Nejjednodušší obvod kvadrokoptéry

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





V tomto příspěvku se budeme zabývat základy sestavení těla kvadrokoptéry pomocí hliníkových trubek a šroubů, v dalších částech článku se budeme zabývat také jednoduchým obvodem dronů, který lze použít k létání na malé sestavě dronů bez závislosti na složitých mikrokontrolérech.

Kvadrokoptéra je možná nejjednodušší létající stroj vyžadující minimální množství aerodynamické přesnosti a komplikací, a proto není žádným překvapením, mohl by si získat obrovskou popularitu mezi různými fandy, kteří by to mohli úspěšně postavit ... stroj, který mohli skutečně létat a ovládat z vlastní vůle.



Dynamika kvadrokoptéry

Skutečnost, že kvadrokoptéra je technicky a dynamicky nejjednodušší, je ve skutečnosti způsobena zapojením 4 vrtulí a vyváženou konstrukcí rámu, které umožňují stroji létat s relativně dobrou rovnováhou i v obtížných klimatických podmínkách.

Z jednoduchosti však také vyplývá, že systém nemusí být tak účinný jako konvenční modely letadel a vrtulníků, které jsou složitě navrženy tak, aby vykazovaly extrémní účinnost, pokud jde o rychlost a spotřebu paliva, a samozřejmě nosnost ... to vše by mohlo být v zásadě chybí typický systém kvadrokoptéry.



Nicméně, pokud jde o hobby projekt, stává se tento stroj ideální volbou pro většinu nadšenců, kteří považují za velmi zábavné a zajímavé postavit si vlastní létající stroj doma, který nakonec „naslouchá“ a letí jakýmkoli směrem uživatel preferuje jeho přesun.

Avšak pro nového hráče, který může být technicky méně informovaný, může být i tento jednoduchý stroj extrémně komplikovaný na pochopení, jednoduše proto, že většina souvisejících informací prezentovaných na mnoha webových stránkách nedokáže koncept pojednat lucidně a v „jazyce“, který může vyhovovat laikovi.

Tento článek byl speciálně napsán pro ty méně technické lidi, kteří se zajímají o stavbu velkolepého létajícího stroje, ale téma je pro něj příliš obtížné strávit.

Proč se dnes Kvadrokoptéry staví tak snadno

Přemýšleli jste někdy nad tím, proč se v dnešním světě staví kvadrokoptéry a drony tak snadno a bylo možná dříve nemožné používat elektřinu?

Je to v zásadě kvůli vývoji a vylepšování Li-Ion baterií. Jedná se o dnes extrémně efektivní formu baterií, které nabízejí působivý poměr výkonu a hmotnosti. Spolu s tím přispěl vynález BLDC motorů a vysoce rafinovaných motorů s permanentními magnety také k tomu, že drony byly snadno konstruovatelné.

Akumulátor Li-Ion je schopen poskytnout úžasné množství točivého momentu na motorech, které je dostatečné k tomu, aby během několika vteřin vytlačilo kvadrokoptéru do vysoké nadmořské výšky, a také jí umožňuje zůstat na vzduchu po dlouhou dobu výkon velmi efektivní a užitečný.

Jak kvadrokoptéra letí

Nyní pojďme skočit správným směrem a pochopit, jaké jsou základní věci potřebné k úspěšnému letu kvadrokoptéry. Tady jsou základy pro úspěšné bezproblémové létání stroje:

jednoduchá + plus manévrovací struktura sestavy dronů

1) Stroj v zásadě vyžaduje pevné a silné tělo, ale extrémně lehké. To by mohlo být vyrobeno nebo smontováno pomocí vytlačovacích trubek z dutého čtvercového hliníku, vhodným vyvrtáním otvorů a upevněním rámu pomocí matic a šroubů.

2) Struktura by měla mít formu dokonalého „+“ nebo dokonalého „x“, nedělá to rozdíl, pokud je úhel mezi „křížením“ trubek 90 stupňů.

úhel rámu dronu

Základní prvky potřebné pro konstrukci kvadrokoptéry lze vidět na následujícím obrázku:

mechanické hardwarové díly pro montáž dronů

Simulace sestavy dílu

Níže uvedená hrubá animovaná simulace ukazuje, jak sestavit výše zobrazené prvky dohromady:

Jak postavit rámec kvadrokoptéry

Hliník pro rám „+“ lze získat vhodným řezáním a dimenzováním hotových hliníkových vytlačovacích trubek, jak je znázorněno níže:

Velikost rámu je relativní, a proto není rozhodující, můžete postavit široký rám s motory namontovanými od sebe nebo postavit poměrně kompaktní konstrukci rámu, kde motory nejsou příliš široké od sebe ... ačkoli je třeba zajistit, aby vrtule jsou od sebe dostatečně vzdálené, aby umožňovaly lepší rovnováhu a rovnováhu.

3) Konstrukce rámu „+“ musí být vybavena čtvercovou plošinou ve střední části, kde se ramena rámu setkávají a vzájemně kříží. Mohla by to být jednoduše dobře leštěná hliníková deska vhodně dimenzovaná pro pohodlné uložení veškeré potřebné elektroniky a kabeláže.

Tato centrální deska nebo platforma je tedy v zásadě nutná pro instalaci a umístění elektroniky systému, která by nakonec byla zodpovědná za ovládání vaší kvadrokoptéry.

4) Jakmile je výše uvedená konstrukce dokončena, je od motorů vyžadováno, aby byly upevněny přes konce příčných nosníků, jak je znázorněno na výše uvedených obrázcích.

5) Je zbytečné říkat, že veškerá montážní práce musí být provedena s maximální přesností a dokonalým sladěním, což může vyžadovat zapojení zkušeného výrobce pro danou práci.

Vzhledem k tomu, že vše v designu je ve dvojicích, přesné vyrovnání prvků nebude ve skutečnosti příliš obtížné, jde pouze o dimenzování a přizpůsobení párů s co největší podobností, což zase zajistí maximální úroveň rovnováhy, rovnováhy a synchronizace pro systém.

Jakmile je rámec vybudován, je čas integrovat elektronické obvody s příslušnými motory. To bude muset být provedeno podle pokynů uvedených v dané příručce obvodu.

Desky plošných spojů by mohly být na spodní straně střední desky opatřeny vhodným pouzdrem nebo přes desku, opět vhodnou skříní pro její těsné uzavření.

dron 4 rotační konfigurace motoru

Porozumění směru otáčení vrtulí

Analýza směru otáčení vrtulí motoru pro vyvážený zdvih:

S odkazem na výše uvedenou animovanou simulaci by měl být směr otáčení vrtulí motoru vyrovnán následujícím způsobem:

Jednoduše to musí být takové, aby motory na koncích jedné tyče měly být identické, ale odlišné od druhého směru motoru tyče, což znamená, že pokud má jedna tyč tyče točící se ve směru hodinových ručiček, pak se motory na koncích druhé tyče doplňují tyč musí být naladěna tak, aby se točila proti směru hodinových ručiček. směr.

Přečtěte si výše uvedenou simulaci, abyste správně pochopili protichůdný pohyb motorů, který může být potřeba přiřadit motorům pro zajištění vyváženého odběru

Jak ovládat směr kvadrokoptéry řízením rychlosti motorů.

Ano, směr letu kvadrokoptéry lze vyladit a ovládat podle vlastního přání a vůle pouhým použitím různých rychlostí (RPM) na příslušné motory.

Následující obrázky ukazují, jak lze použít přenos základní rychlosti na příslušné motory za účelem dosažení a provedení libovolného požadovaného směru letu ke stroji:

Jak je naznačeno ve výše uvedených diagramech, vhodným snížením rychlosti sady motorů nebo zvýšením rychlosti opačné sady motorů nebo vyladěním rychlostí podle vlastních preferencí lze kvadrokoptéru donutit cestovat ve vzduchu jakýmkoli požadovaný konkrétní směr.

Výše uvedené obrázky označují základní směry, jako je směr jízdy vpřed, vzad, doprava, doleva atd., Jakýkoli jiný lichý směr lze však také efektivně implementovat vhodným nastavením otáček příslušných motorů nebo může jít pouze o jeden motor.

Například za účelem donutit stroj létat ve směru N / W může být zvýšena rychlost pouze S / E motoru a pro umožnění stroje létat ve směru N / E může být rychlost S / E W motor může být zvýšen ... a tak dále. Je to jen třeba procvičovat, dokud uživatel nebude moci plně ovládat kvadrokoptéru a nebude ji zvládat.

Navrhování praktické kvadrokoptéry

Dosud jsme se dozvěděli o základní konstrukci těla a hardwaru dronu, nyní se naučíme, jak rychle a levně vyrobit kvadrokoptéru nebo obvod dronu pomocí velmi běžných komponent. V jednom z mých dřívějších příspěvků jsme se naučili, jak vyrobit relativně složitý a tedy efektivní kvadrokoptéra létající stroj bez použití mikrokontroléru, pro více informací byste chtěli projít následujícími příspěvky:

Obvod dálkového ovládání bez MCU | Elektronický obvod

V tomto článku se snažíme výše uvedený design výrazně zjednodušit odstraněním bezkartáčových motorů a jejich nahrazením kartáčovanými motory a následně umožněním zbavit se komplexu Modul obvodu ovladače BLDC .

Vzhledem k tomu, že podrobnosti o mechanické konstrukci kvadrokoptéry jsou již podrobně diskutovány výše, budeme se zabývat pouze částí návrhu obvodu a zjistíme, jak může být postaven pro létání navrhovaného nejjednoduššího dronového okruhu.

Jak již bylo zmíněno dříve, tento jednoduchý kvadrokoptéra vyžaduje pouze základní moduly RF dálkového ovládání, jak je znázorněno na následujícím příkladu obrázku:

Budeš muset koupit tyto RF moduly z jakéhokoli online obchodu nebo od místního prodejce elektronických náhradních dílů:

Kromě výše uvedeného RF dálkové ovladače Rovněž budou zapotřebí 4 kartáčované motory s permanentním magnetem, které ve skutečnosti tvoří srdce dronového stroje. Může to být tak, jak je uvedeno na následujícím obrázku s danými popisy, nebo jakýkoli jiný podobný podle požadovaných specifikací uživatele:

Elektrické specifikace motoru:

  • 6V = provozní napětí (špička 12V)
  • 200 mA = provozní proud
  • 10 000 = RPM

Seznam dílů

  • 1K, 10K 1/4 watt = každý 1
  • Kondenzátor 1uF / 25V = 1č
  • Přednastaveno 10K nebo 5K = 1č
  • Rx = 5 wattový drátový rezistor, hodnota bude potvrzena experimentováním.
  • IC 555 = 1 č
  • 1N4148 Diody = 2nos
  • IRF9540 Mosfet = 1č
  • 6V motor kartáčovaný typ = 4nos
  • Pružné dráty, pájka, tavidlo atd.
  • PCB pro všeobecné použití pro montáž výše uvedených dílů
  • 4kanálový RF modul dálkového ovládání, jak je znázorněno na příslušných obrázcích.
  • Hliníkové kanály, šrouby, matice, desky atd., Jak je vysvětleno v článku.
  • Baterie, jak je uvedeno níže:
Li-ion baterie pro dron

Jak konfigurovat přijímač dálkového ovládání s motory

Než pochopíte, jak konfigurovat přijímač dálkového ovládání pomocí motorů kvadrokoptéry, bylo by důležité se naučit, jak mají být nastaveny nebo vyrovnány rychlosti motoru pro generování požadovaných pohybů vlevo, vpravo, dopředu a dozadu.

Primárně existují dva způsoby, jak lze kvadrokoptéře povolit pohyb, které jsou v režimech „+“ a „x“. V našem návrhu používáme základní režim pohybu „+“ pro náš dron, jak je uvedeno v následujícím diagramu:

S odkazem na výše uvedený diagram si uvědomujeme, že pro provedení požadovaných směrových manévrů na dronu jednoduše potřebujeme vhodně zvýšit rychlosti příslušných motorů.

Toto zvýšení rychlostí lze vynutit konfigurací relé dálkového ovládání podle následujícího schématu zapojení. V níže uvedeném diagramu vidíme Obvod IC 555 PWM zapojeno pomocí 4 relé modulu přijímače dálkového ovládání 6 relé (1 relé není použito a lze jej jednoduše vyjmout, aby se zvětšil prostor a hmotnost).

Úprava PWM

Jak je patrné z diagramu, napájení PWM je spojeno se všemi rozpínacími kontakty relé, což znamená, že by se kvadrokoptéra normálně vznášela přes toto rovnoměrné a stejné napájení PWM, jehož pracovní cyklus může být zpočátku upraven tak, aby Kvadrokoptéra je schopna dosáhnout správného stanoveného množství tahu a výšky.

To lze experimentovat vhodným nastavením zobrazeného PWM banku.

Jak konfigurovat kontakty relé

Kontakty N / O relé lze vidět zapojené přímo s kladným napájením, takže kdykoli je stisknuto příslušné tlačítko na sluchátku dálkového vysílače, je v modulu přijímače aktivováno odpovídající relé, což zase umožňuje příslušnému motoru získat plné napájení 12V z baterie.

Výše uvedená operace umožňuje aktivovanému motoru získat větší rychlost než ostatní motory, což umožňuje kvadrokoptéře pohyb ve stanoveném směru.

Jakmile uvolníte tlačítko na dálkovém ovládání, dron se okamžitě zastaví a nadále se pohybuje v konstantním režimu.

Stejných dalších směrových pohybů lze jednoduše dosáhnout stisknutím dalších přiřazených tlačítek na dálkovém sluchátku.

Nejvyšší relé slouží k zajištění bezpečného přistání stroje, a to přidáním rezistoru pro pokles proudu v sérii s N / O kontaktem zobrazeného relé.

Tato hodnota rezistoru musí být vypočítána s určitým experimentováním, aby se kvadrokoptéra vznášela kolem několika stop nad zemí, kdykoli se tento rezistor přepne přes připojené relé.

Kruhový diagram

Návrh praktického obvodu kvadrokoptéry

Zobrazená relé jsou součástí přijímače RF modulu, jehož kontakty jsou zpočátku nepřipojené (standardně prázdné) a je třeba je zapojit, jak je uvedeno ve výše uvedeném schématu.

RF dálkový přijímač má být instalován uvnitř kvadrokoptéry a jeho relé je zapojeno s příslušnými motory a baterií podle výše uvedeného rozložení.

Můžete vidět několik konektorů (zelené barvy), které mohou zbytečně zvyšovat váhu dronu. Chcete-li snížit hmotnost, můžete je všechny odstranit a pájením připojit příslušné vodiče přímo k desce plošných spojů.

Jak se dron pohybuje:

Jak je vysvětleno ve výše uvedené diskusi, při stisknutí konkrétního dálkového tlačítka aktivuje odpovídající relé modulu kvadrokoptéry, což způsobí rychlejší pohyb příslušného motoru.

Tato operace zase nutí stroj pohybovat se ve směru opačném k motoru, který se přepíná, aby se otáčel s rychlejšími otáčkami.

Například například zvýšení rychlosti jižního motoru způsobí, že se stroj bude pohybovat na sever, zvýšení severního motoru způsobí, že se bude pohybovat na jih, podobně rostoucí rychlost východního motoru způsobí, že se bude pohybovat na západ a naopak.

Je zajímavé, že zvýšení motorů na jih / východ umožňuje kvadrokoptéře pohybovat se na opačný sever / západ, který je v diagonálním režimu ... atd.

Výhody a nevýhody výše vysvětleného obvodu dálkového ovládání Simple Qaudcopter.

Profesionálové

  • Levné a snadno sestavitelné i relativně novým fandem.
  • Nevyžaduje složité operace joystickem.
  • Lze ovládat pomocí jednoho 6kanálového modulu dálkového ovládání

Nevýhody

  • Méně efektivní, pokud jde o záložní baterii díky zapojení kartáčovaných motorů
  • Směrová rychlost je konstantní a nelze ji měnit pomocí dálkového ovladače
  • Manévrování nemusí být při přepínání tlačítek spíše plynulé.



Předchozí: Vysvětlení odporu snímání síly Další: Kapacitní dělič napětí