Vienkāršākā kvadrokoptera bezpilota lidaparāta shēma

Šajā amatā mēs apspriedīsim kvadrokopteru korpusa montāžas pamatus, izmantojot alumīnija caurules un skrūves, raksta turpmākajās sadaļās mēs apspriedīsim arī par vienkāršu bezpilota lidaparāta ķēdi, kuru varētu izmantot neliela bezpilota lidaparāta komplekta lidošanai, neatkarīgi no sarežģītiem mikrokontrolleriem.

Kvadrokopters, iespējams, ir vienkāršākā lidojošā mašīna, kurai nepieciešama minimāla aerodinamiskā precizitāte un sarežģījumi, un tāpēc tas nav pārsteigums, ka tas varētu iegūt milzīgu popularitāti starp dažādiem vaļaspriekiem, kuri varētu veiksmīgi to uzbūvēt .... mašīna, ar kuru viņi faktiski varētu lidot un kontrolēt pēc savas gribas.

Kvadrokopteru dinamika

Fakts, ka kvadrokoptera bezpilota lidaparāts tehnikas un dinamikas ziņā ir vienkāršākais, faktiski ir saistīts ar 4 propelleru un līdzsvarotas rāmja struktūras iesaistīšanos, kas ļauj mašīnai lidot ar salīdzinoši labu līdzsvaru pat sarežģītos klimatiskajos apstākļos.

Bet vienkāršība nozīmē arī to, ka sistēma, iespējams, nav tik efektīva kā parastie lidmašīnu un smalcinātāju modeļi, kas ir sarežģīti izstrādāti, lai parādītu ārkārtīgu efektivitāti attiecībā uz ātrumu un degvielas patēriņu, un, protams, slodzes izturību ... tie visi būtībā varētu būt trūkst tipiskas kvadrokopteru sistēmas.

Tomēr, ciktāl tas attiecas uz hobija projektu, šī mašīna kļūst par ideālu izvēli lielākajai daļai entuziastu, kuriem šķiet ļoti uzjautrinoši un intriģējoši mājās izveidot savu lidmašīnu, kas galu galā “klausās” un lido jebkurā virzienā. lietotājs dod priekšroku tā pārvietošanai.

Tomēr jaunam spēlētājam, kurš, iespējams, tehniski nav tik informēts, pat šo vienkāršo mašīnu var uztvert ārkārtīgi sarežģīti, vienkārši tāpēc, ka lielākā daļa saistītās informācijas, kas tiek parādīta daudzās vietnēs, nespēj gaiši un “valodā” apspriest šo jēdzienu. varētu derēt lajs.

Šis raksts ir īpaši rakstīts tiem ne tik tehniskajiem ļaudīm, kuri ir ieinteresēti uzbūvēt lielisku lidmašīnu, taču objektu uzskata par pārāk grūti sagremojamu.

Kāpēc šodien kvadrokopterus ir tik viegli uzbūvēt

Vai esat kādreiz domājuši, kāpēc kvadrokopterus un bezpilota lidaparātus mūsdienu pasaulē ir tik viegli uzbūvēt un, iespējams, agrāk, izmantojot elektrību, bija neiespējami?

Tas galvenokārt ir saistīts ar litija jonu bateriju attīstību un uzlabošanu. Šīs ir mūsdienās pieejamas ļoti efektīvas baterijas, kas piedāvā iespaidīgu jaudas un svara attiecību. Paralēli tam BLDC motoru un ļoti rafinētu pastāvīgā magnēta motoru izgudrojums ir veicinājis arī to, ka bezpilota lidaparāti ir viegli konstruējami.

Li-Ion akumulators spēj nodrošināt lielisku rotācijas griezes momentu uz motoriem, kas ir pietiekami pietiekams, lai sekundes laikā kvadrokoptera bloku varētu nospiest uz lielu augstumu virs zemes, kā arī ļauj tam ilgi uzturēties gaisā. sniegums ir ļoti efektīvs un noderīgs.

Kā lido kvadrokopters

Tagad lemsim pareizi un sapratīsim, kas ir būtiskas lietas, lai kvadrokopters veiksmīgi lidotu. Šeit ir sniegti pamati, lai mašīna veiksmīgi lidotu vienmērīgi:

1) būtībā mašīnai ir nepieciešams stingrs un spēcīgs korpuss, bet ļoti viegls. To var izgatavot vai samontēt, izmantojot dobas kvadrātveida alumīnija ekstrūzijas caurules, atbilstoši urbjot caurumus un nostiprinot rāmi ar uzgriežņiem un skrūvēm.

2) Struktūrai jābūt ideāla “+” vai “x” formā, tā neko nemaina, ja vien leņķis starp “krustojuma” caurulēm ir 90 grādi katrā.

Kvadrokoptera izgatavošanai nepieciešamos pamatelementus var redzēt šajā attēlā:

Daļu montāžas simulācija

Zemāk redzamā aptuvenā animētā simulācija parāda, kā salikt iepriekš minētos elementus kopā:

Kā izveidot Quadcopter Framework

“+” Rāmja alumīniju var iegūt, atbilstoši sagriežot un sadalot gatavās alumīnija ekstrūzijas caurules, kā parādīts zemāk:

Rāmja izmērs ir relatīvs, un tāpēc tam nav izšķiroša nozīme. Jūs varat uzbūvēt plašu rāmi ar motoriem, kas uzstādīti tālu viens no otra, vai arī izveidot diezgan kompaktu rāmja struktūru tur, kur motori nav pārāk tālu viens no otra ... lai gan ir jānodrošina, ka dzenskrūves ir labi attālinātas viena no otras, lai nodrošinātu labāku līdzsvaru un līdzsvaru.

3) “+” rāmja konstrukcijai jābūt aprīkotai ar kvadrātveida platformu centrālajā daļā, kur rāmja sviras satiekas un šķērso viena otru. Tā varētu būt vienkārši labi pulēta alumīnija plāksne, kas atbilstoši izmērīta, lai ērti ievietotu visu nepieciešamo elektroniku un elektroinstalāciju.

Tādējādi šī centrālā plāksne vai platforma būtībā ir nepieciešama, lai uzstādītu un ievietotu sistēmas elektroniku, kas galu galā būtu atbildīga par jūsu kvadrokoptera vadību.

4) Kad iepriekšminētais ietvars ir pabeigts, motoriem ir jānostiprinās šķērsstieņu galos, kā parādīts iepriekšējos attēlos.

5) Lieki teikt, ka visi montāžas darbi jāveic ar vislielāko precizitāti un nevainojamu izlīdzināšanu, tāpēc šim darbam var būt nepieciešama pieredzējušu izgatavotāju apvienība.

Tā kā viss dizainā ir pa pāriem, elementu precīza pielāgošana patiesībā nebūs pārāk sarežģīta, tas ir tikai pāru izmēru noteikšana un pēc iespējas lielāka līdzība, kas savukārt nodrošinās maksimālu līdzsvara, līdzsvara un sinhronizācijas līmeni sistēmai.

Kad sistēma ir izveidota, ir pienācis laiks integrēt elektroniskās shēmas ar attiecīgajiem motoriem. Tas būs jādara saskaņā ar norādījumiem, kas sniegti dotajā ķēdes rokasgrāmatā.

Shēmas plates varētu uzstādīt centrālās plāksnes apakšpusē ar atbilstošu korpusu vai virs plāksnes, atkal ar piemērotu skapi, lai to cieši noslēgtu.

Izpratne par propelleru rotācijas virzienu

Analizējot motoru propelleru rotācijas virzienu līdzsvarotai pacelšanai:

Atsaucoties uz iepriekšminēto animēto simulāciju, motora propelleru rotācijas virzienam jābūt saskaņotam šādā veidā:

Tam vienkārši jābūt tādam, lai motori viena stieņa galos būtu identiski, bet atšķirīgi no otra stieņa motora virziena, tas nozīmē, ja vienam stienim motori griežas pulksteņrādītāja kustības virzienā, tad otra motora galos esošie motori papildina stienim jābūt noregulētam, lai tas grieztos pretēji pulksteņrādītāja virzienam. virzienu.

Lūdzu, skatiet iepriekš minēto simulāciju, lai pareizi izprastu motoru pretdarbības kustību, kas var būt nepieciešama, lai piešķirtu motoriem, lai nodrošinātu līdzsvarotu motora uzņemšanu

Kā kontrolēt kvadrokoptera virzienu, kontrolējot motoru ātrumu.

Jā, kvadrokoptera lidojuma virzienu var pielāgot un kontrolēt atbilstoši jūsu vēlmēm un gribai, attiecīgajiem motoriem vienkārši piemērojot dažādus ātrumus (RPM).

Šajos attēlos parādīts, kā pamata ātruma pārraidi var piemērot attiecīgajiem motoriem, lai sasniegtu un izpildītu vēlamo lidojuma virzienu uz mašīnu:

Kā norādīts iepriekšējās diagrammās, attiecīgi samazinot motoru komplekta ātrumu vai palielinot pretējā motora komplekta ātrumu, vai pielāgojot ātrumus atbilstoši katra paša vēlmēm, kvadrokopteru var likt pārvietoties gaisā jebkurā vietā. vēlamais konkrētais virziens.

Iepriekš minētie attēli norāda galvenos virzienus, piemēram, uz priekšu, atpakaļgaitu, pa labi, pa kreisi utt., Tomēr jebkuru citu nepāra virzienu var arī efektīvi īstenot, attiecīgi pielāgojot attiecīgo motoru ātrumus, vai tas var būt tikai viens motors.

Piemēram, lai piespiestu mašīnu lidot virzienā uz Z / R, var palielināt tikai S / E motora ātrumu un, lai mašīna varētu lidot Z / A virzienā, S / Ā W motoru var palielināt ... un tā tālāk. Tas vienkārši ir jāpraktizē, līdz pilnīga kvadrokoptera vadība kļūst sasniedzama un lietotāja apgūta.

Projektējot praktisku kvadrokopteru

Līdz šim mēs uzzinājām par bezpilota lidaparāta korpusa un aparatūras pamatkonstrukciju, tagad uzzināsim, kā ātri un lēti izgatavot kvadrokopteru vai bezpilota lidaparāta ķēdi, izmantojot ļoti parastus komponentus. Vienā no maniem iepriekšējiem ierakstiem mēs uzzinājām, kā izveidot salīdzinoši sarežģītu un tāpēc efektīvu četrkopteru lidošanas mašīnu, neizmantojot mikrokontrolleru, lai iegūtu vairāk informācijas, jūs vēlētos iet caur šādām ziņām:

Tālvadības shēma bez MCU Elektroniskā shēma

Šajā rakstā mēs cenšamies padarīt iepriekš minēto dizainu daudz vienkāršāku, izslēdzot motorus bez sukām un aizstājot tos ar suku motoriem, tādējādi ļaujot atbrīvoties no kompleksa BLDC draivera ķēdes modulis .

Tā kā kvadrokoptera mehāniskās konstrukcijas detaļas jau iepriekš ir visaptveroši apspriestas, mēs pievērsīsimies tikai ķēdes dizaina sadaļai un uzzināsim, kā tā var tikt veidota, lai lidotu ar piedāvāto vienkāršāko bezpilota lidaparātu ķēdi.

Kā minēts iepriekš, šim vienkāršajam kvadrokopteram ir nepieciešami tikai pamata RF tālvadības moduļi, kā parādīts zemāk esošajā attēla piemērā:

Jums vajadzēs iegādājieties šos RF moduļus no jebkura tiešsaistes veikala vai no vietējā elektronisko rezerves daļu izplatītāja:

Izņemot iepriekš minēto RF pults moduļi Būs nepieciešami arī 4 pastāvīga magnēta matēti motori, kas faktiski veido bezpilota lidmašīnas sirdi. Tas var būt norādīts šajā attēlā ar norādītajiem aprakstiem vai jebkurš cits līdzīgs, kā norādīts prasītajās lietotāja specifikācijās:

Motora elektriskās specifikācijas:

• 6V = darba spriegums (maksimums 12 V)
• 200mA = darba strāva
• 10 000 = apgr./min

Detaļu saraksts

• 1K, 10K 1/4 vati = 1 katrs
• 1uF / 25V kondensators = 1no
• Iepriekš iestatīts 10K vai 5K = 1no
• Rx = 5 vatu stieples pretestība, vērtība jāapstiprina ar eksperimentu.
• IC 555 = 1nr
• 1N4148 Diodes = 2nos
• IRF9540 Mosfet = 1no
• 6V motora suku tips = 4nos
• Elastīgi vadi, lodēšana, plūsma utt.
• Vispārējas nozīmes PCB iepriekš minēto daļu montāžai
• 4 kanālu RF tālvadības modulis, kā parādīts attiecīgajos attēlos.
• Alumīnija kanāli, skrūves, uzgriežņi, plāksnes utt., Kā paskaidrots rakstā.
• Akumulators, kā parādīts zemāk:

Kā konfigurēt tālvadības uztvērēju ar motoriem

Pirms saprotat, kā konfigurēt tālvadības uztvērēju ar kvadrokopteru motoriem, būtu svarīgi uzzināt, kā paredzēts pielāgot vai izlīdzināt motora ātrumu, lai radītu vajadzīgās kustības pa kreisi, pa labi, uz priekšu, atpakaļ.

Galvenokārt kvadrokopteru var atļaut pārvietoties divos veidos, kas atrodas režīmos “+” un “x”. Mūsu dizainā mēs izmantojam mūsu drona pamata kustības režīmu '+', kā norādīts šajā diagrammā:

Atsaucoties uz iepriekšējo diagrammu, mēs saprotam, ka mums vienkārši ir pienācīgi jāpalielina attiecīgo motoru ātrumi, lai izpildītu vēlamos virziena manevrus ar dronu.

Šo ātruma palielināšanu var panākt, konfigurējot tālvadības relejus saskaņā ar šo elektroinstalācijas shēmu. Zemāk redzamajā diagrammā mēs varam redzēt IC 555 PWM shēma vadu savienots ar 6 releju tālvadības uztvērēja moduļa 4 relejiem (1 relejs nav izmantots un to var vienkārši noņemt, lai palielinātu vietu un svaru).

PWM pielāgošana

Kā redzams diagrammā, PWM padeve ir savienota ar visiem releju N / C kontaktiem, kas nozīmē, ka parasti kvadrokopters lidinās caur šo vienādu un vienādu PWM padevi, kura darbības ciklu sākotnēji var pielāgot tā, lai kvadrokopters spēj sasniegt pareizu norādīto vilces daudzumu un augstumu.

To var eksperimentēt, atbilstoši pielāgojot parādīto PWM pot.

Kā konfigurēt releja kontaktus

Releju N / O kontaktus var redzēt tieši savienotus ar pozitīvo padevi, tāpēc ikreiz, kad uz tālvadības raidītāja klausules tiek nospiesta attiecīgā poga, uztvērēja modulī tiek aktivizēts atbilstošais relejs, kas savukārt ļauj attiecīgajam motoram nokļūt pilnu 12 V barošanu no akumulatora.

Iepriekš minētā darbība ļauj aktivizētam motoram iegūt lielāku ātrumu nekā pārējiem motoriem, kas ļauj kvadrokopteram virzīties noteiktā virzienā.

Tiklīdz tiek atbrīvota tālvadības poga, bezpilota lidaparāts uzreiz apstājas un turpina lidināties nemainīgā režīmā.

Tieši tāpat citas virziena kustības var vienkārši panākt, nospiežot citas tālvadības klausules piešķirtās pogas.

Augšējais relejs ir paredzēts, lai nodrošinātu drošu mašīnas nolaišanos, tas tiek darīts, pievienojot strāvas kritiena rezistoru virknē ar parādītā releja N / O kontaktu.

Šī rezistora vērtība jāaprēķina, veicot dažus eksperimentus tā, lai kvadrokopters lidinātu ap pāris pēdām virs zemes ikreiz, kad šis rezistors tiek pārslēgts caur pievienoto releju.

Ķēdes shēma

Parādītie releji ir RF moduļa uztvērēja daļa, kuras kontakti sākotnēji nav savienoti (pēc noklusējuma ir tukši), un tie ir jāievada, kā norādīts iepriekš redzamajā diagrammā.

RF tālvadības uztvērējs ir jāuzstāda kvadrokoptera iekšpusē, un tā releji ir savienoti ar attiecīgajiem motoriem un akumulatoru, kā norādīts iepriekš parādītajā izkārtojumā.

Jūs varat redzēt dažus savienotājus (zaļā krāsā), kas var nevajadzīgi palielināt drona svaru. Jūs varat tos visus noņemt, lai samazinātu svaru, un lodēt, savienojot attiecīgos vadus tieši ar PCB.

Kā drone pārvietojas:

Kā paskaidrots iepriekš diskusijā, nospiežot noteiktu tālvadības pogu, tas iedarbina kvadrokoptera moduļa atbilstošo releju, izraisot attiecīgā motora ātrāku kustību.

Šī darbība savukārt liek mašīnai virzīties pretējā virzienā motoram, kurš tiek ieslēgts, lai grieztos ar ātrāku apgriezienu skaitu.

Tā, piemēram, palielinot dienvidu motora ātrumu, mašīna virzās uz ziemeļiem, palielinot ziemeļu motoru, tā virzās uz dienvidiem, līdzīgi palielinot austrumu motora ātrumu, tā virzās uz rietumiem un otrādi.

Interesanti, ka dienvidu / austrumu motoru palielināšana ļauj kvadropteram virzīties uz pretējo ziemeļu / rietumu virzienu, kas atrodas diagonālajā režīmā .... un tā tālāk.

Plusi un mīnusi iepriekš aprakstītajai vienkāršajai Qaudcopter tālvadības shēmai.

Plusi

• Lēti un viegli uzbūvējami pat salīdzinoši jauna hobija dēļ.
• Neprasa sarežģītas kursorsviras darbības.
• Var vadīt, izmantojot viena 6 kanālu tālvadības moduli

Cons

• Mazāk efektīva akumulatora rezerves dublēšana, pateicoties iesaiņotu motoru iesaistei
• Virziena ātrums ir nemainīgs, un to nevar mainīt, izmantojot tālvadības tālruni
• Pārslēdzot pogas, manevrēšana var nebūt gluda, drīzāk nedaudz saraustīta.