防水四旋翼新選擇

十一月 19, 2015
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推薦兩款不怕潑水的無人飛行載具。水溫正好,下水吧!

WAVEcopter是完全防水的四旋翼,我大多利用手邊便宜的電子零件所製成,一來嘗試新的衝浪攝影方式,二來進行空中場勘,再來就是滿足我對機器人和航空學的迷戀。
文/艾力克薛特(Alec Short)

在四旋翼於英格蘭康瓦爾郡的峭壁發生嚴重擦撞後,我趁機整修它(我認為都是駕駛的錯,駕駛太依賴GPS定位,以致四旋翼偏離原本起飛的地點),雖然撞得很嚴重(大約在60呎處全速衝撞花崗岩峭壁),但所有電子裝置和攝影設備都毫髮無傷。這證明其堅固耐用,只有支柱、輪軸和馬達線受損,但這些都很容易更換,不用花太多錢。
 
未來整修時我打算淘汰Naza M飛行控制器,並換成Arducopter控制板,以便完成航點任務規劃。
 
四旋翼電子裝置有很多種結構,我參考了其中幾種,找出一些更好的選擇(例如Arducopter),這項專題的重點在於防水,同時取得電源和重量間的最佳平衡。
 
這款無人機成功飛行了10分鐘以上,我原本擔心密閉/防水的機身會過熱,但速度控制器或馬達都沒有這個問題。我玩多旋翼的資歷淺,為此閱讀不少資料,能夠一舉成功實在很不可思議,也可能是我運氣好。如果你還是很擔心,也可以在主殼底下添加散熱器。
 
我希望你會喜歡這項專題!

材料

  • 碳纖維管,外直徑20mm(3/4″),馬達臂長度1m,裁成四等分
  • PVC 三路馬達接頭(4),多買幾個備用
  • 戶外電子插座箱,長時給電,我採用Diall型號WP23L,英國只有B&Q買得到,美國的朋友可以試試看Intermatic型號WP3100C (Amazon #B001PKP4J6)或Hubbell TayMac型號MM110C (Amazon #B001JEPX3U)
  • PVC接線盒,圓形,四路,20mm (3/4″),購自五金行
  • PVC內螺紋接頭,附鎖環,25mm (1″) (4),多買幾個備用
  • PVC漸縮管,25mm至20mm (1″ to 3/4″) (4),多買幾個備用
  • 矽膠線,14 AWG,總長4800mm
  • 扣眼,20mm (3/4″) (10)
  • Universal Landing Skid Gear Stand Kit起落架組,有很多選擇,但這個適用於GoPro
  • 直升機浮筏Heli-Max 尺寸0.50–0.60 (2個),在英國很難找到,我在eBay發現一些,可以用絕緣泡棉管代替。
  • Sugru萬用黏土,黑色。這玩意很好用,很適合填補任何縫隙。
  • 電池組,LiPo, ZIPPY Flightmax 2200mAh 3S 11.1v 20C / 30C (2個)。這是不斷嘗試
  • 和失誤的漫長過程,必須完全密合主殼體的電子裝置。兩者捆在一起使用效果好!重量180g,邊長102mm × 37mm × 24mm
  • 四旋翼配電板
  • 機器螺栓,3mm × 50mm,附螺帽(10個)
  • 墊片M3,長度10mm (4個)
  • XT60電池隔離線,一個公接頭對兩個母接頭
  • ABS塑膠配件,碟型封頭,63.5mm英國24mm
  • JEPX3U). or 。英國很少見,可嘗試3D列印GPS接
  • 頭,例如ReadyMadeRC item #ONEPIECE-DJI-GPS-MOUNT-NAZA (readymaderc.com),不然就用花生醬的蓋子!
  • 魔鬼氈束帶

 
工具

  • 鋼鋸
  • 圓銼或電動刻模機
  • 橡皮鎚
  • 螺絲起子
  • 鑽頭(25mm and 50mm)bits或孔鋸
  • 焊鐵和焊料
  • 棉質膠帶
  • PVC黏著劑

步驟一:準備軸心

在戶外防水電源插座保護盒內放入四路PVC接線盒,作為旋翼葉轂。用鋼鋸裁切邊緣,以完全密合。

打開主殼體的蓋子,方便作業。插好中柱,確定四路交叉點有對齊,千萬不能失誤。

接線盒底部割了幾個洞,原本是要用來固定散熱器的,但似乎不會過熱,後來就沒有派上用場。

步驟二:準備轉動臂

把1000mm管子切成四等分,也就是每根250mm。我用的是鋼鋸。

磨掉4根漸縮管內部的突出物,讓內圈平整。利用電動刻模機和輥筒砂光機便能快速完成,但記得確認碳管能否滑過漸縮管。注意:你可能會打磨過頭,如果真的如此,就得換新的漸縮管,因為碳管滑過去的時候,仍需有一定的擠壓力。

把漸縮管輕輕敲入25mm螺紋接頭內,直到無法繼續深入。轉開接頭的鎖環,將螺紋插入主殼體,接著把鎖環鎖回去,而且要鎖緊。總共會有4個接頭。

碳纖維轉子支架則以PVC浪管接頭鎖上固定,每根旋臂超出主殼體的長度,都要跟對面旋臂相等(大約1mm~2mm之內)。

步驟三:製作馬達座

盡量裁切PVC三路馬達接頭,裁切處要平整,兩端用橡膠絕緣扣眼封住。(接頭蓋所附的螺絲釘必須用小螺栓代替,否則會因馬達啟動而脫落。)墊片也有緩衝馬達震動的功能。

我們必須升級接頭所附的螺絲,我選擇採用M4機器螺栓,施點力使它們通過螺紋,但或許應該改用更小的附螺帽M3螺栓較佳。加上橡膠扣眼,封住之前裁切的地方。這動作有點費事,但可以確保其密合,以小型平頭螺絲起子鎖好,就是很完美的封口了。
在轉動臂加上馬達座,輕拍使其達到水平而緊密的狀態。你可能會擔心稍微動到或不小心碰歪了馬達座,這些稍後都可以用PVC黏著劑補強。

三路馬達接頭蓋的鑽孔要夠大,大到足以穿過馬達線,之後再以萬用黏土封起來。

一切都就緒了,很令人開心吧!再做一次最後檢查,然後我們要來安裝電子裝置了。

步驟四:安裝電力裝置

電源及飛行控制板的電路設定方式,將因個人特定需求而有所差異,不過此項專題的要點在於如何在防水機架的載荷限制內,選用最高續航力的電池作為電源供應。我假設讀者對於線路有基本的概念──其實也很簡單,這個網站有基本的結構圖: http://code.google.com/p/arducopter/wiki/APM2RC
 
剪裁30A Naza ESC整流器的束線,大約是從馬達座到主殼體中央的距離再多加300mm。剪裁矽膠線,開始焊接子彈型接頭,用來連接配電板。(你不需要跟我用一樣的配電板,我只是覺得這樣比較省時)。在這個階段,最好可以為整流器編號或編色碼,因為你會塞入很多線,在校正飛行控制器時很容易搞混,我個人會用彩色貼紙做記號。

重新固定轉動臂和馬達座,在四路接線盒頂部鑽個25mm的洞口。電線穿過轉動臂,轉動臂兩端的電線各預留150mm。

在配電板裡面插入四個50mm的 M3機器螺絲,並以螺帽固定(這會是飛行控制器的支座)。把配電板固定在25mm的洞口,電池座連接器面對蓋子的合葉。我個人採用魔鬼氈束帶,因為我以後可能會拿掉。在固定配電板的同時,一邊拉電線,一邊固定束線。

把所有電線集中管理,使其看起來整齊又安全,這個動作會令你覺得有趣。不妨在配電板連接處加上熱熔膠,否則可能不夠絕緣。當你確定線路都對了,就該來安裝飛行控制器了。

步驟五:安裝飛行控制器

把塑膠盒裁剪好,放入主殼體支撐飛行控制器,在塑膠盒上鑽好四個洞,剛好對齊配電板的機器螺絲支座。

把整流器控制線固定在飛行控制器上,為配電板的機器螺絲加上10mm墊片,然後把飛行控制器固定在塑膠盒(我個人利用雙面膠),接著輕推到墊圈上,加上螺帽並鎖緊。

步驟六:準備電池

電池尺寸千萬要符合指示,才會與主殼體的蓋子吻合,電池邊長為102mm × 37mm × 24mm。

我只用攝影膠帶來綑綁兩個電池,接著用XT60電池隔離線安裝在配電板。

我使用Diall的WP23L型電源插座保護盒蓋,裡面恰好可裝入兩顆Zippy的高速飛行(Flightmax)2200mAh鋰聚電池,不過你也可以挑方便取得的替代品來稍作搭配測試。

步驟七:安裝GPS

在合葉蓋中央鑽個50mm的洞口,再以三秒膠或PVC黏著劑,把塑膠碟形封頭固定在蓋子上,輕輕地用砂紙摩擦表面,方便黏著劑附著。

把GPS安裝在蓋子的洞口,以魔鬼氈束帶固定好,可以順便固定電池組。

步驟八:安裝底盤和浮筏

製作無人飛行器的最後步驟,就是在底盤裝上起落架及浮筏。

準備好你的底盤。我買的起落架附有兩個托盤,方便安裝攝影機附件、航拍設備等。現在來固定浮筏,我利用魔鬼氈束帶固定於底盤,你可以視情況調整作法。

步驟九:飛行測試和校準

依原廠說明書來校正飛行控制板的參數。

關於這方面我就不介紹得太詳細了,因為飛行控制器有很多種。你也會注意到,我的TX/RX系統只有六個頻道,這不太適合在Naza上執行GPS和RTH。不久的將來,我會更新成Arducopter飛行系統,到時候再跟大家報告情況。

如果你採用DJI Naza M Lite設定,網路有校準飛行控制器的說明,只要有USB和電腦即可完成:http://www.dji.com/product/naza-m-lite/download

Naza有一個好處,就是可以把VU卡在主殼體的夾子上。

接著安裝馬達;只要是無刷馬達(多數都是),就不需要再做防水處理,不過你可以進一步按照下一篇文章的教學,替電子裝置做防潮處理。不妨在水面起降之後,噴灑一些矽膠保護劑。(我也聽說Liquipel很好用,如果有人試過,希望能和跟大家分享結果。)

在馬達裝上螺旋槳之前,先接上電池並全面測試飛行控制系統。

步驟十:最後測試和封合

現在重複確認所有封口都完好無缺,只要有任何馬達座或漸縮管歪曲了,就要拿掉並添加PVC黏著劑加以固定。

圓形四路接線盒千萬不要使用PVC黏著劑。一旦轉動臂發生故障,才能快速汰換,而不必拿掉整個軸心。
 
祝你飛行愉快!
[原文]
 
譯:KARINE、謝明珊
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