Idea & make（Final project & outp
最后的Final projects视频主页（可能需要翻墙）
Video：https://vimeo.com/276011671
Final_projects
特别需要感谢我的公司 "奥美科技部-K1ND" 提供这个机会让我试验和完成这个项目。
还有特别感谢徐磊等一同开发的同事（无线电控制部分主要都是他的功劳）还有中途帮忙的各位朋友。
Idea 做个养生蝴蝶：）
关于Out put device 和 最后的Final project
我准备做一个扑翼飞行器。2 Servo Control 的蝴蝶。原因是一个朋友找到我，说要不要一起做一个类似这样的机械蝴蝶项目
我们查到了Kazuhiko先生在Youtube上面一系列的测试和教学视频，资料非常全面因此也想要自己来做一下试试。
相关视频链接：
eMotionButterfly
Kazuhiko Kakuta：
频道主页
舵机测试主页
2舵机测试视频
RC-Groups一个飞行器论坛
一些值得注意的信息和资料：
1.how do you know which chip/bridge to be used?
I used NEWGLDAB of a gliding device.
资料Kazu-Kaku发布和记录资料的论坛：RC-groups
2.Kazuhiko在2年前回答关于Servo的问题： Yes, this needs more power. I will use 8.4V high voltage Servo
从资料分析，查到的需要购买的电机和马达：
1.实验马达 链接
Motor: Turnigy 1811 Brushless Indoor Motor 3800kv
2.servo : KST MS320
3.推荐：HSB-9370TH
700 mAh, 7.4 volts锂电池。
4.替代品BLS25HV 0.09s 70.5g
Turnig™ BLS25HV Brushless DS/MG Servo 25kg / 0.09Sec / 70.5g
参数：
蓝箭D03013舵机 BLADE 130X锁尾 金属齿舵机
6个（目前看来这个最又可能，因为它视频发布的时间最晚，并且是成功的）
Blue Arrow High Speed Digital MG Micro Servo 20T 0.5kg / .06sec / 3g*2
视频
勾搭
经过昨天的分析，我觉得资料里给的链接可能不是很准确。
上述Servo大小都在40x20x38mm左右（太大而且很贵）
但视频里看作者用的舵机最宽只有20mm左右
于是准备在FB上面勾搭一下：
Hello Dr. thanks for accept my facebook request. I found your by your amazing ornithopter project: 2 servo butterfly on youtube.
My name is Dian, say Hi to you from Fablab Beijing China and I'm running my Fab academy this year (it's a kind of online maker course).
I connect you is because I decite to make a 2 servo butterfly ornithopter as my Final-project . but I cannot found right servo (I thought it may be the most important part of the project).
I learned a lot by your youtube channel, It's amazing work!!
But maybe it's because I didn't do any plain or aircraft projects before, the servos I buy didn't work very will.
If the information I found isn't wrong, the servos you used on that project is about 20x10x5mm right?
Do you have any suggestion？
Hope I didn't disturb your and look forward to your reply.
Thanks
很开心Kakuta很快回复了～
最后他给我推荐了这款舵机
Turnigy™ TGY-D56MG Coreless DS/MG HV Servo 1.2kg / 0.10sec / 5.6g
但我认为我们可以再买一些扭矩更大，反应时间更快的同类舵机
抠图
我准备用PS抠图试一下
eMotionButterfly
kazukaku
yellow butterfly.png
我们决定先做黄色的butterfly，直接把屏幕截图等比打印出来。
首先我切了个小一点的翅膀，像是这样
475x450.jpg
随后发现一张A3纸太小了：
打印错误.jpg
便又将图片切开成了2张，然后打印拼起来拼起来
buterfly_450x250_01.jpg
buterfly_450x250_02.jpg
打印参数.jpg
A3大小.jpg
于是解决链接问题：
我们本来想用速干的AB胶来链接骨架，但恰巧AB胶用完了。
于是我们尝试用502胶试一下。
502粘结测试成功.jpg
502粘结测试.jpg
于是我们尝试用那个铁丝先绑定骨架结构，增加稳定性。
square_lashing.gif
尝试先用铁丝固定，再加502胶水.jpg
铜丝测试.jpg
但实在是太麻烦了，所以最后还是去买了AB胶回来测试。（最后的事实也证明502胶太脆，还是AB胶比较结实）
too 麻烦.jpg
AB胶测试.jpg
Work.jpg
由于AB胶不粘金属，将铜铂纸垫在下面的方法很好用。
PS后面的测试显示，为了保证位置固定，还是需要缠绕铜丝固定。
01.jpg
02.jpg
03.jpg
终于一整支的翅膀完成。
03.1.jpg
随后我们选用了纤维膜作为翅膀材料，原因是它单位面积质量比较轻（但现在看来可能并不是个很好的选择）
04.jpg
05.jpg
06.jpg
07.jpg
另一只.jpg
down_02.jpg
down_01.jpg
大量查询资料后，我发现在航模圈主流玩家多爱用无刷电机作为主动力驱动，并且“老鸟们”比较信奉“只要动力够，什么都能飞”的原则。
但舵机来作为主驱动引擎还是很少的。这更为我们的工作添加了一份不确定性。
于是我继续查询资料，发现有鸟类和扑翼飞行器的研究在探索动力和翅膀表面积的函数关系。
又因为看到Kazuhiko先生在自己的频道里多次测试同一款舵机，不同表面积翅膀的升力拉重比。
09.jpg
我突发奇想：有没有可能先用什么软件模拟一下蝴蝶的飞行过程？
我的大概思路是先根据舵机具体参数建个模，再建几个不同大小的翅膀模型。组装好之后将它们放到一个重力模型里。
想想那些飞机模型的软件，一定有现成技术可以做这个事情。
于是我在朋友圈发了条状态，询问有没有什么合适做Simulation的软件。
得到的反馈是以下几种：
1.JSbsim和Yasim ：这是flightgear用的空气动力学库，不过是纯c的库：YASim is one of the two most commonly used FDMs in Flightgear. JSBsim is the other popular FDM used by the Flightgear community.
2.仿真：
在有限元分析领域，大家似乎看到过很多缩写，比如CAE、FEM、FE、CFD、FEA等等，但从英文全程来看其实他们区别不大。比如CAE，英文全称是ComputerAidedEngineering，即计算机辅助工程；FEM，FiniteElementMethod，即有限元方法；FEA，FiniteElementAnalysis，有限元分析；CFD，ComputationalFluidDynamics，计算机流体动力学。可以看出，除了CFD强调流体以外，FEA、CAE、FEM其实都是一个范畴的，即有限元法相关，其实CFD也是他们的一个分支。为了统一，我们取FEA为有限元分析的简称。介绍链接
有限元分析（Finite Element Analysis） ，又叫有限元方法（Finite Element Method）。是解偏微分方程的数学方法，被广泛运用于机械、电磁、建筑、流体等领域的仿真研究。可以用来分析橡胶的受力变形，不仅可以只做力场里的动力和静力仿真，还可以耦合温度场分析热应力的情况。现在有很多商业有限元软件，如ANSYS、ABAQUS、ADINA、HYPERWORKS等等
FEA.png
我准备先从ansys着手，研究一下。
另外今天通过朋友圈和勾搭，获得了很多咨询，在此特别感谢一下酷玩实验室的健哥给了我很多启发和帮助
健哥.jpg
一些其他research 和可能的方向
1.谷歌好像有一个扑翼的开源项目
2.翅膀材料可以尝试用航模热缩膜，拿电熨斗熨一下？
3.学习一下ansys
4.推荐的小舵机 2.2g 或者 5g ，响应时间最好是0.1s以下的。
5.可能会用到电调，查一下资料。
6.查一下拉重比例测量方案。
发现的问题：
1.翅膀&舵机链接件。强度不够，最好寻找替代品
2018.4.25 down
通过关键词 Cyberbotics Webots
搜到了Webots这个软件，下载安装
下午KST-MS320舵机到了，我们准备测试一下舵机的性能
首先准备了一个纸盒，然后掏了2个洞，将舵机安装好
我们准备测试它转动的最快频率，根据MS320 Technical Specification 我们选定了
7.4V
+-100度 500-2500us
delay 8000ms
如图：
00.jpg
01.jpg
02.jpg
03.jpg
效果很不错，但是8000ms的时间并不能让舵机转动到60度，差不多45度左右
随后我们决定加一个滑动变阻器，用来它来控制舵机的煽动频率。
并且把60度改成90度。
见视频：滑动变阻器
随后我们加上了之前做好的翅膀，和舵机的连接处是大量的AB胶。一开始煽动的效果并不理想，前后两段翅膀总是分离，但很快我们就改进了结构，将两段翅膀链接了起来。
随后便没有再出现两片翅膀分离的现象。
测试视频见：
wings_01.jpg
wings_02.jpg
wings_03.jpg
wings_04.jpg
确定好正确的角度之后，我们就想把舵机按照这个角度（30度）牢牢的固定好。为了尽量精确，我们用金属弯折了一个30度的斜角出来。用来固定舵机。
测量角度.jpg
角度.jpg
热熔胶.jpg
AB胶_01.jpg
AB胶_02.jpg
head.jpg
随后再用AB胶粘好蝴蝶的身躯，再于身躯的1/3处粘一个固定用的支架。
03分之1.jpg
down.jpg
2018.4.27
我今天我们的蝴蝶测试飞行成功，但是总是飞着飞着就歪了，平衡保持的不好。
发现原来是重量不平均的问题。
前后的重量平衡是靠蝴蝶的身体，舵机和电池。
而左右是靠翅膀，所以一定要争取做到重量和平衡完全一样。
structure.jpg
wings.jpg
weight.jpg
我们接下来的计划是将Arduino控制板绑到蝴蝶的身上，用它来控制电机煽动。
并且需要一个蓝牙模块 + 滑动变阻器来控制舵机的实际煽动频率。
然后争取飞一下试试。
经过思考最后选定的方案是：
2.4g模块+4个button，原因是蓝牙的距离可能不太够，而滑动变阻器的模拟量数据会比较大。
2.4g.jpg
现在我们的目标是用遥控器无线控制两个舵机煽动。
我们设置
C：open D：close
A：Up B：Down
测试舵机速度 ：
150us 延迟 最快
400us 延迟 最慢
400-150=250 因此规划为 每按一次，up 延迟增加10us.
但因为我们之前用的延迟函数为Delay(),因此在延迟期间程序会无法接受到关机的指令。即程序无法做别的事情，只能等待delay（）函数处理完——安全隐患严重。
因此我们改用millis();函数来完成延迟的功能Delay和millis的区别
控制完成.jpg
2节纽扣电池供电.jpg
组装成功.jpg
组装完成后的第一次试飞视频：
2018.4.28
因为第一次试飞效果并不理想...
分析原因感觉是因为电池太重，因此我们换了另一个小一点的电池。
300mAh电池.jpg
从视频上来看，同样也怀疑翅膀的结构强度不够，并且重量太重。
因此决定换一个翅膀材料。
同时加固支架。
很幸运，我们之前买的用来做翅膀的新材料和电熨斗今天也到了。
熨斗.jpg
实验. 但不平整.jpg
首先我们将之前的纤维布扯下来,(之前的翅膀材料重 20g)蝴蝶身体重80g
减重量.jpg
身体重.jpg
然后是加固翅膀
加固01.jpg
加固02.jpg
接着用熨斗烫，熨烫出一张完整的翅膀。
熨斗02.jpg
熨斗03.jpg
裁剪出需要的形状。
wing02.jpg
wing01.jpg
down.jpg
我们为了飞行中的平衡，加了一个长长的尾翼～
试飞视频：
5.2号
我们现在的重量是130g+
因此我们决定先减重。减重到我们的结构不能再减少为止。
因此我们首先想到的是电池
目前我们有一个7.5v的电池，还有2个3v的纽扣电池。
因此今天急需要解决的问题是如何通过分压把纽扣电池去掉。
我们的解决方法是直接用电源给5.5V的Arduino供电，然后再用
分压出来的3.3V电压给2.4g模块供电。
减重成功后的结构.jpg
总重.jpg
架子重.jpg
另外之前的电压不稳，导致滤波模块也烧坏了，换了一个。
换滤波模块.jpg
减重成功，但并没有飞起来，事后分析我们认为是翅膀的骨架太软了，导致2个翅膀的升力不够。因此决定重新做一版。
打印参数.jpg
5.3号 microduino调研和收获
今天朋友圈发的小视频得到了回应，去朋友的公司拜访了一位做扑翼飞行器的前辈，得到了很多很有启发的信息。重要的是得到了“翔哥”2012年开发类似项目的资料：
687735759.jpg
1.推重比（拉重比） 是重要参数！！！
越大越好（可能需要计算和测量一下）
2.潜在问题：转弯稳定性！！！（不掉下来）很难。
3.上反角：20度左右（需要测量参数）
测量输出扭矩：
机翼攻角：40度左右，升力较大。（炮弹夹角，射度远）
重心决定攻角！非常重要！
可能需要测量的参数：
扑翼幅度是多少？
频率速度是多少？
测量扑翼度频率。（贴个亮片）用频率仪器测试。
4.一些公式：
频率和升力关系：f 正比于 V^2
即和频率^2 成正比；面积成正比 ，并且成非线性关系，只有一个最优的数值。
5.制作建议：
寻找到电机机械效率最佳的那个点（大功率，大电池）
重心一般在几何中心位置：
DOE（Design of Experiments）
结构：
航模纸膜，（硫酸纸？？）
材料没准可以去宣武的科技馆找找。
扑翼飞行器的推力在后下方，
操控方式：加速上升，减速下降。
首先为了减轻重量，我们换了全新的控制器和2.4g模块
新控制器.jpg
新控制器2.jpg
然后做了一版更大的翅膀，翼展达到了950mm
大翅膀.jpg
大翅膀2.jpg
更轻的膜.jpg
链接结构.jpg
5.7 调研和学习
Done.jpg
我们最后选择了风筝纸，蝴蝶一下就变得漂亮了许多
并且我们成功的把翅膀重量降到了每只17g。现在的总参数如下：
舵机：KST MS320
电池：7.4V/1.33Wh 50c 180mAh
总重：110g
翅膀重量：17g/只
身体：75g
5.10
5.8-5.9号
基本上试飞成功了，但因为场地限制，我们愚蠢的把试飞成功的机身撞断了..现在做了第二版的尝试。
试飞成功视频：
舵机参数.jpg
冷却.jpg
测试信号.jpg
舵机是靠PWM信号控制。
drawn-butterfly-pen-19.jpg
5924301918_e6dd7bfc31_b.jpg
downstroke.gif
5723465279_63bcc676b5.jpg
通过学习和搜索资料，我们发现了一个重要的提升升力的关键点，在于翅膀的末梢。鸟类翅膀很大的升力来自于末梢柔软且坚韧的羽毛。
于是我们将原来的骨架，末梢部分削薄。
减轻重量，也提高了很大的升力
消减翅膀末梢.jpg
最小的电池.jpg
对比1.jpg
对比2.jpg
对比3.jpg
2.0_Done.jpg
Update 控制部分
最新的蝴蝶飞行测试已经可以平稳的飞行200M了，但限制于场地大小和气流的影响，总是撞墙。
因此我们需要一个更好的控制系统
我们最后选用了NRF24L01 2.4g无线通信模块，加上了推杆和按钮。
01.jpg
02.jpg
03.jpg
done1.jpg
done2.jpg
04.jpg
code.jpg
done0.jpg
5.22 飞行调试
今天试飞的途中我们的Arduino mini pro 板子烧了，经过检查发现是Arduino用的稳压芯片烧了。
芯片额定电流为0.3A,最大为9V 而我们的电池是7.5V 但是因为要同时给2.4g模块和Arduino控制板供电。所以电流可能会超。
稳压芯片参数
最后我们用了一款500mA额定电流的稳压芯片，替换掉Arduino mini板子上原来的芯片，搞定了这个问题。RT0913参考这个文档
随后我们还换了蝴蝶的头部结构。
另外关于升力，我们发现这和所开缝隙的大小很有关系，在某个位置的时候，最后它终于飞起来了。
