Quadcopters-一切如何开始?

现代的四轴(六轴,八轴)直升机是一种功能强大的“计算”设备,可以通过WiFi通过智能手机进行控制,将其悬挂在某个点上,沿着路线飞行等。现在,任何人都可以购买这种设备。这一切是怎么开始的?

直升机如何飞行?


为了了解技术解决方案的实质,我们将稍微了解一下直升机的飞行方式。实际上,直升机是一个不稳定的系统。如果您使用4台电动机,然后将它们连接到电池,则该直升机将不会在任何地方飞行,而只会翻滚。电机的牵引力永远不会相同。然后电子设备生效。直升机上有一个中央“控制板”,其关键部分是传感器单元。在最简单的情况下,这是三轴陀螺仪。微控制器不断从陀螺仪读取数据,一旦陀螺仪沿任何轴“感应”到倾斜,控制器就会指示相应的电动机略微增加或减小速度以补偿倾斜。一般而言,整个逻辑-除了一堆东西(PID控制器,控制理论,卡尔曼滤波器)之外,没有什么复杂的(笑话)。好了,对于用户来说,一切都是透明的。直升机中除电机外没有活动部件,所有控制都仅通过改变发动机旋转的旋转来进行(转弯类似,我们改变旋转速度,获得扭矩)。现在回到故事。

小心,交通。


直升机直升机


这家传奇的德国公司,得益于工程师的帮助,该公司于2006年推出了第一台设备。该控制器配备了一个Atmega644处理器,该处理器带有4K内存,最高20 MHz的频率,每个轴上3个陀螺仪,一个加速度计(用于水平飞行)和一个用于维持高度的气压计(MPX4115A气压计的精度约为1 m)。后来出现了其他模块,例如用于保持位置的GPS。

现在,您可以在youtube上找到有关视频播放情况的视频(2007年)。


总的来说,该系统非常成功。他们的产品从来都不便宜,价格从1500欧元起。该公司现在存在,他们生产专业的设备,相应的价格类别。还有一个要点-最初,Microcopter的创建者将源代码开放。当然,在不久的将来,各种克隆(包括俄罗斯联邦制造的克隆)开始出现,这当然对销售产生了负面影响,然后关闭了代码。但是,我仍然认为这是创建另一种类型的多轴直升机的重要动力。
由于价格原因,我们MikroKopter并不受欢迎,而且车主并不多。但是,国际社会受到了推动,各种系统开始出现。

卡普滕库克


从2010年至今生产的最简单的系统之一(各种版本)。控制板上只有3个陀螺仪,使用普通的可变电阻器来调整参数。

(从Hobbyking.com摄)

现在,这样的板仅需花费15美元,在船上,除了陀螺仪和较弱的处理器外,通常没有任何东西。KK的源代码中的固件可在Internet上免费获得,希望下载的固件可以通过在Google搜索中键入文件名“ kk2_1V1.zip”来下载(大小仅为90Kb)。这可能是用汇编器编写的直升机固件的第一个也是最新版本。

多重wii


直升机开发的下一个里程碑是MultiWii系统。这个名字来自游戏玩家Nintendo Wii和Wii Nunchuk,工匠将其拆除,并从那里锯出一块装有传感器的板子。 Arduino Nano被用作中央处理器。
电路板的外观原来是这样的(来自rcgroups网站的照片,2010年):


但是,在几年后,系统得到了发展,最后一块电路板(现在已经出售,价格为20-30美元)看起来像这样:(

该网站的照片Hobbyking.com)

MultiWii的最新版本具有很好的传感器,它们可以挂在GPS上的某个点,保持高度并返回家中。因为 Multiwii是为Arduino编写的,所有开发板都保持与Arduino兼容,可以在Github上下载源代码。MultiWii的缺点之一是它的处理器较弱,这限制了算法的计算能力;后来STM32上的克隆开始出现,但是它们并没有带来天气,因为 在硬件方面,任何直升机都非常简单,其中95%的复杂度恰好在于代码。同时,我确信正是MultiWii源成为了当今所有商业系统的基础。

直升机


另一个基于Arduino的系统走得最远。现在,这是一个具有可编程点对点飞行,支持无线电调制解调器和遥测传输,存储各种日志等功能的系统。
它们的软件看起来像这样:


电路板已经从这些演变而来: 现在已经出售

了这种


电路板,价格从50美元(每个克隆)到原始版本$ 250。 Ardupilot源代码在github上也完全可用,从提交数量来看,该项目正在积极开发中。该系统在功能上并不逊色于专业设备,可以在视频中看到飞行质量:


这里的一切都很酷,除了一个“但是”-它是开源的,随之而来的所有后果。该系统是开放的,由发烧友完成,没有人保证任何事情,包括软件中没有错误。如果直升机降落在别人的宝马上,就没有人要抱怨了。

无刷云台


与直升机直升机并行开发的另一项非常有趣的技术-用于照片/摄像机的无刷万向架。这是一个带有传感器的独立板,由于有两个电机,可将摄像机保持在所需的位置,以补偿相应轴上的转动。它们是由我们的同胞开发的,在视频中可以看到悬架的工作原理(2013年)。


可以看到直升机正在旋转,但摄像机轴未在旋转。

现在,对任何人都不足为奇,这是视频拍摄质量的真正突破。

商业系统


关于它们的写作不是那么有趣,因为这里的原理很简单,即“付出并飞行”。第一个是上述的微型直升机,下一个(但不是很成功)尝试是XAircraft,Gaui设备在预算部门很受欢迎(这是第一个预算好的价格约为400美元的现成直升机)。最后,最成功的公司是DJI,只有懒惰者才写关于DJI的东西,因此在这里重复是没有意义的。他们带着DJI Naza控制器进入市场(价格在200-400美元之间,有可能持有头寸,返回家园),还有一个单独的专业DJI Wookong系列(价格约为1000美元,飞行稳定性更高)。最后,DJI进入了可供飞行的设备市场(RTF,Ready To Fly),每个人都已经知道它们。

以及最新的视频。
直升机Gaui 330的第一个预算。2010年发行价为$ 400,无附加功能。


Dji Naza v2的发行价是相同的$ 400,能够持仓,返回家园,向飞行员任意飞行(无忧无虑模式)。


Dji Phantom 3-内置摄像头云台,智能手机控件和其他物品。


到目前为止,仅此而已,对于大量视频感到抱歉,但如果没有它们,什么也没有,否则就没有意思了。让我们看看5年后接下来会发生什么...

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN384163/


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