Eenvoudigste Quadcopter Drone Circuit

In deze post zullen we de basisprincipes bespreken van de carrosseriebouw van een quadcopter met behulp van aluminium buizen en bouten, in de latere secties van het artikel bespreken we ook een eenvoudig drone-circuit dat kan worden gebruikt voor het vliegen met een kleine drone-assemblage zonder afhankelijk te zijn van complexe microcontrollers.

Een quadcopter is misschien wel de eenvoudigste vliegmachine die een minimum aan aerodynamische nauwkeurigheid en complicaties vereist, en daarom is het geen verrassing dat het enorm populair zou kunnen worden onder de verschillende hobbyisten die dit met succes konden bouwen ... een machine waarmee ze daadwerkelijk konden vliegen en controle naar eigen wil.

De quadcopter-dynamiek

Dat een quadcopter-drone qua techniek en dynamiek de eenvoudigste is, komt eigenlijk door de betrokkenheid van 4 propellers en een uitgebalanceerde frameconstructie, waardoor de machine met relatief goed evenwicht kan vliegen, zelfs in moeilijke klimatologische omstandigheden.

Maar eenvoud houdt ook in dat het systeem misschien niet zo efficiënt is als de conventionele vliegtuig- en helikopters die ingewikkeld zijn ontworpen om extreme efficiëntie te vertonen in termen van snelheid en brandstofverbruik, en natuurlijk draagvermogen ... al deze kunnen in wezen zijn ontbreekt in een typisch quadcopter-systeem.

Desalniettemin wordt deze machine, wat een hobbyproject betreft, de ideale keuze voor de meeste enthousiastelingen die het erg grappig en intrigerend vinden om thuis een eigen vliegmachine te bouwen die uiteindelijk 'luistert' en vliegt in welke richting dan ook. gebruiker geeft er de voorkeur aan om te bewegen.

Voor een nieuwe speler, die technisch misschien niet zo goed geïnformeerd is, kan zelfs deze eenvoudige machine buitengewoon ingewikkeld te begrijpen zijn, simpelweg omdat de meeste gerelateerde informatie die op de vele websites wordt gepresenteerd, het concept niet helder en in een 'taal' bediscussieert. past misschien bij een leek.

Dit artikel is speciaal geschreven voor die niet zo technische mensen die geïnteresseerd zijn om een ​​prachtige vliegmachine te bouwen, maar het onderwerp te moeilijk te verteren vinden.

Waarom quadcopters tegenwoordig zo eenvoudig te bouwen zijn

Heb je je ooit afgevraagd waarom quadcopters en drones zo gemakkelijk te bouwen zijn in de wereld van vandaag en misschien onmogelijk was om eerder elektriciteit te gebruiken?

Het komt voornamelijk door de ontwikkeling en verbetering van de Li-Ion-batterijen. Dit zijn extreem efficiënte batterijen die tegenwoordig verkrijgbaar zijn en een indrukwekkende vermogen / gewichtsverhouding bieden. Daarnaast hebben de uitvinding van BLDC-motoren en zeer verfijnde permanentmagneetmotoren er ook toe bijgedragen dat de drones gemakkelijk te construeren zijn.

De Li-Ion-batterij kan een ontzagwekkende hoeveelheid rotatiekoppel op de motoren leveren, wat voldoende wordt om de quadcopter-eenheid binnen enkele seconden naar een grote hoogte boven de grond te duwen, en zorgt er ook voor dat deze gedurende een lange tijd in de lucht blijft. de prestaties zeer efficiënt en nuttig.

Hoe Quadcopter vliegt

Laten we nu de goede kant op springen en begrijpen wat de essentiële dingen zijn die nodig zijn om een ​​quadcopter succesvol te laten vliegen. Hier zijn de basisprincipes om de machine met succes soepel te laten vliegen:

1) In principe vereist de machine een stevig en sterk lichaam, maar extreem licht in gewicht. Dit kan worden vervaardigd of geassembleerd met behulp van holle vierkante aluminium extrusiepijpen, door op geschikte wijze gaten te boren en het frame met moeren en bouten te bevestigen.

2) De structuur moet de vorm hebben van een perfecte '+' of een perfecte 'x', het maakt geen verschil zolang de hoek tussen de 'kruisende' buizen elk 90 graden bedraagt.

Basiselementen die nodig zijn voor het bouwen van een quadcopter zijn te zien in de volgende afbeelding:

Simulatie van onderdelen

De ruwe geanimeerde simulatie hieronder laat zien hoe je de hierboven getoonde elementen samenvoegt:

Hoe Quadcopter Framework te bouwen

Het aluminium voor het '+' frame kan worden verkregen door kant-en-klare aluminium extrusiebuizen op de juiste manier te snijden en op maat te snijden, zoals hieronder weergegeven:

De afmeting van het frame is relatief en daarom niet cruciaal, je kunt een breed frame bouwen met de motoren ver uit elkaar gemonteerd of een vrij compacte frameconstructie bouwen waarbij de motoren niet te ver uit elkaar staan ​​... hoewel er wel voor moet worden gezorgd dat de propellers staan ​​ver van elkaar af om een ​​beter evenwicht en balans mogelijk te maken.

3) De frameconstructie '+' moet zijn voorzien van een vierkant platform op het middengedeelte waar de framearmen elkaar raken en elkaar kruisen. Het kan gewoon een goed gepolijste aluminium plaat zijn die de juiste afmetingen heeft om comfortabel alle benodigde elektronica en bedrading onder te brengen.

Dus deze centraalplaat of het platform is in principe nodig voor het installeren en huisvesten van de elektronica van het systeem dat uiteindelijk verantwoordelijk zou zijn voor het besturen van uw quadcopter.

4) Zodra het bovenstaande frame is voltooid, moeten de motoren over de uiteinden van de dwarsbalken worden bevestigd, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeeldingen.

5) Het behoeft geen betoog dat al het paswerk met de grootst mogelijke nauwkeurigheid en perfecte uitlijning moet worden uitgevoerd; hiervoor kan de hulp van een ervaren constructeur nodig zijn.

Omdat alles in het ontwerp in paren is, zal het nauwkeurig uitlijnen van de elementen eigenlijk niet zo moeilijk zijn, het gaat erom dat de paren zo veel mogelijk op elkaar lijken en passen, wat op zijn beurt een maximaal niveau van balans, evenwicht en synchronisatie zal garanderen. voor het systeem.

Zodra het raamwerk is gebouwd, is het tijd om de elektronische schakelingen te integreren met de relevante motoren. Dit moet worden gedaan volgens de instructies in de gegeven circuithandleiding.

De printplaten kunnen aan de onderkant van de centrale plaat worden gemonteerd met een geschikte behuizing of over de plaat, ook weer met een geschikte kast om deze stevig te omsluiten.

Inzicht in de draairichting van de propellers

Analyse van de draairichting van de motorpropellers voor een gebalanceerde lift:

Verwijzend naar de bovenstaande geanimeerde simulatie, moet de draairichting van de motorpropellers op de volgende manier worden uitgelijnd:

Het hoeft alleen zo te zijn dat de motoren aan de uiteinden van de ene stang identiek maar verschillend moeten zijn van de motorrichting van de andere stang, wat betekent dat als bij één stang de motoren met de klok mee draaien, de motoren aan de uiteinden van de andere een aanvulling vormen. de staaf moet worden afgesteld om tegen de klok in te draaien. richting.

Raadpleeg de bovenstaande simulatie voor een correct begrip van de tegenwerkende beweging van de motoren die mogelijk aan de motoren moeten worden toegewezen om een ​​evenwichtige opname van

Hoe de richting van de quadcopter te regelen door de snelheid van de motoren te regelen.

Ja, de vliegrichting van de quadcopter kan naar eigen wens worden aangepast en gecontroleerd door eenvoudig verschillende snelheden (RPM's) toe te passen op de betreffende motoren.

De volgende afbeeldingen laten zien hoe de basissnelheidstransmissie kan worden toegepast op de relevante motoren om elke gewenste vliegrichting naar de machine te bereiken en uit te voeren:

Zoals aangegeven in de bovenstaande diagrammen, kan de quadcopter door de snelheid van een reeks motoren op de juiste manier te verlagen of de snelheid van de tegenovergestelde reeks motoren te verhogen, of de snelheden naar eigen voorkeur aan te passen, de quadcopter in de lucht laten reizen in elke gewenste specifieke richting.

De bovenstaande afbeeldingen geven de basisrichtingen weer, zoals vooruit, achteruit, rechts, links enz ... maar elke andere vreemde richting kan ook efficiënt worden geïmplementeerd door de snelheden van de relevante motoren op passende wijze aan te passen of kan slechts een enkele motor zijn.

Om bijvoorbeeld de machine te dwingen in de richting N / W te vliegen, kan de snelheid van alleen de S / E-motor worden verhoogd, en om de machine in de N / E-richting te laten vliegen, kan de snelheid van de S / E-motor worden verhoogd. W-motor kan worden verhoogd ... enzovoort. Het hoeft alleen maar te worden geoefend totdat de volledige controle over de quadcopter haalbaar en beheerst wordt door de gebruiker.

Een praktische quadcopter ontwerpen

Tot nu toe hebben we geleerd over de basisconstructie van de drone-behuizing en hardware, laten we nu leren hoe we snel en goedkoop een quadcopter of een drone-circuit kunnen maken met behulp van heel gewone componenten. In een van mijn eerdere berichten hebben we geleerd hoe je een relatief complexe en daarom efficiënte quadcopter vliegmachine kunt maken zonder microcontroller te gebruiken, voor meer info wil je de volgende berichten doornemen:

Afstandsbedieningscircuit zonder MCU | Elektronisch circuit

In dit artikel proberen we het bovenstaande ontwerp veel eenvoudiger te maken door de borstelloze motoren te elimineren en deze te vervangen door geborstelde motoren, waardoor het mogelijk wordt om van het complex af te komen BLDC-stuurcircuitmodule ​

Aangezien de mechanische constructiedetails van de quadcopter hierboven al uitvoerig zijn besproken, behandelen we alleen het gedeelte over het ontwerp van het circuit en leren we hoe het kan worden gebouwd om het voorgestelde eenvoudigste drone-circuit te besturen.

Zoals eerder vermeld, heeft deze eenvoudige quadcopter alleen de basis RF-afstandsbedieningsmodules nodig, zoals weergegeven in de onderstaande voorbeeldafbeelding:

Je zal moeten koop deze RF-modules bij een online winkel of bij uw plaatselijke dealer van elektronische reserveonderdelen:

Afgezien van het bovenstaande RF afstandsbedieningen modules Er zijn ook 4 permanent magneet geborstelde motoren nodig die eigenlijk het hart van de drone-machine vormen. Het kan zijn zoals gespecificeerd in de volgende afbeelding met de gegeven beschrijvingen, of een ander soortgelijk product volgens de vereiste gebruikersspecificaties:

Elektrische specificaties van de motor:

• 6V = bedrijfsspanning (piek 12V)
• 200mA = bedrijfsstroom
• 10.000 = RPM

Onderdelen lijst

• 1K, 10K 1/4 watt = 1 elk
• 1uF / 25V Condensator = 1no
• Vooraf ingesteld 10K of 5K = 1 nr
• Rx = 5 watt draadgewonden weerstand, waarde te bevestigen met experimenten.
• IC 555 = 1 nr
• 1N4148 Diodes = 2nos
• IRF9540 Mosfet = 1 nee
• 6V motor geborsteld type = 4nos
• Flexibele draden, soldeer, vloeimiddel etc.
• Universele printplaat voor het monteren van de bovenstaande onderdelen
• 4-kanaals RF-afstandsbedieningsmodule, zoals weergegeven in de relevante afbeeldingen.
• Aluminium kanalen, schroeven, moeren, platen etc zoals uitgelegd in het artikel.
• Batterij zoals hieronder weergegeven:

Configureren van de afstandsbedieningsontvanger met de motoren

Voordat u begrijpt hoe u de ontvanger van de afstandsbediening met de quadcopter-motoren moet configureren, is het belangrijk om te weten hoe de motorsnelheden moeten worden aangepast of uitgelijnd om de vereiste links, rechts, voorwaarts en achterwaarts te genereren.

In de eerste plaats zijn er twee manieren waarop een quadcopter kan bewegen, namelijk in de '+' en de 'x'-modus. In ons ontwerp gebruiken we de basis '+' bewegingsmodus voor onze drone, zoals aangegeven in het volgende diagram:

Verwijzend naar het bovenstaande diagram realiseren we ons dat we eenvoudigweg de snelheden van de relevante motoren op de juiste manier moeten verhogen om de gewenste directionele manoeuvres op de drone uit te voeren.

Deze snelheidsverhoging kan worden afgedwongen door de afstandsbedieningsrelais te configureren volgens het volgende bedradingsschema. In het onderstaande diagram zien we een IC 555 PWM-schakeling bedraad met de 4 relais van de afstandsbedieningsontvangermodule van de 6 relais (1 relais is ongebruikt en kan eenvoudig worden verwijderd om ruimte en gewicht te besparen).

De PWM aanpassen

Zoals te zien is in het diagram, is de PWM-feed verbonden met alle N / C-contacten van de relais, wat impliceert dat normaal gesproken de quadcopter door deze uniforme en gelijke PWM-feed zou zweven, waarvan de duty-cycle aanvankelijk zo kan worden aangepast dat de quadcopter is in staat om een ​​correct gespecificeerde hoeveelheid stuwkracht en hoogte te bereiken.

Dit kan worden geëxperimenteerd door de getoonde PWM-pot op de juiste manier aan te passen.

Hoe u de relaiscontacten configureert

De maakcontacten van de relais kunnen direct met de positieve voeding worden bedraad, dus telkens wanneer een relevante knop op de afstandsbediening wordt ingedrukt, wordt het overeenkomstige relais geactiveerd in de ontvangermodule, waardoor de relevante motor op zijn beurt de volledige 12V-voeding van de accu.

Door de bovenstaande bewerking kan de geactiveerde motor meer snelheid krijgen dan de rest van de motoren, waardoor de quadcopter in de aangegeven richting kan bewegen.

Zodra de afstandsbedieningsknop wordt losgelaten, stopt de drone onmiddellijk en blijft hij zweven in de constante modus.

Op dezelfde manier kunnen andere richtingsbewegingen eenvoudig worden bereikt door op de andere toegewezen knoppen op de afstandsbediening te drukken.

Het bovenste relais is bedoeld om een ​​veilige landing van de machine te garanderen, dit wordt gedaan door een stroomvalweerstand toe te voegen in serie met het maakcontact van het getoonde relais.

Deze weerstandswaarde moet met enig experiment worden berekend, zodat de quadcopter ongeveer een paar voet boven de grond zweeft wanneer deze weerstand door het aangesloten relais wordt geschakeld.

Schakelschema

De getoonde relais zijn het deel van de RF-moduleontvanger, waarvan de contacten aanvankelijk niet verbonden zijn (standaard blanco) en moeten worden bedraad zoals aangegeven in het bovenstaande diagram.

De RF-ontvanger op afstand moet in de quadcopter worden geïnstalleerd en de relais zijn bedraad met de relevante motoren en batterij volgens de hierboven getoonde lay-out.

Je ziet een paar connectoren (groen gekleurd) die onnodig gewicht kunnen toevoegen aan de drone. U kunt ze allemaal verwijderen om het gewicht te verminderen en de relevante draden rechtstreeks op de printplaat aansluiten door te solderen.

Hoe de drone beweegt:

Zoals uitgelegd in de bovenstaande bespreking, activeert deze, wanneer een bepaalde afstandsbedieningsknop wordt ingedrukt, het overeenkomstige relais van de quadrocopter-module, waardoor de relevante motor sneller beweegt.

Deze handeling dwingt op zijn beurt de machine om te bewegen in de richting tegengesteld aan de motor die wordt geschakeld om met het hogere toerental te draaien.

Het verhogen van de snelheid van de zuidmotor zorgt er bijvoorbeeld voor dat de machine naar het noorden beweegt, terwijl het vergroten van de noordmotor ervoor zorgt dat deze naar het zuiden beweegt, en op dezelfde manier zorgt het verhogen van de oost-motorsnelheid ervoor dat de machine naar het westen beweegt en vice versa.

Interessant is dat het vergroten van de zuid / oost-motoren de quadcopter in staat stelt om naar het tegenovergestelde noord / west te bewegen dat zich in de diagonale modus bevindt ... enzovoort.

Voors en tegens van het hierboven toegelichte Simple Qaudcopter afstandsbedieningscircuit.

Voordelen

• Goedkoop en gemakkelijk te bouwen, zelfs door een relatief nieuwe hobbyist.
• Vereist geen ingewikkelde joystickbewerkingen.
• Kan worden bediend met een enkele 6-kanaals afstandsbedieningsmodule

Nadelen

• Minder efficiënt in termen van back-up van de batterij door de inzet van geborstelde motoren
• De richtingssnelheid is constant en kan niet worden gevarieerd met de afstandsbediening
• Het manoeuvreren is misschien niet soepel, eerder een beetje schokkerig tijdens het wisselen van de knoppen.