Простейшая схема квадрокоптера с дроном

В этом посте мы обсудим основы сборки корпуса квадрокоптера с использованием алюминиевых труб и болтов, а в следующих разделах статьи мы также обсудим простую схему беспилотного летательного аппарата, которую можно использовать для полета на небольшом беспилотном двигателе, независимо от сложных микроконтроллеров.

Квадрокоптер, пожалуй, самый простой летательный аппарат, требующий минимальной аэродинамической точности и сложностей, и поэтому неудивительно, что он может получить огромную популярность среди различных любителей, которые могли бы успешно построить это ... машину, на которой они действительно могли бы летать и контроль по собственному желанию.

Динамика квадрокоптера

Тот факт, что квадрокоптер является самым простым с точки зрения техники и динамики, на самом деле связан с задействованием 4 пропеллеров и сбалансированной рамной конструкции, которые позволяют машине летать с относительно хорошим равновесием даже в сложных климатических условиях.

Но простота также подразумевает, что система может быть не такой эффективной, как обычные модели самолетов и вертолетов, которые замысловато спроектированы для демонстрации чрезвычайной эффективности с точки зрения скорости и расхода топлива и, конечно, несущей способности ... все это может быть существенно отсутствует в типичной системе квадрокоптера.

Тем не менее, что касается хобби-проекта, эта машина становится идеальным выбором для большинства энтузиастов, которые находят очень забавным и интригующим создание собственного летательного аппарата дома, который в конечном итоге «слушает» и летит в любом направлении. пользователь предпочитает двигаться.

Однако для нового игрока, который может быть технически не так информирован, даже эта простая машина может показаться чрезвычайно сложной для понимания просто потому, что большая часть соответствующей информации, представленной на многих веб-сайтах, не описывает концепцию ясно и на `` языке '', который может подойти неспециалисту.

Эта статья была специально написана для тех не очень технических людей, которые заинтересованы в создании великолепного летательного аппарата, но считают эту тему слишком сложной для понимания.

Почему квадрокоптеры так легко построить сегодня

Вы когда-нибудь задумывались, почему квадрокоптеры и дроны так легко построить в современном мире и, возможно, раньше было невозможно использовать электричество?

Это в основном из-за развития и улучшения литий-ионных аккумуляторов. Это чрезвычайно эффективная форма батарей, доступных сегодня, с впечатляющим соотношением мощности и веса. Наряду с этим, изобретение двигателей BLDC и усовершенствованных двигателей с постоянными магнитами также способствовало тому, что дроны были легко сконструированы.

Литий-ионная батарея способна обеспечить потрясающий крутящий момент на двигателях, которого становится достаточно, чтобы подтолкнуть квадрокоптер к большой высоте над землей в течение нескольких секунд, а также позволяет ему оставаться в воздухе в течение длительного времени. производительность очень эффективная и полезная.

Как летает квадрокоптер

Теперь давайте вернемся и поймем, что необходимо для успешного полета квадрокоптера. Вот основы, которые помогут добиться плавного полета машины:

1) Обычно машина требует твердого и крепкого тела, но очень легкого веса. Его можно изготовить или собрать с использованием полых квадратных алюминиевых экструзионных труб, просверлив соответствующим образом отверстия и закрепив раму гайками и болтами.

2) Конструкция должна иметь форму идеального «+» или идеального «x», это не имеет значения, если угол между «пересекающимися» трубами составляет 90 градусов каждая.

Основные элементы, необходимые для построения квадрокоптера, можно увидеть на следующем изображении:

Моделирование сборки детали

Приведенная ниже грубая анимированная симуляция показывает, как собрать вместе показанные выше элементы:

Как построить каркас квадрокоптера

Алюминий для '+' рамы может быть получен путем соответствующей резки и калибровки готовых алюминиевых экструзионных трубок, как показано ниже:

Размер рамы является относительным и поэтому не имеет решающего значения, вы можете построить широкую раму с двигателями, расположенными широко друг от друга, или построить довольно компактную рамную конструкцию, в которой двигатели не слишком широко друг от друга ... хотя необходимо убедиться, что пропеллеры расположены отдельно друг от друга для обеспечения лучшего равновесия и баланса.

3) Конструкция рамы «+» должна быть оснащена квадратной площадкой в ​​центральной части, где рычаги рамы встречаются и пересекаются. Это может быть просто хорошо отполированная алюминиевая пластина, размеры которой позволяют удобно разместить всю необходимую электронику и проводку.

Таким образом, эта центральная пластина или платформа в основном необходимы для установки и размещения электроники системы, которая в конечном итоге будет отвечать за управление вашим квадрокоптером.

4) После завершения вышеуказанного каркаса двигатели необходимо закрепить на концах поперечин, как показано на рисунках выше.

5) Излишне говорить, что все работы по установке должны выполняться с максимальной точностью и безупречным выравниванием, для этого может потребоваться помощь опытного изготовителя.

Поскольку все в дизайне попарно, точное выравнивание элементов на самом деле не будет слишком сложным, это просто размер и подгонка пар с максимально возможным сходством, что, в свою очередь, обеспечит максимальный уровень баланса, равновесия и синхронизации. для системы.

Когда каркас построен, пора интегрировать электронные схемы с соответствующими двигателями. Это нужно будет сделать в соответствии с инструкциями, приведенными в данном руководстве по схеме.

Платы могут быть установлены на нижней стороне центральной пластины с соответствующим кожухом или над пластиной, опять же с соответствующим шкафом для ее плотного закрытия.

Понимание направления вращения гребных винтов

Анализ направления вращения гребных винтов двигателя для сбалансированного подъема:

Ссылаясь на приведенное выше анимированное моделирование, направление вращения гребных винтов должно быть выровнено следующим образом:

Просто необходимо, чтобы двигатели на концах одного стержня были идентичными, но отличались от направления электродвигателя другого стержня, то есть, если на одном стержне двигатели вращаются по часовой стрелке, тогда двигатели на концах другого стержня должны дополнять стержень должен быть настроен на вращение против часовой стрелки. направление.

Пожалуйста, обратитесь к моделированию выше, чтобы правильно понять противодействующее движение двигателей, которое может потребоваться назначить двигателям для обеспечения сбалансированного отбора

Как управлять направлением квадрокоптера, контролируя скорость двигателей.

Да, направление полета квадрокоптера можно настроить и контролировать по своему желанию и желанию, просто применяя разные скорости (обороты в минуту) к соответствующим двигателям.

На следующих изображениях показано, как передача базовой скорости может быть применена к соответствующим двигателям для достижения и выполнения любого желаемого направления полета к машине:

Как показано на приведенных выше диаграммах, путем соответствующего уменьшения скорости набора двигателей или увеличения скорости противоположного набора двигателей или настройки скорости в соответствии с собственными предпочтениями, квадрокоптер можно заставить летать в воздухе в любом желаемое конкретное направление.

Вышеупомянутые изображения указывают основные направления, такие как вперед, назад, вправо, влево и т. Д., Однако любое другое нечетное направление также может быть эффективно реализовано путем соответствующей регулировки скорости соответствующих двигателей или может быть только одним двигателем.

Например, чтобы заставить машину лететь в северо-западном направлении, скорость только двигателя S / E может быть увеличена, а для того, чтобы машина могла лететь в направлении N / E, скорость S / E W мотор можно увеличить ... и тд. Это просто необходимо практиковать, пока пользователь не станет полностью управлять квадрокоптером.

Разработка практичного квадрокоптера

До сих пор мы узнали об основной конструкции корпуса и оборудования дрона, теперь давайте узнаем, как быстро и дешево сделать квадрокоптер или схему для дрона, используя самые обычные компоненты. В одном из моих предыдущих постов мы узнали, как сделать относительно сложный и, следовательно, эффективный летательный аппарат с квадрокоптером без использования микроконтроллера, для получения дополнительной информации вы можете прочитать следующие посты:

Схема дистанционного управления без MCU | Электронная схема

В данной статье мы пытаемся значительно упростить вышеуказанную конструкцию, исключив бесщеточные двигатели и заменив их щеточными двигателями, и, следовательно, позволяя избавиться от сложных Модуль схемы драйвера BLDC .

Поскольку детали механической конструкции квадрокоптера уже подробно обсуждались выше, мы рассмотрим только раздел схемотехники и узнаем, как он может быть построен для полета по предлагаемой простейшей схеме дронов.

Как упоминалось ранее, для этого простого квадрокоптера требуются только базовые радиочастотные модули дистанционного управления, как показано на рисунке ниже:

Вам нужно будет купить эти RF модули в любом интернет-магазине или у местного дилера электронных запчастей:

Помимо вышеупомянутого RF модули дистанционного управления Также потребуются 4 щеточных двигателя с постоянными магнитами, которые на самом деле составляют сердце дрона. Это может быть как указано на следующем изображении с данными описаниями или любое другое подобное в соответствии с требуемыми пользовательскими спецификациями:

Электрические характеристики двигателя:

• 6 В = рабочее напряжение (пиковое 12 В)
• 200 мА = рабочий ток
• 10,000 = об / мин

Список деталей

• 1K, 10K 1/4 Вт = по 1 штуке
• Конденсатор 1 мкФ / 25 В = 1 шт.
• Предустановка 10K или 5K = 1no
• Rx = резистор с проволочной обмоткой 5 Вт, значение подлежит подтверждению экспериментально.
• IC 555 = 1 шт.
• 1N4148 Диоды = 2nos
• IRF9540 Mosfet = 1no
• Тип двигателя с щеткой 6 В = 4 шт.
• Гибкие провода, припой, флюс и т. Д.
• Печатная плата общего назначения для сборки перечисленных выше деталей
• 4-канальный радиочастотный модуль дистанционного управления, как показано на соответствующих изображениях.
• Алюминиевые швеллеры, винты, гайки, пластины и т. Д., Как описано в статье.
• Батарея, как показано ниже:

Как настроить приемник дистанционного управления с двигателями

Прежде чем понимать, как настроить приемник дистанционного управления с двигателями квадрокоптера, было бы важно узнать, как предполагается регулировать или выравнивать скорости двигателя для создания необходимых движений влево, вправо, вперед и назад.

В первую очередь, есть два способа, которыми квадрокоптер может двигаться, это режимы «+» и «x». В нашей конструкции мы используем базовый режим движения нашего дрона «+», как показано на следующей диаграмме:

Обращаясь к диаграмме выше, мы понимаем, что нам просто нужно соответствующим образом увеличить скорость соответствующих двигателей для выполнения желаемых направленных маневров на дроне.

Это увеличение скорости может быть обеспечено путем настройки реле дистанционного управления в соответствии со следующей схемой подключения. На диаграмме ниже мы видим Схема ШИМ IC 555 соединены проводами с 4 реле модуля приемника дистанционного управления из 6 реле (1 реле не используется и может быть просто удалено для уменьшения места и веса).

Регулировка ШИМ

Как можно увидеть на диаграмме, питание ШИМ подключено ко всем нормально замкнутым контактам реле, что означает, что обычно квадрокоптер зависал бы через эту равномерную и равную подачу ШИМ, рабочий цикл которого можно изначально отрегулировать так, чтобы квадрокоптер может достигать заданной величины тяги и высоты.

С этим можно поэкспериментировать, соответствующим образом отрегулировав показанный потенциометр ШИМ.

Как настроить контакты реле

Можно увидеть, что замыкающие контакты реле подключены напрямую к положительному источнику питания, поэтому при каждом нажатии соответствующей кнопки на пульте дистанционного передатчика в модуле приемника активируется соответствующее реле, что, в свою очередь, позволяет соответствующему двигателю полное питание 12 В от аккумулятора.

Вышеупомянутая операция позволяет активированному двигателю набрать большую скорость, чем остальным двигателям, что позволяет квадрокоптеру двигаться в указанном направлении.

Как только кнопка пульта отпускается, дрон мгновенно останавливается и продолжает зависать в постоянном режиме.

Точно так же другие направленные движения могут быть просто достигнуты путем нажатия других назначенных кнопок на пульте дистанционного управления.

Самое верхнее реле предназначено для обеспечения безопасной посадки машины, это достигается путем добавления резистора сброса тока последовательно с замыкающим контактом показанного реле.

Это значение резистора должно быть рассчитано путем экспериментов, чтобы квадрокоптер зависал на высоте нескольких футов над землей всякий раз, когда этот резистор переключается через подключенное реле.

Принципиальная электрическая схема

Показанные реле являются частью приемника радиочастотного модуля, контакты которого изначально не подключены (по умолчанию пустые) и должны быть подключены, как показано на схеме выше.

Дистанционный радиоприемник должен быть установлен внутри квадрокоптера, а его реле подключены к соответствующим двигателям и батарее, как показано на схеме выше.

Вы можете увидеть несколько разъемов (зеленого цвета), которые могут излишне утяжелять дрон. Вы можете удалить их все, чтобы уменьшить вес, и подключить соответствующие провода непосредственно к плате путем пайки.

Как движется дрон:

Как объяснялось в приведенном выше обсуждении, когда нажимается конкретная удаленная кнопка, она приводит в действие соответствующее реле модуля квадрокоптера, заставляя соответствующий двигатель двигаться быстрее.

Эта операция, в свою очередь, заставляет машину двигаться в направлении, противоположном двигателю, который переключается на более высокие обороты.

Так, например, увеличение скорости южного двигателя заставляет машину двигаться к северу, увеличение северного двигателя заставляет ее двигаться на юг, аналогичным образом увеличение скорости восточного двигателя заставляет ее двигаться на запад и наоборот.

Интересно, что увеличение моторов юг / восток позволяет квадрокоптеру двигаться в направлении противоположного севера / запада, то есть в диагональном режиме ... и так далее.

Плюсы и минусы описанной выше простой схемы дистанционного управления Qaudcopter.

Плюсы

• Дешево и легко построить даже относительно новому любителю.
• Не требует сложных операций с джойстиком.
• Может управляться с помощью одного 6-канального модуля дистанционного управления

Минусы

• Менее эффективен с точки зрения резервного питания от батареи из-за использования щеточных двигателей
• Направленная скорость постоянна и не может быть изменена с помощью пульта дистанционного управления.
• Маневрирование может быть не плавным, а, скорее, резким при переключении кнопок.