Vad är quad copter en lite om att göra en (3 / 3 steg)

Steg 3: Hur man gör en quadcopter

här är givare ansluten till en mikrokontroller att fatta beslut om hur man styr motorerna. Beroende på hur autonoma du vill att det ska vara, används en eller flera av dessa sensorer i kombination.

I detta avsnitt kommer jag att tala om dessa grundläggande quadcopter komponenter: Frame – den struktur som rymmer alla komponenter tillsammans. De måste vara utformade för att vara stark men också lätt. Rotorer – borstlösa DC-motorer som kan ge den nödvändiga inriktningen för att driva båten. Varje rotor måste styras separat av en varvtalsregulator. PropellerBattery-Power SourceIMU – SensorsMicrocontroller – The BrainRC TransmitterOptionalBefore vi gå in förklarar hur att välja varje komponenter, kan vi ta en titt några quadcopters som folk har byggt och de delar som de brukade få en ungefärlig uppfattning. Jag bygga inte dessa plan, så jag inte kan garantera deras prestanda. Multicopter exempel sida RAM RAM är den struktur som rymmer alla komponenter tillsammans. Ramen bör vara stel, och att kunna minimera vibrationerna kommer från motorerna.

En QuadCopter ram består av två till tre delar som behöver nödvändigtvis inte vara av samma material: center plattan där elektroniken är mountedFour vapen monterade i centrum plateFour motor fästena ansluter motorerna till slutet av armsMost finns material i ramen är: kol FiberAluminiumWood, till exempel Plywood eller MDF (Medium densitet träfiberskivor) kolfiber är mest stel och vibrationer absorberande ur de tre materialen men också den dyraste. Ihålig aluminium kvadrat rails är den mest populära för den QuadCopters armar på grund av dess relativt låga vikt, stelhet och överkomliga priser. Aluminium kan emellertid lider av motor vibrationer, som dämpningen effekten inte är lika bra som kolfiber. I fall av kraftiga vibrationer problem, kunde det röra till sensormätningar. Wood styrelse såsom MDF tallrikar kan skäras ut för armarna som de är bättre på att absorbera vibrationer än aluminium. Tyvärr virket är inte ett mycket hårt material och kan bryta lätt i quadcopter kraschar. Även om det inte lika viktigt som för armarna som tre material att använda för center plåt, plywood är oftast ses på grund av är det låg vikt, lätt att jobba med och bra vibrationer absorberande funktioner. För armlängd används termen "motor till motor avstånd" ibland, vilket betyder att avståndet mellan mitten av en motor med en annan motor av samma arm i den QuadCopter terminologin.

Motor till motor avståndet beror oftast på diametern på propellrarna. Att du har tillräckligt utrymme mellan propellrar och de inte får fångas av varandra. Borstlösa motorer lite bakgrund av borstlös motor. De är lite liknande normala DC motorer på det sätt som spolar och magneter används för att köra axeln. Men den borstlösa motorer har inte en borste på axeln som tar hand om växling makten riktning i spolarna, och det är därför de kallas borstlösa. I stället har den borstlösa motorer tre spolar på inre (center) av motorn, som är fastställd till montering.

På den yttre sidan innehåller det ett antal magneter monterade till en cylinder som är kopplad till den roterande axeln. Så spolarna är fasta vilket innebär att trådarna kan gå direkt till dem och till detta finns det inget behov för en pensel.

Allmänhet borstlösa motorer snurra i mycket högre hastighet och använder mindre ström med samma hastighet än DC-motorer. Även förlorar borstlösa motorer inte makten i pensel-övergången som DC motorer gör, så det är mer energieffektiva. Borstlösa motorer finns i många olika varianter, där storleken och strömförbrukningen skiljer sig. När du väljer din borstlös motor som du bör ta hand om vikt, storlek, vilken typ av propeller du ska använda, så matchar allt upp med strömförbrukningen. När du letar den borstlösa motorer bör du märka specifikationerna, särskilt den "Kv-rating". Kv-rating anger hur många varvtal (varv per minut) motorn kommer att göra om med x-antal volt. Varvtal kan beräknas på detta sätt: RPM = Kv * U ett enkelt sätt att beräkna betyg av motor du behöver. Se till att du köper den kontra roterande för att motverka vridmoment effekten av rekvisita. Jag har skrivit en mer komplett guide om hur man väljer Motor och propeller. Propellrar på varje av den borstlösa motorer finns monterad en propeller. Du kanske inte har märkt detta på bilderna, men 4 propellrar är faktiskt inte identiska. Du kommer att se att främre och bakre propellrar lutar till höger, medan vänster och höger propellrar lutar åt vänster. Som jag nämnde innan, 2 rotorer roterar i motsatt riktning till de andra två att undvika kroppen spinning. Genom att propellern par snurra i varje riktning, men också med mittemot luta, alla av dem kommer att ge lyft dragkraft utan spinning i samma riktning. Detta gör det möjligt för QuadCopter att stabilisera gir rotationen, som är roterande runt om honom.

Propellrar finns i olika diametrar och tältplatser (luta). Du måste bestämma vilken som ska användas enligt din ramstorlek, och när detta beslut görs du bör välja din motors enligt det. Vissa av de vanliga propeller används för QuadCopters är: EPP1045 10 diameter och 4.5 pitch detta är den mest populära, bra för medelstora quadsAPC 1047 10 diameter och 4.7 pitch mycket liknar den en aboveEPP0845 8 diameter och 4.5 pitch regelbundet används i mindre quadsEPP1245 12 diameter och 4.5 pitch används för större fyrhjulingar som kräver massa thrustEPP0938 9 diameter och 3.8 pitch används i mindre quadsAerodynamics är bara alldeles för komplex för icke-akademiska hobby. Det är även osannolikt vi kan förklara allt det teori där i några få ord. Men i allmänhet när du väljer propellrar kan du alltid följa dessa regler: större diameter och pitch mer framstöten propellern kan generera. Det krävs också mer kraft att köra den, men det kommer att kunna lyfta mer vikt. När du använder hög RPM (varv per minut) motorer ska du gå för mindre eller medelstora propellrar. När du använder låg RPM motorer ska du gå för större propellrar som du kan stöta på problem med de små inte kunna lyfta quad vid låg hastighet. Mer information om vilka effekter typ av material har, flygprestanda, kolla in detta inlägg. Analys av propellerstigningen, Diameter och RPM graddiametern VS: diameter: i princip område medan pitch: effektivt område. Så med samma diameter, skulle större pitch propeller generera mer dragkraft och lyfta mer vikt men också använda mer kraft. En högre varvtal för propellern ger dig mer fart och manövrerbarhet, men den begränsas av mängden vikt det kommer att kunna lyfta för någon viss makt. Också, den ström dras (och roterande kraft än nödvändigt) av motorn ökar det effektiva området av propeller ökar, så en större diameter eller högre tonhöjd en kommer dra mer ström vid samma RPM, men kommer också producera mycket mer dragkraft, och det kommer att kunna lyfta mer vikt. Att välja en balanserad motor och propeller kombination, har du till räkna ut vad du vill ha din quadcopter att göra. Om du vill flyga runt stabilt med tunga föremål som en kamera, skulle du förmodligen använda en motor som hanterar mindre revolutioner men kan ge mer vridmoment och en längre eller högre pitched propeller (som använder mer vridmoment för att flytta mer luft för att skapa lift). ESC-elektronisk varvtalsregulator den borstlösa motorer är multi-fasas, normalt 3 faser, så direkt leverans av likström inte startar motorerna. Thats där elektronisk hastighet styrenheter (ESC) kommer in. ESK genererar tre högfrekventa signaler med olika men kontrollerbar faser ständigt hålla det motoriska roterande. ESK har också möjligheten att köpa en massa nuvarande så motorerna kan dra mycket ström.

ESK är en billig motor styrkort som har ett batteri som ingång och en trefas utgång för motorn. Varje ESC styrs självständigt av en PPM signal (liknar PWM). Frekvensen av signalerna varierar också en hel del, men för en Quadcopter rekommenderas registeransvarige bör stödja högt nog frekvens signal, så de motoriska hastigheterna kan justeras tillräckligt snabb för optimal stabilitet (dvs. minst 200 Hz eller ännu bättre 300 Hz PPM signal). ESC kan även styras via I2C men dessa styrenheter är mycket dyrare. När du väljer en lämplig ESC, är den viktigaste faktorn den nuvarande. Du bör alltid välja en ESC med minst 10 A eller mer i sourcing nuvarande som vad din motor kommer att kräva. Näst viktigaste faktorn är faciliteterna som programmering, vilket innebär att i vissa ESC du kan använda olika signaler frekvens spänner än endast mellan 1 ms till 2 ms sortiment, men du kan ändra det till vad du behöver. Detta är särskilt användbart för anpassade styrkort. Batteri som för kraftkälla av quadcopter, jag skulle rekommendera LiPo batteri eftersom för det första det är ljus, och för det andra dess nuvarande omdömen uppfyller våra krav. NiMH är också möjligt. De är billigare, men det är också mycket tyngre än LiPo batteri.

Batteriets spänning LiPo batteri kan hittas i en enda cell (3.7V) till i en förpackning med över 10 celler seriekopplade (37V). Ett populärt val av batteri för en QuadCopter är 3SP1 batterier vilket innebär tre celler seriekopplade som en parallell, vilket bör ge oss 11.1V. Batteri kapacitet som för batterikapacitet, måste du göra några beräkningar på: hur mycket energi din motors kommer att dra? Bestämma hur lång flygtid du vill? Hur mycket inflytande batteriet vikt ska ha på den totala vikten? En bra tumregel är att du med fyra EPP1045 propellrar och fyra Kv = 1000 fått motor får antalet minuter fullgas flygtid som samma antal amp-timmar i din batterikapacitet. Detta innebär att om du har ett 4000mAh batteri, du kommer att få cirka 4 minuter fullgas flygtid men med en 1KG total vikt får du cirka 16 minuter av hover. Batteriets urladdning takt en annan viktig faktor är den ansvarsfrihet som anges av C-värdet. C-värdet tillsammans med batteriets kapacitet anger hur mycket ström kan dras från batteriet. Högsta aktuella som kan anskaffas kan beräknas som: MaxCurrent = DischargeRate x CapacityFor exempel om det finns ett batteri som har en ansvarsfrihet 30 C och en kapacitet på 2000 mAh. Med detta batteri kommer du att kunna källa högst 30Cx2000mAh = 60A. Så bör i detta fall du se till att den totala strömmen genom din motors kommer inte att överstiga 60A. Denna handledning om batteri jag hittade mycket informativ. Jag gjorde en matematisk modell för att uppskatta flygtiden, som kan vara till hjälp för dig. IMU-Inertial mätning enhet The tröghetsbaserad mätning enhet (IMU) är en elektronisk sensor anordning som mäter hastighet, orientering och gravitationen av quadcopter. Dessa mätningar kan kontrollera elektroniken att beräkna förändringar i de motoriska hastigheterna. IMU är en kombination av 3-axlig accelerometer och 3-axlig gyroskop, tillsammans utgör de en 6DOF IMU. Ibland finns det också en extra 3-axlig magnetometer för bättre Yaw stabilitet (i total 9DOF). Hur fungerar IMU accelerometer åtgärder acceleration och även kraft, så den gravitation nedåt också kommer att vara kände. Accelerometern har tre axel sensorer, kan vi träna orientering på enheten.

Ett gyroskop mäter vinkelformig hastighet, dvs rotationshastighet runt tre-axeln.

Använder endast Accelerometer? Med accelerometern ensam, bör vi kunna mäta orienteringen med hänsyn till ytan av jorden. Men accelerometern tenderar att vara mycket känsliga och instabila ibland, när motor vibrationer är dåligt, det kunde röra till orientering. Därför använder vi ett gyroskop för att lösa detta problem. Med både accelerometer och gyroskop avläsningar har vi nu kunna skilja mellan rörelse och vibrationer. Använder endast gyroskop? Eftersom gyroskopet kan berätta den roterande rörelsen, varför inte kan vi bara använda gyroskopet ensam? Gyroskopet tenderar att driva en hel del, vilket betyder att om du börjar vrida sensorn, gyroskopet kommer produktionen vinkelformig hastighet, men när du slutar det nödvändigtvis inte gå tillbaka till 0 grader/s. Om du sedan bara använt gyroskop avläsningar kommer du få en orientering som fortsätter att röra sig långsamt (drivor) även när du slutat rotera sensorn. Det är därför båda sensorerna har att användas tillsammans för att beräkna en bra och användbar orientering. Magnetometer accelerometern kan inte känna yaw rotation som det kan med rulle och pitch, och en magnetometer används därför ibland. En magnetometer mäter riktningar och styrka av det magnetiska fältet. Denna magnetisk sensor kan användas för att bestämma vilken väg är söder och norr. På pole platser används sedan som referens tillsammans med gir vinkelhastighet runt från gyroskop, för att beräkna en stabil gir vinkel. Jag försöker hålla teori och matematik minimal här, och jag kommer gå in mer i detalj i ett par tutorials. Köpa en IMU dessa tre sensorer finns individuellt på marknaden. Men det är lättare för utveckling för att få en IMU sensor styrelse med två första sensorerna (6DOF) eller alla tre sensorer (9DOF).

Den råa sensor styrelser kan kommunicera med mikrokontroller via I2C eller analog. Digital styrelser att stöd I2C är enklare och snabbare för utveckling, men analog som är billigare. Det finns även kompletta IMU enheter med processorn. Processorn är oftast en liten 8-bitars mikroprocessor som löper uträkningar någon form av algoritmer att arbeta ut Pitch, rulle och Yaw. Beräknade data kommer sedan att läggas ut på en seriell buss eller ibland också tillgänglig av I2C eller SPI. Valet av IMU kommer att begränsa vilken typ av styrkort kan du använda. Så innan de köper en IMU styrelser bör du hitta information om controller styrelser. Vissa controller styrelser kommer även med inbyggda sensorer. Vissa kommersiellt tillgängliga IMU sensorer styrelser:

Sparkfun 9DOF stickSparkfun 6DOF combo boardFreeIMUIMU med processor: Sparkfun 9DOF RazorMongoose 9DOF (10DOF) ArduIMUFlight Controller-kontrollerande elektronik kan du antingen köpa en styrkort som är speciellt utformad för quadcopter eller köpa alla delar och sätta ihop en själv. Några av controller styrelser innehåller redan krävs sensorerna medan andra kräver att du köper dessa på separat. Här är en omfattande lista över redo att åka flyg controller styrelser: http://robot-kingdom.com/best-flight-controller-for-quadcopter-and-multicopter/ The AeroQuad MEGA sköld The AeroQuad ombord är en sköld för Arduino, antingen Arduino UNO eller Arduino MEGA. AeroQuad styrelsen kräver Sparkfun 9DOF pinnen som är lödda till skölden. ArduPilot styrelsen innehåller en ATMEGA328, samma som på Arduino UNO. Som AeroQuad shield innehåller denna styrelse inte några sensorer antingen. Du skulle behöva köpa ArduIMU och Anslut den till styrelsen för att använda den. OpenPilot är en mer avancerad styrelsen som innehåller en 72MHz ARM Cortex-M3 processor, STM32. I styrelsen ingår även en 3-axlig accelerometer och 3-axlig gyroskop. Tillsammans med styrelsen kommer en stor bit av programvara för PC att kalibrera, trimma och särskilt ange waypoints för din QuadCopter om du har installerat en GPS-modul som jag kommer att prata mer om i nästa avsnitt. Gör du egen Quadcopter Controller styrelse alternativt du kan också använda generella microcontroller, till exempel Arduino, för att bygga ditt eget flyg controller. RC sändare QuadCopters kan programmeras och kontrolleras på många olika sätt men det vanligaste är av RC sändaren i antingen hastighet (akrobatiska) eller stabilt läge. Skillnaden är sättet styrkort tolkar riktlinjer feedback tillsammans med din RC sändaren joysticks. I läge endast gyroskopet används värden till att kontrollera quadcopter. Joysticks på din RC sändare används sedan att styra och ställa in önskad rotationshastigheten i 3 yxor, men om du släpper joysticks det inte går automatiskt åter ihop. Detta är användbart när gör akrobatik med din quadcopter som du kan luta den lite till höger, släpp din joysticks, och sedan din quadcopter kommer att hålla att ange position. För nybörjare hastigheten läge kan vara för svårt, och du ska börja med stabilt läge. Alla sensorer används för att bestämma quadcopters orientering i stabilt läge. Hastigheten på de 4 motorerna kommer att justeras automatiskt och hela tiden hålla quadcopter balanserad. Du kontrollera och ändra vinkeln på quadcopter med någon axeln med hjälp av joysticken. Till exempel att gå framåt, kan du helt enkelt vrida en av joysticks att ändra tonhöjden för quadcopter. När släppa joysticken, vinkeln återställs och quadcopter kommer att vara i balans igen. Kolla här för en mer detaljerad RC sändaren artikel.

Valfria komponenter efter att köpa alla nödvändiga delar, och du är fortfarande inte bröt, kan du överväga andra populära valfria komponenter som GPS-moduler, ultraljudssensorer, barometrar etc. De kan förbättra resultaten av din quadcopter och få fler funktioner. En GPS-modul talar till satellit och hämta exakta läge. Vi kan använda denna information för att beräkna hastighet och sökvägen. Det är särskilt användbart för autonoma quadcopters som behöver veta sin exakta position och vilken väg att flyga. En ultrasonic sensor mäter avståndet till marken, dvs höjd. Detta är användbart om du vill behålla din quadcopter ett bestämt avstånd från marken utan att behöva justera höjden det är flyger på hela tiden själv. De flesta av dessa sensorer har mellan 20cm till 7m. När du blir högre, kanske du vill använda en barometer. Denna sensor mäter luftfuktighet och påtryckningar för att räkna ut höjden, så när quadcopter är nära marken (där dessa två faktorer inte ändras mycket), det blir ineffektiv. Därför är det också vanligt att använda dem båda på samma gång.