Najjednoduchší obvod dronu s kvadrokoptérou

V tomto príspevku sa budeme zaoberať základmi zostavy tela kvadrokoptéry pomocou hliníkových rúrok a skrutiek. V ďalších častiach článku sa budeme zaoberať aj jednoduchým obvodom bezpilotných lietadiel, ktorý by sa dal použiť na letenie malou zostavou bezpilotných lietadiel bez závislosti na zložitých mikrokontroléroch.

Kvadrokoptéra je možno najjednoduchší lietajúci stroj vyžadujúci minimálne množstvo aerodynamickej presnosti a komplikácií, a preto nie je prekvapením, že by si mohol získať nesmiernu popularitu medzi rôznymi fandmi, ktorí by to dokázali úspešne zostrojiť ... stroj, s ktorým mohli skutočne lietať a kontrolu z vlastnej vôle.

Dynamika kvadrokoptéry

To, že je kvadrokoptéra dron technicky a dynamicky najjednoduchší, je v skutočnosti výsledkom zapojenia 4 vrtúľ a vyváženej konštrukcie rámu, ktoré umožňujú stroju lietať s relatívne dobrou rovnováhou aj v náročných klimatických podmienkach.

Z jednoduchosti však tiež vyplýva, že systém nemusí byť taký efektívny ako bežné modely letúnov a vrtuľníkov, ktoré sú zložito navrhnuté tak, aby vykazovali extrémnu účinnosť, pokiaľ ide o rýchlosť a spotrebu paliva, a samozrejme nosnosť ... to všetko by mohlo byť v podstate chýba typický systém kvadrokoptéry.

Pokiaľ však ide o záujmový projekt, tento stroj sa stáva ideálnou voľbou pre väčšinu nadšencov, pre ktorých je veľmi zábavné a zaujímavé postaviť si doma lietajúci stroj, ktorý nakoniec „počúva“ a letí akýmkoľvek smerom používateľ to uprednostňuje.

Pre nového hráča, ktorý nemusí byť technicky až tak informovaný, však môže byť aj tento jednoduchý stroj mimoriadne zložitý na pochopenie, a to jednoducho preto, lebo väčšina súvisiacich informácií prezentovaných na mnohých webových stránkach nedokáže tento koncept prehľadne a v „jazyku“, ktorý o ňom hovorí, diskutovať. by sa laikovi mohlo hodiť.

Tento článok bol špeciálne napísaný pre tých, ktorí nie sú tak technickí, ktorí majú záujem o zostrojenie nádherného lietajúceho stroja, ale téma je pre nich príliš ťažko stráviteľná.

Prečo sa dnes vyrábajú kvadrokoptéry tak ľahko

Zamysleli ste sa niekedy nad tým, prečo sa v dnešnom svete dajú tak ľahko skonštruovať kvadrokoptéry a drony, ktoré boli predtým pravdepodobne nemožné pomocou elektriny?

Je to v zásade kvôli vývoju a vylepšeniu Li-Ion batérií. Jedná sa o mimoriadne efektívnu formu batérií, ktorá je dnes k dispozícii a ponúka pôsobivý pomer výkonu a hmotnosti. Spolu s tým prispel vynález BLDC motorov a vysoko rafinovaných motorov s permanentnými magnetmi k tomu, že drony boli ľahko konštruovateľné.

Li-Ion batéria je schopná poskytnúť úžasné množstvo točivého momentu na motoroch, ktoré je dostatočné na to, aby kvadrokoptérovú jednotku vytlačilo do vysokej nadzemnej výšky behom niekoľkých sekúnd, a tiež jej umožňuje zostať na vzduchu dlho. výkon veľmi efektívny a užitočný.

Ako letí Kvadrokoptéra

Teraz poďme správnym smerom a pochopme, čo sú nevyhnutné veci, aby Kvadrokoptéra úspešne lietala. Tu sú základné informácie o úspešnom bezproblémovom lietaní stroja:

1) Stroj v zásade vyžaduje pevné a silné telo, ale mimoriadne ľahké. To je možné vyrobiť alebo spojiť pomocou dutých štvorhranných hliníkových extrúznych rúr, vhodným vyvŕtaním otvorov a pripevnením rámu pomocou matíc a skrutiek.

2) Štruktúra by mala byť vo forme dokonalého „+“ alebo dokonalého „x“, nerobí to rozdiely, pokiaľ je uhol medzi „križujúcimi sa“ rúrkami 90 stupňov.

Základné prvky potrebné na zostavenie kvadrokoptéry je možné vidieť na nasledujúcom obrázku:

Simulácia zostavy dielu

Hrubá animovaná simulácia uvedená nižšie ukazuje, ako spojiť vyššie zobrazené prvky dohromady:

Ako zostrojiť rámec kvadrokoptéry

Hliník pre rám „+“ je možné získať vhodným rezaním a dimenzovaním hotových hliníkových extrúznych potrubí, ako je uvedené nižšie:

Veľkosť rámu je relatívna, a preto nie je rozhodujúca, môžete vytvoriť široký rám s motormi namontovanými široko od seba alebo vytvoriť pomerne kompaktnú štruktúru rámu, kde motory nie sú príliš ďaleko od seba ... aj keď je potrebné zabezpečiť, aby vrtule sú od seba dostatočne vzdialené, aby umožnili lepšiu rovnováhu a rovnováhu.

3) Konštrukcia rámu „+“ musí byť vybavená štvorcovou plošinou v strednej časti, kde sa ramená rámu stretávajú a navzájom krížia. Môže to byť jednoducho dobre leštená hliníková doska vhodne dimenzovaná tak, aby sa do nej pohodlne zmestila všetka potrebná elektronika a vedenie.

Preto je táto stredová doska alebo plošina v zásade potrebná na inštaláciu a umiestnenie elektroniky systému, ktorá by bola v konečnom dôsledku zodpovedná za riadenie vašej kvadrokoptéry.

4) Po dokončení vyššie uvedenej kostry sa vyžaduje, aby boli motory pripevnené cez konce priečnych nosníkov, ako je to znázornené na vyššie uvedených obrázkoch.

5) Je zbytočné tvrdiť, že všetky montážne práce je potrebné robiť s maximálnou presnosťou a dokonalým zosúladením, čo si môže vyžadovať spoluprácu skúseného výrobcu.

Pretože všetko v dizajne je v pároch, presné zosúladenie prvkov nebude v skutočnosti príliš zložité, ide len o dimenzovanie a prispôsobenie párov s čo najväčšou podobnosťou, čo zase zabezpečí maximálnu úroveň rovnováhy, rovnováhy a synchronizácie pre systém.

Po zostavení rámca je čas integrovať elektronické obvody s príslušnými motormi. Bude to potrebné urobiť podľa pokynov uvedených v príslušnej príručke obvodu.

Dosky s plošnými spojmi by mohli byť pripevnené na spodnej strane stredovej dosky s vhodným krytom alebo cez dosku, opäť s vhodnou skrinkou na jej pevné uzavretie.

Pochopenie smeru otáčania vrtúľ

Analýza smeru otáčania motorových vrtúľ pre vyvážený zdvih:

S odkazom na vyššie uvedenú animovanú simuláciu by mal byť smer otáčania vrtúľ motora nastavený nasledujúcim spôsobom:

Musí to jednoducho byť také, aby motory na koncoch jednej tyče mali byť identické, ale odlišné od smeru motora druhej tyče, čo znamená, že ak má jedna tyč tyče otáčajúce sa v smere hodinových ručičiek, potom sa motory na koncoch druhej tyče dopĺňajú tyč musí byť nastavená tak, aby sa točila proti smeru hodinových ručičiek. smer.

Prečítajte si simuláciu vyššie, aby ste správne pochopili protichodný pohyb motorov, ktorý môže byť potrebné priradiť motorom na zabezpečenie vyváženého odberu.

Ako riadiť smer kvadrokoptéry riadením rýchlosti motorov.

Áno, smer letu kvadrokoptéry je možné vylepšiť a ovládať podľa vášho želania a vôle jednoduchým použitím rôznych rýchlostí (RPM) pre príslušné motory.

Nasledujúce obrázky ukazujú, ako je možné aplikovať prenos základnej rýchlosti na príslušné motory, aby sa dosiahol a vykonal požadovaný smer letu k stroju:

Ako je naznačené vo vyššie uvedených schémach, vhodným znížením rýchlosti súpravy motorov alebo zvýšením rýchlosti protiľahlej súpravy motorov alebo vyladením rýchlostí podľa vlastných preferencií je možné dosiahnuť, aby kvadrokoptéra lietala vo vzduchu ľubovoľným spôsobom požadovaný konkrétny smer.

Vyššie uvedené obrázky označujú základné smery, ako je smer dopredu, dozadu, doprava, doľava atď., Akýkoľvek iný nepárny smer však možno tiež efektívne implementovať vhodným nastavením otáčok príslušných motorov alebo môže ísť iba o jeden motor.

Napríklad, aby sa stroj prinútil letieť v smere N / W, môže sa zvýšiť rýchlosť iba motora S / E a pre umožnenie stroja letieť v smere N / E rýchlosť S / E W motor môže byť zvýšený ... a tak ďalej. Je potrebné si to iba nacvičiť, kým nebude ovládač kvadrokoptéra dosiahnuteľný a užívateľ si ho nebude osvojovať.

Navrhovanie praktickej kvadrokoptéry

Doteraz sme sa dozvedeli o základnej konštrukcii tela dronu a hardvéru, teraz sa poďme naučiť, ako rýchlo a lacno vyrobiť kvadrokoptéru alebo okruh dronov pomocou veľmi bežných komponentov. V jednom z mojich predchádzajúcich príspevkov sme sa naučili, ako vyrobiť pomerne zložitý a teda efektívny stroj na lietanie v kvadrokoptére bez použitia mikrokontroléra. Pre viac informácií by ste si chceli prečítať nasledujúce príspevky:

Obvod diaľkového ovládania bez MCU Elektronický obvod

V tomto článku sa snažíme vyššie uvedený návrh zjednodušiť elimináciou bezkartáčových motorov a ich nahradením kartáčovanými motormi, čím sa umožní zbaviť sa komplexu Modul obvodu vodiča BLDC .

Pretože podrobnosti o mechanickej konštrukcii kvadrokoptéry sú už vyššie komplexne prediskutované, budeme sa zaoberať iba časťou návrhu obvodov a dozvieme sa, ako by sa dala postaviť na let navrhovaného najjednoduchšieho dronového okruhu.

Ako už bolo spomenuté, tento jednoduchý kvadrokoptéra vyžaduje iba základné moduly RF diaľkového ovládania, ako je znázornené na nasledujúcom príklade obrázku:

Budeš musieť kúpiť tieto RF moduly od ktoréhokoľvek online obchodu alebo od miestneho predajcu elektronických náhradných dielov:

Okrem vyššie spomenutého RF diaľkové ovládače Budú tiež potrebné 4 kartáčované motory s permanentným magnetom, ktoré v skutočnosti tvoria srdce dronového stroja. Môže to byť tak, ako je to špecifikované na nasledujúcom obrázku s danými popismi, alebo iné podobné podľa požadovaných špecifikácií používateľa:

Elektrické špecifikácie motora:

• 6V = prevádzkové napätie (špička 12V)
• 200mA = prevádzkový prúd
• 10 000 = RPM

Zoznam položiek

• 1K, 10K 1/4 watt = každý 1
• Kondenzátor 1uF / 25V = 1č
• Prednastavené 10K alebo 5K = 1č
• Rx = 5 wattový drôtový rezistor, hodnota bude potvrdená experimentom.
• IC 555 = 1 č
• 1N4148 Diódy = 2nos
• IRF9540 Mosfet = 1č
• 6V motor kartáčovaný typ = 4nos
• Pružné drôty, spájka, tavidlo atď.
• DPS na všeobecné účely na montáž vyššie uvedených častí
• 4-kanálový RF modul diaľkového ovládania, ako je znázornené na príslušných obrázkoch.
• Hliníkové kanály, skrutky, matice, platne atď., Ako je vysvetlené v článku.
• Batéria, ako je uvedené nižšie:

Ako nakonfigurovať prijímač diaľkového ovládania na motory

Pred pochopením toho, ako nakonfigurovať prijímač diaľkového ovládania pomocou kvadrokoptérových motorov, by bolo dôležité naučiť sa, ako sa majú upraviť alebo vyrovnať rýchlosti motorov na generovanie požadovaných pohybov vľavo, vpravo, vpred a vzad.

Kvadrokoptéra sa dá pohybovať predovšetkým dvoma spôsobmi, ktoré sú v režimoch „+“ a „x“. V našom dizajne používame pre náš dron základný pohybový režim „+“, ako je uvedené v nasledujúcom diagrame:

S odvolaním sa na vyššie uvedený diagram si uvedomujeme, že na vykonanie požadovaných smerových manévrov na dronu musíme jednoducho primerane zvýšiť otáčky príslušných motorov.

Toto zvýšenie rýchlostí je možné vynútiť konfiguráciou relé diaľkového ovládania podľa nasledujúcej schémy zapojenia. Na diagrame nižšie vidíme Obvod IC 555 PWM zapojené so 4 relé modulu prijímača diaľkového ovládania zo 6 relé (1 relé je nepoužívané a je možné ho jednoducho odpojiť, aby sa zväčšil priestor a hmotnosť).

Úprava PWM

Ako je možné vidieť na diagrame, napájanie PWM je spojené so všetkými rozpínacími kontaktmi relé, čo znamená, že by sa kvadrokoptéra normálne pohybovala cez toto rovnomerné a rovnaké napájanie PWM, ktorého pracovný cyklus možno pôvodne upraviť tak, aby Kvadrokoptéra je schopná dosiahnuť správne určené množstvo ťahu a nadmorskej výšky.

To možno experimentovať vhodným nastavením zobrazeného PWM hrnca.

Ako nakonfigurovať kontakty relé

N / O kontakty relé sú viditeľné zapojené priamo s kladným napájaním, takže kedykoľvek je na slúchadle diaľkového vysielača stlačené príslušné tlačidlo, je v module prijímača aktivované príslušné relé, ktoré následne umožňuje príslušnému motoru získať úplné napájanie 12V z batérie.

Vyššie uvedená operácia umožňuje aktivovanému motoru získať väčšiu rýchlosť ako zvyšok motorov, čo umožňuje kvadrokoptére pohyb v stanovenom smere.

Len čo uvoľníte tlačidlo diaľkového ovládania, dron sa okamžite zastaví a naďalej sa vznáša v konštantnom režime.

Rovnakým spôsobom je možné jednoducho dosiahnuť ďalšie smerové pohyby stlačením ďalších priradených tlačidiel na diaľkovom slúchadle.

Najvyššie umiestnené relé slúži na zaistenie bezpečného pristátia stroja. To sa deje pridaním rezistora poklesu prúdu do série s N / O kontaktom zobrazeného relé.

Táto hodnota odporu sa musí vypočítať pomocou experimentov, aby sa kvadrokoptéra vznášala okolo pár stôp nad zemou, kedykoľvek sa tento odpor prepne cez pripojené relé.

Schéma zapojenia

Zobrazené relé sú súčasťou prijímača RF modulu, ktorého kontakty sú spočiatku nepripojené (štandardne prázdne) a je potrebné ich zapojiť, ako je uvedené na schéme vyššie.

RF diaľkový prijímač má byť nainštalovaný vo vnútri kvadrokoptéry a jeho relé prepojené s príslušnými motormi a batériou podľa vyššie uvedeného rozloženia.

Vidíte niekoľko konektorov (zelenej farby), ktoré môžu zbytočne zvyšovať váhu dronu. Môžete ich všetky odstrániť, aby sa znížila hmotnosť, a príslušné vodiče pripojiť priamo k DPS spájkovaním.

Ako sa dron pohybuje:

Ako je vysvetlené v predchádzajúcej diskusii, po stlačení konkrétneho diaľkového tlačidla sa aktivuje príslušné relé modulu kvadrokoptéry, čo spôsobí rýchlejší pohyb príslušného motora.

Táto operácia následne prinúti stroj pohybovať sa v smere opačnom k ​​motoru, ktorý je prepínaný, aby sa otáčal pri rýchlejších otáčkach.

Napríklad zvýšenie rýchlosti južného motora spôsobí, že sa stroj bude pohybovať smerom na sever, zvýšenie severného motora spôsobí, že sa bude pohybovať na juh, podobné zvýšenie rýchlosti východného motora spôsobí, že sa bude pohybovať na západ a naopak.

Je zaujímavé, že zvýšenie motorov na juh / východ umožňuje kvadrokoptére pohybovať sa na opačný sever / západ, ktorý je v diagonálnom režime .... atď.

Výhody a nevýhody vyššie vysvetleného jednoduchého obvodu diaľkového ovládania Qaudcopter.

Pros

• Lacné a ľahko zostaviteľné aj pre relatívne nového fanda.
• Nevyžaduje zložité operácie joystickom.
• Možno ovládať pomocou jedného 6-kanálového modulu diaľkového ovládania

Zápory

• Menej efektívne z hľadiska zálohovania batérie v dôsledku zapojenia kartáčovaných motorov
• Smerová rýchlosť je konštantná a nedá sa meniť prostredníctvom diaľkového ovládača
• Manévrovanie nemusí byť pri prepínaní tlačidiel skôr mierne trhané.