项目分享| 单旋翼也能起飞的球型无人机

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