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项目分享| 单旋翼也能起飞的球型无人机

四旋翼无人机很常见,但只有一个旋翼的圆形无人机创意还不错。无人机只有1个桨叶也能飞起来,而且飞得还很平稳呢~
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  • 作者:Benjamin Prescher

    四旋翼无人机很常见,但只有一个旋翼的圆形无人机创意还不错,感兴趣的小伙伴,可以在下面链接查看更多信息:

    https://makezine.com/projects/single-rotor-ball-drone-mk-ii/

    无人机只有1个桨叶也能飞起来,而且飞得还很平稳呢~

    上面的无人机Ball Drone Project Mk II,与我们常见的多旋翼无人机不同,是一个完整的3D设计和打印的7英寸圆形单旋翼无人机,通过改变不同的气流通道,达到方向控制。

    圆形无人机使用到的材料组件:

    1)3D 打印部件,在thingiverse.com/thing:4635873免费下载 3D 文件。

    2)电子调速器 (ESC),32 位,35A。使用了专为 FPV 无人机竞赛设计的 T-Motor F35A 3-6S BLHeli_32。

    3)无刷电机,2700kV,Racerstar BR2306S。

    4)螺旋桨叶,6 英寸,3 叶片顺时针。

    5)遥控接收器,FlySky FS-A8S。

    6)飞控,兼容 Betaflight,使用Diatone Mamba F405 MK2。

    7)微型伺服电机 4个,Emax ES9051。

    8)LED 灯条(可选),这里使用了一条 WS2812B RGB LED。

    9)锂聚合物电池,1300mAh(3 芯)小巧轻便,使用了带有 XT60 连接器的 Tattu 11.1V电池。

    10)XT60 插座或任何与电池匹配的插座

    11)M3 硬件:10mm 螺钉 (10)、12mm 螺钉 (4)、螺母 (8) 和 15mm 垫片 (4)

    12)电缆扎带

    工具则有:

    3D打印机 

    烙铁和焊料

    螺丝刀/螺母起子

    带有Betaflight Configurator 软件开源的计算机,来自 github.com/betaflight

     

    下面就开始打造球型无人机:

    1. 准备好零件

    3D 打印的所有部件并整理好:

    2.将舵机添加到下环

    将每个伺服器安装在下环的支架中,使其旋转轴与无人机的中心对齐。

    3. 使舵机居中

    通过向每个伺服电机发送一个 1.5 毫秒的脉冲来对中每个伺服电机的转子位置。可以使用简单Arduino调用伺服库 ( arduino.cc/reference/en/libraries/servo ) 。一旦伺服器居中,安装随 ES9051 伺服电机提供的伺服摆臂。

    4. 插入叶片和螺栓

    伺服摇臂完全适合叶片翼上的配件。用M3×12mm螺丝在对面做了一个定位螺丝。

    当所有 4 个机翼都安装好后,下环就准备好了,可以放在一边。

    5.在上环上加电机

    先安装无刷电机。从下方为飞行控制器添加螺钉,以便可以将飞行控制器向下推到螺纹上,然后使用 M3 电路板垫片将飞行控制器固定到位。

    6. 连接电子设备

    ESC 和 R/C 接收器安装到顶部。根据电池接口,还可以将“一个 XT60 插头焊接到 ESC 的电源上,以及为飞行控制器供电的两条小电缆。我在无人机腿内侧连接(菊花链)WS2812B 灯,并用它们连接伺服电源线。舵机的信号线必须延伸到无人机中间的飞控。 

    接下来,将 LED 灯条、电机和伺服线焊接到飞行控制器上。如果飞行控制器没有任何直接伺服输出,当然可以通过 Betaflight 中的“资源重新映射”将这些重新定位到当前电机连接。

    将所有电缆焊接到飞行控制器后,可以将电池座拧到垫片上,组装完成!

    7.配置Betaflight固件

    本次使用的是几乎所有人都可以免费访问的飞行控制器和软件。有很多开源项目,但 Betaflight 目前是竞赛无人机固件(github.com/betaflight/betaflight)。网上有很多教程和资源,这里就不多做解释了,玩过无人机的应该都知道Betaflight。我们需要知道的是:如何从四轮竞赛无人机变成单旋翼无人机?就是这样:

    飞控资源配置:要控制这台单旋翼直升机,我们需要1只主电机和4只舵机来做动力和控制部分。大多数飞控可以控制4只电机,其中一些飞控带舵机控制接口,我们需要做的就是将舵机接口从新配置到BF的4个电机输出口上,在使用FURY F4飞控的配置中((github.com/betaflight/betaflight/tree/master/src/main/target/FURYF4)),可以看见哪些接口引脚可用,可以将LED输出接口配置为电机输出接口。PPM输入重新配置为电机的输出信息接口。

    使用的 CLI 命令:

    resource MOTOR 1 NONE

    resource MOTOR 2 NONE

    resource MOTOR 3 NONE

    resource MOTOR 4 NONE

    resource PPM1 NONE

    resource SERVO 1 A03

    resource SERVO 2 B01

    resource SERVO 3 B00

    resource SERVO 4 A02

    resource MOTOR 1 C09

    save

    Mixer 配置:接下来,飞控必须向电机和舵机发送正确的信号。为此,您将调整混音器。在 Configuration 选项卡下,在 Mixer 部分选择 Custom Airplane。通过命令行处理:

    # smix script for singlecopter on
    MambaF405_MK2 (by Benjamin Prescher)
    mixer CUSTOMAIRPLANE
    # load a standard motor mix
    mmix reset
    mmix load airplane # Motor1 as ESC output
    # mmix 0  1.000  0.000  0.000  0.000
    # smix
    smix reset
    smix 0 3 0  100 0 0 100 0
    smix 1 2 0 -100 0 0 100 0
    smix 2 4 1  100 0 0 100 0
    smix 3 5 1 -100 0 0 100 0
    smix 4 3 2 50 0 0 100 0
    smix 5 2 2 50 0 0 100 0
    smix 6 4 2 50 0 0 100 0
    smix 7 5 2 50 0 0 100 0
    save

    如果想了解更多,可以查看Betaflight文档:github.com/martinbudden/betaflight/blob/master/docs/Mixer.md

    8. 使用伺服 PID 稳定无人机

    此无人机使用的舵机通常可以以servo_pwm_rate大约 333Hz 的频率运行(当然也有可以处理更多的舵机)。已将 servo_pwm_rate设置为 250Hz,相当于 PID 回路速率的四分之一。据了解 Betaflight 中的算法,只能以该速率的一小部分更新执行器的命令,那么人为设置高 PID 速率是没有意义的。 

    如果使用P值很大(如上图),就会使叶片伺服系统“抖动”。Betaflight 有一个很好的功能来解决这个问题——伺服低通滤波器。通过命令行处理:

    set servo_lowpass_hz = 20

    set servo_pwm_rate = 250

    save

    起飞测试:

    设置好无人机、连接所有设备并实施配置后,就可以进行测试。无人机应该表现如下:

    发射器向右滚动——前后叶片向右移动

    发射器向前俯仰- 左右叶片向前移动

    发射器向右偏航——前叶片向左移动,右叶片向前移动,后叶片向右移动,左叶片向后移动