做做AI，造造人 - 动力老男孩的博客

又一次悲剧的试飞

由 动力老男孩 发表于 2012/05/05 16:18:35

在闲置了一个多月之后，今天又进行了一次试飞。首先说说最近的修改：

1. 把电机控制的频率改到了400Hz，之前是50Hz；
2. 把螺丝固定的Arduino板子改成4个弹簧支撑，用来减少电机高频振动对传感器的影响；
3. 顺便把45度安装的X型改成了垂直安装的十型，作用不大，节省一点代码和减少可能出错的环节；
4. 尝试增加一个自动调节平衡位置的代码；（好几个参数需要调节，都调准了才能飞稳）
5. 加了一个安全的控制，如果飞行器倾角超过45度，则所有电机同时停止；

传感器改用弹簧连接

用手握的方式测试看来，目前四轴飞行器的姿态判断还算可以。基本上晃动它的时候，能感觉到电机速度的变化以及带来的反向阻力。
所以目前的调试主要在PID参数的调节和XY方向的偏移量调节。这个偏移量，是因为电机和飞行器不对称带来的误差。简单的说，假如飞行器已经处于平稳飞行的状态，这时候计算得到的左右两侧的螺旋桨转速应该相同，但是由于飞机本身的不对称，这时候反而会发生倾斜，所以需要给它设置一个平衡的偏移量。

这几天跟wnq同学请教了一下，据他介绍kk飞控仅用陀螺仪就可以上天，至于陀螺仪长期积分带来的漂移误差，可以由“飞行员”通过遥控器手动调节。我之前一直调试的目标是让飞行器实现平衡自稳，这样说来可能有点儿冒进了。wnq提醒我适当的斜飞是可以通过手动调节修正的，这样可以不用太纠结在完美的水平悬停上。

另外最近的新朋友darkorigin也提醒了“近地效应”，因为贴近地面的时候，各种气流互相干扰，反而不如飞上天以后稳定。

下一阶段的一些想法和目标：
1. 暂时放弃手机控制，改用遥控器和接收器进行控制，主要优势在于控制距离、手感和便利性；
2. 增加运动的控制，就是在倾斜状态下手动调节平衡；
3. 进行电子指南针的一组小实验，因为我的遥控经验不足，争取先实现“无头模式”避免炸鸡；
4. 组装一台wnq同学的飞控练练手；
5. 自动寻常平衡点的算法需要再多测试和验证。

最后附上今天悲催的试飞视频。今天有点小风，犹豫了一下还是去阳台试飞了。前40秒使用的PID参数看上去还不算太离谱，之后试着调了下参数，结果振动失控了，摔碎若干小配件……

arduino 四轴飞行器

对 “又一次悲剧的试飞” 的 44 条 评论

1. Recercar 说：

   2012/05/05 于 16:46

   又赶上更新了…是不是飞行器的重量太过集中于重心了？电机毕竟控制精度有一定长度的误差，重心集中，静不安定就更突出，电机稍微的误差就会放大影响…

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   • 动力老男孩 说：

     2012/05/05 于 20:56

     你说的重心还是有点道理，如果重量都分布在四个螺旋桨下面，应该会稳定很多。不过这个被结构限制了，不太容易实现
     据说玩微型四轴的，不用专门调平衡，自然就挺稳的，因为电池把重心拉的很低（相对于螺旋桨）

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2. Recercar 说：

   2012/05/05 于 16:51

   还有 加弹簧 可以削减突发加速度 但是不会减少震动，你需要在弹簧上加阻尼…将弹簧震动势能及时转化为热能

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   • 动力老男孩 说：

     2012/05/05 于 20:59

     电机震动是高频的机械波（可以认为是大量的突发加速度吧？），如果弹簧很软的话，可能会过滤掉一部分。但是过于软的话又起不到固定的作用。这几个小弹簧到底有多少作用，其实我还不能量化它

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     • Recercar 说：

       2012/05/06 于 09:59

       在弹簧的使用上 你可以参考一下汽车减震

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       • 动力老男孩 说：

         2012/05/06 于 20:50

         好，我去了解一下

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3. weihan 说：

   2012/05/06 于 15:35

   四軸飛行器是如何平衡的阿? 請問可否教教我? PID參數我一直搞不定

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   • 动力老男孩 说：

     2012/05/06 于 20:51

     我现在就是想用PID来调节四轴飞行器的平衡，理论上是可行的。但是PID调参数真是个体力活，目前我也还没有调试成功

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     • 乐乐寺 说：

       2012/08/22 于 03:44

       猛男啊，单轴的pid就已经很让人不爽了，你还要一次四轴一起联调么？不容乐观啊。你把结构改改吧，重心分布真的不是太好，还有那一坨坨的线哪……看着就影响平衡。上泡沫吧，我见过成品都是泡沫壳子包装好的，很轻，只要不是直摔下来的就好说。再说摔泡沫根本不费钱也不会砸到里头的部件。导线，如果电流不是很大的话，用一些细漆包线来连接好了，接头只要少数焊点，这样四个电机的重量可以控制得误差很小。尽量在静态上做好这些平衡的工作嘛，下回去给你弄个尸体参考参考。

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       • 动力老男孩 说：

         2012/08/24 于 19:33

         说的好，呵呵，我下次会改进。
         最近工作忙啊，大干100天……

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         • 乐乐寺 说：

           2012/08/25 于 03:11

           你大干虾米100天？会不会出人命啊同学
4. wnq 说：

   2012/05/06 于 22:20

   电机控制400多？这么高，好像不行吧。不管arduino能搞出多高的频率，还是要通过电调的。目前常见的电调速度都很慢的，才20多吧。
   减震的话，目前没有用了会变好效果了例子，一般用尼龙柱固定，我之前试过用橡皮筋固定的，没有让飞控更好，但也没更坏，觉得意义不大。我觉得橡皮筋会比弹簧更柔和。

   视频最后好帅啊，哈哈哈，不要怕炸。换木头架子呗，吸能型的，炸的时候坏架子不坏设备。另木架子吸收震动的效果会更好

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   • 动力老男孩 说：

     2012/05/07 于 22:54

     电调应该可以支持到400Hz，我倒是担心电机的惯性比较大，即使调高调低，最终是需要延时一会儿才有反应
     这个视频最后是参数调坏了，不然的话虽然晃来晃去，但是总体看还是平的

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5. darkorigin 说：

   2012/05/07 于 09:52

   。。好心疼啊

   一个实用的小建议，建议做个训练支架。

   很多卖飞机模型的都有，一般是软结构的2跟塑料交叉摆放，固定到直升机脚上，末端有小球起到脚的作用，由于塑料管有弹力，一般的摔机（只要不是太高或者是旋翼部分着地）都能有效保护。制作成本很低。
   可以参考了之后做一个适应4轴的。

   在淘宝搜索 航模 练习架 能看到的。

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   • 动力老男孩 说：

     2012/05/07 于 23:04

     航模的好东西还真不少啊，我想弄几个圆形的东西，把这几个螺旋桨围起来。我倒是不担心四轴摔坏，因为我家在十几层的楼顶，特别担心它失控以后掉下楼，太危险了……

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     • darkorigin 说：

       2012/05/08 于 10:45

       很多成品都有保护环的。旋翼外侧是被保护住的。之前看人家俄国佬做的可以负载机枪的那东东好像就是有防护的，除了防摔之外，可以有效的防止卷入东西，比如在复杂环境下卷入的树枝，晾晒的衣服等。
       并且个人感觉是不是对集中风力也有关系（毕竟四周扩散的空气少了，更多空气下压会不会好很多）

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       • 动力老男孩 说：

         2012/05/08 于 23:11

         整流罩应该是推力有帮助

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6. darkorigin 说：

   2012/05/07 于 09:58

   调整参数一定要停下来，然后还是在手上感受下，最后在使用，
   严谨点似乎好些！
   就好像药品研制，一般是先理论推理，推理完了才动物试验，N多轮动物试验之后才可以临床试验。

   期待你的平稳测试尽快通过鸟~~

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   • 动力老男孩 说：

     2012/05/07 于 23:05

     唉，我在手里试过，摇摆的时候能感觉到螺旋桨的纠正力，但是没有加大到很高的油门试过，听声音太吓人了，没敢用手抓着

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     • darkorigin 说：

       2012/05/08 于 10:42

       调试的时候自身安全确实。
       毕竟安全是第一位的。
       前些时学航模的时候教材也都是这么说的，毕竟旋翼，特别是大号旋翼飞出去的话杀伤力是非常大的。

       记得接触的第一个玩具级（3.5通的）的直升机 遥控器上面就有2个模式，新手和高手级的。区别我分析了下就是信号的幅度，新手级的飞行速度，上升速度都是比高手级的低很多。这样安全。高手级的则更快，玩的变化更多。

       调试的时候，代码是不是除了安全代码外，对于4个电机的转速也做限制，先慢速调试。

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7. zEus 说：

   2012/05/07 于 12:07

   受教受教，哈哈，原来这种伸缩绳是这样用的，的确是个安全试飞的利器。另外，最近几天看了您的源码，有个疑问：就是我觉得十字模式的四轴飞行器，X轴、Y轴应该是独立平衡的吧，难道不需要用两套PI参数分别进行pid运算吗。

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   • 动力老男孩 说：

     2012/05/07 于 23:07

     你说的对，我是觉得对于相同的电调和电机，差不多对称的四轴，它们的PID参数应该是差不多相同的，这个假设可能不一定合理。
     但是参数再多，真不知道该怎么调了

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     • darkorigin 说：

       2012/05/08 于 10:37

       看样子。很可能存在这个问题。
       因为即使机器本身可以做到重心能平稳的在中间并且4个旋翼负载完全相等
       但是户外的话，风是必须考虑的。XY轴双稳似乎。。。。。

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       • 动力老男孩 说：

         2012/05/08 于 23:09

         听你们一说，看来真的是悲剧了，想把xy统一调节的想法看来不靠谱，但是调PID真是头痛啊~~

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8. daifei58 说：

   2012/05/07 于 21:22

   http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=613933&extra=page%3D2
   已经有人DIY手机控制小四轴，WIFI实时H.264视频，可惜这人不愿公开硬件配置和程序，悲哀！

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   • 动力老男孩 说：

     2012/05/07 于 23:48

     哇，去年还没有见到这种240轴距的小四轴，看上去还挺不错。刚才在淘宝上翻了翻，貌似已经很多卖这种240轴距的配件了，据说机身全重350克左右。

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9. peter cao 说：

   2012/05/07 于 22:59

   can you give a phone# to call and discuss.

   Thanks

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10. darkorigin 说：

    2012/05/08 于 10:32

    其实如果测试的话，可以尝试搭建一个测试平台。
    对于参数设定没有帮助，主要目的是便于测试，防止摔起机。节约成本（毕竟摔机基本上都会要换或者修配件）和调试时间。

    底座。关节结构（类似动物的关节囊和关节头）伸缩结构
    关节结构中关节囊焊接在底座上。关节头部分焊接伸缩结构，连接到4轴上

    这样飞行器能运动的区域也仅限于关节囊活动的区域，高度仅限于伸缩结构的长度。
    即使失控，也可有效的控制在安全的范畴内，不会摔下。

    关节结构可以参照万向轮，或者机械鼠标反过来的样子，伸缩结构可以参照天线（不过如果要负载一个四轴，天线的长度和粗细可能不足以承担。）

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    • darkorigin 说：

      2012/05/08 于 10:50

      再说下，我想到我说的原型了。 小时候玩的街头游戏机的摇杆，，对 就是那样的结构，摇杆是被牢牢的控制在一个幅度内，前后左右都有幅度。

      只是上面做个伸缩结构。伸缩叉衣的杆子（或者类似轻质鱼竿）差不多的东西。。上头固定飞行器。

      这样就不怕失控了。 还有个好处，就是你的电源可以把电池换下了。毕竟电池充电时间不短吧。 用大号的电源带着。 测试一下午想必很多参数都有了解了吧

      而且可以用电脑不断的记录参数，状态。

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    • 动力老男孩 说：

      2012/05/08 于 23:08

      我理解你说的这个设备了，就是又能旋转，又能伸缩的天线。不过这个做起来可能有点儿困难，今天买了一大堆高弹性橡皮筋，明天试试看好不好用

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11. darkorigin 说：

    2012/05/09 于 10:42

    找到一个带源码的成品飞控了。里面PID部分代码能看到。
    可以参考下
    http://code.google.com/p/multiwii/downloads/list

    早上看4轴商品飞控找到个方案
    介绍：
    以上搭配为主流MWC硬件平台常用的组合，相当于把Arduino Pro Mini与FFIMU 0.35 9DOF IMU传感器组合起来，一体化的设计会让飞控工作更稳定。

    CRIUS MWC MultiWii SE 标准版4轴/四轴飞控板 2~6轴

    也就是说，有好几种模式，对应不同的机架，2轴到6轴都支持。

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    • darkorigin 说：

      2012/05/09 于 11:16

      这个飞控仔细的看了下法国作者的官网，发现居然是个开源项目
      从电路图（额，当然我们不是盗版商，我只需要知道它对应的接口，免费翻程序找了），到源码，还有就是调试工具都开源了（Oh mygod！）

      其实代码本身可以举一反三，其实个人觉得核心PID算法对于很多飞行器都很有用处。不仅仅是4轴。

      当然，我不是为了制作成品，我是为了学习。

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      • 动力老男孩 说：

        2012/05/09 于 22:36

        开源才是科技发展的动力，互相学习才有进步。不然各自摸索自己的东西，浪费太多资源

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    • 动力老男孩 说：

      2012/05/09 于 22:34

      这些开源的我下载过，看得我晕头转向，再加上有点轻敌，想自己先琢磨琢磨看看。现在看来，是得静下心好好看看别人的代码先

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      • darkorigin 说：

        2012/05/09 于 22:43

        站在巨人肩膀上的动力老男孩，我看好你哦
        呵呵。
        http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=562214
        这里是他们配置好的PID参数，对应程序可以用的。

        只是传感器和你的不同。没细究他的传感器的接口。如果不是IIC好像还要改代码的。

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      • darkorigin 说：

        2012/05/27 于 12:01

        mwc的代码确实看的很晕。不知道是我编程水平已经清零了，还是他写的太乱
        昨天为了找他IMU通讯的几个传感器地址，翻遍了IMU那个文件，最后愣是没找到。CONFIG 也没有，乱点个文件反而看到了。。

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        • 动力老男孩 说：

          2012/05/27 于 21:10

          是啊，这些代码看得头晕脑胀的

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12. SSS_SXS 说：

    2012/05/16 于 08:53

    动力兄,这两天仔细看了你关于PWM的代码,有个疑问,调速区间实在0.9–2.1MS,但你在计算不同频率的值取得是0.9-1.9MS,是否有问题?

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    • 动力老男孩 说：

      2012/05/16 于 16:18

      这个电机功率比较大，PWM到1.4ms左右就升空了，到1.5ms的时候就已经无法控制（飞到10多米高）所以我几乎没有把它调到2.1过

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13. weihan 说：

    2012/05/26 于 15:00

    想請問一下,前40秒所使用的PID参数有確切的數值可以參考嗎? 我們的四軸飛行機連穩定的停在空中飛行都無法實現 該怎麼辦呢?? 謝謝

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    • 动力老男孩 说：

      2012/05/27 于 21:08

      稳定悬停是非常困难的，能飞起来就很不错啦，然后要用遥控器来细调姿态。

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14. 螃蟹狂飙 说：

    2012/05/26 于 20:46

    可以从滤波上减少震动。

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15. xiao9 说：

    2012/09/14 于 13:03

    动力哥，您那个四轴上的Arduino板子是哪个型号的？

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    • 动力老男孩 说：

      2012/09/27 于 20:02

      是arduino mini，比较小的还有arduino nano

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