(diào)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(diào)板子上有條飛線,是用來測試的,正常使用中需拆除。  1.電調(diào)板焊完正面2.電調(diào)板反面3.持續(xù)電流可達(dá)14A以上4.電調(diào)板焊完正面5.電調(diào)板反面6.電調(diào)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(dǎo)模塊,先貼IMU的吧。IMU由三軸陀螺儀和三軸加速度計協(xié)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(wěn)定的先天條件。為了飛行性能的提升和提高飛控實現(xiàn)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(shè)置軸滾動觸發(fā)功能,用來感測飛行器姿態(tài)滾轉(zhuǎn),在飛行失控時可觸發(fā)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(biāo)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(dāng)時市場上沒現(xiàn)貨,找到一家代貨公司直接從ST原廠買進(jìn),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(diào)、1路PPM輸入、2路UART通信串口,可接數(shù)傳電臺、GPS。另有一路可控的11V輸出,用來接高亮LED發(fā)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(fā)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(diào)通信接口,2路UART,1路PWM

 找朋友幫忙做的上位機(jī),調(diào)試姿態(tài)使用。
18. 3軸陀螺+3軸加速計上位機(jī)

19. 飛控使用串口和上位機(jī)通信

20. 陀螺、加速計姿態(tài)

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(zhǔn)備完畢。剩下的就是飛控軟件的編寫調(diào)試了,這注定是個痛苦+辛苦+漫長+繁瑣+N次不規(guī)則循環(huán)的過程,希望千萬別是死循環(huán)。當(dāng)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(zhàn)斗。
前不久對機(jī)架和電調(diào)的位置進(jìn)行了調(diào)整,把4個電調(diào)全放進(jìn)了硬盤中心架的夾層里去了。以前放在外面是怕調(diào)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(jī)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(shù)貼固定 另加了四個彈性腳架,防止過分摔機(jī)傳個圖上來吧,很多人搞不明白四軸飛行器如何能旋轉(zhuǎn)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(xiàn)轉(zhuǎn)速差,那么動平衡就沒了,飛行器對外呈現(xiàn)整體旋轉(zhuǎn)力,根據(jù)正、反槳的轉(zhuǎn)速不同,實現(xiàn)左旋右旋。前幾天傍晚在小區(qū)籃球場飛四軸,當(dāng)時有2級左右的風(fēng),在飛第二塊電池時沒控制好高度,在做了個連續(xù)旋轉(zhuǎn)平飛的動作后,四軸被風(fēng)吹得飄遠(yuǎn)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(jī)架摔損嚴(yán)重。所幸的是飛控板、電調(diào)、電機(jī)、電池都沒受傷。這兩天又重新制作了一款更輕的機(jī)架,模仿MK的結(jié)構(gòu)。感覺這樣簡單的才實用,用電直配件做出的機(jī)架,看著漂亮,但造價太貴了。摔壞的機(jī)架,過兩天再看下能否修復(fù)。  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(jī)架的凈重08.兩個一起的重量 09.新買的XXD2212電機(jī) 10.裝上電機(jī)后的重量 11.新焊的電調(diào)板 12.新焊的電調(diào)板13.裝上電調(diào)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(jī)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(nèi)試飛,看看新機(jī)架有無穩(wěn)定性問題。首飛2分鐘后,降落重新標(biāo)定陀螺儀中立點(diǎn),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(jìn)行了Z軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)平飛測試,效果比之前有大幅進(jìn)步,搖桿操控手感靈敏,四軸反應(yīng)動作麻利,抗風(fēng)能力也有明顯提高。懸停表現(xiàn)還不太滿意,遙控?zé)o操作情況下最長能保持5、6秒不漂移,得繼續(xù)努力。由于相機(jī)SD卡壞掉,無法拍下飛行過程!  ”救说牟僮魉铰杂刑岣咴谑覂(nèi)測試偏航感度效果很滿意,房間太小,連續(xù)快速水平旋轉(zhuǎn)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(jī)回到水平姿態(tài)執(zhí)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(zhuǎn)RM,出來的圖象慘不忍睹,試了N種方法和格式,在網(wǎng)上下了好幾款視頻后期編輯軟件,要么不好用,要么轉(zhuǎn)出來的圖象一塌糊涂。一直拖到今天,才算弄得象點(diǎn)樣子。把我的全金屬機(jī)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(jī)版四旋翼飛行器,用商品飛行器改裝實現(xiàn),飛行穩(wěn)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(hù)圈。有刷電機(jī)+減速組,效率相當(dāng)不錯,一塊滿電的 3S 1500mA 電池可以持續(xù)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(jī)版四旋翼飛行器

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ID:114952 發(fā)表于 2016-5-27 11:43 | 只看該作者
加油
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板凳
ID:125512 發(fā)表于 2016-6-12 21:52 | 只看該作者
7805直接這么用 不發(fā)熱燒板?
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地板
ID:142588 發(fā)表于 2016-10-30 16:57 | 只看該作者
謝謝分享學(xué)習(xí)
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5#
ID:110225 發(fā)表于 2016-12-16 10:42 | 只看該作者
簡直神了,軟件硬件精通啊,學(xué)習(xí)學(xué)習(xí),太佩服了
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6#
ID:162365 發(fā)表于 2017-1-24 22:36 來自手機(jī) | 只看該作者
十分了得
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7#
ID:72106 發(fā)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(fā)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(fā)表于 2018-4-14 14:52 來自手機(jī) | 只看該作者
樓主,你大幾的。。!
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10#
ID:311117 發(fā)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(fā)表于 2018-7-11 16:46 | 只看該作者
學(xué)到了學(xué)到了
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12#
ID:370224 發(fā)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(fā)表于 2018-7-15 08:33 | 只看該作者
要是配個代碼。就相當(dāng)完美了
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14#
ID:267237 發(fā)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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