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DIY 四轴飞行器如何入门?

 dwlinux_gs 2014-09-12

四轴有很多种做法,不知楼主要做哪一种,我发一下我知道的两种吧

大四轴,无刷电机+电调+飞控板(各种Geek长玩的,买硬件,调参数和算法)

大四轴是最烧钱的了,入手一套大概1000~2000元。我们是DIY,各种零件当然要自己买了,不怕折腾,我们按照如下配置搭建一套大四轴:大四轴是最烧钱的了,入手一套大概1000~2000元。我们是DIY,各种零件当然要自己买了,不怕折腾,我们按照如下配置搭建一套大四轴:

  • 格氏11.1V2200mA25C锂电 128
  • B6充电器 160
  • 郎宇A2212电机 62×4
  • 螺旋桨8个 40 (需要4个正浆,4个反浆,万一坏了呢剩下备用)
  • 天行者20A电调 48×4
  • 四轴机架 88
  • 飞控板 100 (KK/MWC/ MultiWii等等总要玩个开源飞控吧?否则光调参数你都不好意思说出口)
  • 天地飞6遥控器 200(6通道 遥控器)

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。

算一下总价:128+160+62*4+48*4+88+200+100=1156

我们把四轴组装起来(会简单的电路焊接就可以了)就可以连接上位机通过电脑调试参数了。

这个界面简直狂拽酷霸吊炸天啊!!

调试主要是PID参数,一般买的飞控简单调调就可以试飞了.

日后还可以加GPS神马的玩些高端的定点飞行!

大四轴一定要有一个安全的调试环境,东西要装牢靠,周围不要有行人。还有就是!一旦发生问题千万不要用手去抓四轴!!!!这个是看到我QQ空间上一个好友调四轴受伤的手:

看到有些人调四轴都带护目镜保护眼睛以防螺旋桨断了射出去!!!高速旋转的螺旋桨就像子弹一样,不要以为是玩就没有安全隐患了,绝不要掉以轻心!看到有些人调四轴都带护目镜保护眼睛以防螺旋桨断了射出去!!!高速旋转的螺旋桨就像子弹一样,不要以为是玩就没有安全隐患了,绝不要掉以轻心!

作为屌丝学生党,大四轴我暂时是玩不起的。于是我就想别的办法,反正都是四轴,小的是不是便宜些又安全些?

小四轴不仅没有电调,连机架都剩了,电机装在电路板上:

没有大四轴飞起来霸气,不能载重。但小四轴有个优点就是想飞就飞,一不受空间限制,二不容易伤人。即使你用手抓螺旋桨,那感觉基本也就是挠痒痒。

小四轴的配置和价格:

  • 716空心杯电机 40 (10*4)
  • 20C 3.7v 锂电池 15 (与手机电池区别在放电量上)
  • 一大堆电子器件 50
  • PCB电路板制作 100
  • 蓝牙模块 30
遥控器用安卓手机 不花钱

计算下 40+15+ 50+100+30 = 245 元,相比较大四轴的1156来说少了太多

小四轴的优点:

  1. 价格便宜
  2. 从口袋里掏出来就能飞

  3. 自己设计飞控电路板
  4. 自己移植编写开源单片机程序
  5. 手机遥控 连遥控器都省了

小四轴价格便宜,飞行灵活,还能体会到完整的DIY乐趣。

下面是我自己 DIY的四轴飞行器(飞控,PC上位机,手机遥控,摇杆):

我的四轴有个小机架(碳杆+空心杯电机+减速齿轮) 也不贵,几十块钱

安卓手机遥控:

电脑的地面站,可以看姿态(C++写的)电脑的地面站,可以看姿态(C++写的)

飞行视频:飞行视频:

自制四轴飞行器 http://v.youku.com/v_show/id_XNzAyNzU1MDEy 上位机的视频:

四轴姿态显示 http://v.youku.com/v_show/id_XNzAyNzc3MTMy

现在看到越来越多的人都开始玩小四轴了,我的四轴就是根据论坛的开源四轴一步步制作的。

分享几个开源四轴的资料:

国外的:

国内的:

我的博客:四轴文章列表 从零做四轴飞行器

回答越写越长,不知不觉写了俩小时,最后希望楼主早日DIY出自己的四轴飞行器!

【苏方舟的回答(7票)】:

我以前是用分立元件自己搭的,算法和上位机也都是全自己开发的

现在都是买现成的模块自己组装啊,开发的难度小了很多的。

入门什么的真不难,多泡泡论坛……

四轴大概是在08年的时候兴起的,51mix,阿莫神马的那几年的帖子很多关于四轴的。

要是你只是想了解一下,或者并不想花太多时间,那就买现成的模块自己组装就行了,上位机,PID模型都是现成的,都不用自己搭。

要是你想深入了解一下,可以尝试从底层开始完全自己开发,做好持久战的准备了……

四轴就几个模块——

惯性导航,电机控制,PID控制,无线控制

惯性导航就是9轴模块,三轴加速度,三轴陀螺仪,三轴磁阻。

电机控制,现在比较常见的是无刷电机。无刷电机的控制其实就是一个简单的三相逆变桥。

PID控制,四轴的PID说实话调试起来不算麻烦,PID多尝试一下就可以了。

无线控制,这个方案就更多了,你当然可以买航模专用的遥控器和接收器,不过那玩意儿就已经很贵了……我不太建议你一开始就买这个。一开始其实可以都不要遥控器,编程想办法让飞行器飞起来稳住就好了。控制的话,简单的可以用CC1101无线模块,距离近了点,不过也够用了。

专业遥控器这东西可以等你的飞机飞起来再说。

主控的话,现在STM32F407的方案很多,不过四轴的控制更新率要求不高,50Hz都足够,200Hz算是比较常见的,一个算法周期是毫秒级别的,就算是STM32F103也完全可以胜任。当然要是你想在上面加一些其他功能,我建议还是用F407。

最后,推荐两本书吧。

关于四轴,据我所知没有什么系统的教材介绍这个,我就介绍一下我当时看的两本书

《惯性导航》秦永元

这本书是惯性导航算法的基础。最为基本的惯性导航算法都在这里面有介绍。不过难度较高,里面相当一部分算法看看就好,不必要较真。掌握姿态解算的基本概念,剩下的结合自己的理解手动编程就好。

《3D数学基础:图形与游戏开发》

没错,这本书其实是讲游戏开发的……

不过惯性导航,其实就是那三个传感器的坐标轴不断转换,飞行器不断旋转的过程。在这之中,四元数算法是使用的最多的一种算法,而这本书对四元数有非常详尽的讲解和实例。不管是游戏还是飞行器,最基本的数学知识都是一样的~

这本书相对来说比较简单,很快就能看完。

PID,卡尔曼神马的,大学教材里到处都是,就不多说了。

祝你好运~

【知乎用户的回答(3票)】:

可以看一个开源的四轴飞行器控制系统 MultiWii。

arduino + wii传感器,现在支持多种传感器。

官网地址:MultiWii

开源项目:https://code.google.com/p/multiwii/

【airbunny的回答(1票)】:

这个要看你希望diy到什么程度了。

如果只是希望玩玩而已,不太希望弄清楚原理,那么用CAD软件(推荐draftsight,功能和常用的autocad几乎完全一样而且是免费的)画一个机身架子就好。电机的话买四个一样的外转子无刷电机和配套的正反桨就好了。飞控可以买一个成品,比如DJI或者ZeroTech的。价格很便宜。其他零件如起落架、电机支座、固定用的零件都有很便宜的成品。按照对应的规格买来搭配就好。调速器、遥控器和电池同理。但需要注意重量。飞行器的重量不要超过四个电机总拉力的2/3,最好不要到1/2。总之,这样的设计网络上有很多,多翻翻有很多参考。

如果希望研究一下飞控的话,入门可以买一个KK的飞控开发板(使用AVR做处理器,淘宝上价格大约100元)。这个东西是开源的。除了电路以外还有很多别的人写的例子程序,可以参考一下。如果有一定的电子系统和控制系统的开发能力,也可以自己试着搭建一个飞控系统出来。对于比较小的四轴飞行器,ARM7级别的处理器和ADI的集成惯导原件做一个很棒的飞控已经富富有余了。不过,如果做飞控的话,最好使用比较成熟的机体系统,免得给自己找麻烦。参考书的话,找一些飞行力学的书参考一下就好了。四轴飞行器的飞控比直升机的要好做很多。做到依赖惯性器件定点悬停不是特别难。

如果希望做大型机体(比如较大的航拍机)、长航时四轴的话,精力就应该集中在如何提高动力系统的效率上。很多玩具级别的四轴,搭配的电机效率低,配上不很合适的旋翼动力系统的效率就更低了。一般玩具级别的四轴动力系统力效大约6g/w。但是一些专业水平的飞行器能把动力系统的效率提高到18g/w。差别可想而知。电机和旋翼的搭配、旋翼的设计都非常有讲究。如果有可能的话,甚至可以自己设计效率更高的电机驱动器(调速器)。另外,电池管理系统也是个不错的切入点。

如果希望做特殊构型机体,比如特技四轴和使用单发驱动多旋翼的四轴……那么只能说请发挥自己的想象力和祝你好运了!

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