YAQ a.k.a. Yet Another Quadcopter

[AndyB]

Ciao a tutti sono Fabio,
è un po' che leggo questo forum dal quale ho potuto apprendere tanti spunti e consigli utili per realizzare finalmente ciò che volevo fare da tempo: il mio primo quadricottero.
Premetto che sono completamente digiuno di modellismo in generale, specialmente nell'aeromodellismo, ma molto appassionato di elettronica ed informatica, quindi da semplice lettore ho voluto condividere con voi questa esperienza di autocostruzione e magari contribuire ad aiutare altre persone che, come me, trovano nei forum tante fonti di ispirazione per la costruzione e risoluzione di problemi.

YAQ è abbastanza semplice, nasce dall’esigenza di realizzare una struttura economica, sufficientemente robusta e facile da riparare (devo pur imparare a pilotarlo!). Molte delle parti del frame sono di recupero, come ad esempio le piastre di vetronite, colonnine, conduttori, etc, tutto materiale proveniente dal classico "cassetto" di laboratorio.
Il resto l’ho acquistato dal ben noto rivenditore HK:


Motori: Turnigy L2215J 900Kv 200W (link)
Eliche: EPP 10x4.5 (link)
ESC: Tunigy Plush 25A (link)
Connettori: XT90 (link)
Tx-Rx: Turnigy TGY-9 v.2 (Immediatamente riflashata con firmware ER-9X) (link) (link)
Batteria radio 9x: Zippy LiFePo 1800mAh (link)
Controller: HK clone KK Blue Board (link)
Batteria: Turnigy 3300mAh 3S1P (link)
LiPoAlarm: (link)
Caricatore: Accucell 8150 (link)

Per il frame ho buttato giù un paio di disegni con Sketchup, le board superiore ed inferiore (rail corrente ESC, quote e forature) in 2D, ed una vista d'insieme in 3D per controllare ad occhio le proporzioni del risultato finale. All'inizio ero indeciso su quale configurazione utilizzare, + o x, ma alla fine considerando il montaggio di potenziali fotocamere per riprese e FPV alla fine ho optato per la x.




I quadrelli sono quelli classici in alluminio da 10x10mm che si trovano al Brico in lunghezze da un metro. Ne ho tagliato uno in quattro parti uguali per ottenere i singoli bracci da 250mm e forato per alloggiarci i motori. La distanza centrale fra un braccio e l’opposto è di 30mm, per una diagonale massima di 530mm (un po' meno per via del montaggio dei motori):


Si cominciano a presentare le parti opportunamente sagomate:




Preparo i bracci con i motori (già bilanciati con il nastro) ed il cablaggio degli ESC e poi li programmo tutti assieme con la comoda card:


Proseguo con la costruzione meccanica e cablaggio elettrico:




Batteria LiPo montata su sottopiastra inferiore di supporto e fissata con strisce di velcro:


Risultato finale con doppio piano per ricevitore ed antenna:


Il peso totale in ordine di volo è circa 1,1 Kg.


Caricato il firmware XX KR XCopter v2.9 di Minsoo Kim (link) (basato su quello di Mike Barton, a sua volta basato sul lavoro di Rolf Bakke), effettuato tutte le calibrazioni di rito (RangeTX, inversione comandi, ESC), verificato che i feedback degli accelerometri fossero correttamente orientati: sembra tutto ok, si può volare!

Primo pensiero: acciderbolina (non esattamente) quanto è difficile da pilotare! Ma come facevano in tutti i filmati visti su youtube a fare cose turche con la KK?? Misteri...
I primi tentativi di volo si sono rivelati dei miseri "zompetti" a meno di un metro di quota con consecutivi atterraggi non proprio "soffici"... All'ennesimo atterraggio stile "SBOONK" ho finalmente realizzato che prima di sfasciare tutto forse sarebbe stato meglio provare sul prato...
Bene, sul prato ho un po' meno timore ed oso salire in hovering qualche metro in più per allontanarmi dal fastidioso effetto suolo. Il quadricottero tuttavia non appare molto stabile, deriva e tendenzialmente è incline all'autorotazione.
Aumento un po' i guadagni degli accelerometri, trimmero un po' sulla radio, setto un buon 70% di esponenziale sui comandi tranne il throttle: già è molto meglio! Aumento ancora i guadagni fino al ben noto effetto oscillazione, quindi riduco un pochino così come spesso raccomandato. Ah la differenza di usare la scheda HK clone con il firmware di Minsoo Kim comporta che i versi di rotazione dei trimmer sono invertiti: quando in teoria sarebbero al massimo, in realtà il controllo è al minimo e viceversa (tra l'altro è il motivo del perché non riuscivo a farla entrare in modo calibrazione).

Queste board equipaggiate con soli giroscopi sono molto semplici. A giudicare dalla frequenza dell'oscillazione da sovracompensazione presumo che le regolazioni dei guadagni sui tre assi siano fondamentalmente equivalenti al classico Kp (proporzionale) delle schede più evolute con controllo PID, mentre il Ki (integrale) probabilmente è hardware coded. Magari qualcuno che conosce meglio di me il firmware delle KK potrà essere più preciso. Ammetto di non aver studiato a fondo il codice sorgente di Kapitan Kuk dato che il richiamo del volo, associato al funzionamento di tutto al primo colpo, hanno avuto la meglio...

Insomma in questi giorni ho scaricato più volte la povera LiPo, che oltretutto avrà preso anche qualche contraccolpo di troppo. La durata media si attesta su circa 18-20 minuti di strapazzamenti vari, prima che il pigolio dell'undervoltage alarm cominci a farsi sentire sempre più insistentemente.
Ad oggi in pochi giorni sono riuscito a rompere solo un'elica e raggiungere un modesto controllo del velivolo, lo ritengo già un successo per un'autodidatta come me che non ha mai preso un radiocomando in mano!

La board KK la utilizzo giusto per imparare a volare dato che con essa è possibile solo il modo acrobatico, ma non ho resistito, è già in viaggio (sempre che arrivi dato il periodo) la Crius AIOP + GPS Neo-6 che si basa sulla nota piattaforma Arduino Mega che conosco bene, con integrata un'IMU in I2C di ottimo livello.
Sono rimasto folgorato dalle notevoli possibilità del software ArduCopter e quindi del suo porting MegaPirateNG, non vedo l'ora di smanettare con quel controller!

Per ora saluto tutti ed in particolare il mitico TermicOne, che lui ancora non lo sa ma con i suoi build log mi ha aiutato parecchio!

[areis81]

complimenti, sei un esempio per tutti i nubbi. è così che si fa: si studiano i build log, si usano componenti collaudate e si pianifica. un unico, misero, rimprovero: se avessi fatto un po' di esperienza al simulatore avresti avuto la vita più semplice con i primi voli. e un commento: non capisco bene ma mi sembra che tu abbia lasciato la parte ramata sulla vetronite. io la laverei via. risparmi peso (poco) e rendi più improbabili eventuali cortocircuiti.

bravo.

[laser02]

Complimenti Fabio,
quando diciamo che il forum è pieno di consigli, progetti e discussioni dove copiare e apprendere, ecco cosa intendiamo.

Invece che fare sempre le solite domande.

Per la basetta ramata ho notato che hai lasciato il rame per avere una sorta di "power distributor", ottima idea, magari avrei diminuito la superfice della pista esterna.

Saluti

[pragamichele]

complimenti, sei stato promosso

[simone76]

Ce ne fossero come te, bravo!

[AndyB]

Grazie grazie, troppo gentili!
In effetti durante la costruzione ho provato a fare simulazioni di volo con con alcuni modelli di quadricotteri su diverse piattaforme di simulazione RC, ma l'accoppiata ER-9X + cavo audio + SmartPropoPlus non ha mai funzionato perfettamente. Dovevo spesso rieseguire la calibrazione del centraggio degli stick, come se questa lentamente deviasse leggermente dal valore settato in partenza. Forse acquisire un segnale PPM multicanale via ingresso audio non è la soluzione ottimale. Ho visto che esistono degli adattatori USB ma non ho provato, anche perché i modelli mi sembravano tutti piuttosto difficili da pilotare ed ho pensato che forse c'era qualche altro problema (che poi di solito è quello fra sedia e monitor! ).
Considera che effettivamente non ho alcuna esperienza di pilotaggio RC, tantomeno di aerei o elicotteri. La mia prima radio è questa 9X...
Difatti ho capito poi che nella realtà non solo è effettivamente difficile pilotarli in Acro, ma se possibile anche di più che non con il semplice simulatore, che inoltre offre un ambiente ideale almeno nel settaggio base.
Tuttavia questa situazione da niubbo ha contribuito a testare la robustezza del frame che fin'ora ha retto bene i tanti bruschi atterraggi di questi giorni. Anzi esaminandone la tenuta mi sono venute in mente alcune piccole modifiche per renderlo ancora più robusto (rivisitazione attacco carrellini, sostituzione di alcune viti, etc.).

Per quanto riguarda l'unica piastra ramata (quella inferiore), come avete giustamente dedotto la croce centrale è il distributore dei positivi e la cornice, in connessione elettrica con i bracci, è il negativo comune.
Effettivamente avrei potuto ridurre l'area della cornice ad esempio così:


ma credo che il peso risparmiato sarebbe stato comunque trascurabile, considerando l'esiguo spessore del rame sulle normali PCB che è di circa 40micron.
Per quanto riguarda i cortocircuiti, essendo comunque i bracci in connessione elettrica con la cornice (e non potrebbe essere diversamente) il problema rimarrebbe anche con una cornice negativa di dimensioni inferiori, la quale però avrebbe il difetto di aumentare la resistività del rail negativo, dato che essendo perimetrica compie un percorso di lunghezza maggiore. Immagino che per verificarsi dei cortocircuiti il PCB del frame dovrebbe spaccarsi di netto in più parti, ma essendo irrobustito da la una seconda piastra inferiore di supporto per la batteria e dell'altra superiore, credo si possa verificare solo in seguito ad una rovinosa caduta da alta quota, situazione nella quale forse anche la batteria diventerebbe inservibile.
In ogni caso come detto sono niubbo, quindi ogni consiglio è ben accetto!
Ciaoo

complimenti, sei un esempio per tutti i nubbi. è così che si fa: si studiano i build log, si usano componenti collaudate e si pianifica. un unico, misero, rimprovero: se avessi fatto un po' di esperienza al simulatore avresti avuto la vita più semplice con i primi voli. e un commento: non capisco bene ma mi sembra che tu abbia lasciato la parte ramata sulla vetronite. io la laverei via. risparmi peso (poco) e rendi più improbabili eventuali cortocircuiti.

bravo.

[areis81]

non avevo capito che usassi la piastra come power distr board. tutto cambia. da elettronico immagino ti sarai fatto i conti e che quindi tutto i carichi siano sopportabili.

[TermicOne]

Andy, il tuo 3D è da incorniciare. Se permetti lo userò come esempio per i nuovi amici che ormai settimanalmente postano sul forum i soliti messaggi di richiesta di supporto senza neppure aver letto sommariamente gli sticky iniziali.

Hai scelto la metodologia giusta e stai procedendo veramente bene.

Complimenti!

Penso di fare cosa utile facendo qualche considerazione sul tuo progetto:

1 - la scelta della KK con il sw 4.7 di KapteinKuk è ottima. Lascia perdere per ora la pur interessante CRIUS AIO Pro con tutti i sui dispositivi, sensori e funzioni. Impara a settare P e I della KK (D è hard coded) e pilotare con questa ottima scheda e vedrai che tutte le altre FC poi saranno una passeggiata. La logica PID alla fine è la medesima....anche se fa più figo fare tuning con lo smartphone invece che con i potenziometri... Tieni conto che con MultiWii se vuoi fare voli fluidi e senza traballamenti o se c'è vento alla fine devi usare solo i gyro.....come sulla KK!

2 - in fotografia non si riesce ad apprezzare bene come hai fissato la scheda ma occhio che le FC non devono essere fissate troppo morbide sulla frame. Ci deve essere un effetto smorzante ma non deve essere morbida altrimenti peggiora le cose. Il fissaggio è meglio più duro piuttosto che molle (...e non solo il fissaggio ).

3 - non mi entusiasmano le spirali per fissare i cavi.: pesano un sacco e tendono a vibrare; ti suggerirei di fissare tutto con i soliti laccetti fissacavo

4 - sempre in tema di vibrazioni occhio che la basetta superiore (quella dove hai messo la RX) tenuta da sole due viti non tenda a vibrare.

5 - non tirare troppo il collo alle batterie altrimenti dureranno pochissimo. Tieni conto che quando comincerai a svolazzare il volo non durerà comunque più di 5-7 minuti

6 - le eliche di HK non sono famose per il loro bilanciamento. Se vuoi usarle perchè costano poco ricordati però di bilanciarle. Un quad con le eliche non bilanciate bene puo' diventare anche assai difficile a pilotare.

Detto questo non posso fare altro che rinnovarti i miei complimenti per quello che hai realizzato e per la strada che hai percorso per arrivarci!

Benvenuto!

Luciano

[AleBS]

Quotone per Luciano, fossero tutti come te Fabio ci sarebbe da divertirsi NON per dare consigli solamente, ma magari scambiarsi idee e soluzioni alternative per la costruzione dei nostri "giochini". Anche io mi unisco al coro dei complimenti che sono doverosi, Bravo

[pragamichele]

ti rinnovo i miei complimenti.
visto il peso non eccessivo del quadricottero puoi provare a montare eliche da 8x4,5 con celle anche 2200mA.
in questo modo i primi tempi ti risulterà più facile e morbido il pilotaggio, poi quando avrai imparato e sentirai l'esigenza di aumentare i tempi di volo ed il peso trasportabile, potrai tornare alla tua giusta configurazione.

[AndyB]

Grazie veramente, apprezzo i complimenti soprattutto quando vengono da persone che ritengo molto capaci. Seguo i tuoi post sulla CRIUS AIOP e i tuoi video, sono stati fonte di ispirazione. Complimenti anche a te, davvero.

1) In realtà sulla KK non uso il FW 4.7, bensì la KK KR 2.9 di Minsoo Kim (quello del sito MultiCopter: Link). Le regolazioni non credo siano di tipo PID, ma semplici proporzionali sui 3 assi Yaw-Pitch-Roll da settare tramite i tre omonimi trimmer presenti sulla schedina. Questo FW è adatto alla MultiCopter blue board, che è come la clone KK venduta da HK, solo con i versi delle rotazioni dei trimmer al contrario. In ogni caso la Crius AIOP è già in viaggio, quindi magari continuerò a fare pratica con quella in modalità Acro. Non credo possa andare peggio della KK, no?

2) La scheda è fissata con doppio strato smorzante, forse in questa foto si vede meglio:


un primo strato inferiore (chiaro) di consistenza simile al neoprene, e sopra uno strato nero di poliuretano espanso più morbido da 10mm. Non sapendo quanto disaccoppiare il controller dal telaio mi sono tenuto largo. I motori li ho bilanciati col metodo della fascetta e successiva applicazione del nastro nel punto più leggero della cassa esterna Link e difatti le vibrazioni si sono ridotte a tutti i regimi, viceversa le eliche in effetti non sono proprio bilanciatissime (anche se si vedono i residui di carteggio su una pala in ogni elica). Avrei voluto autocostruirmi un telaietto per bilanciare le eliche ma ho avuto difficoltà nel realizzare l’asse con i coni per centrare l’elica e relativo sistema di sospensione a basso attrito, quindi per ora le ho montate così come le ho acquistate. Cmq. ok allora rimuovo lo strato di poliuretano nero e fisso la scheda direttamente sul simil-neoprene bianco.

3) Ok, rimuovo le spirali fermacavo, tra l’altro mi sono reso conto che rendono anche difficoltoso individuare in volo bracci posteriori neri rispetto agli anteriori in alluminio grezzo.

4) La basetta superiore è fissata con due colonnine di metallo piuttosto robuste, per capirci si può tirare su e maneggiare l’intero quadricottero da quella schedina senza alcun tipo di flessione. In realtà vorrei realizzare un piano superiore con una piastra in vetronite di forma quadrata e lato minore rispetto alle inferiori, ad esempio una 8x8 (simil ArduCopter), ma non avendola sottomano al momento ho utilizzato un ritaglio di forma rettangolare che avevo disponibile. La ricevente è comunque fissata con velcro stretch, pensi possa avere problemi in caso di vibrazioni?

5) Per non stressare la Lipo uso l'allarme in lista. La soglia di attivazione è 3,3V/elemento, appena suona atterro e disarmo :-)
Di solito carico a 1C o meno. Se so che non mi serviranno nell'immediato carico a 1/2C, se so che non le userò per alcuni gg carico a tensione di storage (3.8V/c) sempre a 1/2C, ogni 2-3 ricariche gli faccio fare anche un balance degli elementi.

6- vedi (2)

Grazie per i suggerimenti, sempre ben accetti!

Ok per le eliche 8x4.5, ne prenderò un po' anche di quella misura. In fondo i 900Kv dei motori dovrebbero essere sufficienti per eliche da 8"; magari come giustamente consigliato abbinate ad una LiPo più leggera.

Ciaoo

Andy, il tuo 3D è da incorniciare. Se permetti lo userò come esempio per i nuovi amici che ormai settimanalmente postano sul forum i soliti messaggi di richiesta di supporto senza neppure aver letto sommariamente gli sticky iniziali.

Hai scelto la metodologia giusta e stai procedendo veramente bene.

Complimenti!

Penso di fare cosa utile facendo qualche considerazione sul tuo progetto:

[lamarotante]

Ciao AndyB

Posso chiederti quanto tempo ci hai messo per realizzare il prototipo?

[AndyB]

Se intendi proprio dall'inizio, ovvero recupero delle informazioni, disegni del modello, ordine dei materiali, etc. diciamo circa 3 mesi, anche per limiti di tempo a disposizione.
Quando poi ho ricevuto tutto il materiale in meno di una settimana l'ho finito, dato che essendo in ferie mi sono potuto dedicare con più continuità alla realizzazione del progettino.

Ciao

Ciao AndyB
Posso chiederti quanto tempo ci hai messo per realizzare il prototipo?

[ciccio72]

ciao AndyB... affascinato dal tuo lavoro..... complimenti, ho passato anch'io circa tre mesi nel trovare dei giusti buil log, per arrivare a trovare un giusto compromesso per il mio tricottero.... e quando vedo che siamo in molti nel cimentarsi a costruire in proprio le proprie idee... mi piglia ancor di più sperimentare.... un immenso GRAZIE a tutti i moderatori del forum che hanno anni di esperienza dietro le spalle e che hanno tanta pazienza nel documentarci e condividere le loro esperienze.... ti posto alcune foto del mio tricoso:
un'ultima cosa.... giusto per... ( io ) troverei un modo per nascondere gli esc

telaio realizzato in profili di allunio 1,5mm e carbonio da 2,3mm
skid in piastrine di alluminio e profili tondi da 1,0mm

elettronica kk2.0 con firmware 1.2 ( che presto porterò a 1.5 )

esc 3 TURNIGY Plush 30amp Speed Controller

motori 3 TURNIGY aerodrive sk2830 920kv

Power Distribution Board

servo per yaw TGY-306G Ultra Fast/High Torque MG Digital Alloy Cased Servo 3kg / .06sec / 21g

batteria Turnigy nano-tech 5000mah 3S 35~70C Lipo Pack

radio futaba t9cp con modulo 2,4ghz

ciao ciccio

[AndyB]

Molto interessante anche il tuo tricottero! In particolare la soluzione per il tilt del motore di coda.
Anch'io all'inizio ero intenzionato a costruire un tricottero, ma poi mi sono scoraggiato dopo aver ripetutamente letto che questo meccanismo di tilt deve essere ben realizzato, con accoppiamenti stretti e privo di giochi pena l'instabilità e conseguente difficoltà di pilotaggio, allora ho ripiegato sul quadri che è più semplice da realizzare. Comunque in futuro mi piacerebbe realizzare anche un tri.
Il tuo sembra ben fatto, ma è una soluzione che hai ideato tu? Le molle che vedo sotto riescono a tenere ben saldo ed in posizione il motore?
Confermo, i forum come questo sono un'infinita miniera di informazioni per chi come noi è appassionato di autocostruzione e deve districarsi tra mille prodotti diversi di motori, servo, batterie, controller, radio, etc, etc. utilizzabili in mille configurazioni possibili...
Sono una salvezza!
Ciao

ciao AndyB... affascinato dal tuo lavoro..... complimenti, ho passato anch'io circa tre mesi nel trovare dei giusti buil log, per arrivare a trovare un giusto compromesso per il mio tricottero.... e quando vedo che siamo in molti nel cimentarsi a costruire in proprio le proprie idee... mi piglia ancor di più sperimentare.... un immenso GRAZIE a tutti i moderatori del forum che hanno anni di esperienza dietro le spalle e che hanno tanta pazienza nel documentarci e condividere le loro esperienze.... ti posto alcune foto del mio tricoso:
un'ultima cosa.... giusto per... ( io ) troverei un modo per nascondere gli esc

telaio realizzato in profili di allunio 1,5mm e carbonio da 2,3mm
skid in piastrine di alluminio e profili tondi da 1,0mm

elettronica kk2.0 con firmware 1.2 ( che presto porterò a 1.5 )

esc 3 TURNIGY Plush 30amp Speed Controller

motori 3 TURNIGY aerodrive sk2830 920kv

Power Distribution Board

servo per yaw TGY-306G Ultra Fast/High Torque MG Digital Alloy Cased Servo 3kg / .06sec / 21g

batteria Turnigy nano-tech 5000mah 3S 35~70C Lipo Pack

radio futaba t9cp con modulo 2,4ghz

ciao ciccio