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超低成本自制四轴飞行器,实现你的航拍梦

2015-6-25 12:46| 发布者: Bluesky| 查看: 38194| 评论: 6|原作者: Bluesky

摘要: 机身只要花40美元和一个周末就搞定。 四轴飞行器主要分成两种:「+」型交叉和「×」型交叉。我们选择「×」交叉,让摄相机前方的视野不受干扰。 我们将会一一介绍如何制作机身、安装飞控系统ArduPil ...

机身只要花40元和一个周末就搞定。


1.jpg

四轴飞行器主要分成两种:「+」型交叉和「×」型交叉。我们选择「×」交叉,让摄相机前方的视野不受干扰。

2.png


我们将会一一介绍如何制作机身安装飞控系统ArduPilot,让飞行器能够自动飞行。安装好之后,就能预先设定好路径,控制飞行器飞到一系列坐标,为你拍摄航拍照片。

线路图

3.png
线路图提供者Sam Freeman;绘制者Rob Nance


battery 电池
battery monitor 电池监控器
antenna 天线
receive 接收器
fight controller 飞行控制器
gimbal controller 摄相机云台
gimbal motor 云台马达
GPS
Power hub 集线器
电子速度控制器(ESC)
Motor 马达




材料

锂聚电池,2200mAh(3S 20C)
云台马达,iPower 2208-80(2)
电池监控器,APM电源模组及XT60接头
M/M伺服导线,10cm(5)
HD摄影机,GoPro Hero3 白色基本版
云台控制器,iFlight V3.0
飞行控制器,3D Robotics ArduPilot Mega 2.6
无刷外转马达,850kV,AC2830(4)
螺旋桨,Turnigy 9047R SF(2)
遥控讯号接收器(频道五个以上)
遥控讯号发射器(频道五个以上)
GPS模组,3D Robotics LEA-6H,
螺旋桨,Turnigy 9047L SF(2)
电子调速器(ESC)(2)
魔鬼毡束带,½"×8"(2)
魔鬼毡束带,¾"×18"
泡绵防水胶条,3/8"×12"
双面胶,1"×5'
绝缘电线,12AWG,12"红色(1),12"黑色(1)
PC板,Lexan 0.093"×8"×10"
电线接头绝缘胶
束线带,4"(100条包装)
PVC软管,1¼" 至1¼"
铜渐缩管,1" 至 ½"
铝棒,1/8"×¾"×36"
螺丝密封胶
平垫圈,M3,(4)
六角螺帽,M3(8)
平头螺丝,M3×25mm(4)
平头螺丝,M3×20mm(12)
平头机械螺丝,M3×6mm(8)
方木钉,½"×36"(2)
C型管夹,1½"(4)


工具

电脑,连接印表机
直尺
塑胶雕刻刀
钻头:1/8", 3/16", ¼", 5/16", 3/8"
木锯
十字头螺丝起子:#1和#2
钳子
剪线钳/剥线器
弓形锯
烙铁和焊锡
剪刀
铅笔
锉刀
笔型美工刀


步骤一:打造机身

4.jpg
四轴飞行器的中心枢纽由两块PC板所组成。在这裡下载裁剪和钻孔的模板,照原尺寸输出,暂时黏贴在PC板上。先以塑胶雕刻刀划出刻痕,再以1/8"钻头钻孔。


步骤二:切割支架并钻孔
5.JPG

锯好四个10"–11"方型木榫支架。支臂愈短,飞行器愈敏捷,但支臂愈长,飞行器愈稳定。各钻两个3mm的小孔,一个距离尾端6mm,另一个距离尾端26mm。


步骤三:组装机身
6.JPG
用螺丝把支臂固定在PC板上。用M3×25mm螺丝琐住内孔,M3×20mm螺丝琐住外孔。支臂用螺丝固定好以后,外观看起来也不错的话,「只要在外孔螺丝」涂上螺丝密封胶,套上并栓紧螺帽;内孔螺丝则轻轻套上螺帽,还不用拴紧。


步骤四:连接动力核心
7.JPG
动力核心包括六个零件:四个电子速度控制器、电源模块和摄影机稳定器控制板。首先,分离XT60公连接座和APM电源模块线。每条红色和黑色电线大约都要剥除¼"绝缘外皮,剥线的尾端镀锡。从铜渐缩管两端各锯下⅜"的环圈,锉平凹凸不平的边缘,六条红色电线的正端子焊在内环,相应的六个黑色负端子连接外环,以泡绵防水胶条包裹内环,以外环套住。最后,整个中心涂上绝缘胶。


连接马达和电子速度控制器,可说是令人烦闷的工作,直接购买配电盘会很省事,却会佔空间和徒增重量。我偏好自製配电盘,只要利用渐缩铜管的两个环圈即可完成,看起来也很精间和整齐。

步骤五:马达底座钻孔
8.JPG

这里教你如何用一般的C型管夹轻松自制起落架。你也可以买便宜的组合式起落架/马达底座,以间化制作流程。对组合式降落装置有兴趣的话,请上flitetest.com参考我们的产品。


若你打算
自制降落支架,你将需要把马达直接安装在支架上。首先要在每根支架做记号,并钻好不明显的盲孔,好让马达转轴可以自由旋转。使用5/16"钻头是很好的选择。

步骤六:安装马达
9.JPG

裁切马达的支架,用两个M3×20mm螺丝将马达和马达支架固定在四旋翼支架的尾端。你必须琐紧每个螺丝,并确保马达轴可以自由旋转,若无法自由旋转,再度检查四旋翼支架的凹槽,最后以锉刀磨平马达支架的边缘。


步骤七:加上起落架
10.JPG

将动力核心滑入两片透明板之间,再将电子变速器的电源线缠绕在四条支架上。若马达和电子变速器的製造商相同,很可能会有预先安装好的「子弹」接头,这时候直接把马达导线插入变速器导线,多馀的电线盘绕在支架底下。你也可以把电线直接焊在电子变速器控制板上以间化结构。固定好马达导线和电子变速器导线,再以束线带綑好支架底下多馀的电线。
用剪线钳将四个C型夹剪成对半,J型底座搁置一旁,以锉刀磨平切割面,接著在安装孔两侧磨出两个小凹槽,把这个底座安装在每条支架的尾端,亦即马达机架内侧,束线带则绕过刚刚磨好的凹槽。


步骤八:安装防震座
11.JPG

移除PVC软管的水管扣环,留待其他专题使用。利用笔式美工刀,从橡胶软管切下两个3/4"的塑胶环,对好机身突出来的内孔螺丝,以拇趾用力挤压,形成两个凹痕,再以⅛"钻头在凹痕钻洞,但不要钻过另一面。以M3平垫圈和螺帽把塑胶环琐在机身上,调整好鬆紧度后,就用螺丝密封胶固定住。


从软管上裁切两个防震座,之后会用来安装云台和电池座,以免摄影机受到螺旋浆震动而受影响。顺便在上方腾出一点空间,来安装云台控制器。


步骤九:安装摄相机和电池座
12.JPG

万象支架和电池支架主要由三组间单的L型支架便可组装而成,我将他们称为支架、翻滚轴和俯仰轴支架。


把铝棒(1/8"×¾"×36")锯成两根18"铝条,再把其中一根锯成9"的铝条,总共会拿到三根铝条。每一根铝条都折成直角,可利用有斜边的木块或铝块,把弯曲的半径增加到⅜"(居烈弯曲可能带给铝条过多压力,进而有损铝条的支撑力)。铝条弯曲好以后,把每个支架割成洋板大小。


将支架放在正确的安装位置上,并在X轴与Y 轴支架上较短的那一端,划记并在正中央钻出3个半径1/8" 的孔。在两个支架上,外侧的小孔应该要距离支架尾端3mm远,而两个小孔之间的距离则应为9.5mm。最后,使用阶梯钻头将中间孔扩成2" 大,以便马达轴保有转动空间。


用两个M3×6mm的螺丝将云台马达的底部固定在支架上,再用另外两个螺丝将马达顶端固定到翻滚轴支架的长边上。
将第二个马达的底部接翻滚轴支架的另一端上,而马达的顶端则依照同洋的方式接到俯仰轴支架上。


步骤十:安装摄影机和电池
13.JPG

我设计的这台四旋翼可以这当地平衡3S 2,200mAh锂电池和GoPro Hero3白色款的重量。若你使用其他设备,请确保你的CG(重心)维持在机身中央。以下示范如何使其达到平衡。


小提示:虽然GoPro 这款相机相当耐摔,但你或许也会想制作一台具有相同重量与大小的「假」相机,在首次与后续几次试飞时可以先装在机上。


若要让云台马达运转平顺,相机必须要在两轴上达成平衡。将双面胶带的其中一侧先黏在自己的衬衫上以减弱其黏性。将胶带另一面贴在俯仰支架上,再把你的GoPro固定在黏性较弱的那一侧, 慢慢找出平衡只需使用两支螺丝便可将马达固定在支架上,裁切马达支架以减轻重量。可用厚橡胶软管来製作两组防震装置,也可以做出方向控制器支架与电池支架,以防止相机受螺旋浆震动影响,并且预留可安装方向控制板的空间。


将骨架反过来放,让摄影机、支架与电池在骨架底部的防震装置中央点取得平衡。将组装的装置沿骨架前后调整位置,直到整台四旋翼装置可在你的两指间取得平衡点,且平衡点也位于任两端的中心。


找到重心之后,将两组束线带以交叉的方式将支架邦在防震装置上。在电池底部黏上魔鬼毡胶带,再将电池固定在支架上。你也可以在支架和电池上添加魔鬼毡胶带以提供额外的固定效果。


步骤十一:架设航空电子设备
14.JPG

先将飞行控制板、接收器和其他模组排列好之后,再安装到机身上。找出你满意的摆放方式之后, 用双面胶带将所有零件固定到机身上。这裡可以下载详细的配线图。


进行飞行控制器的安装, 这次我使用3DRobotics 所推出内含加速度计的ArduPilot Mega( APM )2.6, 其有特定的正确安装方向。请将APM盒上的箭头对齐四旋翼的正前方,再以双面胶带将其固定。


安装GPS/ 逻盘模组时, 需对齐骨架底部的延伸线,同时模组上的箭头也必须对准前方。同洋用双面胶固定住,再把线接到APM的「GPS 」接头。


从右前方开始,依顺时针方向(由上往下看)将ESC线接到APM的1、4、2和3号接头上。
将接收器沿著APM安装,并用双面胶固定,再将其1至5频道接到APM上的相对应输入孔。


步骤十二:安装云台控制器
15.JPG

云台控制器包含两块电路板:较大的控制板和较小的IMU传感器,也就是在安装防震装置时所预留的空间里。


用泡棉胶带覆盖支架的表面,以防焊点与裸露的铝发生短路,接着将控制板以束线带固定于其上。IMU能侦测相机方向,但需要安装在同一架飞机上才行。用双面胶将它安装于俯仰轴支架的底部,接著把线接回控制板上。将云台马达的3条线接至控制板的接头上。用束线带固定每条线,预留一部分电线让云台马达可自由旋转。


步骤十三:安装软件
16.png
飞行控制板、ESC和方向控制器都需在起飞前先进行校准与设定,可依照装置上随附的说明书或线上说明的步骤来进行,这篇文章下方也会附上详细教学步骤的连结。


步骤十四:加上螺旋浆
17.JPG

在安装螺旋浆之前,可在马达转轴贴一些遮蔽胶带,以方便观察它们旋转的方向。从上方往下看,马达3与马达4应该以顺时钟旋转,而马达1与马达2则是以逆时钟旋转。(惨照第34页的〈无人飞机解剖图〉)如果其中一个马达方向错置,只要将其连接至ESC的3条线中的2条互换即可。


警告:如果你需要使其中一颗马达反转,只要将马达的控制线对调即可,而不是改变ESC 的线。千万不要将ESC 的电线反接!


对稳定飞行而言,最重要的便是螺旋浆需要平衡!有一些间单的小方法,但最间单的莫过于打磨每片螺旋浆上较厚的部分,直到螺旋浆与水平轴达成平衡为止(只磨平整面,不要动到前缘或尾缘)。


一旦螺旋浆取得平衡之后,将它们装到马达转轴上并琐紧螺丝。你会用到两个传统的「拖曳式」螺旋浆和两个反向的「推进式」螺旋浆。马达1与马达2使用拖曳式螺旋浆,马达3与4则使用推进式螺旋浆(若你并非使用APM飞行控制器,你的螺旋浆配置可能会有所不同)。待配置完毕后,在各个马达支架上划记其编号和转动方向以利参考。


确定螺旋浆达到平衡,所有零件都安装牢固,且没有任何螺旋浆、陀螺仪或控制器反装。检查你所有的无线电修改设定皆已归零(若你需要修改,请透过APM进行,不要在无线电上进行修改),请等到无风的时候再进行首航测试。

结论
请不要期待你的四旋翼可以在第一次飞行时就飞得很完美。很可能需要再几次微调与修正之后才能让它飞得漂亮。若你之前没有玩过四旋翼,请务必记得温柔地操作控制器,因为大部分的初学者都容易过度转向。最刚开始的目标应该是先让它能在离地24" 处盘旋1到2秒,然后立即降落。当你对于这件事非常熟悉之后, 试试看让它起飞, 再从有「地面效应」的区域上方(3' 至4' )轻轻地降落。之后再慢慢尝试飞得更久,升得更高。


你或许也会摔机几次,尤其这还是你首次接触多轴飞行器的话。就请你保持正向思考且专心,并试著在每次飞行中汲取经验。一路从摔机、得到教训与修理来提升你的技巧,而你的机器也是个有趣且富有挑战性的嗜好。

飞行电子装置的详细安装步骤链接



转自: www.makezine.com.tw   



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会员评论

  • 引用 ggg 2015-7-3 13:45
    先收下了,赞一下!
  • 引用 tk8 2015-7-3 21:36
    收下了,赞一下
  • 引用 Lemonsky 2015-7-9 17:33
    收藏了,在哪里可以看到收藏啊?
  • 引用 耶律休哥 2015-7-10 19:54
    看到最后也没有看懂啊,图太少,后面的资源链接是英文。你是海龟吗??太不了解国情了
  • 引用 cbsz 2015-7-16 15:22
    学习学习,,,
  • 引用 cav110 2015-8-4 11:53
    真的好详细,初学者的福音,多谢LZ

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