أبسط حلبة بدون طيار كوادكوبتر

أبسط حلبة بدون طيار كوادكوبتر

في هذا المنشور ، سنناقش أساسيات تجميع جسم المروحية الرباعية باستخدام أنابيب ومسامير من الألومنيوم ، في الأقسام اللاحقة من المقالة سنناقش أيضًا بشأن دائرة بسيطة للطائرة بدون طيار والتي يمكن استخدامها لتحليق مجموعة صغيرة بدون طيار دون الاعتماد على متحكمات دقيقة معقدة



ربما تكون الطائرة الرباعية هي أبسط آلة طيران تتطلب الحد الأدنى من الدقة الديناميكية الهوائية والمضاعفات ، وبالتالي ليس من المستغرب أنها قد تكتسب شعبية هائلة بين مختلف الهواة الذين يمكنهم بنجاح بناء هذا ... آلة يمكنهم بالفعل الطيران و السيطرة على إرادتهم.

ديناميكيات كوادكوبتر

حقيقة أن طائرة بدون طيار رباعية المروحية هي الأبسط من حيث التقنية والديناميكيات ترجع في الواقع إلى مشاركة 4 مراوح وهيكل إطار متوازن ، مما يمكّن الماكينة من الطيران بتوازن جيد نسبيًا ، حتى في الظروف المناخية الصعبة.





لكن البساطة تعني أيضًا أن النظام قد لا يكون بنفس كفاءة نماذج الطائرات والمروحية التقليدية المصممة بشكل معقد لإظهار الكفاءة القصوى من حيث السرعة واستهلاك الوقود ، وبالطبع القدرة على تحمل الأحمال ... كل هذه يمكن أن تكون أساسًا تفتقر إلى نظام كوادكوبتر نموذجي.

ومع ذلك ، بقدر ما يتعلق الأمر بمشروع هواية ، تصبح هذه الآلة الخيار المثالي لمعظم المتحمسين الذين يجدون أنه أمر ممتع وممتع للغاية لبناء آلة طيران خاصة بهم ، في المنزل ، والتي في نهاية المطاف 'تستمع' وتطير إلى أي اتجاه يفضله المستخدم للتحرك.



ومع ذلك ، بالنسبة للاعب جديد ، قد لا يكون على دراية كبيرة من الناحية الفنية ، فقد يجد حتى هذه الآلة البسيطة معقدة للغاية في الفهم ، وذلك ببساطة لأن معظم المعلومات ذات الصلة المقدمة عبر العديد من مواقع الويب تفشل في مناقشة المفهوم بوضوح وبـ 'لغة' قد تناسب الشخص العادي.

تمت كتابة هذه المقالة خصيصًا لأولئك الأشخاص غير التقنيين المهتمين ببناء آلة طيران رائعة ولكنهم يجدون الموضوع صعب الفهم للغاية.

لماذا يسهل بناء كوادكوبتر اليوم

هل تساءلت يومًا عن سبب سهولة بناء الطائرات الرباعية والطائرات بدون طيار في عالم اليوم ، وربما كان من المستحيل في وقت سابق باستخدام الكهرباء؟

يرجع ذلك أساسًا إلى تطوير بطاريات Li-Ion وتحسينها. هذه هي شكل فعال للغاية من البطاريات المتوفرة اليوم والتي توفر نسبة رائعة من القوة إلى الوزن. إلى جانب ذلك ، ساهم اختراع محركات BLDC ومحركات المغناطيس الدائم عالية الدقة أيضًا في جعل الطائرات بدون طيار سهلة البناء.

بطارية Li-Ion قادرة على توفير قدر هائل من عزم الدوران على المحركات والذي يصبح كافياً لدفع وحدة المروحية الرباعية إلى ارتفاع عالٍ فوق الأرض في غضون ثوانٍ ، كما يسمح لها بالبقاء محمولة بالهواء لفترة طويلة من الوقت. أداء فعال ومفيد للغاية.

كيف تطير كوادكوبتر

الآن دعنا نقفز في الطريق الصحيح ونفهم ما هي الأشياء الأساسية المطلوبة لجعل طائرة كوادكوبتر تطير بنجاح. فيما يلي الأساسيات لجعل الماكينة تطير بسلاسة:

هيكل تجميع طائرات بدون طيار بسيط + بالإضافة إلى المناورة

1) تتطلب الآلة أساسًا جسمًا قويًا وقويًا ، ولكنه خفيف الوزن للغاية. يمكن تصنيعها أو تجميعها باستخدام أنابيب بثق ألمنيوم مربعة مجوفة ، عن طريق حفر ثقوب مناسبة وتثبيت الإطار بالصواميل والمسامير.

2) يجب أن يكون الهيكل على شكل '+' أو 'x' مثالي ، ولا يحدث فرق طالما كانت الزاوية بين الأنابيب 'المتقاطعة' 90 درجة لكل منهما.

زاوية إطار الطائرة بدون طيار

يمكن رؤية العناصر الأساسية اللازمة لبناء كوادكوبتر في الصورة التالية:

قطع غيار ميكانيكية لتجميع الطائرات بدون طيار

محاكاة تجميع الجزء

توضح محاكاة الرسوم المتحركة التقريبية أدناه كيفية تجميع العناصر الموضحة أعلاه معًا:

كيفية بناء هيكل كوادكوبتر

يمكن الحصول على الألومنيوم الخاص بالإطار '+' من خلال قطع وتحجيم أنابيب بثق الألمنيوم الجاهزة ، كما هو موضح أدناه:

حجم الإطار نسبي وبالتالي ليس بالغ الأهمية ، يمكنك بناء إطار عريض مع تركيب المحركات بشكل متسع أو بناء هيكل إطار مضغوط إلى حد ما حيث لا تكون المحركات متباعدة جدًا ... على الرغم من أنه يجب التأكد من أن المراوح بعيدة عن بعضها البعض لتمكين توازن وتوازن أفضل.

3) يجب أن يكون هيكل الإطار '+' مزودًا بمنصة مربعة في القسم المركزي حيث تلتقي أذرع الإطار وتتقاطع مع بعضها البعض. يمكن أن تكون ببساطة عبارة عن صفيحة ألمنيوم مصقولة جيدًا ذات أبعاد مناسبة لاستيعاب جميع الأجهزة الإلكترونية والأسلاك الضرورية بشكل مريح.

وبالتالي فإن هذه اللوحة المركزية أو المنصة مطلوبة بشكل أساسي لتركيب وإسكان إلكترونيات النظام والتي ستكون مسؤولة في النهاية عن التحكم في مروحيتك الرباعية.

4) بمجرد اكتمال الإطار أعلاه ، يلزم تثبيت المحركات عبر نهايات القضبان المتقاطعة ، كما هو موضح في الأشكال أعلاه.

5) لا داعي للقول إن جميع أعمال التركيب يجب أن تتم بدقة متناهية ، ومواءمة مثالية ، وقد يتطلب ذلك الجمع بين مُصنع متمرس للوظيفة.

نظرًا لأن كل شيء في التصميم هو في أزواج ، فإن محاذاة العناصر بدقة لن يكون صعبًا للغاية في الواقع ، يتعلق الأمر فقط بتحديد حجم الأزواج وتناسبها بأكبر قدر ممكن من التشابه ، والذي سيضمن بدوره أقصى مستوى من التوازن والتوازن والمزامنة للنظام.

بمجرد بناء الإطار ، حان الوقت لدمج الدوائر الإلكترونية مع المحركات ذات الصلة. يجب القيام بذلك وفقًا للتعليمات الواردة في دليل الدائرة المحدد.

يمكن تركيب لوحات الدوائر على الجانب السفلي من اللوحة المركزية مع مبيت مناسب أو فوق اللوحة ، مرة أخرى بخزانة مناسبة لإحكام إغلاقها.

4 تكوين دوران المحرك بدون طيار

فهم اتجاه دوران المراوح

تحليل اتجاه دوران مراوح المحرك من أجل رفع متوازن:

بالإشارة إلى المحاكاة المتحركة أعلاه ، يجب محاذاة اتجاه دوران مراوح المحرك بالطريقة التالية:

يحتاج الأمر ببساطة إلى أن تكون المحركات الموجودة في نهايات أحد الأعمدة متطابقة ولكنها مختلفة عن اتجاه محرك القضيب الآخر ، مما يعني أنه إذا كان أحد القضبان يدور في اتجاه عقارب الساعة ، فإن المحركات الموجودة في نهايات القضيب الآخر تكمل يجب ضبط القضيب للدوران في عكس اتجاه عقارب الساعة. اتجاه.

يرجى الرجوع إلى المحاكاة أعلاه لفهم الحركة المضادة للمحركات بشكل صحيح والتي قد تكون مطلوبة لتخصيصها للمحركات لضمان أخذ متوازن

كيفية التحكم في اتجاه كوادكوبتر من خلال التحكم في سرعة المحركات.

نعم ، يمكن تعديل اتجاه الطيران للطائرة الرباعية والتحكم فيه حسب رغبتك الخاصة ، وببساطة عن طريق تطبيق سرعات مختلفة (RPMs) على المحركات المعنية.

توضح الصور التالية كيف يمكن تطبيق نقل السرعة الأساسية على المحركات ذات الصلة من أجل تحقيق وتنفيذ أي اتجاه طيران مطلوب للجهاز:

كما هو موضح في الرسوم البيانية أعلاه ، من خلال تقليل سرعة مجموعة من المحركات بشكل مناسب ، أو زيادة سرعة مجموعة المحركات المعاكسة ، أو تعديل السرعات حسب تفضيلاتك الخاصة ، يمكن جعل المروحية الرباعية تتحرك في الهواء في أي المطلوب الاتجاه المحدد.

تشير الصور أعلاه إلى الاتجاهات الأساسية ، مثل الأمام والعكس واليمين واليسار وما إلى ذلك ... ولكن يمكن أيضًا تنفيذ أي اتجاه غريب آخر بكفاءة من خلال ضبط سرعات المحركات ذات الصلة بشكل مناسب أو قد يكون مجرد محرك واحد.

على سبيل المثال من أجل إجبار الآلة على الطيران باتجاه N / W ، يمكن زيادة سرعة محرك S / E فقط ، ولتمكين الماكينة من الطيران في اتجاه N / E ، سرعة S / يمكن زيادة محرك W ... وهكذا. إنها تحتاج فقط إلى أن يتم ممارستها حتى يصبح التحكم الكامل في المروحية الرباعية قابلاً للتحقيق وإتقان من قبل المستخدم.

تصميم كوادكوبتر عملي

لقد تعلمنا حتى الآن عن البناء الأساسي لجسم الطائرة بدون طيار والأجهزة ، والآن دعونا نتعلم كيفية صنع طائرة كوادكوبتر أو دائرة بدون طيار بسرعة وبتكلفة زهيدة باستخدام مكونات عادية جدًا. في إحدى مشاركاتي السابقة ، تعلمنا كيفية صنع آلة طيران رباعية المروحيات معقدة نسبيًا وبالتالي فعالة دون استخدام متحكم ، لمزيد من المعلومات ، قد ترغب في الاطلاع على المنشورات التالية:

دائرة التحكم عن بعد بدون MCU | دائرة كهربائية

نحاول في هذا المقال أن نجعل التصميم أعلاه أكثر بساطة من خلال التخلص من المحركات التي لا تحتوي على فرش واستبدالها بمحركات مصقولة ، وبالتالي جعل من الممكن التخلص من المجمع وحدة دائرة سائق BLDC .

نظرًا لأن تفاصيل البناء الميكانيكي للطائرة الرباعية قد تمت مناقشتها بالفعل بشكل شامل أعلاه ، فسوف نتعامل فقط مع قسم تصميم الدائرة ونتعلم كيف يمكن بناؤها لتحليق أبسط دائرة مقترحة للطائرة بدون طيار.

كما ذكرنا سابقًا ، لا تتطلب هذه المروحية الرباعية البسيطة سوى وحدات التحكم عن بعد RF الأساسية كما هو موضح في صورة المثال أدناه:

سوف تحتاج إلى شراء وحدات RF هذه من أي متجر عبر الإنترنت أو من تاجر احتياطي إلكتروني محلي:

بصرف النظر عما سبق ذكره وحدات التحكم عن بعد RF ستكون هناك حاجة أيضًا إلى 4 محركات مصقولة بمغناطيس دائم والتي تشكل في الواقع قلب آلة الطائرات بدون طيار. يمكن أن يكون على النحو المحدد في الصورة التالية مع الأوصاف المقدمة ، أو أي شيء آخر مشابه وفقًا لمواصفات المستخدم المطلوبة:

المواصفات الكهربائية للمحرك:

  • 6V = جهد التشغيل (ذروة 12V)
  • 200mA = تيار التشغيل
  • 10000 = دورة في الدقيقة

قائمة الاجزاء

  • 1 كيلو ، 10 كيلو 1/4 واط = 1 لكل منهما
  • 1 فائق التوهج / 25 فولت مكثف = 1 لا
  • 10 كيلو أو 5 كيلو = 1 لا
  • Rx = 5 واط مقاومة ملفوفة بالأسلاك ، يجب تأكيد القيمة بالتجربة.
  • 555 IC = 1 لا
  • 1N4148 الثنائيات = 2 عدد
  • IRF9540 Mosfet = 1 رقم
  • 6V نوع المحرك المصقول = 4nos
  • أسلاك مرنة ، لحام ، تدفق إلخ.
  • ثنائي الفينيل متعدد الكلور للأغراض العامة لتجميع الأجزاء المذكورة أعلاه
  • 4 قنوات وحدة التحكم عن بعد RF ، كما هو موضح في الصور ذات الصلة.
  • قنوات الألمنيوم والبراغي والصواميل والألواح وغيرها كما هو موضح في المقال.
  • البطارية كما هو موضح أدناه:
بطارية ليثيوم أيون للطائرة بدون طيار

كيفية تكوين جهاز استقبال التحكم عن بعد مع المحركات

قبل فهم كيفية تكوين مستقبل جهاز التحكم عن بعد بمحركات كوادكوبتر ، سيكون من المهم معرفة كيفية ضبط سرعات المحرك أو محاذاتها لتوليد الحركات المطلوبة اليسرى واليمنى والأمامية والخلفية.

في الأساس ، هناك طريقتان يمكن تمكين المروحية الرباعية من التحرك ، وهما في الوضعين '+' و 'x'. في تصميمنا ، نستخدم وضع الحركة الأساسي '+' لطائرتنا بدون طيار ، كما هو موضح في الرسم البياني التالي:

بالإشارة إلى الرسم البياني أعلاه ، ندرك أننا نحتاج ببساطة إلى زيادة سرعات المحركات ذات الصلة بشكل مناسب لتنفيذ المناورات الاتجاهية المطلوبة على الطائرة بدون طيار.

يمكن تعزيز هذه الزيادة في السرعات من خلال تكوين مرحلات جهاز التحكم عن بعد وفقًا لمخطط الأسلاك التالي. في الرسم البياني أدناه يمكننا أن نرى دائرة IC 555 PWM سلكي مع 4 مرحلات لوحدة استقبال جهاز التحكم عن بعد من 6 مرحلات (مرحل واحد غير مستخدم ويمكن إزالته ببساطة لتقليل المساحة والوزن).

ضبط PWM

كما يمكن رؤيته في الرسم التخطيطي ، فإن تغذية PWM متصلة بجميع جهات الاتصال N / C الخاصة بالمرحلات ، مما يعني أن المروحية الرباعية عادة ما تحوم خلال هذا التغذية الموحدة والمتساوية PWM ، والتي يمكن تعديل دورة عملها مبدئيًا بحيث كوادكوبتر قادرة على تحقيق مقدار محدد صحيح من الدفع والارتفاع.

يمكن تجربة ذلك عن طريق ضبط وعاء PWM الموضح بشكل مناسب.

كيفية تكوين جهات اتصال الترحيل

يمكن رؤية جهات الاتصال N / O الخاصة بالمرحلات سلكية مباشرة مع الإمداد الإيجابي ، لذلك كلما تم الضغط على زر ذي صلة على سماعة جهاز الإرسال عن بُعد ، يتم تنشيط المرحل المقابل في وحدة الاستقبال ، والتي بدورها تمكن المحرك ذي الصلة من الحصول على العرض الكامل 12 فولت من البطارية.

تسمح العملية المذكورة أعلاه للمحرك المنشط بالحصول على سرعة أكبر من بقية المحركات مما يسمح للطائرة الرباعية بالتحرك نحو الاتجاه المحدد.

بمجرد تحرير زر التحكم عن بعد ، تتوقف الطائرة بدون طيار على الفور وتستمر في التحليق في الوضع الثابت.

بشكل مماثل ، يمكن تحقيق الحركات الاتجاهية الأخرى ببساطة عن طريق الضغط على الأزرار المخصصة الأخرى في الهاتف البعيد.

إن المرحل الأعلى هو لضمان هبوط آمن للآلة ، ويتم ذلك عن طريق إضافة المقاوم المتساقط الحالي في سلسلة مع اتصال N / O للترحيل المعروض.

يجب حساب قيمة المقاومة هذه ببعض التجارب مثل أن تحوم المروحية الرباعية حول قدمين فوق الأرض كلما تم تبديل هذا المقاوم خلال المرحل المرفق.

مخطط الرسم البياني

تصميم دائرة كوادكوبتر عملية

المرحلات الموضحة هي جزء من مستقبل وحدة التردد اللاسلكي ، التي تكون جهات الاتصال الخاصة بها غير متصلة في البداية (فارغة بشكل افتراضي) وتحتاج إلى أن تكون سلكية كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه.

من المفترض أن يتم تثبيت جهاز الاستقبال عن بعد RF داخل كوادكوبتر ومرحلاتها السلكية مع المحركات والبطارية ذات الصلة وفقًا للتخطيط الموضح أعلاه.

يمكنك رؤية بعض الموصلات (ذات اللون الأخضر) والتي يمكن أن تضيف وزناً غير ضروري على الطائرة بدون طيار. يمكنك إزالتها جميعًا لتقليل الوزن ، وتوصيل الأسلاك ذات الصلة مباشرة بثنائي الفينيل متعدد الكلور عن طريق اللحام.

كيف تتحرك الطائرة بدون طيار:

كما هو موضح في المناقشة أعلاه ، عندما يتم الضغط على زر بعيد معين ، فإنه يقوم بتشغيل التتابع المقابل لوحدة كوادكوبتر مما يتسبب في تحرك المحرك ذي الصلة بشكل أسرع.

هذه العملية بدورها تجبر الآلة على التحرك في الاتجاه المعاكس للمحرك الذي يتم تحويله للدوران بسرعة RPM أسرع.

وبالتالي ، على سبيل المثال ، تؤدي زيادة سرعة المحرك الجنوبي إلى تحرك الآلة نحو الشمال ، وزيادة المحرك الشمالي يؤدي إلى تحركه جنوبًا ، وبالمثل تؤدي زيادة سرعة المحرك الشرقي إلى تحركه غربًا والعكس صحيح.

ومن المثير للاهتمام ، أن زيادة المحركات الجنوبية / الشرقية تمكن المروحية الرباعية من التحرك باتجاه الشمال / الغرب المعاكس الذي هو في الوضع القطري .... وهكذا.

وأوضح إيجابيات وسلبيات ما ورد أعلاه دائرة التحكم عن بعد بسيطة Qaudcopter.

الايجابيات

  • رخيصة وسهلة البناء حتى من قبل هواة جدد نسبيًا.
  • لا يتطلب عمليات عصا تحكم معقدة.
  • يمكن التحكم فيها باستخدام وحدة تحكم عن بعد أحادية 6 قنوات

سلبيات

  • أقل كفاءة من حيث النسخ الاحتياطي للبطارية بسبب مشاركة المحركات المصقولة
  • سرعة الاتجاه ثابتة ولا يمكن تغييرها من خلال سماعة التحكم عن بعد
  • قد لا تكون المناورة سلسة بل متشنجة بعض الشيء أثناء تبديل الأزرار.



السابق: شرح المقاوم لاستشعار القوة التالي: مقسم الجهد السعوي