DIY四轴飞行器制作过程

本人是航模菜鸟，大概是去年11月份，迷上了四轴飞行器，经常上MK的网站看飞行录相，四轴飞行起来稳定性真好，简直是酷毙了。最终没能抵制住诱惑，冲动之下决定自已也做个来玩玩。从网上收集资料，一切从0起步。经历了几个月的走走停停，现在已陆续完成了无刷电调、四轴机架、遥控器多通道改造、IMU模块、飞控板设计制作。现小有成果，公布出来和大家交流交流，以资进步
    由于水平所限，本人只熟悉和使用51架构的MCU，系统的所有模块都是架构在C8051F的基础上。但四轴所涉及的原理、控制理论都是一样的原理，希望各位同好网友不吝赐教，多多指导，谢谢!!!
1.从旧货摊买的两个硬盘

2.费了九牛二虎之力，最后改造一个拆手机用的起子，搞定


下面接着来。机架打算用现有的电直尾管和管座配上硬盘片构成，电机用新西达2212 KV930，两正两反的桨用口碑不错的德国EPP1045 。
3.固定电直尾管的座子，好贵呀.

4.和到手的电机、尾管合张照

5.外加工的4个电机安装座

6.机体主要部分完成

7.加工机架的得力工具，桌面微型台钻

8.EPP1045

9.一正一反

为提高发帖效率，制作过程从略，一切用图片说话
10.和市场上3块钱一个的正桨对比

11.用电机原配的桨保护器固定两叶桨

12.焊上香蕉头，感觉重量不小，拆除前留个影

13.电机安装固定方式

14.机架整体结构

15.平视角度，很有型吧

16.整机完成效果图

好了，机架完成了。接下来是遥控器的改造时间 ， 买了个又便宜又大块的FT06-C， 准备先把6通改到8通，增加两个比例通道，并且配上LCD液晶屏，用来显示控的相关参数。控的高频头还留用，PPM编码板整个换掉它。
17.准备拿来折腾的天地飞6C控

18.FT06-C内部结构

19.在这个位置加个LCD屏


20.打回来的样板，这样做省￥￥


21.为裁板专门买的勾刀

22.花了一个多小时时间，搞定!

23.拆掉FT06-C控的原装PPM板

24.比下位置，很正点


25.FT06-C的这个位置，刚好能放进一个5110屏

26.液晶屏的PCB板

27.预期效果

28.PPM控制板焊接完工

29.看背面。底部电源走线，被工厂做板时移错了位置

30.新到手的5110LCD屏

31.布线时未注意，搞反了液晶的方向

32.液晶屏点亮成功

33.效果怎样

34.安装右边电位器

35.右边

36.安装左边电位器

37.左边

38.液晶、电位器的连线

39.增加的两个电位器

40.旋钮安装好的样子

41.增加的电位器旋钮高度

42.工程模式，校准摇杆中立点

43.工作时，显示前6个通道的PPM有效值

44.从接收机输出测得的8通道PPM波形

再来个控的最新图片，通道数到目前为止还是够用就好，没去动它。根据PPM的信号格式，最多是可以做到12个通道的，一般的应用也不需要这么多，等确定需要的时候，再说吧，控的改造先到这里了。
46.控的最新效果

这里再来一段小插曲，活跃下气氛 。前面发的机架，在制作过程中没有详细拍下图片，现在补上 ，发个我制作的第二套机架的详细图片，让大家看得更爽一点。01.买到两块旧硬盘
材料基本都是采用现成的电直配件，电机的固定座得另外加工，这是在机加工店铺做回来的铝圆片，直径35mm 厚度2.5mm。只钻了电机固定的孔，要想固定到尾管上还得自已加工一下，钻出尾管夹的螺丝孔来。这些工作要靠我的得力助手-------桌面微型台钻来完成了:05.外加工的电机固定片，自已加工尾管夹螺丝孔06.把机架上已加工好的拆下来，做模本 07.在一面贴上强力双面胶 08.和待加工的圆片重叠在一起09.保证完全重合10.钻出5.0mm的孔11.再用6.2mm的钻头做一下孔的沉头效果，去除孔边缘的棱角12.电机穿线孔完成13.开始钻尾管夹螺丝孔14.全部完成15.背面好了，电机固定片做完。下面该加工硬盘片了，用已做好的机架上硬盘片做模具，把盘片用双面胶粘在一起尽量重合，然后用台钻开螺孔。这次买硬盘时没注意，买到了传说中的IBM玻璃盘 ，表面看起来和铝盘片一样，钻孔时才发现不对劲，压下钻头时居然钻不下去，一使劲，盘片碎了，拿起来一看：玻璃盘 ，My god!!!16.加工硬盘片时，出现了意外。竟然买到了传说中的IBM玻璃盘

17.碎掉一大块。算了.

放一边 18.早上刚到的电直配件 19.电机固定座安装完成的样子 20.旁边的是450电直脚架 21.电机固定座正面 22.近点看看 23.觉得不过瘾的话，再来个侧面 24.背面尾管夹的固定情况 25.换个角度26.用另一机架上的硬盘片装上，看看效果先 27.用原机架的硬盘片把新机架装起来，看下效果先28.四轴的“机头”2930.31.仰视32.俯视。整体工作已完成，现在只差硬盘片了 没办法还得去一次电子市场。又买回两块旧硬盘，不管三七二十一赶快拆开看看，松了口气，这回是铝盘片。33.中午火速赶到华强北，买回3个硬盘34.几乎8、9成新，看成色还能用，都是40G 35.不管三七二十一，拆开看看再说36.都是单体盘片的37.盘片拆出来了，这回的是铝盘 38.做废的IBM玻璃盘 39.开工40.贴上双面胶41.把盘片重叠放好42.再放第二张盘片 43.加工好的成品 44.钻孔边缘都做了沉头处理
45.尾管按长度裁好，开出定位孔

46.组装完成


　新机架完工了，摆几个pose来show show
47.这次买的脚架有点长，看起来很般配而且是银色

48..JPG

49..JPG

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51..JPG

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53.机架翼展610mm，电机轴-轴距580mm左右。

54.看肚皮.JPG

55.JPG

56..JPG

57.太有成就感了^_^

到此为止，新机架制作跑题完毕。
要想用遥控来操控四轴飞行器，接收机还得进行下改造，引出接收机内的PPM综合信号，方便四轴的飞控板进行通道采集。接收机的原通道输出口留着不用。我是把PPM综合信号从第6通道插口上引出的，这样用条舵机延长线插到第6通道上就行了，很方便。/*****************************************************************///
1.6通道接收机 　2.拍图片用的辅助工具 3.接收板正面4.背面，用的 31136G　5.天线输入端的加感线圈(小电感)，可减短天线的长度　6.插针边是6通道PWM的输出隔离电阻，PPM信号在逻辑转换芯片VHC164的1、2两脚7.PPM信号从接收机第6通道引出，把输出隔离电阻焊起来　8.焊接完成。为安全起见烙铁断电焊接 9.换个角度10.拿万用表测已连通　11.跟随我多年的老功臣：4位半DT930F+ 到这里为止，四轴飞行器的机架和遥控相关图片已贴完了，马马虎虎做了一点图片解说。机械结构对各位在座坛友达人来说，很容易看懂，我也就不多费口舌了 。　　眼下四轴飞行器机架和外围相关设备改造已大功告成，接下来到四轴的灵魂部分---飞控+电调了。为什么电调也算是四轴的灵魂部分呢?因为四轴要用的电调，还是有所不同的。各看官稍安勿躁，且听我慢慢道来。　　先说飞控的核心组成和大概原理，四轴飞行器相对于常规航模来说，最最复杂的就是电子部分了。之所以能飞行得很稳定，全拜电子控制部分的功劳。在常规固定翼飞机上，陀螺仪并非常用器件，在相对操控难度大点的直机上，如果不做自动稳定系统，也只是锁尾才用到陀螺仪。四轴飞行器与其不同的地方是必须配备陀螺仪，这是最基本要求，不然无法飞行，更谈不上飞稳了。不但要有，还得是3轴向(X、Y、Z)都得有，这是四轴飞行器的机械结构、动力组成特性决定的。在此基础上再辅以3轴加速度传感器，这6个自由度，就组成了飞行姿态稳定的基本部分，也是关键核心部分---惯性导航模块，简称IMU。飞行中的姿态感测全靠这个IMU了，可见它是整架模型的核心部件。　　再说说电调，四轴飞行器有四个桨(纯属费话:em15: )，两两相对呈十字交叉结构，在桨的转向上分正转和反转，这样可抵消模型自身的旋转。每个桨的直径很小，通常是10寸左右。四个桨转动时的离心力是分散的。不象直机的桨，只有一个能产生集中的离心力形成陀螺性质的惯性离心力，保持机身不容易很快的侧翻掉。所以通常用到的舵机控制信号更新频率很低。四轴为了能够快速反应，以应对姿态变化引起的飘移，需要高反应速度的电调，常规PPM电调的更新速度只有50Hz左右，满足不了这种控制所需要的速度，且PPM电调MCU内置PID稳速控制，能对常规航模提供顺滑的转速变化特性，用在四轴上就不合适了，四轴需要的是快速反应的电机转速变化。用高速专用电调，IIC总线接口传送控制信号，可达到每秒几百上千次的电机转速变化，在四轴飞行时，姿态时刻能够保持稳定。即使受到外力突然冲击，依旧安然无恙。　　我是个行动派+实干派，文字描述能力欠佳，读书时的那点写作文的“天份”，早就还给老师了。还是用图片说话吧，这样来得直接点。　　接下来是IIC高速电调，这个也是自已通过测试、不断完善才制作成功的。以前在另一个帖子有发过，一时找不到了。四轴飞行器的整机重量+3S锂聚电池通常在800g上下，悬停总电流最大不超过12A，分摊到每个电调上也就3～4A电流，考虑到可能出现的机身姿态大动态变化的情况，单个电调能提供25A的峰值电流已足够了。所以我做的电调只用了6个MOS管，测试过整机持续电流20A 工作20分钟，电调工作良好，这样的表现完全够四轴用了。再大的电流没条件测试了，我的直流电源只能提供到20A。　　先贴几张实验时的电调板子图片。* 电调测试板，新西达2212A电机，KV930* 全部使用N-MOS，TO-220封装 * 测试用的15V20A直流电源 下面来真的了 ，打板子做的电调，用上了电调常用的高频电解电容，以前没接触过这些东西，不晓得还有高频电容这回事　　电调板子上有条飞线，是用来测试的，正常使用中需拆除。　　1.电调板焊完正面2.电调板反面3.持续电流可达14A以上4.电调板焊完正面5.电调板反面6.电调PCB，四块一套飞控板也已完工，该上上图片了。飞控板的核心就是IMU惯导模块，先贴IMU的吧。IMU由三轴陀螺仪和三轴加速度计协同组成，是整个飞控板乃至整架模型的核心，有了它才算具备飞行稳定的先天条件。为了飞行性能的提升和提高飞控实现的成功率，陀螺仪选用了MEMS工艺的LISY300AL，300度/秒感测量程，工作电压3V3，和飞控的CPU工作电压一致，用ADC采集陀螺仪的输出信号。加速度计是IIC接口的LIS3LV02DQ，每个感测轴都可设置轴滚动触发功能，用来感测飞行器姿态滚转，在飞行失控时可触发降落伞装置，使飞行器安全着陆。此功能做为备选项，暂放一边不管它，先从最简单的功能做起。限于个人能力，功能不急着搞得太多，以免目标太高对自已失去信心。7.IMU模块PCB尺寸8.IMU模块组装好的样子9.这边是加速计因选型的ST陀螺仪当时市场上没现货，找到一家代货公司直接从ST原厂买进，价格很贵。在抱着无限耐心中等待了漫长的两个星期后，总算是拿到了。10.ST陀螺仪芯片 11.LISY300AL 12.MEMS单轴陀螺仪 13.LGA28封装 14.3轴陀螺仪，模拟轴出 15.3轴加速计，使用IIC接口 全部完工的飞控板。 板上接口共计有4路电调、1路PPM输入、2路UART通信串口，可接数传电台、GPS。另有一路可控的11V输出，用来接高亮LED发光条做夜航灯用。 蜂鸣器做操作必要的提示音用，电池低电时可通过发音提醒操作者需要着陆更换电池了。16. 飞控板完成效果图
飞控板背面。4路电调通信接口，2路UART，1路PWM

　找朋友帮忙做的上位机，调试姿态使用。
18. 3轴陀螺+3轴加速计上位机

19. 飞控使用串口和上位机通信

20. 陀螺、加速计姿态

到此做四轴飞行器的必备之硬件条件、工具等前期工作已全部准备完毕。剩下的就是飞控软件的编写调试了，这注定是个痛苦+辛苦+漫长+繁琐+N次不规则循环的过程，希望千万别是死循环。当然，更期待的是成功一瞬间那种无可名状的激动心情。为了成功，加油了!也请各位在座的坛友，多多支持!多多鼓励!好让我感受到，偶不素一个人在战斗。
前不久对机架和电调的位置进行了调整，把4个电调全放进了硬盘中心架的夹层里去了。以前放在外面是怕调试中万一烧了MOS管，方便更换的。试验了几个月，MOS管安然无恙。放入中心架里会美观很多。　　4个电机的线全部从尾管中穿过安装完成的样子电池挂在中心架下面，用弹力带和魔术贴固定 另加了四个弹性脚架，防止过分摔机传个图上来吧，很多人搞不明白四轴飞行器如何能旋转飞行。要注意的是，4个桨分两组，一组正桨，一组反桨，两组桨出现转速差，那么动平衡就没了，飞行器对外呈现整体旋转力，根据正、反桨的转速不同，实现左旋右旋。前几天傍晚在小区篮球场飞四轴，当时有2级左右的风，在飞第二块电池时没控制好高度，在做了个连续旋转平飞的动作后，四轴被风吹得飘远了，眼看着要撞上楼房了，一时情急乱了手脚，没控制好。四轴撞上房子后从4层楼的高度直接掉下来，摔到了水泥地面上，机架摔损严重。所幸的是飞控板、电调、电机、电池都没受伤。这两天又重新制作了一款更轻的机架，模仿MK的结构。感觉这样简单的才实用，用电直配件做出的机架，看着漂亮，但造价太贵了。摔坏的机架，过两天再看下能否修复。　　02.碳纤四轴飞行器03.别看错了，是两个04.中心架用尼龙螺丝固定05.换个角度06.这里要装电池，螺丝反过来装07.机架的净重08.两个一起的重量　09.新买的XXD2212电机　10.装上电机后的重量　11.新焊的电调板　12.新焊的电调板13.装上电调和飞控板　14.飞控板15.装完了，上电看看效果　16.来个近距离的新机架电路部分彻底完工了，剩下脚架暂时没想到好方法，没有做上去。今晚在室内试飞，看看新机架有无稳定性问题。首飞2分钟后，降落重新标定陀螺仪中立点，再次飞行中，一时大意撞上了凳子，小炸一下，洗衣粉袋子惨遭破皮。　　后在室外进行了Z轴连续旋转平飞测试，效果比之前有大幅进步，摇杆操控手感灵敏，四轴反应动作麻利，抗风能力也有明显提高。悬停表现还不太满意，遥控无操作情况下最长能保持5、6秒不漂移，得继续努力。由于相机SD卡坏掉，无法拍下飞行过程。　　　本人的操作水平略有提高在室内测试偏航感度效果很满意，房间太小，连续快速水平旋转的动作没做测试。新代码里加入了上电无遥控信号告警、飞行中遥控信号丢失时告警、飞机回到水平姿态执行自动降落动作，这个功能需要在室外测试。测试拍的视频用软件编辑后转RM，出来的图象惨不忍睹，试了N种方法和格式，在网上下了好几款视频后期编辑软件，要么不好用，要么转出来的图象一塌糊涂。一直拖到今天，才算弄得象点样子。把我的全金属机架又装起来了，单向碳纤容易裂，编织的太贵，并且没有方形的，还是铝管来得实在！　有刷电机版四旋翼飞行器，用商品飞行器改装实现，飞行稳定，手可以轻松脱控。泡沫的东东，玩起来很有安全感 ，况且还有桨保护圈。有刷电机+减速组，效率相当不错，一块满电的 3S 1500mA 电池可以持续飞行18分钟。放个有刷的出来给大家换换感觉。　　改装完成的有刷电机版四旋翼飞行器

加油

7805直接这么用 不发热烧板？

谢谢分享学习

简直神了，软件硬件精通啊，学习学习，太佩服了

十分了得

森林大大能不能分享下控制代码哈哈哈

请问尾管哪里买的

楼主，你大几的！！！！

楼主，能分享一下代码吗？

学到了学到了

楼主~~这个可以加装航拍吗？

要是配个代码。就相当完美了

有些芯片你是怎么焊接的。感觉呃呃呃呃呃