1、Pixhawk 学习指南 （ WalkAnt 版） By WalkAnt 2016/3/16 Monday 此文 2014 年 12 月整理， 2016 年 3 月 16 日星期三 发布。 仅适合 Pixhawk+APM 入门学习。 1. ArduPilot 四旋翼系统 (Pixhawk) 1.1. 四旋翼系统（ The MultiCopter System） 参考 : http:/ In order to be able to fly you need: The MultiCopter itself, including the frame, motors, electronic spee
2、d controls, propellers and a battery. A Flight Control computer or AutoPilot provides stabilization and in more advanced systems (as above), automatic control. A radio control transmitter and receiver in order to send the MultiCopter your own instructions. A personal computer in order to program the
3、 computer and optionally for use as a telemetric ground station. 为了飞行，你需要具备如下条件 ： 1、 MutiCopter（多旋翼组件） ：包括机架、电机、电子调速器 （电调） 、螺旋桨、电池等 。 2、 AutoPilot（ 飞控器 ） ：提供 稳定 飞行控制 等功能 。 3、 无线电数传 及遥控 ：双向发送接收，下达指令。 4、个人计算机 （ PC 机） ：安装地面站遥测系统，飞行任务规划。 Important Elements for MultiCopters Our group relies on the APM, P
4、X4 and Pixhawk Flight Controllers and they each have considerable capability. Ours systems include: 3 axis gyro, 3 axis accelerometer, compass/magnetometer, barometer/altimeter and GPS. The AutoPilot interfaces to the copters motors, radio control receiver and optional telemetry and camera controls.
5、 An excellent Mission Planner computer program allows us to load the operational “ firmware” into the AutoPilot. The Mission Planner program also permits us to load custom parameters and instructions to our MultiCopter. Additionally we can use the Mission Planner to read and analyze flight logs reco
6、rded to the AutoPilot while in flight. Finally the Mission Planner program can operate as a telemetric “ Ground Station” displaying current flight data. 值得一提的几点 ： 1、我们 四旋翼 主要 依赖 APM、 PX4、 Pixhawk 等 飞行控制器 。 2、我们的系统包括： 3 轴陀螺仪， 3 轴加速计，指南针 /磁强计，气压计 /高度计和 GPS。 3、 AutoPilot 飞控器具备电机、无线电、遥测和摄像头控制接口。 4、 Miss
7、ion Planner（任务规划）程序允许往 AutoPilot 飞控器中加载可选固件。 1） Mission Planner 允许我们加载 自定义参数 和指令。 2） 我们可以 读取 和分析 飞行记录。 3）我们可以构建地面遥测系统，显示当前飞行数据。 1.2. 必要的准备 参考： http:/ 1、 机架 机架包括机架、电机、电子调速器 （电调） 、螺旋桨、电池。 2、 无线电收发装臵 （遥控器） 至少 6 通道无线电收发器，用于手动控制或设臵自动模式。 我所使用的是 华科尔 DEVO 10。 6+ channel RC transmitter and receiver， the Turn
8、igy 9x is a popular economy choice. If you d prefer a higher quality device, we like the Futaba 7C or the high-end Spektrum DX8. 3、飞控器（带 GPS） Autopilot，自动驾驶仪，这里翻译为飞控器。 自主飞行的能力大小取决于所选的飞控器。 APM 和 PX4 是不错的选择。 APM 飞控器，兼容 Arduino 平台，非常稳定，已被世界各地成千上万人使用。 PX4 是一个新的功能强大的飞控器，与 APM 不相上下，其特点是内存大，尽管不兼容Arduino，不过
9、未来它将会扩展更多的功能。 配套的 GPS 模块有： Mediatek GPS 和 uBlox GPS 。 APM 2.6 飞控器 APM 2.6 is available for $159 from the 3D Robotics Store without GPS or select the option to include the recommended uBlox GPS with compass for $240. Pixhawk 飞控器 （推荐） 具备改进的干扰控制 Pixhawk is available for $199 from the 3D Robotics Store
10、with GPS sold separately. The remote mounted 3DR GPS / compass module provides improved interference control. Pixhawk is the newest and most powerful autopilot and it has been specifically optimized for our use. It is highly recommended for all new applications. PX4 飞控器 具备改进的干扰控制 PX4 is available fo
11、r $199 from the 3D Robotics Store with GPS sold separately. The remote mounted 3DR GPS / compass module provides improved interference control. 4、 锂聚合物电池和充电器 根据经验，每个电机马达需要用到 1000mAH 锂聚合物电池，对于四旋翼，则需要用到4000mAH 的电池。至少准备 2 块电池，其中 1 块备用。 5、 地面站系统 配臵 Mission Planner 的地面站系统，可以快速配臵或更改飞行参 数。 6、遥测系统 遥测系统允许四旋翼
12、与地面站进行实时通讯 (采用 Mavlink 协议 )，传输视频流或其他串流数据。 3DR Radio 设备工作在 915 Mhz (美国 ) 。 1.3. 快速 上手 当你拿到 Ready-to-Fly multicopters（整机），可以参考 ： http:/ 当然后面有更为详细的讲解。 1.4. 打造自己的四旋翼 打造自己的四旋翼几个要点，参考： http:/ 以下介绍 3 个飞 控器 (APM、 PIX4、 Pixhawk) 1、 APM 2.5 and 2.6 详细资料： http:/ 2、 PX4FMU and PX4IO PX4FMU 详细资料： http:/ PX4IO 详细
13、资料： http:/ 3、 Pixhawk 详细资料： http:/ Pixhawk 飞控器 是 PX4 的升级版本（也就是二代产品） ，包含了很多增强功能。 目前（ 2016 年）， Pixhawk 飞控器已经推出第三代了。硬件电路更加复杂，冗余做的越来越多。 APM 久经考验，性能发挥到淋漓尽致。但 APM 采用 8 位单片机， CPU 性能和内存非常有限。 PX4FMU/PX4IO 由瑞士团队开发，采用 32 位浮点运算 CPU，大内存， IO 微控制器分布式处理。 PX4 / Pixhawk 系统拥有 10 倍于 APM 的性能和内存。 Pixhawk 将作为 DIYDrones 团队
14、下一代飞控器标准。 Pixhawk 具备下一代飞控器的所有特点，而且还有大量升级空间。 APM 非常优秀，在当前配臵下可以很好的满足要求，但是很快就会不再生产。 My suggestion would be for new users or a new project a Pixhawk is likely to provide the best experience and capabilities into the future. 建议新的使用者采用 Pixhawk 飞控器。 改善四旋翼性能 http:/ 主要 1）提高可靠性、 2）简化、 3）减轻重量、 4）提高性能等 4 方面说到了改
15、善四旋翼性能的经验。 1.5. 高级 功能 设计 详细参考： http:/ 1.6. Arducopter 3.1 固件 如果你现在 手里已经有了 Pixhawk 飞控器，那么你就需要往里面下程 序。一般购买回来，程序已经在里面了，不过如果你更新你的程序，那么你就要下载 Arducopter 固件。 固件：也就是飞控程序。 更新的版本，参考官方链接。 详细参考： http:/ https:/ 3.1 版 固件特性： 1. Pixhawk support (Tridge & PX4 development team)支持 Pixhawk 2. Autotune of Roll and Pitch
16、 gains (Leonard/Randy) Roll Pitch 增益自动调节 3. Drift mode (Jason) 漂移模式 4. Improved Acro and new Sport mode (Leonard) 改进的 Acro 和运动模式 5. Arming, Take-off, Land in Loiter or AltHold悬停 模式起飞、高度保持 6. TradHeli improvements (Rob) including: a) support for direct drive tail rotors支持直接驱动尾旋翼 b) smoother ramp-up o
17、f main rotor更流畅的主旋翼爬升性能 c) reduced collective for better control in stabilize mode (STAB_COL_MIN, STAB_COL_MAX params) 自稳模式 7. Support for SingleCopter (Bill King) 支持单旋翼 8. Performance improvements resolve AltHold troubles for Hexa & Octacopters816 旋翼悬停性能提升 9. Safety Improvements: a) GPS Glitch dete
18、ction (Randy) 全球定位系统干扰检测 b) Motors spin when armed (Jonathan Challinger) c) Crash detector shuts off motors if copter flipped for 2secs坠机 检测 ，翻转 2 秒关闭发动机 。 d) batt failsafe option to RTL instead of LAND, gps failsafe option to trigger AltHold instead of Land e) more pre-arm checks of inertial nav sp
19、eed. 1.7. DJI F330 机架 详细参考： http:/ 大疆 机架官方 网址： http:/ 大疆 F330 机架，非常紧凑，结实。可以携带 GoPro 相机或 FPV 系统， F330 ARF (Almost Ready to Fly)套件，已经包含 电动马达、 电调 （ ESCs） 、 螺旋桨 。 另外需要再配上 飞控器（ APM、 PX4 或者 Pixhawk）、 6 通道遥控器、 5 根双母头3 芯接受电缆、锂电池、 3A BEC 电力、电池绑带、 扎带 。另外需要准备 电烙铁、松香焊锡、螺纹锁固剂、一套小公制六角扳手 。 所需工具： 电调焊接布线： F450 机 架的产
20、品规格： 注意事项： If you are using the DJI ARF Flamewheel kit with the Opto ESCs you will need an external BEC because the Opto ESC s do not contain a BEC. If you purchased an APM 2.5 board it comes with a power supply (BEC) you can use, other wise you will need to buy a BEC. Castle Creations makes an exce
21、llent and very reliable 10/5 amp BEC for about $20.00. Use a switching BEC in any case, they are more reliable and a lot more efficient than linear ones.（建议使用开关 BEC，开关 BEC比线性 BEC 效率、可靠性要高很多） 1.8. BEC 讲解（补充知识）： BEC 为英文 Battery Eliminate Circuit 的首字母简写，直接翻译为 “ 电池消除电路 ” 。在模型中一般用于 给 动力电路以外的电子设备供电。因为电动模型
22、需要动力电和设备电 两 种供电方式，设备供电一般供电为 5-6V，所以使用专用的接收供电（一般为 4 节电池）。 动力供电一般比设备供电的电压高。为了减轻模型重量和体积，在动力供电设备（一般为电子调速器，简称电调）中集成了 BEC 电路。 BEC 就是为取消专用的接收供电电池，直接由动力电池供电而专设的简单电路。 说白了， BEC 就是一个降压、稳压电路，将电池电压降低为 5V 给 飞控器、数传、 GPS、遥控器接收器提供电源的。 2. 组装指南 参考： http:/ 中文参考： http:/ 当你已经 准备好 Pixhawk 飞控组件 （淘宝购买） 、 机架、电机、电调、螺旋桨、遥控器、接收
23、器、数传。那么就可以开始组装了。 关于机架、电机、电调、螺旋桨的选型和搭配组合，请参考： http:/ 其他知识 ， 请参考 ： http:/ 下面开始学习如何组装。 以下文章基本上按照 Ardupilot 官网翻译，所以章节划分都是按照官网来组织的（ 2016 现在回看，发现官网的组织结构太不符合中国人的学习习惯了，将就吧，总之看完了，就知道怎么玩了。） 2.1. 连接 遥控输入 （ RC INPUT） 和马达 参考： http:/ 按照以下步骤完成： 2.1.1. 连接 安全开关和蜂鸣器，强 制性的！ 2.1.2. 连接 其他外围（ 电源、 GPS、数传） 1、 BEC 电源模块： 采用
24、DF13 型 6 芯电缆。 （将电池电压转为 5V 给飞控器供电） 2、 GPS 模块： GPS 采用 6 芯 DF13 电缆，指南针连接到 I2C 端口。 （ 3DR u-blox GPS 模块是带电子罗盘 的，就是磁力计 ） 3DR u-blox GPS: To connect the GPS-only module to Pixhawk, you will need to modify the existing cable to use a 6-position DF13 connector on one end instead of the existing 6-position JS
25、T connector. When using this, or any other GPS-only module, Pixhawk will automatically use its internal compass. 3、 3DR 数传模块：连接到 TELEM1 口。 2.1.3. 连接遥控输入（ RC INPUT） Pixhawk 兼容 PPM 遥控接收器，诸如 Futaba S.Bus receivers, and Spektrum DSM,DSM2, and DSM-X Satellite receivers。对于传统 PWM 接收器，可以使用 PPM 编码器（ PPM enco
26、der） 转换。 8 通道 PPM 编码器（ http:/ 如 下 图： PPM 连接口（下图） ： 提示： 由于很多遥控接收器输出的是 PWM 信号，会占用比较多的飞控接口，所以需要通过 PWM 转 PPM 转换板，将遥控接收器的信号转成一路 PPM 信号给飞控器，以节省飞控接口资源。 2.1.4. 供电 （有点复杂） 电源 接口 有两个功能： 1、 BEC 电源模块通过该接口给飞控供电； 2、 同时 BEC 采集的电池 电压 、 电流 信号，经过该接口送到飞控，用以监测电池状态。 The power port simultaneously powers Pixhawk and reads
27、voltage and current analog measurements produced by an optional 3DR power module (or other voltage/current measurement devices such as an Attopilot). 如果没有电源模块，也可以通过另外下面的方式给飞控供电，那就是通过 Main outputs的任意接口中的 V+,V-端子。 （注意最好加稳压管，避免电压太高损坏飞控） To power Pixhawk off the servo rail without a power module, connec
28、t a servo or BEC to a power (+) pin and a ground (-) pin of the main outputs. When powering Pixhawk off the servo rail, we recommend adding a Zener diode (part number 1N5339) to condition t he power across the rail and prevent it from becoming too high. This method (with Zener diode) can also be use
29、d as backup power for Pixhawk when using a power module, so in the case of a failure on the power module, Pixhawk will take power from the output rail. See the voltage ratings below for more information on powering Pixhawk. Note: The Zener diode should not be used with servos with more than 5V.Digit
30、al servos can feed up to 11v into the servo rail when powered off an external 5.1v bec.Pixhawk does not supply power to the servo rail. In this diagram, a 3DR power module (or equivalent device) power Pixhawk through its power port (primary source). One power source is enough but obviously not redun
31、dant if the power module fails to power this primary source. Therefore we have repres ented on the diagram a second backup power source via a 5V BEC that wires to Pixhawk s output servo rail. If the primary source fails, Pixhawk will automatically switch to this second power source. 上图中飞控有两套冗余电源系统。
32、1、 采用 PM 电源 模块 ； 2、 采用带 BEC 电源的电调。 PM 电源模块失效 时， 电调的 BEC 连接至伺服输出通道（ servo rail） (main output)给飞控供电，注意电压必须是 5V 左右 。 更多冗余电源 的接法 ，如下图： PM 模块 （ Power Module，电源模块 ）提供稳定 5V 电压作为飞控器主供电系统， BEC/ESC（来自电调或其他） 提供 5.8V（不大于）备用电给飞控器，通过连接飞控器尾部的 “ MAIN OUT” 或 “ AUX OUT” 接口。如果 PM 模块 电压小于 4V，备用电启动，如下图： 2.1.5. 连接电机 绿色为顺
33、时针，蓝色为逆时针 。 我一般选 QUAD X。 其他旋翼，如下图： 参考： http:/ 2.2. 减振措施 参考： http:/ 减振措施很重要，飞控器自带加速度计，对振动 非常敏感，必须减振。 减振直接影响 高度保持 （定高） 、姿态控制 的性能 。 X/Y 方向：振动必须小于 0.3G， Z 方向：振动必须小于 0.5G。 最好每个方向都控制在 0.1G。 振动的测量参见： http:/ 2.2.1. 检查电机、螺旋桨、中间件 机 架刚度越高越好。 大疆风火轮（ DJI Flamewheel）注塑成型机架具有非常好的刚度，其他模仿的品牌则没有。 一般碳纤维 机架具备足够的抗扭、抗弯 特
34、性。 铝 机架较重，但不会弯。 大部分商业机种，都设臵有外骨骼，像 Iris 、 Phantom（ 大疆幻影 ）。 廉价、轻质的机架刚度必然不强，当你载重增加，柔性会增加。 电机运转需要平稳，避免轴承破损等原因引起运转不平稳。 螺旋桨、电机、中间连接件必须同心、垂直。 螺旋桨需要找平衡。 电机平衡很重要，像 T-Motor 在工厂就做了平衡。 螺旋桨要与框架以及框架的重量匹配，正旋和反旋螺旋桨需要刚度一致。 碳纤维 螺旋桨是最好的选择。 碳纤维价格贵、刚度强、桨片锋利，容易伤人，存在一定安全隐患。 大尺寸慢速螺旋桨，相比小尺寸高速螺旋桨，振动大，但效率高。 慢速螺旋桨也会对电机造成影响，电机会
35、绕轴产生不平衡运转，影响框架稳定性。 如果能够将以上全部优化，那么飞控器只需要简单粘在机架上，或者只需加少量减振海绵就 OK 了。 2.2.2. 减振方法 方法 1：采用 Dubro Foam 方法 2：采用 Gel pads 方法 3：采用 O-ring Suspension Mount: 方法 4：采用 Ear Plug Mount 还有很多，请参 见： http:/ 2.2.3. 其他减振建议 采用减振垫圈 连接到飞控器的线越轻、越少、越软、越好。减少影响。 还有很多建议，不一一列举 ，参见 http:/ 坚固的框架可以提高动作灵敏度。 2.3. 安装 GPS 不带 电子罗盘 GPS:
36、http:/ 带罗盘 GPS： http:/ GPS 安装要远离电源、电调、电机、其他电子部件和含铁的金属物。 最好用桅杆固定在高处。 电源线和地 线最好采用双绞线。 在 Mission Planner 里设臵： 关于 Mission Planner（地面 站），在本文后面详细讲解，这里看看图。 2.4. 接线 以下是 APM 典型接线 ，参考一下，可以了解到飞行器的电路整体结构。 PX4 接线 如下： 参 见： http:/ Pixhawk 接线图 如下：（这里是小图，看不清，大图 参见本文最末尾。 ） 详细参考： http:/ 参考本文最后一页，大图。 2.5. 供电 3DR Power
37、Module (PM)电源模块 ： 1）提供稳定的 5.3V/2.25A 电力； 2）对电压、电流进行监测，电池电压低时触发回航信号； 3）为飞控器提供有价值信息，以利于更加准确的补偿电力分接板（ PDB）、电调（ ESCs）、电机对电子罗盘的干扰。 2.5.1. 供电注意事项 PM 模块，最大允许接入 18V ,90Amps 电力 。 （这个以前没有考虑过， 6S 电池的接入可能会有问题。解决方法：淘宝电源 DC 模块， D045V 转 5V 的很多很多。） PM 模块，没有足够的电力供应给伺服电机或者 FPV 传输设备。 Warning: The Power Modules maximum
38、 input voltage is 18V Warning: The Power Module does not have sufficient power for servos or high current devices such as FPV transmitters. 参考： http:/ PM 模块，只能供应 APM 飞控器、 RC 接收器、 PPM 编码器、 3DR 远程数传模块。别的可能带不起了。 其他的 可以 通过 ESC（给伺服供电） 或 BEC（给设备） 供电。 下图为 PM 电源模块： 2.5.1.1. Note for ArduCopter users: 以 APM
39、作讲解，注意事项。 You should normally remove the APMs JP1 jumper when using the Power Module so that only your APM board and your receiver are powered from the Power Modules on-board regulator and not from your ESCs. Removing the jumper allows you to use the APMs servo output rail to distribute power from y
40、our ESCs BEC or separate UBEC to any servos or external equipment. If you are using servos, plug an ESC BEC or stand alone UBEC power wire and ground wire into two of the power and ground pins on the APMs servo output rail to provide a common power and ground bus for servo power. You can leave the j
41、umper present if you are using ESCs that have no BECs or if all the ESC BECs power wires are cut and you are not powering any servos from the servo out rail. You can also individually power each servo from each individual ESC-BEC. Simply run the power and ground from each ESC-BEC individually and di
42、rectly to each servo. (Very handy for multicopters). 2.5.2. 电池管理在 Mission Planner 中的 配臵 : 参考： http:/ 如果用万用表 测量的电压值和 Mission Planner 读出 的电压值相差 0.2V，则需要校准。 校准方法见下图： 2.6. 连接电调、电机 http:/ 内容有一点重复，这个链接就不看了。 2.7. 机架组装 更多 PDF 文档参考： http:/ 包含了三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼等等。 PDF 文档在这里看： http:/ 需要注意的问题： 强烈建议：电机要用螺纹锁固剂固定。 （如果不锁固，每次飞行前要检查螺丝是否松动） 如果四旋翼接近地面时飘忽，可能 使 气压计受到旋翼气流影响。 通过观察飞行日志 （ MissionPlanner 中可以导出飞行日志） ，可以发现这个问题，然后加以改进。改进措施包括将飞控器安臵在远离气流影响的地方，或者加一个通风的保护罩。 原文如下： Warning! In any Alt Hold based mode including: Alt Hold, Loiter, Auto, AutoLand or RTL
