Quadhelix - UAV

[niklascooke]

Hej!

Efter påstridiga människor här på forumet Ni vet vilka ni är, så tänkte jag skapa min egen tråd som handlar om mitt Quad projekt som jag har knåpat på i ca tre år. Det är en helikopter med fyra borstlösa motorer som styrs via fartreglage som är konverterade för att acceptera I2C, vilket normalt brukar vara PWM. Detta av anledningen att man får ett bättre uppdaterings frekvens med I2C. Just nu skickar jag nya motordata i 1KHz.
Allt styrs av en STM32 Cortex M3 72 MHz, vilket innehåller kalman filter, flertal PID reglage och annat smått och gott.
För att denna helikopter skall kunna "hålla" balansen så snappar processorn upp signaler från Gyron (ADXRS610) vilket man då får data om vinkelhastighet. Sedan för att bibehålla vinkeln pga. att gyron driver med tid och temperatur så använder jag mig av en accellerometer för att få ut den absoluta vilkeln. Nackdelen med accellerometern är att den är väldigt känslig för vibrationer men det löses av ett Kalman Filter. Alla dessa data skickas sedan till ett PID reglage som matar ut med rätt "styrka" till motorerna för att kompensera tex. vind, storm, snöoväder <-- skoja.
För att sedan kunna styra detta moster så har jag en Spektrum DX6i där jag läser av data ifrån mottagaren seriellt.


Om ni vill veta mer om ngn. specifik sak så är det bara att fråga.

Kretskorten jag skapat är ifrån BatchPCB.

Nu till bilderna.




Två filmer också.

[Andax]

Snyggt! Klart imponerande bygge. Håller på med ett bygge som också kör med Cortex M3 som hjärna. Dock kör jag med köpemoduler med stiftlister som jag sätter på ett moderkort (just nu bara ett experimentkort).

[niklascooke]

Hej Andax,

Har du någon tråd så man kan få se din skapelse?
Vad använder du för gyron? Filter?

Vilket IDE kör du till din Cortex M3? Jag kör Crossworks, riktigt nöjd faktiskt.

Mvh

[PeterH]

Spännande Ser bra ut men en sak funderar jag på... Du har ganska korta armar på din quad, hur är det egentligen med detta. Borde man inte få en stabilare quad bara av att använda lite längre armar, eller påverkar inte detta något?

[Scorpiion]

Jo det stämmer PeterH, längre armar gör coptern enklare att hantera...

[Andax]

Niklas, ska lägga upp en tråd vad det lider... När tid finnes!

Som gyro använder jag en Razor 9 dof IMU från sparkfun. Den har 3-axlig gyro, 3-axlig accelerometer och 3-axlig kompass. Har lagt på mjukvara för AHRS (inte utvecklat av mig) så att den spottar ut driftfri roll, pitch och heading.

Utvecklingsmiljö kör jag just nu kickstart edition (gratisversionen som har 32 kb kodgräns) av IAR Embedded Workbench.

[LHelge]

Snyggt bygge!

Jag håller med om att det ser liten ut, men så länge den är stabil så finns det väl ingen anledning att göra den större. Generellt skulle jag gissa att en större quad har långsammare dynamik pga ett högre rörelsemängdsmoment (heter "inertia" så på svenska?) kring rotationsaxlarna. Så en mindre kräver bara en snabbare reglerloop.

Sen har jag några frågor:
1. Hur har du konstruerat kalmanfiltret? Jag har gjort försök med kombinerade axlar i ett stort filter men inte fått till tillräckligt bra prestanda, men du har ju en betydligt piggare processor. Min lösning slutade i ett kalmanfilter för x-axeln och ett för y-axeln, med vardera två tillstånd ett för vinkel och ett för vinkelhastighet.

2. Med vilken frekvens kör du din reglerloop? Motiverar den att du har en uppdateringsfrekvens på 1 kHz för dina ESC. Vad har du för stigtid från input till ESC till att propellern fått rätt hastighet? Motiverar den 1 kHz? Till min quad har jag tänkt använda PWM-signal och de fartreglage jag har ska klara att ta emot den signalen i närmare 500 Hz. Eftersom jag inte lyckats skrämma upp kalmanfiltret i mer än 500-600 Hz. Jag siktar väl på att köra hela snurran i 200-250 Hz och uppdatera fartreglagen lika ofta. Jag har rätt så tunga propellrar så jag skulle gissa på att de har betydligt långsammare dynamik.

3. Berätta mer om din FPV-uppsättning, vad har du för kamera, datalänk och vad visar du för information på OSD:n?

[niklascooke]

Hej alla !

Nu börjar denna tråd likna något! Och fort gick det också.. Jag tror det finns en marknad för detta i Sverige. Inte bara i tyskland.

Ja då skall vi se om jag kan besvara era frågor.

PeterH, Min armar är ca 45 cm långa och jag Tror inte det har ngn. betydelse på stabilitet så länge inte propellrarna slår i varandra, men däremot så tror jag precis som LHelge säger att det blir en kvickare styrning (om jag vill).

Andax, inte för att vara sådan men jag har gjort ett tidigare styrkort med hjälp LPR530AL som ingår i din 9DOF och dom gyrona klarar inte vibrationerna. Jag fick aldrig det att fungera med dom. Men om du vibrations isolerar tillräckligt så kanske det fungerar. Jag tycker du skall sälja den pinnen och gå på ADXRS613 eller ADXRS610 eller Melexis från Sparkfun.
Jag har inte testat ditt IDE men jag är så nöjd med Crossworks så jag håller mig nog till det.
Sedan får du prova på det gratis i en månad. Vilket har blivit TRE månader nu
Jag skall köpa det snart. 700kr för hobby-fantaster.

LHelge,

1. Jag har inte konstruerat Kalman Filtret, så duktig på matte är jag inte. Jag tror inte det är så svårt om man verkligen sätter sig in i det. Men jag har inte haft tid. Mycket finns redan färdigt. Jag förstår principerna med filtret men inte mycket mer. Jag använder 1D Kalman filter för varje axel förutom Yaw (snurr) då jag inte har någon kompass på kortet. Vilket kommer i framtiden. Men dom kretsarna är så känsliga för magnetism så man kan inte ha en summer / högtalare i närheten för då blir det riktig fjong på skiten.

2. Min regler-loop snurrar i ca 1KHz men det börjar krypa neråt nu när det är mer funktioner som skall till. Men jag har inte gjort så mycket optimeringar, så mycket troligt går det göras snabbare.
Hastigheten från att processorn snappar upp data tills det verkställs när nog mycket långsammare än 1KHz ( har aldrig mätt det ) men jag gör det så snabbt för att det är ju inte dåligt att ha så aktuella data som möjligt även om motorerna inte hinner med att uppdatera hastigeten. Jag tror du kommer att klara dig om din regler loop snurrar i 300 Hz. Men som sagt mycket vill ha mer. Jag siktar på en "rock solid" helikopter. Som man nästan kan sparka på utan att den kraschar.

3. Min FPV uppsättning lyder följande:

400 mW Sändare som sänder på 1280MHz vilket är olagligt
En GoPro HD Hero kamera som nu tack vare den nya uppdateringen kan skicka ut en Pal/Ntsc signal samtidigt som man spelar in i HD, Det är Fett!
Ett par FatShark brillor som förövrigt jag tycker är väldigt plastiga! Men dom visar en ok bild.
På bilden från OSD kortet kommer det upp vinkel hur helikoptern ligger i luften, batteri status, heading, hur många meter till där jag startade flyga + heading dit, RC link status ( under utveckling, lite problem med Spektrum pga. att mottagaren inte innehåller ngn. pinne för analog RSSI) och till sist höjd. Jag har även en liten joystick på GPS/OSD kortet som ni kan se i den övre delen i en av bilderna. Och med den kommer jag i framtiden kunna ställa in styrkortets (huvudkortet) PID parametrar, se gps data och logga till ett micro SD kort som sitter på undersidan av kortet. Allt detta sker via en meny som visas i brillorna (dom plastiga)

Skriv nu till mig om era lösningar, för nu jävlar skall vi skapa något magiskt!

Mvh

[Andax]

Jag gör ett försök med Razor IMUn och skulle det inte funka pga LPR530AL så går jag på ditt råd. Razorn har jag nog användning av andra projekt (med lite mindre vibrationer i!)

En fråga: Vad är det för fartreglage du moddat? Gissar att det är ett AVR baserat.

[blueint]

Det borde gå att reducera antalet propellrar till 3 st. Eventuellt 2 st, kanske styrningen inte fungerar då iofs.

Knepigt att gyrona ska kosta så mycket..

[LHelge]

2 rotorer
Bicopter?

3 rotorer
Tricopter

6 rotorer
Hexacopter

8 rotorer
Octocopter

Det enda som skiljer är egentligen hur man åstadkommer rotation kring yaw och hur man viktar utsignalen från pitch & roll regulatorerna till de olika motorerna. Samma kontrollkort borde enkelt kunna modifieras för att styra alla dessa.

Det skulle vara intressant att bygga en pentacopter. Jag har i alla fall inte sett någon sådan tidigare men det borde vara fullt möjligt att styra den på samma sätt som en tricopter dvs med ett servo som kan vinkla en av rotorerna i sidled.

[hubben]

Håller på att konstruera en sånhär:


Med inbyggt GoPro kamerafäste.

HobbyCity har nya MEMS-gyron för 9 dollar stycket.. Man behöver tre.. vet inte om jag tycker att det är värst..

[blueint]

Eller triangelram kanske är stadigare?

[hubben]

Fel tråd att diskutera det i.. ville bara påvisa att det finns trikes, och även sådana med 2 proppar..

[niklascooke]

Andax, Ja gör ett försök det var så jag lärde mig. Det tar lite längre tid , men man lär sig mer.
Fartreglagen jag moddat heter Towerpro 25a, lite pilligt om man inte har fin spets på lödkolven.
Och ja det är AVR processorer. ATmega8

Hubben du syftar väl på att bygga en med färdiga gyron och enbart RC inställningar? Annars läcker ram!
Jag föröker hitta en smart lösning för en GoPro kamera.
Har funderat bygga en CNC fräs som alla andra här på detta forum för att göra ett bra fäste med roll och pitch servon, men då hade mitt fäste vart klart om ca 2 år.