一起来做四轴飞行器(下)

时间:2022-07-19 01:23:54

上一期,我们介绍了四轴飞行器的机架制作和动力部分,本期将继续介绍飞行器的控制部分以及具体的调试和飞行。

四、控制部分

1. 控制部分是最复杂的部分,首先把KK控制板安装到胶木板上。需要注意安装的方向,一旦我们将前方也就是KK控制板上画箭头的方向确定之后,所有的工作都将要围绕这个方向进行。

2. 图15是KK控制板中程序控制所需要电机旋转的方向,我们需要在电机边上标上电机的编号和旋转的方向。同时也在中心板上标明KK控制板的安装方向,以免以后出错。整个KK控制板从遥控接收器接收信号,再将信号经过计算后,发往每个电调控制电机的转速。

在第10期中我们提到的PID算法就由这块电路板中间的处理器完成。

3. 如图16,先用杜邦线把遥控器的信号接到KK板上的遥控器信号输入端,这里只连接了信号,而没有连接电源,电源问题我们稍后解决。

4. 在连接电调之前,需要准备一个电路元件作为转接板(图17)。这是用通用板和杜邦线制作的,比较简单,电路图参照图18。

图18中每一列插一个电调的信号线,最上方是负极位置,最下方是信号线位置。可以看出,这块电路板的作用是将所有电调的地信号都连在了一起,同时在左侧和右侧将最靠边的两个电调的电源分别引了两根线出来,而下方的信号线位置分别引了四条线出来。

具体接法如下:

将转接板旋转90度,让信号线向右,地线在左,从上到下依次编号为1、2、3、4,与之前编过号的电机相对应。对应的电调也就是1~4号,分别接到转接板上,注意信号线的方向,往往电调信号线上颜色比较深的线是地线。

从图18中可以看出,信号线被分为4条单独线输出,这里就可以直接接到KK控制板连接电调的插针上,在KK控制板上靠近芯片一侧的是信号线。经过连线后,遥控器的控制信号就能通过KK控制板传到4个电调上。

接下来我们考虑供电问题。

通常,固定翼飞机或是直升机都只有一个电机,电池接在电调上,电调将电直接送往接收机,同时从接收机获取控制信号。但是四轴飞行器有四个电机,也就是有四个电调,目前情况是四个电调都已经连接上了电池,那么把电调上的电送往KK控制板和接收机即可。所以在之前的转接板上,左右两侧的电调向外输出电力。一端接在接收机上,另一端接在KK控制板上。连接时需要注意正极和负极要和标注的极性相对应,否则可能会烧坏电路板。

很多人在制作四轴飞行器时并没有使用转接板,而是直接将电调接在了KK控制板上。在大多数情况下这是没有什么问题的,但是如果电调间的平衡性不好,电调间电压输出不一致,由于KK控制板与电源连在一起,就可能造成电调间电流的对冲,从而导致电路板烧毁,所以笔者加入了转接板的设计,如图19。

5. 接下来,可以打开遥控器,把四轴飞行器连上电池开始电机的转动测试。

这里注意两点:

第一,操纵模型飞机的基本习惯是先将遥控器打开,再接通电源,以防止在没开启遥控器的时候,飞行器先上电而收到错乱的信号,导致电机突然启动而造成对人员的伤害。

第二,由于还要进行一系列的测试,这些测试都会围绕四轴飞行器近距离进行,所以千万不能安装螺旋桨。在还不能确定飞行器性能的情况下,安装螺旋桨很可能打伤自己或者身边的人。

6. 通上电后,电机应该会发出“嘀嘀嘀”的警报声,具体的声音可能因为电调品牌不同而不同,这可以咨询卖电机的商家。KK控制板上的LED灯也将点亮。

此时可以轻轻地使电机旋转起来,具体方法是,如果遥控器是左手油门,将左边的操纵杆打向右下方,保持5秒,直到听到电机就绪的声音。如果遥控器是右手油门,将油门放到最底下,将左手操纵杆向右打,保持5秒,直到听到电机就绪的声音。此时,电机不再持续发声。

如果没有作用,检查所有连线是否正常,确定遥控器的油门微调是否在最下方,再进行测试。

当电机进入就绪状态后,轻轻推动油门,直到四个电机开始旋转。观察四个电机的旋转方向是否和之前标记相同,如果不同,则停下所有电机,将电机反方向旋转,方法正如之前提到的,取三根电机线中的任意两条,交换它们与电调的连接即可。

7. 确定电机旋转方向后,我们就可以把所有的电调和电线用扎带进行固定(图20),以免在飞行过程中,打断电线造成机毁人伤的事故。在电机测试过程中,还可以举起飞行器左右前后摇晃,由于KK控制板控制着四个电机的转速,这时候应该可以明显感觉到电机转速发生变化。

8. 最后,在电机下方安装用珍珠棉制作的简易脚架(图21),一方面在降落时减轻撞击力,起到缓冲作用;另一方面,由于电池安装在中心板的下方,也保护电机避免撞到地面。

9. 将电池用尼龙搭扣安装到下板上(图22)。可以在电池和中心板上粘上双面胶,以免在飞行过程中滑出。

10. 最后安装螺旋桨。使用普通文具店出售的橡皮筋就可以将螺旋桨固定在电机上(图23、图24)。

安装的时候注意两点:

首先,安全第一,在安装过程中,必须将四轴飞行器断电,以免在安装过程中由于意外突然转动,而发生人身伤害。

其次,注意螺旋桨的方向,由于两对正桨两对反桨在外观上很相像,但是仔细观察可以看到叶片的角度是不同的,想想电扇的工作原理,四个螺旋桨能够按照之前设定的旋转方向进行向下吹风。

11. 这里使用橡皮筋而不是螺丝等工具将螺旋桨固定在电机上的原因是,当四轴飞行器在飞行过程中发生意外,那么螺旋桨打到硬物的时候,橡皮筋会被弹开,或是被崩断,但是一旦电机和螺旋桨被固定住,轻则螺旋桨损坏,电机轴弯曲,严重时还会损害到被撞到的物体。

五、四轴飞行器的调试和飞行

四轴飞行器已经大功告成,整装待发了,是时候挑一个无风的好天气,到室外去调试和试飞了(图25)。

在每次飞行前,都必须更换橡皮筋,老化的橡皮筋会存在严重的安全隐患。这里再提醒一次,四轴飞行器不是普通的玩具,而是具有一定危险性的专业设备,新手需要在有经验的人员的陪同下进行试飞。

将四轴飞行器平稳地放在空地中央,确保所有观众都在安全距离之外,先打开遥控,再接上四轴飞行器的电源,迅速离开四轴飞行器,站到飞行器的后侧,用在测试电机旋转方向的方法解除四轴的锁定,慢慢推动油门,此时一定要慢,否则四轴会由于动力突然变大而失去控制。

慢慢地推油门同时观察四轴飞行器,一旦四轴飞行器离开地面,则迅速收油门,让飞行器回落地面。

这个过程就是飞行训练的第一步,也称“蛙跳”。

如果是第一次飞行,则“蛙跳”最好能够连续练习至少两天到两周的时间。随着训练经验的不断积累,可以逐步提高四轴飞行器“蛙跳”的高度,同时感觉方向对于四轴飞行器的控制敏感度。如果感觉到方向控制过于灵敏,无法控制,则可以调整KK控制板上三个电位器顺时针旋转,增大KK控制板对于四轴的稳定度。相反,如果操纵杆的动作不能体现在四轴上,说明KK的稳定效果过大,需要逆时针旋转电位器,减小控制板的稳定作用。

经过几次调整后,就能找到一个最佳的状态。经过练习,相信你能够自由的控制四轴飞行器飞行。

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