Sachverhalt:
Die rubrizierten Eltern haben die Tochter C._. Mit Entscheid vom 16. Juli 2020 bestätigte die KESB der Stadt Zürich die bereits superprovisorisch angeordnete Obhutszuteilung an den Vater, unter detaillierter Regelung des Besuchsrechts der Mutter. Sodann ersuchte die KESB die Beiständin um Antragstellung bezüglich des späteren Besuchsrechts, wies die Eltern zum Besuch eines Kurses an und gab ein Gutachten über die psychische Gesundheit der Eltern in Auftrag. Auf die hiergegen erhobene Beschwerde des Vaters trat der Bezirksrat zufolge Verspätung mit Beschluss vom 4. Februar 2021 nicht ein. Die hiergegen erhobene Beschwerde wies das Obergericht des Kantons Zürich mit Urteil vom 29. März 2021 ab. Dieses ficht der Vater mit Beschwerde vom 6. Mai 2021 beim Bundesgericht an. Ferner verlangt er die unentgeltliche Rechtspflege.
Erwägungen:
1.
Angefochten ist der kantonal letztinstanzliche Entscheid in einer Kindesschutzsache; die Beschwerde in Zivilsachen steht offen (Art. 72 Abs. 2 lit. b Ziff. 6 und Art. 75 Abs. 1 BGG).
Anfechtungsgegenstand bildet indes allein die Frage, ob der Bezirksrat die Beschwerde zu Recht als verspätet angesehen hat (BGE 135 II 38 E. 1.2 S. 41; 139 II 233 E. 3.2 S. 235). Diesbezüglich hat die Beschwerde eine Begründung zu enthalten, in welcher in gedrängter Form dargelegt wird, inwiefern der angefochtene Entscheid Recht verletzt (Art. 42 Abs. 2 BGG), was eine sachbezogene Auseinandersetzung mit dessen Erwägungen erfordert (BGE 140 III 115 E. 2 S. 116; 142 III 364 E. 2.4 S. 368).
2.
Zum grössten Teil enthält die Beschwerde Kritik in der Sache selbst, indem der Beschwerdeführer geltend macht, namentlich durch die Anordnung eines Gutachtens werde massiv in seine Rechtsstellung eingegriffen und würden diverse verfassungsmässige Rechte verletzt. Dies geht über den Anfechtungsgegenstand hinaus und darauf ist nach dem Gesagten nicht einzutreten (BGE 136 II 457 E. 4.2 S. 462 f.; 136 V 362 E. 3.4.2 S. 365; 142 I 155 E. 4.4.2 S. 156).
3.
Im Zusammenhang mit der Eintretensfrage im Verfahren vor dem Bezirksrat enthält die Beschwerde keine hinreichende Auseinandersetzung mit den Erwägungen des angefochtenen Entscheides. Diese gehen dahin, dass dem Beschwerdeführer die Abholungseinladung für den Entscheid der KESB am 21. Juli 2020 avisiert wurde und dieser somit nach Ablauf der 7-tägigen Abholfrist gemäss Art. 138 Abs. 3 lit. a ZPO als am 28. Juli 2020 zugestellt gilt, weil der Beschwerdeführer aufgrund des laufenden Verfahrens mit Zustellungen rechnen musste; die erst am 28. August 2020 der Post übergebene Beschwerde habe der Bezirksrat somit zu Recht als verspätet angesehen.
Eine Rechtsverletzung - bzw. eine willkürliche Anwendung der betreffenden Norm, weil die ZPO vorliegend als subsidiäres kantonales Recht zur Anwendung kommt und dieses nur auf Willkür hin überprüft werden kann (BGE 139 III 225 E. 2.3 S. 231; 140 III 385 E. 2.3 S. 387) - lässt sich weder mit der Behauptung dartun, er sei erst am Abend des 28. Juli 2020 aus dem Urlaub zurückgekehrt und am 29. Juli 2020 sei das Einschreiben bereits retourniert gewesen, weil der Beschwerdeführer aufgrund des laufenden Verfahrens mit Zustellungen rechnen musste, noch mit dem Vorbringen, der Entscheid sei auch noch mit A-Post an seine Adresse in Deutschland und von dort nach seiner bereits erfolgten Abreise nachgesandt worden und etwa um den 30. Juli 2020 bei ihm in der Schweiz eingetroffen, weil eine zusätzliche A-Post-Sendung nicht der Eröffnung, sondern der Information dient, und ebenso wenig mit den beschwerdeweise zitierten Entscheiden, welche eine völlig andere Konstellation betreffen, nämlich diejenige, dass auf der Abholungseinladung falsche Angaben gemacht werden und einem Laien der Unterschied zwischen dem Ende der postalischen Abholfrist und dem Ende der Legalfrist bei der Zustellungsfiktion nicht bekannt sein muss.
4.
Nach dem Gesagten erweist sich die Beschwerde als offensichtlich nicht hinreichend begründet, weshalb auf sie nicht eingetreten werden kann und der Präsident im vereinfachten Verfahren entscheidet (Art. 108 Abs. 1 lit. b BGG).
5.
Wie die vorstehenden Erwägungen zeigen, konnte der Beschwerde von Anfang an kein Erfolg beschieden sein, weshalb es an den materiellen Voraussetzungen der unentgeltlichen Rechtspflege fehlt (Art. 64 Abs. 1 BGG) und das entsprechende Gesuch abzuweisen ist.
6.
Die Gerichtskosten sind dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 BGG).
Demnach erkennt der Präsident:
1.
Auf die Beschwerde wird nicht eingetreten.
2.
Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3.
Die Gerichtskosten von Fr. 1'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4.
Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Zivilkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 11. Mai 2021
Im Namen der II. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Herrmann
Der Gerichtsschreiber: Möckli