Costruire un QUADRICOPTER (con processore Arduino) Peso RTF 750g |
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Per costruire un quadricopter non basta utilizzare materiale modellistico comune come giroscopi e servi (tricopter) ma i quattro rotori devono essere gestiti da un microprocessore che garantisce l'equilibrature delle spinte dei motori e permette la rotazione del velivolo (YAW). Dopo numerose ricerche online la soluzione più economica e fai da te è utilizzare come microprocessore l'Arduino. Ci sono numerosi modelli di arduino che si differenziano in base al numero di uscite/ingressi, dalla memoria e dalla velocità del processore.La mia scelta è caduta sulla versione compatta "NANO" che integra la porta mini USB per la programmazione.
Tuttavia il processore senza sensori non può comunque governare il quadricopter, necessita di giroscopi e opzionalmente di accelerometri. La scelta meno costosa è utilizzare accessori della console nintendo WII:- il MOTION PLUS = giroscopio a tre assi- il NUNCHUCK = accelerometro a tre assi Per il collegamento al processore non ci sono problemi in quanto l'alimentazione è 5/3,3 v e il bus di comunicazione è uno standard I2C.Per quanto riguarda la programmazione dell'arduino esiste già un software divulgato pubblicamente e utlizzato da numerosi modellisti nel mondo e possiamo trovarlo su: http://www.multiwii.com/. La cosa eccezionale di questo software per arduino è che è totalmente commentato alla perfezione e anche un non programmatore può attivare le singole funzionalità solo agendo sulle prime righe. Inoltre ci sono numerosi aggiornamenti per ovviare ai BUG e numerose aggiunte di codice per gestire nuove periferiche e/o funzionalità. |
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PARTI UTILIZZATE |
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Questo è l'elenco dei componenti che ho utilizzato per costruire il velivolo:
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n°4 - TURNIGY Plush 10amp 9gram Speed Controller
Specifiche: Cont Current: 10A
n°4 - FC 28-12 Brushless Outrunner 1534kv Specifiche: Weight: 39g (with wire & sticker etc)
n°4 - Eliche Master Airscrew 7x4 : 2 normali per rotazioni orarie e 2 "pusher" per rotazione antioraria.
n°4 - Adattatori salva eliche
n°1 - Bacchetta in legno quadrata (1,5cm x 1mt), foglio i compensato 3mm e viti/dadi di fissaggio 3mm
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Elettronica utilizzata: |
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n°1 Processore Arduino Nano V3.0 AVR ATmega328 P-20AU Specifiche:
n°1 - BASETTA MILLEFORI IN BAKELITE 72x48x1,6mm SF Vers.KR2 , con connettori Strip maschio/femmina, cavi prolunga servi (da tagliare)
n°1 - Nintendo Wii MotionPlus (WMP)
n°1 - Nintendo Nunchuck Controller (NK)
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COSTRUZIONE della STRUTTURA |
Queste sono le immagini della costruzione della struttura dove le parti in legno sono debitamente pitturate e fissate tra di loro con viti da 3 mm e dadi con nilon: |
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L'ELETTRONICA | |
Per l'alloggiamento del processore ho utilizzato dei connettori strip femmina saldati sulla basetta preforata e da qui ho quindi ricostruito i collegamenti per il funzionamento.Lo schema dei collegamenti per il quadricopter e altri tipi di "COPTER" li trovate sul sito MULTIWII . |
Per il collegando alla ricevente ho utilizzato della prolunghe standard per servi, tagliate e saldate ai piedini corretti. Mentre per collegare gli Esc dei motori ho saldato alla basetta i connettori strip. | |
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Questo è il particolare del Wii MotionPlus (WMP) tolto dal contenitore originale: |
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IL SOFTWARE |
E' possibile scaricare il software da sito http://www.multiwii.com/ dove conviene sempre utilizzare l'ultima release. |
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Scaricando il pacchetto compresso si trova il codice programma dell'arduino e in un altra cartella il "Multiwii conf" che è semplicemente un pannello di configurazione per il Quadicopter. Naturalmente si deve utilizzare il "Multiwii conf" relativo alla versione caricata sull'arduino e si presenta così: |
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E' possibile notare i parametri di default (in alto a sinistra) del PID cioè l'insieme di valori che determinano la risposta del processore da cui dipende tutto il funzionamento del velivolo. Questi parametri devono essere modificati solo in caso di instabilità del velivolo e con piccole e singole variazioni in quanto possono portare a situazioni di instabilità e di crash. Il grafico visualizza i valori del WMP e (se connesso) del NK in modo da poterne testare il funzionamento , mentre le barre di spostamento in altro a destra indicano lo stato degli stick della radio e le rispettive uscite collegate agli Esc. Con quest'ultime è possibile capire la variazione dei motori rispetto allo spostamento dei sensori senza neanche collegare i motori evitando così possibili danni al modello e individuando il corretto posizionamento del giroscopio e dell'accelerometro. |
CALIBRAZIONE | |
Prima di volare è d'obbligo la prova "a Mano" del quadricopter. Tenendolo in mano si prova se con il PID di default il velivolo risponde correttamente agli stick della radio, se la resistenza allo spostamento è buona e soprattutto se ci sono dei comportamenti anomali come ondeggiamenti o tremolii. Effettuando questo test ho scoperto che andavano invertiti il ROLL e lo YAW e l'ho fatto con la radio TX e poi c'era anche un leggero ondeggimento sull'asse ROLL. Per questo ho collegato l'arduino al pc e ho diminito il fattore P sia sul ROLL che sul PITCH da 4 a 3.6. |
Per l'inversione dello YAW c'è un parametro nella configurazione dell'arduino (ver7) ma utilizzandolo ho notato che si genera un drift non controllabile con i PID e che rende ingovernabile il mezzo e quindi ho utilizzato l'inversione da radio. Questa è la configurazione finale: |
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Un ottima guida per la modifica dei PID la troviamo su RCGROUPS qui tradotta in italiano: |
Teoria PID tuning e guida alla configurazione per MultiRotorCraft Basic PID Tuning - sul terreno |
PRIMI VOLI |
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Questo è il primo volo all'esterno dopo la prova "a mano" : |
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Il quadricopter è davvero stabile e risponde davvero bene agli stick. L'unica eccezione è un leggero tremolio quando lo si lascia fermo in hovering. Per questo proverò ancora a diminuire il P per il ROLL e il PITCH. Test di volo con P a 3,5 : |
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Questo è il nuovo restiling del X-COPTER, con capottina in depron e scotch con un peso circa di 10 grammi :
Dopo aver ritoccato ancora una volta i PID abbasando tutti i valori del P il quadricopter è molto più Manovrabile. |
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Divertito dalle nuove potenzialità provo con un LOOP senza togliere il gas:
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.... dopo un pò di voletti: |
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