多旋翼飞行器不完全安装指南

lizyang · 发表于 2014-12-3 18:52:40

原帖：
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因多轴飞行器构造简单，相对直升机调试容易，对飞手基础知识要求大大降低，导致近年航模爱好者和拍摄领域的流行。
流行同时，因为飞行门槛降低，很多不具备足够经验的新手在安装多轴飞行器过程中缺乏相关知识，摔机事故频发。某些调试盲点甚至是已入模多年的模友也难以避免。
本文以作者自身经验，在组装六轴飞行器过程中，边装边写。针对目前绝大部分多轴装机用户存在的测试盲区，和忽略的细节，做一个诠释和补充。
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多轴飞行器摔机、丢机的原因，绝大部分与飞控并无任何关系，本文只有不到两节内容与飞控有关。
(注：各类开源飞控均不在此列，深圳市大疆创新科技有限公司全线产品亦不在此列，该公司售后策略为保修期内是否产品本身问题，换件皆收费)
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选择机架
镂空过多、中心板薄、电机臂碳管过小的机架会带来无法消除的震动，使航拍画面产生水波纹而无法忍受，且给飞控带来负作用较大的信号噪声，影响姿态数据采集和动力输出。如飞行器起飞重量大于4KG，建议电机臂碳管不小于16mm或以上，机架碳板厚度达到1.5mm或以上。
市面上不少碳纤机架边缘过于锋利，不加以处理，长时间与线材摩擦，会造成绝缘皮破损，甚至短路。动力线、信号线等需要穿越碳纤机架边缘、开槽、开孔处时，建议用胶布先覆盖线材需要穿越区域或套上蛇皮管一类，保护线材绝缘皮不会磨损。如有耐心，能再次打磨机架边缘并用502封边则更佳。
选择接收机
至少为多轴飞行器准备PCM或2.4G接收机，PPM接收机用于多轴将是一场噩梦，不管你调整如何精细，PPM不抗干扰抖舵特性会让所有努力付之一炬。没有失控保护或没有稳定失控保护触发(部分二次变频PPM接收机支持失控保护，但触发不稳定)，都会导致丢机和摔机。飞行前务必在未安装螺旋桨时，测试关控后飞控是否进入正确状态，接收机失控保护是否正确运转。
商用数传电台抗干扰、支持跳频、带数据效验和冗余，在数据回传、失控保护方面也非常稳定，配合飞控支持的地面站能定航点定航路完成预定任务，同样是好选择。但APC250之类稳定性欠佳的低端定频数传则不建议采用。
市面上流行的飞控如NAZA、Wookong-M、SuperX、X4、X6在遥控器校准界面皆可观察接收机的舵量输出，如未打舵情况下任何通道跳动，很不幸你的接收机质量欠佳或控的电位器已经磨损，导致了抖舵，未排除故障前，不建议做任何校准和飞行。
接收机天线摆放
多轴飞行器上天线摆放的重要性，仅次于选择质量优良的接收机。就市面流行的接收机而言，存在FM、2.4G、433M、900M几种，统一遵循的原则是，尽可能远离信号发射和接收装置，尤其是远离图传、碳纤材料、和金属，使用泡沫材料把天线与碳纤材料隔开3~5厘米。
FM天线摆放需不缠绕，不重叠，尽可能舒展天线长度。能在确保不会缠绕到螺旋桨的情况下，耷拉在机体下方一段长度最好。
433M、900M接收天线须垂直于地面，2.4G接收两根天线互为90度摆放即可。
FUTABA的接收机说明书中，有明确写到接收机应远离碳纤、导体，可能的话将接收机与碳纤材料隔开15厘米以上距离。当然这在多轴上是很难做到的，但~ 尽你所能，为接收机创造良好的收讯条件。
电机与电调匹配
现在市面上销售的多轴电机，基本都提供电机搭配各种桨在不同油门下的测试曲线图或表格(挺奇怪，双天盘式电机都无此类测试)。
按最大推荐螺旋桨配置，并100%油门时消耗电流的大约一倍配置电调，只要飞行器不超载，是安全的。
如朗宇X4112S配DJI 15X5碳纤桨最大电流能到17A，配置30A电调就能满足需要。
需要注意！电机连接电调尽量不使用香蕉头，焊接能消除接触不良的隐患。
电调延长电源线只需采购与电调相同号数的硅胶线即可，多之无用。并联到插头时需要采用更高电流规格的硅胶线，多轴常用硅胶线在14~12号之间。
多轴飞行器电机与电调的兼容适配和测试是一大难题，且因为电调输出交流相位与电机的不匹配，会导致严重后果。
更让人无奈的是，在常规飞行和负载情况下，很多电机与电调的不兼容表现不明显。甚至一些飞行器在多次全负载温和航线下也顺利飞行，但在做大机动时才显露问题，表现为瞬间一个或多个电机驱动缺相，直接跌落(排除电源接触不良，香蕉头接触问题等)。
在我好友的四轴上就遇到了：DJI 30A电调与双天盘式电机存在严重兼容性问题，启动后电机会发出明显的转动异响和啸叫，1分钟内电机滚烫，且其中一个电机线圈开始冒烟。
要完全杜绝和排除此问题也较困难，因航模民用领域多轴，几乎100%是开环结构，无法检测到每个电机是否转速正常。（工业用多轴不少电机是内置转速计并输出给飞控）单独给每个电机安装转速计和电流计来测试实现成本又太高。
最基础测试电机与电调兼容性问题，我的建议方案是：
在地面拆除螺旋桨，姿态或增稳模式启动，启动后油门推至50%，大角度晃动机身、***大范围变化油门量，使飞控输出动力。仔细聆听电机转动声音，并测量电机温度。测试需要逐渐增加时间，如电机温度正常，一开始测试30秒~1分钟递增。以上测试并不能完全杜绝因电机与电调兼容性的摔机，只能在一定程度上排除可能性。
电机与螺旋桨匹配
根据飞行器全重和电机厂家配以各类螺旋桨的测试曲线图或表格，选择挂载全套设备后依旧有动力冗余的配置。
—————————–四轴或不考虑缺轴下返航的动力冗余可忽略此段——————–
选择挂载设备全重后，依旧有40%或以上动力冗余的螺旋桨与电机配置。动力富裕对于多轴飞行器来说，如一轴出现问题，还能保留动力完成降落或返航。
如挂载设备后重量已经接近螺旋桨与电机配置的极限，如其中一轴出现问题，飞控尝试其他几轴输出更大油门来尝试稳定姿态，会直接让其他几轴的电机电调迅速达到保护临界，电调烧毁、电机过热随时会导致摔机，无法为一轴电机故障冗余。
以作者的六轴动力配置：朗宇 X4112S 400KV + APC 1504 + 6S，厂家测试表显示为全油门单轴2.1KG拉力，我只能取85%油门时能够输出的1.7KG拉力作为计算依据，1.7KG X 6=10.2KG为最大全负载。
为保缺轴能顺利回航，带全部设备的机体全重最多就只能在5~6KG。
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另需注意，尽量不使用固定翼上常见，通过***头旋紧挤压电机轴固定的桨夹，***头桨夹打滑的概率远高于螺丝固定的电机座，桨座如再有滚花则固定效果更佳，同时给螺丝打螺丝胶2~3扣也是必不可少的步骤。
但成本更高直接采用带螺丝孔的多轴专用碳纤桨，则可彻底杜绝螺旋桨打滑。
选择动力电池
目前航模用多旋翼飞行器一般总电流不会超过100A，选择10~30C放电能力的锂电都可满足需要。但考虑到1米以上、或小轴距上下双桨结构、异形机架的电流需求变化起伏大，最精确当然还是用高A数电流计计算所需电池C数。
众所周知，电池容量乘以放电C数即可得到电池持续放电电流，以最常见的XAircraft X650为例，4S动力配置如选择25C 5000MA 4S电池，持续放电电流可达125A，完全满足飞行器需要。
值得注意的是，市面杂牌动力电池虚标、掉电压、虚焊问题严重，尽量选择知名厂家的优质电池。避免空中掉电摔机造成更大损失。
如果飞行器需要携带较重的云台、摄影、数据采集设备，则最好选择低C数但能满足动力电流需要的高密度轻量化电池。更可考虑双电源输入，双电池并联供电加多一重保险。
小心检查电机轴机米和卡簧
以朗宇X4112S电机为例，固定电机轴的两颗机米并未打螺丝胶，而我遇到6个电机其中2个，完全不用费一点力气，螺丝刀可以很轻松的弄下机米，这在飞行中很可能造成电机轴打滑的隐患。
建议！每个机米都卸下自己打螺丝胶安装(模型直升机组装基本都需打螺丝胶)，并确认电机轴卡簧是否紧密。
信号线与电源线的处理
每个电机供电电调的舵机信号插头，在有条件和基础的情况下，小心把舵机信号插针从塑料插头中取出，将信号线加上焊锡，与信号插针融为一体再插回，确保没有松动可能。焊锡用量需恰到好处，焊接一气呵成，且不可影响插针插入至原始深度。
所有焊接务必等待焊锡10秒左右冷却，才可确保牢靠，再热缩管缩紧。
所有接头处，尽量打胶固定，不管是BEC、GPS、图传都有松动的可能。
强烈建议勿使用任何转接头，正品XT60插头耐持续放电电流为80A，是1米轴距以下四轴、六轴插头最起码配置。更大的多轴飞行器可能需要配备100~150A耐持续放电规格的插头。
如须用到动力电并联板，也需选择铜箔厚度达标的产品，且焊接时需要用到高功率电烙铁以防散热面积大，焊接温度不足引起的虚焊。
但我个人并不推荐动力电并联板供电的方式，因多轴为减轻重量，以碳纤版为机架主要材料，摔机后损伤的碳纤碎片、并联板变形可能导致直接短路，全部设备有玉石俱焚的可能。留有长度余量的动力电硅胶线并联则可一定程度上规避短路。
油门行程确认
在有条件和基础的情况下，尽量制作与轴数相同的信号并连线，同时对所有电机进行油门行程校正。校正后，使用遥控器的油门微调逐加，直到所有电机同时运转，再逐减油门微调，直到所有电机同时停止，以此验证每个电机，油门行程都精确一致。
在逐个给电调加电校正油门行程情况下，有可能会出现其中某个或多个电机启动微调级别启动不一致的情况，需重校油门行程，直到所有电机同步启动和停止。
如已接驳飞控，则需手动模式启动，同样验证是否所有电机启停一致。
电调设置
建议新电调到手后，根据说明书复位电调设置一次，然后低压保护设置为最低电压、关闭电调刹车、定速。设置完毕后在未安装螺旋桨的情况下，再次确认每个电机的转向是否与飞控说明书中对应的多轴飞行器电机转向一致。
如飞控调参软件提供电机测试功能，则应逐个电机测试是否轴位正确，转向相符。
校正电机座水平和每个电机臂与中心板的轴距
有条件使用数字角度仪测量每个电机座与中心板的角度完全水平。没有数字角度仪亦可采用气泡水平计，当然测量精度略差。测量每个电机臂与中心板的轴距一致。
以上校正为了消除低效的动力输出，和电机自身角度误差带来的额外能量消耗。
失控返航设置
失控触发通道的接线尤其需要注意牢靠，飞控原配线材一般质量不错，安装后打胶能保证可靠连接。
如接收机出线接触不良，飞控就无法接收到接收机的失控保护输出，几乎只有摔机。目前市面飞控是否进入失控保护状态，进而触发返航，都建立在接收机失控信号稳定输出到飞控基础之上。
但，未来值得期待飞控厂家软件完善，可依据遥控器TX信号丢失，设计在没有接收机失控保护信号输出的情况下，判断遥控器TX信号是否稳定来确定是否开启返航。虽然就目前而言还未见任何飞控厂家在调参软件中有TX信号丢失时的设置。
在未安装螺旋桨的情况下正确设置和验证失控返航。市面流行的飞控触发失控返航，以单通道触发为多，但也有采用多通道的。DJI Wookong-M需要油门通道15%以上，和飞控U通道设置为特定舵量触发，因此需要两个通道正确设置失控返航。设置后通过调参软件可在地面验证设置和关闭遥控器确认效果。
平衡机架中心板
以笔者六轴为例，安装云台、图传、动力电池后，以两把螺丝刀为起具，抬起中心板横向两边中轴，以飞行器中心板可水平抬起为准。如有某一方倾斜，需调节动力电或云台位置，以使飞行器中心板达到平衡。避免重心问题导致的额外动力开销。
试飞并电机测温
试飞最好选择无风天气，尽量姿态模式脱控1.5米左右定高飞行，切勿使用GPS模式试飞。
试飞时间需要根据动力配置和载重而定，约达到飞行总时长50%后降落(设定电压报警器为每个锂电电芯达到3.9V告警并降落)，马上使用非接触式测温计对每个电机进行测温并记录，每个电机温度偏差应在10%以内。如有较大偏差，则需单独检查电机、配平螺旋桨、桨座是否打滑等。

lizyang · 发表于 2014-12-3 18:53:26

震动指数监测
对于部分飞控已内部可存储震动数值，调试起来较为方便。部分飞控则无此功能，需要用借用其他有震动数值显示的固定翼飞控来完成。震动大的机器会导致飞控传感器被噪声淹没，无法稳定飞行，甚至失控。硬挂录像设备录制的视频，水波纹也会波涛汹涌。
其实在飞控不支持震动数值记录的情况下，硬挂1080P设备录像，在电脑上全屏回放就能明显察觉。
另国产螺旋桨动静平衡皆不可恭维，也会导致震动数值狂飙，以笔者飞行固定翼FPV和多轴经验来说，使用美国APC、德国CAM一类进口螺旋桨无需人工配平也能明显降低震动。其他螺旋桨则需人工有限补偿静平衡，动平衡则没有专业设备和经验，模友无法校正。
飞控数据分析
试飞后，如飞控支持内部数据记录，可分别对电机动力输出量、GPS信号、电池电压放电、姿态变化曲线进行记录。
以市面上支持外加组件或内置数据记录的飞控来说DJI Wookong-M(必须购买IOSD才可记录数据)、XAircraft SuperX(内置数据记录)、零度 X4\\X6(内置数据记录)，都可连续记录每个电机动力输出量、GPS信号质量、电池电压、姿态变化。
特别值得赞许，XAircraft SuperX黑匣子功能，提供较为完整和直观的各飞行数据图表功能，电机臂安装偏差问题、负载情况、震动值、电压波动、GPS卫星质量都一目了然，在多轴航模飞控产品中给出了最详尽的分析数据，即使你非航模老手，学会看数据图表也能解决大量问题，排除故障也轻松了许多。然而更重要是无需任何额外花费。
另一个重要的问题是索赔！众所周知多轴飞行器相对直升机而言结构足够简单，能排查的故障点并不多，一些罕见的莫名其妙翻掉和飞走，可能源于飞控厂家不可靠的软、硬件BUG导致。
特别是并不内置数据记录的大疆系列产品，甚至可以说是赤裸裸为消费者设立的陷阱，炸鸡后无法追溯问题来源。
作为已经历过事故的大疆飞控用户，并只得到厂家一句“接收机受干扰了”的经历。
特别警告在飞控不靠谱的情况下，结合我收集到的大量大疆用户事故反馈，为尽少炸鸡，请尽量做到以下几点：
————————————-大疆系列飞控特别警告————————————
1、如无必要，不要安装GPS飞行。大疆全系列飞控超敏易受干扰地磁罗盘是一大问题根源。只要接入GPS模块，地磁器件的数据就会参与到姿态模式和GPS模式下，所以用姿态模式突然发现横滚或方向不可控而炸机，请不要奇怪。
2、如必须安装GPS，尽量不使用GPS模式而使用姿态模式飞行，但起飞仍需6颗卫星以上，并等待记录返航点。换场地必重新校准地磁。
3、如非万不得已，千万不要使用失控返航。依赖地磁、易受各种干扰的飞控，你还能指望它安全返航？嘿！哥们，这得看你的运气了。
4、尽可能安装IOSD MARK记录飞行数据，而不要购买IOSD MINI。如事故后幸运找回飞行器，并幸运的发现IOSD MARK完好，并幸运的取出了数据，并幸运的检查出飞行数据没有任何异常，如果你的飞行器又幸运的是S800，恭喜你！你有找大疆索赔的潜力了！
所以。。。如果飞行数据没有问题，你的损失可能会获得赔偿，当然也仅仅是可能。
但是像我这类自购买了IOSD MINI的用户来说，大疆当然可以淡然用“干扰论”打发我。如果我发生事故当时也有IOSD MARK记录飞行数据，虽然飞行器不是大疆的产品，大疆不可能赔偿，但也有理有据的可以发声痛斥。
换个说法其实就是，没有安装IOSD MARK或不支持安装IOSD MARK的用户，或安装了IOSD MARK并找回了飞行器但飞行数据损坏，或安装了IOSD MARK，但事故后飞行器无法找回的用户，出了事故也百分百只能是冤大头。
并且如果大疆反复、大量、频繁使用必杀技“干扰”后，也必会招致用户骂声一片，失去公众信用，墙倒众人推。
5、只要用于超视距飞行，强烈建议关闭电压保护功能。
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下面我以两个相对最容易出故障点的数据来举例说明：
以电机动力输出量来说，无风情况下的飞行，每个电机的输出量是接近的。如果偏差超过20%，首先得排查飞行器重心、其次是否桨打滑。另如果全载重后仅悬停，每个电机的输出量都在80%以上，你的飞行器动力已经接近饱和，飞行器大动作后超载会导致不可预见的结果。
以电池电压来说，如果放电电压不是线性下降，而存在瞬间陡峭的跌落超过2V或以上，比如4S锂电作为动力电，从数据记录上看，动力电在某个点从15V下降到13V，你的动力电很可能某电芯接触不良，飞行器如果再没有动力富余，会产生突然下降，或控制手感怪异甚至摔机。
——————————————安装之外——————————————–
排除磁性物体
现阶段多轴飞控都不一而同采用了地磁来提高飞控定点稳定度，因地磁受干扰因素较多。在安装多轴飞行器时，务必检查天线、安装盖等是否有磁性，有磁性的部件需要移除，以避免干扰飞控。尤其是大疆系列飞控地磁传感器在姿态模式下也生效。
固定螺距多旋翼飞行器下降晃动问题
因非变距多旋翼飞行器的姿态稳定基于螺旋桨转速变化，下降时需控制下降速度，一般来说垂直下沉率高于每秒3米会造成机体严重晃动，有风天气甚至有直接翻掉的可能。因螺旋桨输出动力减弱造成的自身姿态稳定困难，再有外部自然因素的影响，需要下沉时应严格控制下沉速率，有空间的情况下，考虑像固定翼一样，一边前行一边逐步降落的方式，可降低下沉时的机体晃动。
随着飞行时风力等级的大小，选择越大风力越低下沉率，反之亦然。
拥有正负可变螺距范围的定速/非定速多旋翼飞行器不在此例。
飞行环境问题
因目前阶段民用多旋翼控制器陀螺精度差，定点悬停的实现，各个厂家都采用了相对简单的GPS+地磁罗盘数据融合方式，且地磁极易受干扰，金属物体接近、大功率无线电设备(手机信号基站)、矿物山体、建筑物都可能对地磁产生严重干扰，从而产生飞行偏航、GPS模式下不受控、不失控返航等故障。
因此存在干扰隐患的区域应尽量避开，或只采用姿态模式飞行。且更换场地后如使用GPS，需起飞前完成地磁校准。
而相对固定翼飞控而言（如流行的ARKBIRD飞控采用惯导耦合），则地磁罗盘非必须选项，因固定翼不存在定点定向，可以通过随时的位置移动产生GPS位差来得到航向，彻底杜绝因地磁干扰导致的数据融合错误。

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