小郭 发表于 2015-9-16 20:02:24

入门多旋翼的基础知识

本帖最后由 小郭 于 2015-9-17 10:24 编辑

多轴飞行器基础篇
一、DIY四轴需要准备什么零件(基本配备)1、无刷电机(4个)


2、电子调速器(简称电调,4个,常见有好盈、银燕、中特威、新西达等品牌)

3、螺旋桨(4个,需要2个正浆,2个反浆)

4、飞行控制板(简称:飞控,常见有APM、Pixhawk、KK、FF、玉兔等品牌)

5、电池(11.1v航模动力电池)

6遥控器(最低4通道遥控器,最好是以上,因为可以切换飞行模式)

7、机架

8、充电器(尽量选择平衡充电器)

二、四轴全套制作流程:
材料和设备置办齐全之后,我们开始动手制作四轴飞行器。

1、机架零件:上下底板、四支机臂、一包螺丝。



2、在下底板用电钻和锉刀加工两个方形槽出来,方便电池扎带穿过,用来固定电池。方形槽的位置和尺寸依照电池大小自行设计。

file:///D:\DOCUME~1\GUOCHA~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps7B.tmp.png
3、准备电烙铁和焊锡,将电调电源线和电池电源线焊接到下底板(分电板)相应位置上。注意别搞错正负极,也别弄短路。

4、准备好螺丝刀,用该机架自带的螺丝将四支机臂固定到下底板上。螺丝得拧紧,但别拧坏了。

5、将上底板和四支机臂用剩下的螺丝固定好

6、先将四个电机组装好,再将它们分别固定到机臂的端部。




7、给电调刷BLHeli固件
(由于主贴过于冗长,刷电调部分详细内容见此分贴:http://www.amobbs.com/thread-5546515-1-1.html)
8、四个电调都刷过BLHeli固件之后,将电调用黑胶布包好,再用尼龙扎带将其捆绑在四支机臂下方。如下图X型四轴,红色机臂角平分线即为机头方向、飞控板与电调的连接
按照MWC四轴的电机转向分布图,将电调和电机连接起来,务必接电池后,用遥控器油门通道测试每个电机转向,转向与分布图规定不符者需交换三相线中任意两根。确保四个电机转向与分布图中完全一致。
电机转向分布图如下:

电机与电调正确连接后如图所示:


9、给飞控板烧录程序及配置相关参数。
四轴的动力系统完成之后,就轮到给飞控板烧录程序和配置相关参数步骤了。
用FTDI连接电脑和飞控
file:///D:\DOCUME~1\GUOCHA~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps84.tmp.png
运行Arduino IDE,到MultiWii_2_2\MultiWii文件夹下打开主程序MultiWii.ino,其他子程序会自动打开。如下所示:

file:///D:\DOCUME~1\GUOCHA~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps85.tmp.png

最大化后选择倒数第三个子程序config.h。整个飞控程序中,我们需要配置的只有config.h。10、MultiWii GUI参数配置
往飞控里烧玩程序之后,需要打开GUI,即MultiWii /MultiWiiConf文件夹下的MultiWiiConf.exe。之前讲过,要想运行MultiWiiConf.exe,得先安装JAVA虚拟机。Multiwii 的GUI程序需要JAVA虚拟机的支持,需下载安装:http://java.com/zh_CN/download/manual.jsp?locale=zh_CN
(如果你的电脑是win7 64位的系统,安装了JAVA虚拟机后GUI仍然运行不了,那你就需要到C:\Program Files\Java\jre7\bin\找到并复制javaw.exe,然后粘贴到C:\Windows\SysWOW64\这个文件夹下面,再重新运行GUI即可)
成功运行则出现如下界面:

若按照上图正确操作则会出现以下界面:



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11、把飞控板固定到机架上底板上
在飞控板背面四个角落粘上厚一点的3M泡沫双面胶,再将飞控板粘到机架上底板中央,一定要注意位置置中,与机架方向对齐。条件好一点可以加一块减震硅胶PU胶。用3M胶或PU胶的好处是起隔震作用,减少机体振动对传感器的影响。注意飞控板的飞行方向(蓝灯所在箭头方向)和四轴机头方向(红色机臂角平分线方向)要对齐重合。飞控板要尽量安放在上底板的中央。具体如下图所示:




12、飞控板和遥控器接收机的连接
熟读遥控器的使用说明,依照说明先设置遥控器,比如机型要选择固定翼模式,控制杆设置默认即可,之前也讲了可以在高级设置菜单下的可编程混控设置三档开关,用于切换飞行模式。这些最基本的遥控器设置都必须提前做好,哪里不懂就仔细阅读使用说明书。
这是天7的接收机图示
按照图中各通道的功能,将接收机和飞控板连接起来,这里我们只连接5个通道:
飞控板                     接收机
THRO    ---------         油门(第3通道)
RO    ----------         副翼(第1通道)
PI   ----------            升降舵(第2通道)
YA    ----------            方向舵(第4通道)
MO    ----------         起落架(第5通道,设置三档开关之后用来切换飞行模式)

file:///D:\DOCUME~1\GUOCHA~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps8B.tmp.png

、飞控板与电调的连接
电调自身带信号线:红色为+5V,黑色为GND,白色为PPM信号。整个机体来看,按照机头方向将四个电机分为头左(3号电机),头右(10号电机),尾左(11号电机),尾右(9号电机)。3号电机信号线连接飞控板输出部分3号排针,10号电机连接10号排针,11号电机连接11号排针,9号电机连接9号排针。需要注意的是:飞控板由电调供电,有四个电调,但不能让四个电调并联供电,会引起故障。所以必须剪断其中三个电调的+5V供电线。只留一个电调给飞控板供电。如下图所示


连接好之后如下图所示

这样再用电池扎带将电池固定在下底板上,那整架飞机就算初步组装完成。进一步调试之后,装上桨就可以去试飞了。这里提一下:调试的时候不要装桨,不小心会伤着人,等调试完成之后试飞阶段再装桨。
14、四轴整机调试
插上FTDI,打开MultiWii GUI,现在进行整机调试。
A、整机校准加速度计
具体操作:将四轴整机平放在水平面上,比如大理石地面。点击GUI上的CALIB_ACC,看到加速度计pitch、roll轴示数归零,Z轴示数在512左右则表明校准成功。
B、遥控器设置
具体操作:在对遥控器进行了基本设置的基础上,打开遥控器开关,这时接收机上的红灯会灭掉,表示连接成功。这时观察GUI上遥控器各通道示数会有变化。
首先检查各通道正反是否正确。推动前四个通道的摇杆,正反设置正确的标志:
油门通道:向前推动摇杆,GUI里油门通道示数变大;向后拉摇杆,GUI里油门通道示数变小。
升降舵通道:向前推动摇杆,GUI里油门通道示数变大;向后拉摇杆,GUI里油门通道示数变小;自动回中GUI示数在1500左右。
副翼通道:向右推动摇杆,GUI里油门通道示数变大;向左推动摇杆,GUI里油门通道示数变小;自动回中GUI示数在1500左右。
方向舵通道:向右推动摇杆,GUI里油门通道示数变大;向左推动摇杆,GUI里油门通道示数变小;自动回中GUI示数在1500左右。
三档开关通道:低档GUI示数1000左右;中档GUI示数1500左右;高档GUI示数2000左右。
若正反向不正确,则在遥控器设置里正反设置里改动即可。
正反设置完成之后需要校准各通道行程,要求各通道最小值在1050以下,最大值在1950以上。
然后升降舵、副翼、方向舵三个通道需要校准中立点(即摇杆自动回中那个值),利用遥控器各通道旁边的微调开关,将以上三通道的中立点校准到1500左右,偏差不超过正负4。
设置完正反向、通道行程、通道中立点之后,会得到如下界面

C、尝试解锁尝试解锁之前不要接上电池,接了电池解锁之后电机就会动了。初始时先看看解锁后GUI上的各电机输出是否正常。
遥控器摇杆的组合运用说明见此文档:
http://www.amobbs.com/forum.php? ... TI5NjczMnw1NTQ2MDU3
还有要感谢fpvdiy博主,写有关MWC的一些列好教程,大家可以参考他的博文http://blog.sina.com.cn/s/articlelist_2164576720_0_1.html
关于遥控器摇杆组合操作,大家也可以参考他的博文:http://blog.sina.com.cn/s/blog_8104d1d00100swc2.html
再次感谢写这些教程的博主。
操作遥控器的时候注意对应自己的遥控器是美国手还是日本手。
若解锁成功,则初始时刻各个电机的输出是你当时在程序里设置的MINTHROTTLE的值,称之为怠速,即飞控解锁之后四个电机将以怠速转动。你加油门之后四个电机的输出将升高且各不一样(PID算法的原因,主要是I在作怪)。所以当你发现四个电机输出不一致时不要奇怪,这是I在捣乱,呵呵。


若解锁不成功,则是你各通道行程没设置对。
D、重新确认一下飞行模式是否设定
注意设定之后随着三档开关的切换,飞行模式也在切换(GUI里颜色变绿)。PID参数暂时不用调整,默认参数就能飞的很稳,注意改动参数后要点击WRITE将改动写入飞控里,否则你的改动将不起作用。
E、利用遥控器摇杆组合校准陀螺仪
飞控板指示灯闪烁,静态下GUI里陀螺仪输出数据归零则说明陀螺仪校准完成。

15、电调校准
在程序配置部分有讲过,在试电机之前要进行电调校准。电调可以用遥控器校准,也可以直接用程序校准。进行这一步,四轴不能装桨,会出危险。
具体操作:用Arduino IDE打开MultiWii程序,转到子程序config.h,将代码拉倒最底部,找到ESCs calibration

去掉//#define ESC_CALIB_CANNOT_FLY这句代码前面的两条斜线,启用这句代码,并将改过的程序烧录到飞控板里。烧录完成后,拔掉FTDI,接上电池,这时你会听到一段奇怪的音调,等待一分钟左右,拔掉电池,重新插上FTDI,将#define ESC_CALIB_CANNOT_FLY这句代码注释掉,再次烧录到飞控板里,至此校准电调完成。

16、试电机
以上设置完成之后,可以将电池接上,注意此时仍然不能装桨。开遥控解锁,此时你会发现四个电机都转动,推油门转速增大,推升降舵和副翼、方向舵,相应的电机会有转速变化。若出现这些现象说明电机正常运转。若出现有的电机堵转,那可能是你的MINTHROTTLE设置过小,改程序增大一些试试看,直到四个电机同时转动方可。

17、初次试飞
至此你已经可以带着四轴和遥控器出去试飞了。也只有到这一步你才能将四支桨装上,注意桨的方向要与电机转向相同,螺丝尽量拧紧了。初次试飞,成败与否不可预测,人身安全最为重要。找个宽阔一些,人少一些的泥松草厚的飞场,放置四轴,接上电池,解锁,慢慢推油门,一点一点的小心操控。

file:///D:\DOCUME~1\GUOCHA~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps93.tmp.png
三、基本原理与名词解释
1、遥控器篇

(1)什么是通道?
通道就是可以遥控器控制的动作路数,比如遥控器只能控制四轴上下飞,那么就是1个通道。但四轴在控制过程中需要控制的动作路数有:上下、左右、前后、旋转
所以最低得4通道遥控器。如果想以后玩航拍这些就需要更多通道的遥控器了。


(2)什么是日本手、美国手?
遥控器上油门的位置在右边是日本手、在左边是美国手,所谓遥控器油门,在四轴飞行器当中控制供电电流大小,电流大,电动机转得快,飞得高、力量大。反之同理。判断遥控器的油门很简单,遥控器2个摇杆当中,上下板动后不自动回到中间的那个就是油门摇杆。

2、飞行控制板篇
简称飞控
飞控的用途?
如果没有飞控板,四轴飞行器就会因为安装、外界干扰、零件之间的不一致型等原因形成飞行力量不平衡,后果就是左右、上下的胡乱翻滚,根本无法飞行,飞控板的作用就是通过飞控板上的陀螺仪,对四轴飞行状态进行快速调整(都是瞬间的事,不要妄想用人肉完成),如发现右边力量大,向左倾斜,那么就减弱右边电流输出,电机变慢,升力变小,自然就不再向左倾斜。
什么是x模式和+模式?
购买飞控的时候老板都要问这个问题,刷买什么模式的,以上就是区别。
X模式要难飞一点,但动作更灵活。+模式要好飞一点,动作灵活差一点,所以适合初学者。
特别注意,x模式和+模式的飞控安装是不同的。
如果飞控板安装错误,会剧烈的晃动,根本无法飞。
选什么飞控好?
个人意见初学的先来个kk飞控吧,最便宜,尝个鲜够用了。当然,目前市面上有的飞控还包括:APM、Pixhawk、FF、玉兔等品牌
3、电调篇
(1)为什么需要电调?
电调的作用就是将飞控板的控制信号,转变为电流的大小,以控制电机的转速。
因为电机的电流是很大的,通常每个电机正常工作时,平均有3a左右的电流,如果没有电调的存在,飞控板根本无法承受这样大的电流(另外也没驱动无刷电机的功能)。
同时电调在四轴当中还充当了电压变化器的作用,将11.1v的电压变为5v为飞控板和遥控器供电。
(2)买多大的电调?
电调都会标上多少A,如20a,40a 这个数字就是电调能够提供的电流。大电流的电调可以兼容用在小电流的地方。小电流电调不能超标使用。
根据我简单测试,常见新西达2212加1045浆最大电机电流有可能达到了5a,为了保险起见,建议这样配置用30a 或 40a电调(大家用20a电调的也多),说买大一点,以后还可以用到其他地方去。
(3)四轴专用电调是什么意思?
因为四轴飞行要求,电调快速响应,而电调有快速响应和慢速响应的区别,所以四轴需要快速响应的电调。
其实大多数常见电调是可以编程的,能通过编程来设置响应速度。所以其实并没有什么专用一说。
(4)电调编程什么意思?
首先要说明电调是有很多功能模式的,选择这个功能就是对电调编程。
编程的途径可以直接将电调连接至遥控接收机的油门输出通道(通常是3通道),按说明书,在遥控器上通过搬动摇杆进行设置,这个方法比较麻烦,但节约。另外,还可以通过厂家的编程卡来进行设置(需要单独购买),方法简单,无需接遥控器。
为了保险,一定要将购买的电调设置一致,否则难以控制。如:电调的启动模式不一样,那么有些都转很快了,有些还很慢,这就有问题了。
注:通过遥控器进行设置电调,一定要接上电机,因为说明书上说的“滴滴”类的声音,是通过电机发出来的。我开始就是因为没有接电机,还疑惑怎么没声音,以为坏了。
4、无刷电机与螺旋桨篇
电机分为有刷电机和无刷电机,不要买错了,无刷是四轴的主流。它力气大,耐用。
(1)电机的型号含义?
经常看人说什么2212电机,2018电机等等,到底是什么意思呢?这其实电机的尺寸。
不管什么牌子的电机,具体都要对应4位这类数字,其中前面2位是电机转子的直径,后面2位是电机转子的高度。注意,不是外壳哦。
简单来说,前面2位越大,电机越肥,后面2位越大,电机越高。 又高又大的电机,功率就更大,适合做大四轴。 通常2212电机是最常见的配置了。
(2)什么是电机kv值?
每个无刷电机都会标准多少kv值,这个kv是外加1v电压对应的每分钟空转转速,例如:1000kv电机,外加1v电压,电机空转时每分钟转1000转,外加2v电压,电机空转就2000转了。
(3)桨的型号含义?
同电机类似,桨也有啥1045,7040这些4位数字,前面2位代表桨的直径(单位:英寸 1英寸=254毫米)后面2位是桨的角度。
(4)什么是正反桨,为什么需要它?
四轴飞行为了抵消螺旋桨的自旋,相隔的桨旋转方向是不一样的,所以需要正反桨。正反桨的风都向下吹。适合顺时针旋转的叫正浆、适合逆时针旋转的是反浆。安装的时候,一定记得无论正反桨,有字的一面是向上的(桨叶圆润的一面要和电机旋转方向一致)。
5、电机与螺旋桨的搭配
这是非常复杂的问题,我自己也在研究当中,所以建议采用大家常见的配置吧,但原理这里可以阐述一下。
螺旋桨越大,升力就越大,但对应需要更大的力量来驱动;
螺旋桨转速越高,升力越大;
电机的kv越小,转动力量就越大;
综上所述,大螺旋桨就需要用低kv电机,小螺旋桨就需要高kv电机(因为需要用转速来弥补升力不足)
如果高kv带大桨,力量不够,那么就很困难,实际还是低速运转,电机和电调很容易烧掉。
如果低kv带小桨,完全没有问题,但升力不够,可能造成无法起飞。
例如:常用1000kv电机,配10寸左右的桨。
6、电池和充电器篇
(1)为什么要选锂电池?
同样电池容量锂电最轻,起飞效率最高。
(2)电池的多少mah时什么意思?
表示电池容量,如1000mah电池,如果以1000ma放电,可持续放电1小时。如果以500mh放电,可以持续放电2小时。
(3)电池后面的2s,3s,4s什么意思?
代表锂电池的节数,锂电池1节标准电压为3.7v,那么2s电池,就是代表有2个3.7v电池在里面,电压为7.4v。电池后面多少c是什么意思?
代表电池放电能力,这是普通锂电池和动力锂电池最重要区别,动力锂电池需要很大电流放电,这个放电能力就是C来表示的。如1000mah电池 标准为5c,那么用5x1000mah,得出电池可以以5000mah的电流强度放电。
这很重要,如果用低c的电池,大电流放电,电池会迅速损坏,甚至自燃。
(4)多少c快充是什么意思?
这个与上面的c一样,只是将放电变成了充电,如1000mah电池,2c快充,就代表可以用2000ma的电流来充电。所以千万不要图快冒然用大电流,超过规定参数充电,电池很容易损坏。
(5)怎么配电池?
这与选择的电机、螺旋桨,想要的飞行时间相关。
容量越大,c越高,s越多,电池越重;
基本原理是用大桨,因为整体搭配下来功率高,自身升力大,为了保证可玩时间,可选高容量,高c,3s以上电池。最低建议1500mah,20c,3s。
小四轴,因为自身升力有限,整体功率也不高,就可以考虑小容量,小c,3s以下电池。(没玩过,不做建议)
(6)平衡充电什么意思
如3s电池,内部是3个锂电池,因为制造工艺原因,没办法保证每个电池完全一致,充电放电特性都有差异,电池串联的情况下,就容易照常某些放电过度或充电过度,充电不饱满等,所以解决办法是分别对内部单节电池充电。动力锂电都有2组线,1组是输出线(2根),1组是单节锂电引出线(与s数有关),充电时按说明书,都插入充电器内,就可以进行平衡充电了。
7、机架篇
(1)机架的轴长短有没有规定?
理论上讲,只要4个螺旋桨不打架就可以了,但要考虑到,螺旋桨之间因为旋转产生的乱流互相影响,建议还是不要太近,否则影响效率。 这也是为什么四轴用2叶螺旋桨比用3叶螺旋桨多的原因之一(3叶的还有个缺点,平衡不好做)

【实战调试】
安装好四轴以后是需要做一些准备工作的,这里以我用过的kk飞控为例
一、Kk飞控的连接
飞控解锁
飞控接上电不是马上可以起飞的,这是安全设计,所以需要解锁。(飞控设置略,很多攻略了)
通上电,飞控板上的灯是不亮的,只有电调发出的滴滴声,将油门打到最低(注意油门方向,需要实现确定是设置的向上为最低,还是向下为最低),然后方向舵向右板到底,飞控板的灯就会亮,电调也不会再继续发声,说明准备好起飞了。
二、螺旋桨的安装
调试完毕,最后安装螺旋桨,安装好后,第一件事是拿手上,轻加油门,看看是否风都往下吹,电机的旋转是否是正转和反转间隔的。如果剧烈抖动,并且升力很小,就应该是正反浆没有安装对。交换一下。 如果旋转方向不是间隔的,就需要将电调和电机的连接线1和3,交换一下,进行旋转方向校正。 次序为,先方向,后螺旋桨。
三、注意电池过放
电调是可以设置电池低压保护的,但尽量不要等电调保护的时候才充电,这样可以延长使用寿命。
四、怎么知道是否能正常起飞?
一切准备完毕,怎么知道是否可以试飞了呢,我个人建议为了避免匆忙上马,秒炸。先拿手上试飞比较好,但要注意离身体距离。
拿手上通电,加油门,如果一切正常,四轴是不会大幅度的晃动的,而是比较平稳。还可以故意左右晃动一下,会感觉到四轴保持平衡的反力量,只要达到这个效果,就基本达到了试飞的条件。kk飞控我复位了好几次,只要没有意外,是基本都能成功的。
试飞场地建议选草坪,这样的不容易摔坏。
file:///D:\DOCUME~1\GUOCHA~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps94.tmp.jpg                                                                                                   

                                                                                                




                                                                                                   
                                                                                                         
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张荣 发表于 2015-9-17 15:54:35

我是新手

missyou 发表于 2015-9-18 23:38:00

cc3d 设置好麻烦 。 建议飞控装在中间顶部放电池 就免除开孔了沉金版 开孔不小心可能会破坏电路板,这种架子的顶板设计就是放电池的 有魔术贴孔位 。这样省事 我装的时候是吧pix装中间了。

武杰 发表于 2015-9-22 13:42:00

写的不错
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