四轴飞控DIY简明步骤介绍

Posted 2022-05-17 lida2003

新手四轴飞控DIY组装简明步骤介绍

• 什么叫做新手，以及新手如何思考！
• • Step1：四轴飞控介绍
  • • 定义
    • 运动原理
    • 组成
  • Step2：四轴飞控组装视频
  • Step3：四轴飞控新手规格定义
  • • 需求
    • 考量
    • 规格
  • Step4：四轴飞控组件分解及接口定义
  • Step5：四轴飞控组装
  • • 基本工具
    • 组装步骤
    • 飞控方向和电机转向
    • 实际效果
  • Step6：四轴飞控新手组装回顾

什么叫做新手，以及新手如何思考！

Hi，童鞋们，新手（newbee）就是说啥都不知道的人。通俗的说，听说或者看到某个东西，有个概念。百度上新手链接：指第一次或者刚开始做某件事的人；没有技术或没有经验的工人；新参加工作的人。

作为研发人员多年工作的经验以及训练，新手上手必须经历若干个阶段，这里大体做个通用梳理，随后我们用四轴飞控组装来做练习：

1. 熟悉任务（了解）
2. 101Lesson（训练）
3. 任务说明（规格）
4. 任务分解（分析）
5. 任务执行（处理）
6. 任务总结（回顾）

注：这种方法其实也是我们用于研发一个项目/产品，解决问题的一个常规步骤，是一种方法论。因为研发不可能一直在自己熟悉的领域，更多的是探索问题，分析问题，解决问题。因此，方法论对研发来说也极为重要。这其实也是为什么很多国外理工科大学更多强调的是模型的方法论，这是一种解决问题，化繁为简的一种基础思路。当然并不是说没有其他的方法，只是说这是一种比较正向的常规思路，而且比较容易确保过程的正确性。

Step1：四轴飞控介绍

定义

四轴飞行器又称四旋翼飞行器、四旋翼直升机，简称四轴、四旋翼。这四轴飞行器（Quadrotor）是一种多旋翼飞行器。

运动原理

运动可以分为：垂直运动（throttle），俯仰运动（pitch），滚转运动（roll），偏航运动（yaw）

组成

通过百度多个网页，对比了解，可以大体上知道个大概组成。

注：这里只是做基础入门，因为拼凑组装的，飞起来可能不稳；新手控制不熟练，等因素都可能导致起飞失控后炸机（损坏），因此对于自组装的第一台不建议上云台（摄像机），图传，摄像头，遥测，GPS（磁力计）等。

1. 电机（Motor）+ 电调（ESC，Electronic Speed Control）
2. 导航模块（IMU，Inertial Measurement Unit）：陀螺仪+加速度
3. 飞控（FC，Flight Control）：其中软件算法来解决空气动力学，自动巡航等飞控问题
4. 动力源：可以采用可充电电池
5. 遥控器+遥控接收机

• GPS（磁力计）：通常应用与自动导航或者失控后自动回航等场景。
• 图传+摄像头：配合FPV设备进行第一视角控制操作。
• 云台（摄像机）：航拍使用。
• 遥测模块：更多是配合地面站使用。

注：当然有更多的模块可以加装，这里简明介绍，差不多就好，感兴趣的朋友可以去百度或者VPN+Google

这里比较感兴趣的是飞控软件部分，大致可以分成几部分：飞控软件（嵌入式软件，含ESC固件），地面站（PC软件），分析工具（黑匣子数据分析工具等）。这个不是本章节主要内容，这里点一下，后续我们会进一步深入了解。

Step2：四轴飞控组装视频

关于飞控组装的视频很多，尤其很多都是套机买回来按照说明书装就是了。为了控制成本预算，这里想尽各种办法（二手淘）来凑一套，从学习和分析的角度，其实自组装需要考虑的问题更多（尤其涉及接口组装等细节问题）

这里有B站的一个视频可控参考：一分钟带你看完大疆高清FPV穿越机组装 [KAKUTE F7自习课]

Step3：四轴飞控新手规格定义

经过上面两个基本步骤的操作，大体上对于一个四轴飞控及组装有了基本的了解。接下去就是思考，自己装一台自己想要的四轴，怎么定义规格，满足哪些需求。

需求

1. 从主要目的来看：深入了解飞控控制原理（FC+ESC代码，airbone code）
2. 从学习和分析的角度：需要开源代码（Open Souce）和广泛的社区支持（Community Support）
3. 从预算成本的角度：新手上手和代码调整大概率炸机是不可避免的
4. 从实操学习的角度：DIY知识经验，远比Buy-And-Play更有意义

考量

1. 飞控软件硬件通用性，健壮性，稳定性要求好，代码开源
2. 机架要有一定的结构韧性，稳定，耐摔
3. 动力要求有一定冗余性，便于后期加载其他模块
4. 支持自动导航（巡航）功能
5. 支持遥控手动控制空能
6. 支持后期图传+摄像头，FPV（First Person View）功能

规格

根据上面的目的或者需求的角度，规格定义考虑如下：

1. 飞控：Kakute F7 AIO V1.5
2. 机架：F450
3. 动力：翱云2212电机（正反一对）x 2 + ESC电调（20A） x 4
4. 桨叶：正反自锁桨叶（一对） x 2
5. 遥控：AT9S Pro + R9DS
6. GPS：M8N （含磁力计）
7. 电传：权盛电子 Radio Telemetry V5 433MHz/57600bps
8. 电池：3S 2200mAh 25C

Step4：四轴飞控组件分解及接口定义

鉴于四轴飞控已经商业化（尤其是穿越机竞速、航拍），考虑Step3需求和规格的时候，已经很好的将规格直接定义到组件模块上。

因此，这里更多的考虑DIY过程各个组件之间的接口定义（硬件，软件，结构等）

注：暂不考虑GPS和电传

1. 【软件】Paparazzi（最古老的开源飞控，2003年） & BetaFlight（穿越机飞控）
2. 【结构】F450&飞控转接板+配套铜柱和螺丝螺母：飞控Kakute F7 AIO 30.5 x 30.5 mm与F450机架没有配套的固定孔位
3. 【硬件】2.54mm双排 90度插针一排
4. 【硬件】R9DS&飞控连线：2.54mm杜邦线 7~10cm长 （两端母头）3线（Tx/GND/VCC）
5. 【硬件】香蕉头公母对 4mm x 8
6. 【硬件】电机塑胶电源线（1.6平方） 10cm x 10：电调和飞控板8根，XT60和飞控板2根
7. 【硬件】XT60公头 x 1
8. 【硬件】电调&飞控 PWM控制线：2.00mm杜邦线 5cm长 （两端公头） 4根
9. 【结构】扎带 2.5mm x 10cm x100：一包100根，怎么都够用
10. 【硬件】电池扎带 x 5

注：商业化产品已经成熟，所以这里组件也基本上模块化了。根据规格做组件模块化分解也就不太需要，更多考虑是非套装机组件之间的接线，结构，软件等问题

Step5：四轴飞控组装

基本工具

1. 焊接工具（烙铁，焊锡，松香等）
   

2. 起子（六角，十字），各种型号
   

3. 万用表
   

组装步骤

这里具体组装过程大致可以分为几个步骤，接线可以参考Kakute F7 AIO V1.5的接线指南。

1. 【规划位置】考虑控制板、电调、电池放置的位置，以便规划后续接线和机架组装顺序（为了保护控制板，将控制板放在中心板和底板中间；电池放置在做上面；不使用脚架，低中心（CG）方便后续起飞调试）
2. 【规划方向】两根白色机臂朝前，两个黑色机臂朝后；前后方向与飞控板前后方向保持一致
3. 【焊接】焊接Kakute F7 AIO V1.5控制板上引线及插针，并使用万用表进行电源正负测试，避免正负极短路，保证同极导通无明显阻抗（黑色线负极，红色线正极）
   – 2.54mm双排 90度插针（9x2） x 1
   – 飞控&电池电源线+XT60公头 x 1
   – 飞控&电调电源线+香蕉头母头 x 8
   – 电调控制线 x 4
   – 电调电源线+香蕉头公头 x 8
4. 【安装】考虑固定电机到机臂（黑帽子反向锁紧，白帽子正向锁紧）：
   – 右后#1电机上黑帽；
   – 右前#2电机上白帽；
   – 左后#3电机上黑帽；
   – 左前#4电机上白帽；
5. 【安装】制作F450&飞控结构转接板（这里采用了实验板打孔+铜螺柱螺母的方式固定）
6. 【安装】将Kakute F7 AIO V1.5控制板按照飞控方向正确安装在转接板上
7. 【安装】根据常规四驱（Quard X 1234）正配置，将机臂按照顺序装上
8. 【安装】使用扎带固定R9DS接收机
9. 【安装】使用扎带固定电调
10. 【安装】根据Kakute F7 AIO V1.5接线指南，正确接线
    – 电机&电调接线
    – 电调&飞控板接线
    – 接收机&飞控板接线
11. 【安装】安装中心板
12. 【安装】使用电池扎带，固定电池

飞控方向和电机转向

实际效果

注1：侧视图可以看到接收机R9DS上面有一个实验板，这个就是做转接的，主要是因为飞控板30.5 x 30.5mm的固定孔位在F450机架上没有，这个主要是穿越机塔式固定孔位。

注2：由于这个控制板是放在底板和中心板中间，因此具有一定的保护作用，防止翻转炸机磕碰到控制板（价格相对昂贵）。

Step6：四轴飞控新手组装回顾

自此基本上新机组装已经完成，且正负极和短路问题也已经通过万用表检查正常，其实还是比较容易上手的。

为了后续调试起飞考虑，总体上来看，需要更多的关注以下几个细节：

1. 起飞重量：一开始并没有太多关注，因为2212电机大量的使用在F450机架上，而从实际的角度，还是需要更多的量化考虑。根据翱云电机规格，单电机最大600g，四个电机，起飞最大重量2400g。目前初步掂了下分量，模型大概1000g左右，所以整体冗余空间也不大，不过不做穿越特殊飞行，后续应该还行吧。
   

2. 电机转向：一定要注意电机正锁紧还是反锁紧，这个和四轴（Quard X 1234）正向和反向配置有关，这里采用的是Quard X 1234 正向配置，桨叶始终会锁紧。如果配置不正确，会导致桨叶在旋转过程由于空气阻力往不锁紧的方向旋转，桨叶就飞了。这会直接导致飞机掉下来炸机，千万注意！！！要炸机，要炸机，要炸机！！！

3. 遥控器配置：正常连接情况遥控器能通过飞控和地面站形成回路，请double check 遥感和地面站配置程序响应的一致性。（这里组装的飞控，AT9S Pro的Throttle和Pitch的舵机方向是反向的，如果没有配好，新手试飞也容易控制不好方向而炸机。当然怎么调试起飞也有方法，下次可以写个101教程）

注：这里其实已经初步调试起飞过了，当然也碰断了一个机臂，血的教训！！！，希望对大家有点帮助。