四旋翼用户指南

QuanserQball-X41.介绍2.操作警告3.必备条件4.参考5.系统硬件和软件描述5.1.主要组成部分5.2.X4图表5.3.Qball-X4组成部分5.3.1.Qball-X4框架5.3.2.HiQDAQ5.3.3.Qball-X4电源5.3.4.Qball-X4电机和驱动5.3.5.Qball操纵杆5.4.Qball-X4模型5.4.1.激励源5.4.2.旋转/倾斜模型5.4.3.高度模型5.4.4.X-Y坐标模型5.4.5.偏航模型6.系统安装6.1.Qball-X4媒介安装6.2.Qball-X4传感器6.3.建立无线连接6.4.配置Qball目标模型6.5.仿真文件6.6.Qball-X4控制器7.装载电池7.1.电池装载成分7.2.电池装载步骤8.检修指南8.1.撞机了！怎么办？8.2.模型无法建立/连接或QUARC控制台无法顺利打开8.3.Qball-X4不能被正确读取或被不变的值卡住8.4.Simulink模型运行慢（仿真时间比实际运行时间长），或控制台出现提示“Samplingrateistoofastforbaserate”8.5.尝试开始Qball-X4模型导致错误“Unabletolocatethedynamiclinklibraryorsharedobject”8.6.建立模型出现错误“Notenoughsystemrewsourcesareavailabletoperformtheoperation”,Gumstix电脑硬盘已满8.7.尝试建立或连接模型出现错误“Thefilecouldnotbefound”1.介绍QuanserQball-X4（Fugure1）是一个适合一系列UAV研究应用的创新型旋转飞行工具平台。Qball-X4是由安装有10英寸螺旋桨的四个电机驱动的quadrotor直升机设计，整个quadrotor附在一个保护性的碳化纤维笼子里面（PatentPending）。Qball-X4的专利设计确保安全操作并且能够打开一系列新奇的应用。保护性的笼子是一个重要的特征因为这种无人机被设计在实验室内应用，而实验室有许多典型的内部危险（包括其他机器）。笼子给了Qball-X4一个决定性优势，当工具与障碍物发生碰撞时其他工具将遭受重大的伤害。测量on-board传感器和驱动电机，Qball-X4利用Quanser的on-board航电数据获取卡（DAQ）,HiQ和嵌入式Gumstix电脑，HiQDAQ是一个高分辨率的惯性测量单元（IMU）并且航电输入输出卡用来存储一系列研究应用。QUARC,Quanser的一款即时控制软件，允许研究者和开发者快速通过matlabsimulink界面开发和测试实际硬件的控制器，QUARC的开放式建筑硬件和大量的simulinkblockset给用户提供强大的控制开发工具。QUARC可以定位Gumstix嵌入式电脑，自动生成编码并管理on-board车辆控制器。飞行时，当控制器管理Gumstix，用户可以及时调整参数，从ahost地面站电脑（PCorlaptop）观察传感器测量值。管理Qball-X4的界面是支持（with）QUARC的matlabsimulink。控制器在主机上的Simulink用QUARC研发，并且这些模型被下载，在目标机（Gumstix【2】）上无缝编译成可执行的。这种配置的图表显示在图2.部分2概括了贯穿手册始终的操作警告，部分3给出了前提条件，部分4列出了手册参考的不同文件。一般的系统描述，组成部分术语，规格和模型参数在部分5给出。部分6详细描述如何安装Qball-X4。部分8包含了检修指导。2.操作警告这种符号标识特殊的安全警告和为了确保Qball-X4和用户的安全重要的操作步骤。仔细阅读这些警告。如果使用不当Qball-X4是一个强大的并且是潜在的危险工具。使用Qball-X4时要密切注意安全操作步骤。Quanser对Qball-X4操作不当产生的伤害没有责任，在连接电池或尝试运行Qball-X4之前，确保阅读这个文件并且熟悉Qball-X4的安全特征和操作步骤。处理Qball-X4时，确保没有model正在运行，并且电源已关闭。推荐用户戴上护目镜保护眼睛。figure1：QuanserQball-X4Figure2：CommunicationHierarchy3.先决条件成功操作Qball-X4，先决条件是：1）熟悉Qball-X4的接线和组成成分。2）安装QUARC版本2.0并取得适当的许可。3）熟悉使用QUARC控制和实时监控vehicle，通过Simulink设计一个控制器，看参考【2】有更多的细节。4.参考【1】Gumstix：【2】QUARCUserManual(typedocquarcinMatlabtoaccess)【3】Park400Brushlessmotor-740Kv:【4】Propellersdescriptionandtechnicalinformation:【5】Pentium-18Aelectronicspeedcontrollermanual:系统硬件和软件描述5.1.主要组成成分计划此次实验，下列硬件和软件都是必需的：Qball-X4：Qball-X4在上面figure1中显示HiQ：QUARC飞行器数据获得卡（DAQ）Gumstix：QUARC目标机，一个嵌入式的，装有QUARC运行时间软件的linux操作系统。【1】Batteries:两个三电池室,2500mAh锂离子电池Real-TimeControlSoftware:QUARC-Simulink配置，细节见参考25.2.X4图表下面的figure3是Qball-X4的基本图表，展示了坐标和角度，注意坐标轴遵循右手原则，X轴与前面的vehicel对齐。Vehicel的尾巴或后面用彩色胶带标识。Vehicel飞行时确定方向是一致的，尾巴朝向操作者，X轴正方向与操作者相反。figure3:Qball-X4坐标and符号法则5.3.Qball-X4组成成分这些组成Qball-X4的成分被标在figure4-11，并在table1中描述。figure4:Qball-X4笼子和框架figure5:HiQDAQfigure6：HiQ外壳figure7:有选择接收输入的HiQdaughterboardFigure8:Batteryswitchandconnectorfigure9:ESCsandbatteryfigure10:Sonarsensorfigure11:Motorandpropellerfigure12:Qballjoystick,typeAID#DescriptionID#Description1Qball-X4保护笼子10GPS串行输入2Qball-X4框架11电池开关3HiQDAQwithGumstix12电池连接器4HiQ惯性测量单元13速度控制器(ESCs)5HiQ带宽伺服输出14LiPo电池6HiQ盖子15声纳传感器7HiQdaughterboardwith选择接收器16螺旋桨(10x4.7)8接收器输入17发动机9声纳输入18操纵杆,型号ATable1Qball-X4components5.3.1.Qball-X4框架Qball-X4框架（#2infigure4）是横梁结构，Qball-X4组成成分安装在上面，包括HiQDAQ,发动机和速度控制器。框架寄托于Qball-X4保护笼子里面（#1infigure4）。Qball-X4保护笼子是一个碳化纤维结构为了保护框架，发动机，螺旋桨和嵌入式控制模块（HiQ和Gumstix）在较小的冲突下。笼子不是为了抵挡大的影响或从两米多高的地方坠落。不要抓着笼子提起Qball-X4因为这样会把压力加在笼子上造成伤害。当像figure13那样从框架的末端举起Qball-X4运输时，用双手从两边举起框架。Figure13：从框架末端捡起Qball-X45.3.2.HiQDAQHiQDAQ是Qball-X4的数据接收板。与Gumstix一起嵌入电脑，HiQ通过读取on-board传感器控制vehicle并且输出发动机要求。每个发动机速度控制器（#13infigure9）连接一个HiQ上的带宽伺服输出（#5infigure5）.在HiQ上有10个有效带宽伺服输出通道标号为0-9并且接地角（伺服电缆上的黑线）位于最接近HiQ板外部边缘。为了providedQball-X4控制器起作用，每个发动机速度控制器应该以一种特殊的顺序连接起来，Table2列出了发动机和其标准的匹配伺服通道。这种顺序对控制Qball姿势是非常重要的发动机伺服输出通道Back0Front1Left2Right3Table2:发动机伺服通道HiQ有选择子板可能包含附加I/O例如接收输入（#8infigure7），声纳输入（#9infigure7），和一个TTL连续输入用于GPS接收(#10infigure7).如果Qball-X4有一个声纳（#15infigure10）它应该连接到在子板上标记的声纳输入通道0。5.3.3.Qball-X4激励Qball-X4使用两组3个2500mAh锂离子电池（#14infigure9）激励HiQ和发动机，这些电池应该垂直堆放并且与框架底部的铝板对齐并确保velcro绳的牢固。试飞Qball-X4前确保电池牢固连接在框架上。连接电池到Qball-X4电池连接器（#12infigure8）上前确保电池附在框架上，换电池前保证用开关（#11infigure8）关闭电源.如果充电不当锂离子电池是危险的，回顾电池充电过程，飞的同时不断监控电池标准。如果放电到10V以下3-cell锂离子电池是危险的或不能用的。推荐电池一次完全充电达到10V或更低。5.3.4.Qball-X4发动机和推进器Qball-X4使用4个E-FlitePark400(740Kv)发动机【3】（#17infigure11），适用于成对的计数旋转APC10x4.7推进器【4】（#16infigure11）。发动机安装在Qball-X4框架上沿着X与Y轴连接在四个同样安装在框架上的速度加速器上【5】。发动机和推进器配置是为了前后的发动机顺时针旋转，左右发动机逆时针旋转。电子速度控制器（ESCs）在1ms（最小节流阀）到2ms（最大节流阀）以带宽输出的形式从HiQ获得命令。Qball-X4中配置的ESCs可以设置节流阀范围。重要的是ESCs最初的带宽输出为最小节流阀值0.05，另外你可以进入程序模式改变ESC设置。回顾ESC指南中关于改变ESC设置【5】的指令。5.3.5.Qball操纵杆操纵Qball时Qball操纵杆是个决定性的成分。操纵杆允许操纵者使用两根手杖控制节流阀行动（多大的提升力由Qball发动机产生），滚动（旋转Qball向左或右使其向左或右飞行），倾斜（旋转Qball向前或后使其向前或后飞行），偏航（旋转Qball垂直轴改变其方向或heading）使Qball飞行。即使飞行在自动模式也需要操纵杆初始化或当Qball控制器不稳定必须停止时能使Qball和行为作为停止开关。操纵杆有一个标签标出它的类型：TYPEA或TYPEB。确保你使用的相应的TYPEA/B操纵杆模型。如果你不确定你使用的操纵杆类型，联系[e-mail]寻求帮助。6.5.部分描述了用提供的Simulink模型如何使用操纵杆使Qball飞行。5.4.Qball-X4模型这部分描述Qball-X4的动