Что такое 6 осевой гироскоп на квадрокоптере
В чем разница между 3 и 6 осями гироскопов?
Есть ли реальная разница между этими двумя модулями? Если так, что это?
Если вы где-то читаете «gyro: 6 axis», это может быть связано с ограниченными знаниями человека, заполняющего поля, или с ограничением указанных полей (например, есть поле описания для «gyro», но нет для «акселерометра») ).
Фактически это будет означать 3D-гироскоп (3 оси) + 3D-акселерометр (в 99% случаев это тоже может быть 3D-компас).
Есть только 3 возможных оси для гироскопа. Таким образом, имея 6 значений измерения, будет означать: измерение (по крайней мере косвенно) всех осей дважды. Это может иметь смысл, если вы хотите избежать отказа всего устройства, если один гироскоп неисправен. Также: достижение более точных измерений. Но обратите внимание, что большая часть шума при измерении связана с шипами / шумом источника питания. Таким образом, вам потребовалось бы 2 независимых источника питания для действительно независимых измерений (таким образом, достигается улучшение шума измерения на 3 дБ [= половина шума]).
Гироскоп измеряет частоту вращения и в трехмерной системе, которая может быть только вокруг 3 осей: крена, рыскания и тангажа. Как говорит Джим, остальные 3 параметра могут быть из акселерометра, который также дает вам положение вращения вокруг тех же трех осей.
Вам нужно 6 параметров для описания положения и ориентации объектов: расстояние в направлении X, Y и Z и вращение вокруг оси X, Y и Z. Гироскоп / акселерометр может помочь вам с вращением, но не может обнаружить боковое движение. (Акселерометр может косвенно измерять смещение, но для этого требуется двойной интеграл, который может поставить под угрозу точность.)
Я думаю, что они называют это «6-осевым гироскопом», потому что гироскопическая функция и функция акселерометра выполняются одним и тем же устройством, «гироскопом». Это делается для того, чтобы отличать более простые 3-осевые гироскопические устройства, так как два по сути являются одной и той же деталью, отдельного акселерометра нет, это всего лишь дополнительная функциональность для «гироскопа», которую практически ничего не стоит добавлять, но они могут добавить большие деньги на ценник модели для. Вот как «флайбар» вымер, 3-осевой гироскоп сделал его устаревшим, когда он заменил одноосный гироскоп «удержание курса» практически за бесценок в добавленной стоимости.
Лётная школа. Его величество квадрокоптер
Управление квадрокоптером/мультикоптером в целом схоже с управлением вертолётом. Тем не менее есть одна существенная разница: у квадрокоптера нет хвостовой балки. Благодаря этому квадрокоптер может одинаково легко лететь в любом направлении, независимо от того, куда смотрит его “перед”. Таким образом, квадрокоптер может поменять направление полёта быстрее любого другого летательного аппарата.
Концепт мультироторного аппарата уже далеко не нов. Но до недавнего времени он не находил практического применения, поскольку такая компоновка по своей сути нестабильна. Управлять мультироторным аппаратом для поддержания устойчивого полёта очень сложно и практически невозможно для обычного человека. Однако с развитием технологии гироскопов (благодаря Wii, планшетам и смартфонам) появились очень маленькие и маломощные сенсоры, позволяющие автоматически балансировать квадрокоптер в полёте. Теперь пилот может полностью сосредоточиться на своих лётных навыках и не отвлекаться на попытки вручную балансировать квадрокоптером, чтобы тот не перевернулся.
В настоящий момент существует два вида гироскопов, которые вы должны знать. Это системы 3-осевой (3-axis) и 6-осевой (6-axis) стабилизации. Трёхосевые датчики автоматически балансируют наклон вперёд/назад (тангаж) и влево/вправо (крен). Кроме того, такие датчики контролируют вращение вокруг вертикальной оси (рыскание). Хорошо откалиброванный квадрокоптер должен взлетать и практически неподвижно зависать в воздухе. Он не должен наклоняться или поворачиваться в каком-либо направлении, пока вы не наклоните стик пульта управления в соответствующую сторону. Кроме того, если вы это сделаете и затем вернёте стик назад, квадрокоптер должен сам вернуться в устойчивое горизонтальное положение.
6-осевая гироскопическая система обеспечивает гораздо более быструю коррекцию смещений квадрокоптера. К слову, называть её так не совсем правильно, и сейчас вы узнаете почему. Кроме трёх сенсоров тангажа, крена и рыскания, в 6-осевой системе также есть акселерометр для определения ускорения в трёх измерениях. Теперь наш квадрокоптер может автоматически определять резкие порывы ветра и компенсировать их. Когда мы командуем квадрокоптеру зависнуть (поместив оба стика в центр), акселерометры могут определить, если квадрокоптер всё ещё находится в движении, и автоматически компенсировать это для более быстрого зависания. Наконец, такая система способна обнаружить необычное положение в воздухе (если мы перевёрнуты вверх ногами) и понять, что квадрокоптер падает. Выровняв стики управления и добавив немного газа, можно быстро остановить падение и выровнять квадрокоптер с 6-осевой стабилизацией. Эта последняя возможность особенно полезна на практике.
Очевидно, что для лучшим выбором для новичка будет квадрокоптер с 6-осевой стабилизацией, поскольку он прощает больше ошибок. Однако опытные пилоты также предпочитают такие модели, поскольку они очень проворны и способны буквально развернуться на пятачке.
Подпишись на нас вконтакте, чтобы оставаться в курсе последних новостей!
Что такое квадрокоптер: как он поднимается в воздух и управляется с земли
Беспилотными летательными объектами мечтают обладать многие представители сильной половины человечества, начиная со школьной скамьи. Прежде чем приобретать аппарат, который на поверку вовсе не игрушка, мы рекомендуем узнать, квадрокоптер что такое и с «чем его едят». А именно, кто его придумал, что его поднимает в воздух, как работают его двигатели и какими опциями он может обладать. Итак, рассмотрим коптер — это что такое и как он работает:
С чего все началось?
Что такое квадрокоптер впервые показал русско-американский авиаконструктор Георгий Ботезат. Именно он в 1922 году сконструировал «праотца» современных высокотехнологичных дронов.
Это был аппарат, который имел четыре винта, весил 1600 килограмм. Именовался он вертолетом. В документах зафиксировано, что он поднимался в высоту аж в 4 метра с 450-килограммовым грузом.
Правда управление новым аппаратом вызывало дискомфорт. Дело в том, что из четырех винтом «руководящим» был один, который вращался с помощью двигателя. Мотор сложной трансмиссией передавал движение трем другим винтам.
Затем развитие детища Ботезата приостановилось, потому что американская армия отказалась от финансирования проектов в пользу более перспективных автожиров. Только в начале нашего века дроны обрели новую жизнь и стали такими, какими мы их знаем.
Какие бывают мультикоптеры?
Всеми известные квадрокотеры — это не что иное, как мультикоптеры. Что такое мультикоптеры? Это имеющий много моторов воздушный аппарат, пропеллеры которых вращаются в разных направлениях.
Мультикоптеры классифицируется по количеству винтов. Сейчас производители представляют большое разнообразие моделей. Все они различаются полезной массой, то есть величиной, какой вес они могут поднять на борт.
Три винта — это трикоптер.
Четыре винта — всем известный квадрокоптер.
Шесть винтов — это гексакоптер.
Восемь винтов — это октокоптер. Он уже похож на пришельца с космоса.
Какие основные элементы коптера?
Есть элементы, без которых невозможно функционирование современного квадрокоптера.
Что такое они из себя представляют:
Как работает квадрокоптер?
Что такое управление дроном, может почувствовать каждый пилот, который осуществит первый полет. А как дрон работает? Оказывается все просто. Это можно понять с помощью схемы.
Винты, а их бывает 3 / 4 / 6 / 8-мь, как рассмотрели выше, приводятся в движение с помощью двигателей. Одна половина моторов крутит пропеллеры по часовой стрелке, в другая — в противоположную сторону. Благодаря этой системе в работе не нужен хвостовой пропеллер и сложный автомат перекоса, которые нашли применение в конструкции вертолета.
Как происходит управление полетом?
Что такое квадрокоптер в действии? Это прежде всего работа несущих винтов, приводящихся в движение двигателем.
Какие бывают моторы?
Дроны оснащают коллекторными и бесколлекторными моторами. Первые чаще всего применяют в конструкции недорогих квадрокоптеров, такое решение приводит к снижению стоимости беспилотника. Бессколлекторные двигатели используют в дронах полупрофессиональной и профессиональной категории.
Как управлять?
Что такое полет квадроптера, ответит любой пилот. Коптер с камерой или без нее управляется с пульта, в частотном диапазоне 2.4-5.8Ггц. Бесперебойную работу дрона обеспечивает слаженная система всех высокотехнологичных элементов дрона. Это:
Какие бывают квадрокоптеры?
Современные производители предлагают такое разнообразие коптеров, что повышает сложность выбора в несколько раз.
Условно все, что предлагают современные производители можно разделить на:
Дрон своими руками: Урок 4. Полётный контроллер.
Содержание
Введение
Теперь, когда вы выбрали или спроектировали раму БПЛА, выбрали моторы, несущие винты, ESC и батарею, можно приступить к выбору полётного контроллера. Полётный контроллер для мультироторного беспилотного летательного аппарата представляет собой интегральную схему, обычно состоящую из микропроцессора, датчиков и входных/выходных контактов. После распаковки контроллер полёта не знает какой конкретный тип или конфигурацию БПЛА вы используете, поэтому изначально необходимо будет установить определенные параметры в программном обеспечении, после чего заданная конфигурация загружается на борт. Вместо того, чтобы просто сравнивать доступные в настоящее время полётные контроллеры, подход, который мы здесь использовали, перечисляет, какие элементы ПК отвечают за какие функции, а также аспекты, на которые необходимо обратить внимание.
Основной процессор
8051 vs AVR vs PIC vs ARM: Семейство микроконтроллеров составляющее основу большинства современных контроллеров полёта. Arduino основан на AVR (ATmel), и сообщество, похоже, сосредоточено на MultiWii, как на предпочтительном коде. Microchip является основным производителем чипов PIC. Трудно утверждать, что одно лучше другого, всё сводится к тому, что может делать программное обеспечение. ARM (например, STM32) использует 16/32-битную архитектуру, при этом десятки используют 8/16-битные AVR и PIC. Поскольку одноплатные компьютеры становятся все менее и менее дорогостоящими, ожидается появление полётных контроллеров нового поколения, которые могут работать с полноценными операционными системами, такими как Linux, или Android.
ЦП: Обычно их разрядность кратна 8 (8-бит, 16-бит, 32-бит, 64-бит), что в свою очередь указывает на размер первичных регистров в ЦП. Микропроцессоры могут обрабатывать только установленное (максимальное) количество бит в памяти за один раз (такт). Чем больше бит может обработать микропроцессор, тем более точной (и более быстрой) будет обработка. Например, обработка 16-битной переменной на 8-битном процессоре происходит куда медленней, чем на 32-битном. Обратите внимание, что код также должен работать с правильным количеством бит, а на момент написания этой статьи лишь немногие программы используют код, оптимизированный для 32 бит.
Рабочая частота: Частота, на которой работает основной процессор. Также по умолчанию её называют «тактовой частотой». Частота измеряется в герцах (циклов в секунду). Чем выше рабочая частота, тем быстрее процессор может обрабатывать данные.
Программная память/Флэш: Флэш-память — это место, где хранится основной код. Если программа сложная, она может занимать много места. Очевидно, что чем больше память, тем больше информации она может хранить. Память также актуальна при хранении данных в полёте, таких как координаты GPS, планы полёта, автоматическое движение камеры и т.д. Код, загруженный на флэш-память, остается на чипе даже после отключения питания.
SRAM: SRAM расшифровывается как «Статическая память с произвольным доступом» и представляет собой пространство на чипе, которое задействуется при выполнении расчетов. Данные, хранящиеся в оперативной памяти, теряются при отключении питания. Чем выше объём оперативной памяти, тем больше информации будет «легко доступно» для расчетов в любой момент времени.
EEPROM: электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ) обычно используется для хранения информации, которая не изменяется во время полёта, например настройки, в отличие от данных, хранящихся на SRAM, к которым могут относиться показания датчика и т.д.
Дополнительные порты Ввода/Вывода: большинство микроконтроллеров имеют большое количество цифровых и аналоговых портов ввода и вывода, на контроллере полёта некоторые используются под датчики, другие для связи, либо для общего ввода и вывода. К этим дополнительным портам могут быть подключены RC сервоприводы, системы подвеса, зуммеры и многое другое.
Аналого-цифровой преобразователь (A/D converter/АЦП): Если датчики используют бортовое аналоговое напряжение (обычно 0-3.3В или 0-5В), аналого-цифровой преобразователь должен преобразовать эти показания в цифровые данные. Как и в случае с процессором, количество бит, которое может быть обработано АЦП, предопределяет максимальную точность. С этим связана тактовая частота, с которой микропроцессор может считывать данные (количество раз в секунду), чтобы убедиться, что информация не потеряна. Тем не менее, трудно не потерять часть данных во время такого преобразования, поэтому чем выше разрядность АЦП, тем более точными будут показания, но при этом важно, чтобы процессор смог справиться с той скоростью, с которой отправляются данные.
Питание
Часто в спецификации полётного контроллера описываются два диапазона напряжений, первый из которых представляет собой диапазон входного напряжения самого контроллера полёта (большинство работает при номинальном напряжении 5В), а второй — диапазон входного напряжения основного микропроцессора (3.3В или 5В). Поскольку контроллер полёта является встраиваемым устройством, вам необходимо обратить внимание только на входящий диапазон напряжения контроллера. Большинство контроллеров полёта мультироторных БЛА работают при напряжении 5В, так как это напряжение вырабатывает BEC (для получения дополнительной информации см. раздел «Силовая установка»).
Повторим. В идеале не нужно запитывать контроллер полёта отдельно от основной батареи. Единственное исключение — если вам нужна резервная АКБ на случай, когда основная батарея отдаёт столько энергии, что BEC не может вырабатывать достаточно тока/ напряжения, вызывая тем самым отключение питания/сброс. Но, в таком случае вместо резервной батареи часто используют конденсаторы.
Сенсоры
С точки зрения аппаратного обеспечения, контроллер полёта по сути является обычным программируемым микроконтроллером, только со специальными датчиками на борту. Как минимум, контроллер полёта будет включать в себя 3-осевой гироскоп, но без автовыравнивания. Не все контроллеры полёта оснащаются указанными ниже сенсорами, но они также могут включать их комбинацию:
Режимы полёта
Ниже приведён список самых популярных режимов полёта, тем не менее не все из них могут быть доступны в полётных контроллерах. «Режим полёта» — это способ, посредством которого полётный контроллер использует сенсоры и входящие радиокоманды для обеспечения стабилизации и полёта БПЛА. Если используемая аппаратура управления имеет пять и более каналов, пользователь может настроить программное обеспечение, что позволит ему изменять режимы через 5 канал (вспомогательным переключателем) непосредственно во время полёта.
Программное обеспечение
ПИД-регулятор (назначение и настройка)
Proportional Integral Derivate (PID) или Пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор (ПИД) — часть программного обеспечения полётного контроллера, которое считывает данные с сенсоров и вычисляет, как быстро должны вращаться моторы, чтобы сохранить желаемую скорость перемещения БЛА.
Разработчики готовых к полёту БЛА как правило оптимально настраивают параметры ПИД-регулятора, поэтому большинство RTF беспилотников отлично пилотируются прямо из коробки. Чего не скажешь про кастомные сборки БЛА, где актуально использование универсального полётного контроллера подходящего для любой мультироторной сборки, с возможностью регулировки значений PID до тех пор, пока они не будут соответствовать требуемым характеристикам полёта конечного пользователя.
Graphical User Interface (GUI) или Графический интерфейс пользователя — это то, что используется для визуального редактирования кода (при помощи компьютера), который будет загружен в полётный контроллер. Программное обеспечение, поставляемое с контроллерами полёта, продолжает становиться все лучше и лучше; первые контроллеры полёта использовали в основном текстовые интерфейсы, которые требовали, чтобы пользователи понимали почти весь код и меняли определенные разделы в соответствии с проектом. В последнее время в GUI применяются интерактивные графические интерфейсы, с целью облегчить пользователю настройку необходимых параметров.
Дополнительные возможности
Программное обеспечение, используемое на некоторых контроллерах полёта, может иметь дополнительные функции, которые недоступны для других. Выбор конкретного контроллера полёта может в конечном итоге зависеть от того, какие дополнительные функции/функциональные возможности предлагаются разработчиком. В список таких функций могут входить:
Связь
Управление посредством радиосвязи обычно включает в себя RC передатчик/RC transmitter (в беспилотном хобби — радиоаппаратура управления/пульт) и RC приёмник (RC receiver). Для взаимодействия с БПЛА пользователю потребуется как минимум четырёх (и более) канальный RC передатчик. По умолчанию первые четыре канала связаны с:
Все остальные имеющиеся каналы могут быть задействованы для таких действий как:
Большинство пользователей (пилотов БПЛА) предпочитают именно ручное управление, это ещё раз доказывает, что пилотирование при помощи аппаратуры управления по прежнему является выбором номер один. Сам по себе RC приёмник просто передаёт поступающие от RC передатчика значения, а значит не может управлять беспилотником. RC приёмник должен быть подключен к контроллеру полёта, который в свою очередь должен быть запрограммирован для приёма RC сигналов. На рынке очень мало полётных контроллеров, которые принимают входящие радиокоманды от приёмника на прямую, а большинство ПК даже обеспечивают питание приёмника от одного из контактных выводов. Дополнительные соображения при выборе пульта дистанционного управления включают в себя:
Bluetooth и более поздние продукты BLE (Bluetooth Low Energy) изначально предназначались для передачи данных между устройствами без заморочек сопряжения или согласования частот. Некоторые имеющиеся на рынке контроллеры полёта могут отправлять и получать данные по беспроводной связи через соединение Bluetooth, что упрощает поиск неисправностей в полевых условиях.
Управление по Wi-Fi обычно достигается посредством Wi-Fi роутера, компьютера (в том числе ноутбук, десктоп, планшет) или смартфон. Wi-Fi в состоянии справится как с передачей данных, так и с передачей видеопотока, но одновременно с этим эту технологию сложнее настроить/реализовать. Как и для всех Wi-Fi устройств, расстояние удаления ограничено Wi-Fi передатчиком.
Радиочастота (RF или РЧ)
Радиочастотное (РЧ) управление в этом контексте относится к беспроводной передаче данных с компьютера или микроконтроллера на летательный аппарат с использованием РЧ передатчика/Приёмника (или двухполосного приёмопередатчика). Использование обычного радиочастотного блока, подключенного к компьютеру, позволяет осуществлять двухполосную связь на большие расстояния с высокой «плотностью» данных (обычно в последовательном формате).
Хоть это и не тип связи, самого вопроса, как управлять дроном используя смартфон, достаточно, чтобы уделить ему отдельный раздел. Современные смартфоны это по сути мощные компьютеры, которые по случайному совпадению могут также совершать телефонные звонки. Почти все смартфоны имеют встроенный модуль Bluetooth, а также модуль WiFi, каждый из которых используется для управления дроном и/или получения данных и/или видео.
Инфракрасное излучение (Infrared (IR))
Инфракрасная связь (то что можно найти в каждом телевизионном пульте дистанционного управления) редко используется для управления дронами, так как даже в обычных комнатах (не говоря уже об открытом пространстве) присутствует так много инфракрасных помех, что они не очень надёжны. Несмотря на то, что технологию можно использовать для управления БПЛА, не может быть предложена как основной вариант.
Дополнительные соображения
Функциональность: Производители полётных контроллеров, обычно, стараются предоставить как можно больше функций — либо включены по умолчанию, либо приобретаются отдельно в качестве опций/дополнений. Ниже приведены лишь некоторые из множества дополнительных функций, на которые вы, возможно, захотите взглянуть при сравнении контроллеров полёта.
Демпфирование: даже небольшие вибрации в раме, обычно вызываемые несбалансированными несущими винтами и/или моторами, могут быть выявлены встроенным акселерометром, который, в свою очередь, отправит соответствующие сигналы на главный процессор, который предпримет корректирующие действия. Эти незначительные исправления не нужны или не желательны для стабильного полёта, и лучше всего, чтобы контроллер полёта вибрировал как можно меньше. По этой причине между контроллером полёта и рамой часто используются виброгасители/демпферы.
Корпус: защитный корпус вокруг контроллера полёта может помочь в различных ситуациях. Помимо того, что корпус выглядит более эстетично, чем голая печатная плата, корпус часто обеспечивает некоторый уровень защиты элект. элементов, а также дополнительную защиту в случае краша.
Монтаж: Существуют различные способы установки контроллера полёта на раму, и не все контроллеры полёта имеют одинаковые варианты монтажа:
Сообщество: поскольку вы создаете кастомный дрон, участие в онлайн-сообществе может значительно помочь, особенно, если вы столкнулись с проблемами или хотите получить совет. Получение рекомендаций от сообщества или просмотр отзывов пользователей, касательно качества и простоты использования различных контроллеров полёта, может также быть полезным.
Аксессуары: Для полноценного использования продукта, помимо самого контроллера полёта, могут потребоваться сопутствующие элементы (аксессуары или опции). Такие аксессуары могут включать, но не ограничиваются ими: модуль GPS и/или GPS антенна; кабели; монтажные принадлежности; экран (LCD/OLED);
Пример
Итак, учитывая все эти различные сравнительные характеристики, какую информацию вы можете получить о контроллере полёта и что может включать контроллер полета? В качестве примера мы выбрали Quadrino Nano Flight Controller.
Главный процессор
Используемый на борту ATMel ATMega2560 является одним из наиболее мощных Arduino-совместимых чипов ATMel. Хотя он имеет в общей сложности 100 выводов, включая 16 аналогово-цифровых каналов и пять портов SPI, из-за его небольшого размера и предполагаемого использования в качестве контроллера полёта, на плате присутствуют только некоторые из них.
Сенсоры
Quadrino Nano включает микросхему MPU9150 IMU, которая включает в себя 3-осевой гироскоп, 3-осевой акселерометр и 3-осевой магнитометр. Это помогает сделать плату достаточно маленькой, не жертвуя качеством датчика. Барометр MS5611 предоставляет данные о давлении и покрыт кусочком пены. Интегрированный Venus 838FLPx GPS с внешней GPS антенной (в комплекте).
Программное обеспечение
Quadrino Nano был создан специально для использования новейшего программного обеспечения MultiWii (на базе Arduino). Вместо того, чтобы изменять код Arduino напрямую, было создано отдельное, более графическое программное обеспечение.