カテゴリー : Quadcopter

折りたたみ機を造ってみる(その5)

信号変換に目処がたったので出力ボードを設計します。例によっていちばん大事なのは電流・・・。またしてもモーター1個あたりで1.5Aとか流れます。フレームは4個(クアッド)ですが、念のため6個まで乗せられるようにしてみます。そして、せっかくなので電流センサを組み込みましょう。

ジャイロの場所が重要なのでFCのジャイロを機体の中央部にしたい、なのでFCを若干オフセットして載せることにします。オフセットして少し空いたスペースに小型のGPSユニット(アンテナ一体型)を入れたら、残りスペースに出力系を入れて完成。と、言葉で書くのは簡単ですが55mmx35mmに入れるのは結構大変・・・。

■アートワークした基板

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折りたたみ機を造ってみる(その4)

フレーム側は何とかなりそうな気配なので次に制御側を考えます。FCはすでに作っているものがあるのでそれを使おうと思います。しかし、FCはモジュラー式なので出力系は新しく設計しないといけません。そこで問題になってくるのは今回はモーターにブラシモーターを使うという事・・・。FCからの出力信号はサーボ信号で出てきちゃうので何処かでサーボ信号⇒PWMに変換しないとモーターが動かない。

■使う予定のFC
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一番シンプルなのはFCの出力コードを改変してPWM出力すること。だったんですけどね、めちゃくちゃ絡んでて早々に諦めました。

次善の策として適当なマイコン持ってきて信号変換する方向にかじを切ります。やることは単純なので(PPM⇒PWM変換)できるだけ小さいものを探してATTiny10にたどり着きました。ATTiny10はSOT23-6パッケージの8bitマイコンで内蔵クロック(8Mhz)で動作可能、外付けの部品はパスコン1個で問題なしな感じです。というわけで、我らの味方秋月電子さんでブツを手に入れて早速テスト。

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折りたたみ機を造ってみる(その3)

頼んでいたパーツが集まったので大体の重量感を見てみました。

モーター:4.86g
プロペラ:0.36g
フレーム:10g前後
バッテリー:18.5g
制御系:12g前後

大体の完成重量は60-65gぐらいになってちょっと重いですね。なので、今回はモーターとプロペラサイズはいままでの物より一回り大きいものを採用して全体推力の底上げをしようと思います。

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組むだけ組んでとりあえず測ってみたの図、フレームをもう少し軽くしたい感じです。

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折りたたみ機を造ってみる(その2)

設計⇒プリントの流れで、各種プリントした結果は以下の通りになりました。

■プリント重量
ナイロン:11.79g
ABS:9.85g
カーボン:14.44g
ナイロン(焼結):10.57g

かなり予想外だったのですが、手に入りやすいABSが一番いい結果となりました。フレーム材はABSかナイロン焼結に決まりですね。カーボンが意外に重いのは必要強度出すのにカーボンだと素材が薄くてもいいところを同じ厚さにしたからだと予想。カーボン用にパラメタの変更をしてもいいかもしれません。それにしても、いままでがPCBフレームだったからと言うのもありますが、フレームを別体で作ると重いですね。上側だけでもPCBフレームにするか、PCBを強度バーツに使って軽くするかを考えたいです。

■各種テストしたフレームたち
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折りたたみ機を造ってみる(その1)

すこし横道にそれて小型機を・・・。二重反転機の調整に手こずっていまして、ちょっとばかり気分転換を兼ねて気軽にテストできる機体を設計してみようと思い設計を開始。当初は設計だけして終わりにしようとしていたんですが、始めちゃうと面白くなってきてしまって結局形にしてしまいましたとさと言言うことでして・・・。1回だと長くなって編集が大変なので何回かに分けて紹介していこうと思います。

気分転換に設計、そのはずなんですが結構本格的になってしまった感はあります。FCは作っていたモジュール式のFCをそのまま採用、出力系を新しく作りました。せっかくなので一つ目標をたてました「FDM機で3Dプリントできる構造の折りたたみ機」です。フレーム壊れちゃってもプリントできたほうが直しやすいですしカスタムも簡単ですしね。

設計は毎度おなじみOpenSCAD。はじめは簡単でいいやと思いながら、最終的には結構作り込んでしまったのはお約束・・・。

■飛行状態

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■折りたたみ状態
foldable_quad_v1_r8-com
手のひらサイズで遊べる機体になりそうな予感です。

BLDCのコントローラーを作っています

FCの部分としてはある程度形になってきました。次は出力系ということでブラシレスのコントローラーやらなんやらを載せた専用ボードをいろいろと試行錯誤していました。いやはや、燃える燃える、いったい何個FET燃やしたことか…。基板もけっこう燃しました。チップ的な最大電流量は30A近くまで行けるんですが、基板側は5Aを標準で設計。モーターは最大で5A程度なため結構ギリギリ設計ですがこれ以上は基板サイズとかいろいろ拡大しないと難しいので現状これでなんとか。基板の左部分にBLDCのコントローラーとドライバが2基が載せてあります。実装サイズで30mmx20mmに全部入っていてバッテリーからメイン基板への給電も請け負います。右側にあるのはサーボ用と外部LEDフレームへの電源生成部です。

■出力系基板

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■テスト風景

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超小型の汎用FCを作っています

MFTで公開した新しい機体向けに新型のFCを作っています。例によってメインコントローラー部と出力部を分離設計とした構成として、メインコントローラーにはSTM32F4系のCPUを採用してドローンコード(Ardupilot)が動作する設計。昇降圧DCDCを搭載しているので対応電源は1Cell-3Cellが単体で使えます、拡張側で対応すればもっと大きい電源にも対応可能。そして、ジャイロ周りのセンサーは2重に入れて電源系は各種類ごとに分離設計にしてノイズとかを押さえ込めるようにしてみました。単体で考えるとアウトプット側が6chの制約がありますが拡張側で増やすこともできるのでいいかなと思っています。

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MQCX_R3の実装&テスト

年末に頼んでいた基板が出来てきましたので実装しながらテストしていました。電源周りが一新されているのでそちらの方だけ先に実装してテストとかしていましたがメインの機能は問題なしなのです。こう言うからには他に問題があったわけでして、On/Offコントローラーを何気なく前から使っていたMAX16054にしていたのですが、このチップの許容電圧5.5Vだった。今回は12Vぐらいまで電圧上げる予定があるのでこのままだと燃えますな。ということで、電源チップをMAX16045⇒TLC2955に変更しました。MAX16045+LDOでもいいんですけど部品点数増えるし実装場所の問題もあるので今回は却下。

これだけで終わればよかったのですが、更に続きます。新しく変更したRGB_LEDですが適当に持ってきたライブラリ使ったのが失敗だった、痛恨のピン配列間違い。ショートしても大丈夫なように外部電源で電流制限していてよかった、いきなりリミットに当たりました。結局ピン配列間違っているので正しい物に修正。

あと、電源のグランド周りの修正とかチップサイズ変更とかいろいろと回路図側修正した後にパターンを見たらせっかく収めた部品が色々と基板外に出ていてちょっと涙目状態。部品レイアウトを崩さないようにあーだこーだやりながらようやく収め直したのがこちらになります。

■MQCX_R3(Bata版)

MQCX_FlightBoard_Rev3_v15_L1 MQCX_FlightBoard_Rev3_v15_L16

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MQCXにEdisonを載せる

前からやりたかったんですがなかなか時間が取れなくて放置していたのですけれど、気合を入れて設計してみました。シリアル経由でEdisonが接続できるMQCX用の増設ボード(それ以外も4chほど接続出来る)です。難しい処理はEdisonで、飛行制御系はARMで行うのが理想ですよね。カメラ積んで画像検出とか、超音波センサ積んだりとか、レンジファインダーは重量的に厳しいか…。いろいろと夢が広がりますな。あと、サーバ建ててブラウザアクセスしたら、ブラウザからコントロールとかも出来ますな。とりあえず、こんな感じになった。制約が大きすぎてこれ以上は積めないと思う。

MQCX_FlightBoard_Rev2_OP_MO_Ed_v1

調子に乗って単純に載せるボードと、モータードライバ込みで6発機になるボードの2種類を設計してみました。でも、よく考えるとモータードライバ載せた基板があるんだったらedison単体しか載らない基板にあまり意味は無い…。

MQCX_R3の基板設計してみる

やってみたら結構スイスイ引けた感じで形になりました。最初の配置まずくて最後が結構厳しかったのはいつもの事ですけれど…。結局配置を変えるハメになるんですよ。電源周りがかなり綺麗な配線になったのが結構嬉しい感じです。あと、スペースに余裕がありそうだったので1Cellバッテリなら充電できるようにチップを追加してみました。2Cell以上のバッテリーには対応していないので繋ぐ前に外さないと燃えますので注意です。標準状態では実装しなければいいだけではありますが…。
引き終わってからR2の配線と見比べるとViaの数が半分位になって内層配線がほとんどなくなりました。配線本数が殆ど変わらないことを考えると前は何だったんでしょう。

■こんな感じになりました(α版)

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とりあえず、作ってみてから問題点を修正していきたいと思います。

これで、電源容量が最大2Aまで増えました、Edison載せて飛ばす準備が着々と進んでいる感じ?