Авиамодель вертолёта с камерой на носу.

Доброго всем времени суток.
Давненько я ничего не писал что-то.
Ровно год назад я начал потихоньку разрабатывать свой FPV вертолётик.
Буквально перед отъездом на отдых этим летом удалось собрать работающий и, что не мало важно, самолетающий прототип 😎.
В данной записи хотелось бы поделиться основными характеристиками и парой красивых фотографий.

Собственно, винтокрыл:

Опыт по устранению вибраций накопил не плохой, даже специальная штукенция была разработана.

Основные характеристики и особенности.

  • FPV вертолёт сделан на базе align t-rex 450.
  • Полётный вес с аккумулятором и камерой 1280 грамм.
  • Камера GoPro 3, используется как для записи, так и для FPV.
  • Подвес камеры - собственная разработка. Двухосевая стабилизация на двух микро-сервах. Причём оси серв не нагружены. При жёстких посадках гнулась рама, ломались шасси, но сервы подвески оставались невредимы.
  • Мозг - HK Pilot 2.7 (клон APM) с идущим в комплекте GPS, барометром, магнитометром и бортовой телеметрией.
  • АКБ - ZIPPY Compact 4000mAh 3S 25C.
  • OSD - arduino Minim OSD
  • Video Tx - LawMate, 1000 mW, 1280 MHz, антенна - самодельный полуволновый вибратор (отдельная история)
  • Video Rx - LawMate, антенна - самодельный полуволновый вибратор в виде штыря.
  • Лопасти ОР - Spinblades асимметричные. Они на процентов 20 шире стандартных, тяжелее и имеют асимметричный профиль. Последнее качество позволило убавить скорость ОР с 3000 до 2500 оборотов с сохранением грузоподъёмности и получить около 3 минут дополнительного полётного времени.
  • Дальность - до 1200 метров*
  • Высота - до 500 метров*
  • Время полёта - до 12 минут.
  • Средняя потребляемая мощность - 180…190 Вт.
  • Максимальная скорость (ограничено в автопилоте) - до 40 км/ч.
  • Комфортная скорость - 30 км/ч.
  • Скорость набора высоты и снижения - 10 км/ч.
  • Автоматической посадки/взлёта нет.
  • Возврат домой - есть, неоднократно использовалось.
  • Аппаратура - JR X9303 с 9-и канальным приёмником (используется 8 каналов).

Что переделано:

  • отпилен нос рамы, разработан специальный держатель подвеса камеры. Печаталось на 3Д принтере. Сама подвеска выполнена из 0.8 мм дюрали, потом было переделано на пластик из 3Д принтера.
  • Разработана специальное алюминиевое крепление аккумулятора. Вырезано из 0.8мм дюрали (лазером или эрозионная резка, уж не знаю, как мне его вырезали на заказ).
  • Немного увеличены шасси и задний хвостовой плавник, распечатаны на 3Д принтере. Они получились чуть мягче оригинала, но при этом увеличил клиренс, чтобы поместился в брюхе АКБ. Шасси ломались только однажды при очень жёсткой аварийной посадке при настройке.

Ниже приведены немного устаревшие фотки (стандартные лопасти, алюминиевая подвеска камеры, стандартные шасси). Надеюсь меня простят за эту мелочь, ибо не это главное 😉

Собственно, подвеска камеры.

Сравнение с оригинальным собратом.

Мозг и компоновка. Кишки, стяжки и жуть жуткая 😁
Обратите внимание, на фото стандартные шасси от 450-го. Фоток с новыми шасси пока нет, там клиренс увеличен на 10 мм.

Наземная станция. В будущем планируется использование направленной антенны типа волновой канал.

Что касается мозга.
APM удовлетворительно держит вертолёт. Хвост не уверенно держит только в ветер более 5 м/с, иногда медленно виляет хвостом. В слабый ветер держит хорошо.
Удавалось летать в очень сильный ветер порядка 15 м/с (Эксперименты!!! 😛), но хвост иногда срывало. Можно летать в ветер аж до 10 м/с на автопилоте. Но летать очень тяжело, против ветра почти не летит.
Стоит заметить, что в мозгах стоит ооочень коварный флаг. Он не документирован нормально, в стандартном мануале его нет, только если гуглить проблему. Суть: если сорвало хвост из-за порывистого ветра, то отключается GPS автопилот и стабилизация, летательный аппарат переходит в дрейф с удержанием крена и тангажа с медленным снижением (режим аварийной посадки).
У меня такое случилось на высоте 400 метров в полукилометре от точки взлёта. Вертушку снесло ветром почти на километр в другую сторону, связь практически пропала, чудом сориентировался и вернул в ручном режиме. Было очень не приятно, ибо подумал, что мозг сошёл с ума 😃 Есть подозрение, что многие это скидывают на “китайский HKPilot”, а вот нифига, это такая программа у него, которую надо выключать.

Связь.
Сейчас используются всенаправленные самодельные антеннки.
Стандартные антенны, которые шли в комплекте не обеспечивали связь и на 300 метров (а у меня не много не мало 1 Вт видеопередатчик). После чего почитал теорию (Ротхаммель, Антенны). Есть ещё чудная программка, “Mmana” для расчёта антенн, но ей нет смысла пользоваться, если не знать минимум теории.
Так вот, самое интересное. Согласно Ротхамемлю усы антенны получаются на 1…1.5 мм длиннее, чем по расчётам программы. Опыт показал, что антенны, сделанные по расчётам программы оказываются на 100…200 метров дальнобойнее и можно получить порядка 1 км очень хороший видеолинк на всенаправленных антеннах.

Управление.
 Используется только 3 режима: Stabilize, Loiter, RTL. На взлёт/посадку Stabilize, потом передаю управление автопилоту в Loiter, ну и при возврате домой люблю побаловать себя режимом RTL, уж очень классно видеть, как он сам возвращается и снижается с фиксацией положения “прямо перед носом”. В RTL вертушка так же автоматически переходит при утере сигнала от земли, однажды спасло, когда залетел за ЛЭП и пропало управление.

Пока думаю хватит. Немного красоты небесной на последок 😃
Был в деревне, там собственно и испытывал это чудо на дальность.

Высота около 20 метров.

Высота 150 метров.

Высота 250 метров, улетел на 1км от точки взлёта.

Деревня, речка. Жаркое лето, река превратилась в ручеек 😃

Высота 500 метров.

Готов ответить на вопросы касательно настройки APM под вертушку.
К следующему году планирую переработать раму вертолёта, чтобы спрятать все эти кишки, родного от 450-го останется только хвост и голова 😒

  • 2492
Comments
gorbln

Сразу вопрос: А как компас себя чувствует в этой адовой мешанине? =)
Там и двигло в 5 сантиметрах, и сервы прямо под ним, и аккум снизу дрягается… Он, вообще, работает? Headfree держит? И если да - то какими ухищрениями удалось добиться этого чуда?

Проект классный, мне понравилось.

Viktor89

Да, полный автопилот работает, курс держит хорошо.
Магнитометр расположен там же, где GPS. Магнитометр, распаянный на APM не используется (если он там вообще есть).
GPS расположен на ступеньке стойки автомата перекоса (куда обычно крепят FBL-мозг), всяко подальше от двигателя и серв. Откалибровал и полетел.

Mr_JeyB

Виктор, а как на счет желе и вибраций в целом?

Viktor89

Если вибрации на уровне рекомендаций APM, то виброразвязку делать вообще не надо, оборачивания ГоуПрошки в поролон (как на фотографии) более чем достаточно.
Я пробовал делать демпфирование через резиновые “пузырьки”, как это делается в DJI Phantom, однако она делает только хуже и входит в резонанс, т.к. камера находится не под центром тяжести источника вибраций, видео становится ужасным.
В случае же жесткого крепления (оборачивание в поролон не считаю за развязку) на видео вибраций практически не видно. Собственно, как получается можно посмотреть тут, когда я занимался оценкой качества видео которое можно получить ещё до построения FPV.

camanis

Вертолет под fpv был выбран из за эстетических соображений? Или есть какие-то преимущества перед коптером? Извините если баяновопрос:). Сам потихоньку начинаю присматриваться к вертолетной тематике.

Viktor89

Просто вертолёт под рукой был, который постоянно подвергался мелким переделкам под камеру, потом обратно в пилотажку. В конце концов накопилось много запчастей и было принято решение сделать отдельно FPV и отдельно пилотажку.

Мои соображения следующие. Вертолёт гораздо сложнее в обслуживании, замучаетесь с вибрациями, да и переделывать придётся не мало, нет такого класса “FPV-вертолёт” в магазинах.
Однако, вертолёт, как мне кажется потенциально манёвреннее и быстрее вне зависимости от его класса: Посмотрите, какие перегрузки выдерживают пилотажки на тех же флипах, ни один квадрик впринципе никогда такое не сможет сделать, если у него не будет изменение коллективного шага на каждом роторе.

Квадрики кажутся более надёжными и неприхотливыми, задачу таскания грузов они хорошо выполняют. Да и обывателям они кажутся безопаснее, 4 маленьких винта кажутся безопаснее, чем один большой.

Sci_Rosso
camanis;bt140517

Вертолет под fpv был выбран из за эстетических соображений? Или есть какие-то преимущества перед коптером? Извините если баяновопрос:). Сам потихоньку начинаю присматриваться к вертолетной тематике.

Преимощества?
А то, что присутствует как минимум-один потребитель, а не 4?
А то, что есть режим авторотации и оно тупо не свалится на голову?
Этого разве мало?
Мне кажется даже более чем 😃

Olegos

Было очень не приятно, ибо подумал, что мозг сошёл с ума Есть подозрение, что многие это скидывают на “китайский HKPilot”, а вот нифига, это такая программа у него, которую надо выключать.

А можно поподробней, у меня несколько APM и все сходят с ума, переделка питания не помогла.

PoroHard
Sci_Rosso;bt140521

Преимощества?
А то, что присутствует как минимум-один потребитель, а не 4?
А то, что есть режим авторотации и оно тупо не свалится на голову?
Этого разве мало?
Мне кажется даже более чем 😃

Авторотация на 450 это почти фантастика для симулятора.

Viktor89
Olegos;bt140522

А можно поподробней, у меня несколько APM и все сходят с ума, переделка питания не помогла.

В логах обязательно надо посмотреть, что у Вас происходит.
В записи я говорил об ошибке “EKF_CHECK-2” и соответствующем падении “FAILSAFE_EKF-1”.
Информация о том, что это: тут и тут.
Ошибка коварна ещё и тем, что APM невозможно заставить использовать GPS и автопилот, если возникла эта ошибка.

If flying in a flight mode that does not require GPS nothing further will happen but you will be unable to switch into an autopilot flight mode (Loiter, PosHold, RTL, Guided, Auto) until the failure clears.

Переключай/не_переключай тумблеры на передатчике, не поможет. Только после перезапуска.
Флаг AHRS_EKF_USE, и параметры DCM_CHECK_THRESH и EKF_CHECK_THRESH отвечают за этот сыр/бор.

Sci_Rosso
PoroHard;bt140523

Авторотация на 450 это почти фантастика для симулятора.

Правда?
Ну-да-ну да…
Значит я живу в симуляторе…

YIR78

450й тоже авторотирует, только не каждый сможет это выполнить.

PoroHard

Как долго, и делает ли это автопилот?

Viktor89

Автопилот не умеет авторотировать.

Olegos

А логика выглядит очень примитивно:

  1. Включить стабилизацию циклического шага (горизонт) - Стабилайс
  2. Поставить общий шаг в нули
  3. Убрать газ, но не в ноль, на тротл.мин. (что-бы двигатель не заглох (двс), или контроллер в случае чего не подумал что происходит стат с земли (электро).
  4. Ждать приближения земли, и при достижении 3х метров (по сонару) добавить общий шаг по профилю, или квадратичной формуле.
  • бонус
    При отказе “хвоста”, в случае выполнении авторотирования, модель сама прекращает вращение и стабилизируется по азимуту.
Olegos

Ещё образовался ряд вопросов.

  1. Что с Optical Flow, его обратно включили для сборок HELI?
  2. У меня на старой прошивке чудил общий шаг при подключении через APM, в том плане что до подключения один, а если законнектится то сползает в сторону (как будто два разных режима).
  3. Что с хвостовой балкой, у меня серва как-будто не успевала отработать, и хвост гулял.
  4. Можно ли отдельно задавать частоту несущей для автомата перекоса и хвоста? Например на автомате стоят аналоговые сервы 50 герц, а на хвосте цифровая 300 герц.
Viktor89

Для реализации авторотации надо для начала детектировать, что не подаётся мощность на ОР или ХР.Причин отсутствия может быть много: срыв шестерёнок, отказ двигателя (поломка, выход из строя одной из обмоток), отказ ESC, что-то случилось с линией передачи управляющего сигнала на ESC… Уверен есть и другие причины. На некоторые из них нужен отдельный датчик. Причём нужно точно определять, произошёл отказ, или же просто дунул ветер и в данный момент времени потребовалась бОльшая мощность и произошла банальная кратковременная просадка оборотов. Не так всё просто.

Olegos;bt140549

Что с Optical Flow, его обратно включили для сборок HELI?

Когда я делал сборку, ни оптический датчик ни сонар подключить было нельзя, они выпилены из-за недостатка памяти в APM. Зато появился неработающий DCM filter, который я пока выключил. Чтобы эти датчики использовать нужен Pixhawk.

Olegos;bt140549

У меня на старой прошивке чудил общий шаг

Скорее всего Вы говорите о разных шагах при разных режимах. Дело в том, что в режиме автопилота (Loiter) даже на земле он устанавливает “нулевой” шаг, при котором ожидается “висение”, а не тот шаг, который Вы возможно ожидаете. Нужно настроить так, чтобы в среднем положении стика управления шагом, шаг был примерно 1.5-2 градуса не зависимо от режима (Stabalize, Loiter и др.). Как это делать, написано тут, однако после настройки через графический интерфейс почему то и у меня поведение было плохим. Я настраивал через Full Parameter List, подгоняя значения параметров, отвечающих за коллективный шаг.
Обращаю внимание на то, что параметры THR_* отвечают за поведение коллективного шага на вертолёте. Ардупилот вообще не умеет управлять газом на вертушке, он его умеет либо тупо мапить с передатчика, либо вкл/выкл (с заданием скорости включения и максимальным значением). Если мне не изменяет память, нужно править параметры THR_* и , чтобы в среднем положении стика коллективного шага во всех режимах был +2 градуса на лопостях. При этом в режиме Loiter или AltHold в передатчике должен быть задан диапазон ±100%, а в режиме Stabilaze уже установить такой диапазон, чтобы удовлетворить вышеописанным требованиям.

Olegos;bt140549

Что с хвостовой балкой, у меня серва как-будто не успевала отработать, и хвост гулял.

Калибруйте компас, настраивайте PID коэффициент. У меня в ветер до 5м/с фиксирует хорошо, отрабатывает не хуже EBAR’а, стоящего на другом вертолёте. В более сильный ветер уже не так устойчив и с EBAR не сравнивается конечно…

Olegos;bt140549

Можно ли отдельно задавать частоту несущей для автомата перекоса и хвоста? Например на автомате стоят аналоговые сервы 50 герц, а на хвосте цифровая 300 герц.

Я настоятельно не рекомендую использовать аналоговые сервы в силу особенностей PID алгоритма и скорости работа мозга. APM всё таки слоупочен, а аналоговые сервы сделают его отработку ещё хуже.
Настроек по частоте сигнала для серв не видел.
Если мне не изменяет память, APM обновляет своё внутреннее состояние на частоте 100 Гц. Использование скоростных серв оправдано только потому, что они скорее всего будут быстрее отрабатывать входной сигнал по сравнению со стандартными цифрами.
В то же время нет никакого смысла делать сигнал выше 50 Гц, если APM обновляет собственное состояние на частоте 100Гц.

Мне самому интересно, как с этим в Pixhawk и можно ли там частоту изменить.

Что касается китайских цифр. У них очень много перерегулированных цифровых машинок. Что я под этим подразумеваю: при резком изменении положения - они перед установкой в заданное положение либо его пролетают и потом возвращаются, либо дрожат около заданного положения в 1-2 периода. Такие сервы вообще противопоказаны, нужно искать быстры, чёткие и не дрожащие под нагрузкой и без.

Olegos

Дело в том что на 450 (ARTECH) все родные сервы были аналоговыми, 50 герцовыми, и в ходе экспериментов с APM я пожег 3 штуки. Они тупо гудели и дико грелись, тупили и врали по позициям. Немного покопавшись меня осенило что стоит посмотреть в сторону несущей. Поиски в конфиге APM были недолгими, параметр быстро от искался, но его значение было одно для всех серв.

Сейчас у меня лежит 2,5 PixHavk’а, и есть мысль поставить один из них на TT Raptor 30/90 (нитро). Вроде как народ уже ставил.

Viktor89

pixhawk - это не APM. Ставить можно на любую вертушку, надо будет только серьёзно повозиться с настройками, установки по умолчания абсолютно оказываются непригодными.

fpv_mutant

Спасибо за статью,давно ждал такого опыта,так как стоит собранный 450 уже 3й год…и ждёт приключений)
Подскажи,в режиме мануал,как ведёт себя машина и возможно ли якорем развивать большие скорости с большой высоты?

Viktor89

Не знаю, что значит якорем )
В режиме Acro не летал и даже не настраивал его.
В режиме Stabilize установлены максимальные углы 35 градусов тангаж/крен и можно легко и до 100 км/ч разогнаться по прямой. Но т.к. у меня видео проходит через планшетный ПК на Windows 8, задержки очень большие и я летаю только в Loiter, режим Stabilize использую только для взлёта/посадки.

Poulton

Приветствую всех. В который раз вижу упоминания о бензовертушках. Интересно, кто реально доходил до успешной реализации? Есть PixHawk PX4 и Gasser Predator от Century - хочу слепить и полетать, в каком направлении двигаться? Есть ли кто реально реализовал такую комбинацию (с каким либо бензычем) ?