Paso 3: Cómo hacer un quadcopter
Aquí hay sensores conectados a un microcontrolador para tomar la decisión en cuanto a cómo controlar los motores. Dependiendo de cómo autónomo que desea, una o más de estos sensores se utilizan en combinación.
En esta sección, voy a hablar acerca de estos componentes esenciales quadcopter: Frame-la estructura que sujeta todos los componentes juntos. Deben estar diseñados para ser fuerte, pero también ligero. Rotores de motores de corriente continua sin escobillas que pueden proporcionar el empuje necesario para propulsar la embarcación. Cada rotor necesita ser controlada por separado por un regulador de velocidad. PropellerBattery-la BrainRC TransmitterOptionalBefore de energía SourceIMU – SensorsMicrocontroller – vamos a explicar cómo elegir cada componentes, podemos echar un vistazo algunas quadcopters que personas han construido y las piezas utiliza para obtener una idea aproximada. No construyo estos planos, por lo que no puedo garantizar su rendimiento. MultiCopter ejemplos página marco es la estructura que sujeta todos los componentes juntos. El marco debe ser rígido y ser capaz de minimizar las vibraciones procedentes de los motores.
Un QuadCopter marco consta de dos o tres partes que no necesariamente tienen que ser del mismo material: la placa de centro donde la electrónica está mountedFour brazos montados en los soportes de motor de plateFour de centro conectar los motores al final de los materiales disponibles de armsMost para el marco son: FiberAluminiumWood de carbono, tales como madera contrachapada o MDF (tableros de fibra de densidad media) de fibra de carbono es más rígida y absorbente de los tres materiales, pero también el más caro de la vibración. Carriles cuadrados de aluminio hueco es el más popular para los brazos los QuadCopters debido a su peso relativamente ligero, la rigidez y la asequibilidad. Sin embargo el aluminio podría sufrir de vibraciones del motor, como la amortiguación no es tan buena como la fibra de carbono. En caso de problema de vibración severa, puede desordenar lecturas del sensor. Tablero de madera tales como placas de MDF podría recortar para los brazos ya que son mejores para absorber las vibraciones que el aluminio. Por desgracia la madera no es un material muy rígido y se puede romper fácilmente en accidentes quadcopter. Aunque no tan importante en cuanto a las armas que el material tres para la placa de centro, madera contrachapada es más comúnmente visto por es peso ligero, fácil de trabajar con las características de absorción de vibraciones. En cuanto a la longitud del brazo, el término "motor a motor a distancia" se utiliza a veces, lo que significa la distancia entre el centro de un motor a la de otro motor del mismo brazo en la terminología de QuadCopter.
La distancia del motor al motor generalmente depende del diámetro de las hélices. Para hacer que tenga suficiente espacio entre las hélices y no se deje atrapar por otras. Brushless motores de fondo un poco de motor sin escobillas. Son un poco similares a motores normales en la forma en que las bobinas y los imanes se utilizan para conducir el eje. Aunque los motores sin escobillas no tienen un cepillo en el eje que se encarga de cambiar la dirección de la corriente en las bobinas, y por esta razón se llaman sin escobillas. En cambio los motores sin escobillas tienen tres bobinas en el interior (centro) del motor, que se fija al montaje.
En el lado externo contiene un número de imanes montados en un cilindro que está conectado al eje de rotación. Así que las bobinas se fijan que significa que los cables pueden ir directamente a ellos y por lo tanto no hay necesidad de un cepillo.
General motores sin escobillas girar en una velocidad mucho más alta y utilizan menos energía a la misma velocidad que los motores de corriente continua. También motores sin escobillas no pierdan potencia en la transición de pincel como los motores de corriente continua, por lo que es más eficiente energéticamente. Motores brushless vienen en muchas variedades diferentes, donde el tamaño y el consumo de corriente difieren. Al seleccionar su motor sin cepillo que debe cuidar el peso, el tamaño, tipo de hélice se va a usar, así que todo coincide con el consumo de corriente. En la búsqueda de los motores sin cepillo debe notar las especificaciones, especialmente el "Kv-rating". El Kv-rating indica cuántas RPM (revoluciones por minuto) el motor va a hacer siempre con x número de voltios. Los rpm pueden ser calculados de esta manera: RPM = Kv * U una manera fácil para calcular la clasificación del motor necesita. Asegúrese de que comprar la contra-rotación para contrarrestar el efecto de torsión de los apoyos. He escrito a una guía más completa de cómo elegir el Motor y la hélice. Hélices en cada uno de los motores sin escobillas que hay montada una hélice. Tal vez no ha notado esto en las fotos, pero las 4 hélices son realmente no idénticas. Usted verá que la parte delantera y los propulsores traseros están inclinados a la derecha, mientras que los propulsores de izquierda y derecho están inclinados hacia la izquierda. Como he mencionado antes, 2 rotores gira en direcciones opuestas a las otras dos para evitar el giro del cuerpo. Haciendo que la hélice pares de girar en cada dirección, pero también teniendo enfrente de inclinación, todas ellas proporcionará empuje elevación sin exprimir en la misma dirección. Esto hace posible para el QuadCopter estabilizar la rotación yaw, que es la rotación alrededor de sí mismo.
Los propulsores vienen en diferentes diámetros y alturas (inclinación). Tienes que decidir cual utilizar según el tamaño de su marco, y cuando esa decisión elegiste tus motores según. Algunos de los tamaños de hélice estándar utilizados para QuadCopters son: EPP1045 10 de diámetro y 4.5 este tono es el más popular, bueno para medianas quadsAPC 1047 10 diámetro y 4,7 echada mucho similar a la un aboveEPP0845 8 diámetro y 4.5 tono utilizado regularmente en 12 quadsEPP1245 diámetro y echada 4.5 utilizan para quads más grandes que requiere gran cantidad de thrustEPP0938 diámetro 9 y 3,8 en quadsAerodynamics más pequeño es simplemente demasiado complejo para aficionados no académicos. Es incluso probable que podemos explicar todas esas cosas de teoría en pocas palabras. Pero en general al seleccionar hélices puede seguir siempre estas reglas: el diámetro más grande y el tono más empuje, la hélice puede generar. También requiere más potencia para manejarlo, pero será capaz de levantar más peso. Cuando se utilizan motores RPM (revoluciones por minuto) alta que debe ir de las hélices más pequeñas o medianas. Al utilizar motores bajos RPM debe ir de las hélices más grandes como se puede ejecutar en problemas con los pequeños no son capaces de levantar el quad a baja velocidad. Para conocer cuáles son los efectos del tipo de material tiene, en el rendimiento de vuelo, compruebe por este post. Análisis de paso de la hélice, diámetro y RPM Pitch VS diámetro: el diámetro significa básicamente área mientras que pitch significa área eficaz. Así que con el mismo diámetro, hélices más grandes generar más empuje y levantar más peso pero también más energía. A mayor RPM de la hélice, que le dará más velocidad y maniobrabilidad, pero es limitada en la cantidad de peso será capaz de levantar para cualquier corriente dada. Además, el trazado de potencia (y potencia) por el motor aumenta a medida que el área efectiva de los aumentos de la hélice, así un diámetro más grande o pitch más alto uno va sacar más potencia a las mismas RPM, sino que también producimos mucho más empuje, y será capaz de levantar más peso. En la elección de una combinación de propulsor y motor equilibrado, tienes que averiguar lo que quiere el quadcopter que hacer. Si usted quiere volar estable con objeto pesado como una cámara, probablemente usaría un motor que logra menos revoluciones pero puede proporcionar más par y un más largo o mayor propulsor inclinado (que utiliza más esfuerzo de torsión para mover más aire para crear elevación). ESC – controlador electrónico de velocidad de los motores sin escobillas son varias fases, normalmente 3 fases, por lo que la fuente directa de corriente no enciende los motores. Eso es donde los controladores electrónicos de velocidad (ESC) entra en juego. La ESC generando tres alta frecuencia señales con fases diferentes pero controlables continuamente para mantener el giro del motor. El ESC también es capaz de fuente mucha de la corriente como los motores pueden sacar mucha potencia.
La ESC es un regulador del motor económico que tiene una batería de entrada y un trifásico de salida para el motor. Cada salida es controlado independientemente por una señal PPM (similar a PWM). La frecuencia de las señales también varían mucho, pero para un Quadcopter, recomienda el controlador debe apoyar alta suficiente señal de frecuencia, por lo que las velocidades del motor pueden ajustarse lo suficientemente rápido como para una estabilidad óptima (es decir, por lo menos 200 Hz o incluso mejor señal de 300 Hz PPM). ESC también puede ser controlado a través de I2C pero estos controladores son mucho más caros. Cuando se selecciona una salida adecuada, el factor más importante es la fuente actual. Usted debe elegir siempre una ESC con por lo menos 10 A o más en la búsqueda actual como lo que se requiere su motor. En segundo lugar más importante factor es las programación de instalaciones, que significa en algunos ESC podrá utilizar señales diferentes rango de frecuencia que sólo 1 ms a 2 ms gama, pero puede cambiar a lo que usted necesita. Esto es especialmente útil para el tablero controlador personalizado. Batería como para la alimentación de lo quadcopter, recomiendo LiPo batería porque en primer lugar luz, y en segundo lugar sus calificaciones actuales cumplen nuestro requisito. NiMH también es posible. Son más baratos, pero también es mucho más pesado que el batería de LiPo.
Batería batería voltaje LiPo puede encontrarse en una sola célula (3.7V) que en un paquete de más de 10 células conectadas en serie (37V). Una opción popular de la batería para un QuadCopter es las baterías 3SP1 que significa tres celdas conectadas en serie como una URL, que debe darnos 11.1V. ¿Batería de capacidad como de la capacidad de la batería, tienes que hacer algunos cálculos sobre: cuánta energía consumirá sus motores? ¿Decidir cuánto tiempo de vuelo que desea? ¿Cuánta influencia debe tener el peso de la batería en el peso total? Una buena regla general es que con cuatro propulsores de EPP1045 y cuatro Kv = 1000 nominal motor obtendrá el número de minutos de tiempo de vuelo de la mariposa completo como el mismo número de horas de amperios en su capacidad de la batería. Esto significa que si usted tiene una batería de 4000mAh, que obtendrá alrededor de 4 minutos de tiempo de vuelo de la mariposa completo aunque con un peso total de 1KG obtendrá alrededor de 16 minutos de vuelo estacionario. Tasa de descarga de batería otro factor importante es la velocidad de descarga que es especificada por el valor de C. El valor de C junto con la capacidad de la batería indica cuanta corriente puede obtenerse de la batería. Corriente máxima que puede ser de origen puede calcularse como: MaxCurrent = DischargeRate x CapacityFor ejemplo si hay una batería que tiene una tasa de descarga de 30C y una capacidad de 2000 mAh. Con esta batería será un máximo de 30Cx2000mAh de la fuente = 60A. Así que en este caso asegúrese de que la cantidad total de corriente consumida por sus motores no excederá 60A. Este tutorial sobre la batería que he encontrado muy informativo. Hice un modelo matemática para estimar el tiempo de vuelo, que puede ser útil para usted. IMU – inercial medida unidad la inercia medida unidad (IMU) es un dispositivo sensor electrónico que mide la velocidad, la orientación y la fuerzas gravitacionales de lo quadcopter. Estas mediciones permiten que la electrónica de control calcular los cambios en las velocidades del motor. La IMU es una combinación de los 3 ejes acelerómetro y giroscopio de 3 ejes, juntos representan un IMU 6DOF. A veces hay también un magnetómetro de 3 ejes adicional para mejor estabilidad de desvío (en total 9DOF). Cómo funciona el IMU el acelerómetro aceleración de las medidas y también la fuerza, así que la gravedad hacia abajo también se sintió. Como el acelerómetro tiene tres sensores de eje, podemos trabajar la orientación del dispositivo.
Una giroscopio medida velocidad angular, en otras palabras la velocidad de rotación alrededor del eje tres.
¿Utilizando solamente acelerómetro? Con el acelerometro solo, debemos ser capaces de medir la orientación con respecto a la superficie de la tierra. Pero el acelerómetro tiende a ser muy sensible e inestable a veces, cuando la vibración del motor es mala, podría estropear la orientación. Por lo tanto usamos un giroscopio para solucionar este problema. Con las lecturas del acelerómetro y el giroscopio ahora somos capaces de distinguir entre el movimiento y vibración. ¿Usando sólo el giroscopio? Ya que el giroscopio puede decirnos que el movimiento de rotación, ¿por qué no podemos simplemente utilizamos el giroscopio solo? El giroscopio tiende a la deriva, lo que significa que si empiezas a girar el sensor, el giroscopio es la salida de la velocidad angular, pero cuando dejas no necesariamente volver a 0 grados/s. Si entonces que sólo utiliza las lecturas de giroscopio obtendrá una orientación que continúa moviéndose lentamente (derivas) incluso cuando has dejado de girar el sensor. Por esta razón ambos sensores tiene que utilizarse conjuntamente para calcular una orientación buena y útil. Magnetómetro, el acelerómetro no sentido rotación como puede con el rodillo y la echada de guiñada, y por lo tanto a veces se utiliza un magnetómetro. Un magnetómetro mide la dirección y fuerza del campo magnético. Este sensor magnético puede usarse para determinar qué camino es el sur y norte. Las ubicaciones de los polos se utilizan luego como referencia junto con la velocidad angular de desvío alrededor del giroscopio, para calcular un ángulo de guiñada estable. Estoy tratando de mantener la teoría y matemáticas mínimo aquí, y voy a entrar en más detalle en el próximo par de tutoriales. Compra una IMU estos tres sensores están disponibles individualmente en el mercado. Pero es más fácil para el desarrollo conseguir un tablero de sensor IMU con los dos primeros sensores (6DOF) o todos los tres sensores (9DOF).
Las placas de sensor raw pueden comunicarse con el microcontrolador vía I2C o analógica. Tableros digitales que soporte I2C es más fácil y rápido para el desarrollo, pero analógicos son más baratos. Hay aún IMU con procesador disponible. El procesador es generalmente un pequeño microprocesador de 8 bits que ejecuta cálculos de algún tipo de algoritmos para el Pitch, Roll y Yaw. Los datos calculados entonces se pondrá hacia fuera en un bus en serie o a veces también está disponible por I2C o SPI. La elección de IMU va a limitar qué tipo de tablero de regulador se puede utilizar. Así que antes de comprar una Board IMU encontrará información sobre los tableros de control. Algunas tarjetas controladoras incluso viene con sensores incorporados. Algunas placas de sensores IMU disponibles comercialmente:
Sparkfun 9DOF stickSparkfun 6DOF combo boardFreeIMUIMU con procesador: Sparkfun 9DOF RazorMongoose 9DOF (10DOF) controlador de ArduIMUFlight-electrónica de control se puede compra una tarjeta controladora que está especialmente diseñado para el quadcopter o compra todas las piezas y monta uno mismo. Algunos de los tableros de control contienen los sensores necesarios mientras que el otro necesita comprar estos en un tablero separado. Aquí está una lista completa de tarjetas controladoras de vuelo listo: http://robot-kingdom.com/best-flight-controller-for-quadcopter-and-multicopter/ la AeroQuad MEGA escudo el AeroQuad es un escudo para Arduino, Arduino UNO o Arduino MEGA. La Junta AeroQuad requiere el palo de 9DOF de Sparkfun que se suelda al escudo. La placa ArduPilot contiene un ATMEGA328, igual que en el Arduino UNO. Como el escudo AeroQuad esta tabla no contiene los sensores o bien. Tienes que comprar la ArduIMU y conectar a la tarjeta para usarlo. El OpenPilot es un tablero más avanzado que contiene un procesador ARM Cortex-M3 de 72MHz, el STM32. La Junta también incluye un acelerómetro de 3 ejes y un giroscopio de 3 ejes. Junto con el tablero viene una gran pieza de software para la PC calibrar, afinar y especialmente establecer puntos de referencia para el QuadCopter si ha instalado un módulo GPS que hablará más sobre en la siguiente sección. Hacer usted propio Quadcopter regulador junta como alternativa también puede usar microcontrolador de propósito general, tales como Arduino, para construir su propio controlador de vuelo. RC transmisor QuadCopters puede ser programada y controlada de muchas maneras pero las más comunes son por RC transmisor en cualquier tarifa (acrobático) o en modo estable. La diferencia es la forma de que la tarjeta controladora interpreta los comentarios de orientaciones con sus palancas de mando transmisor RC. En modo de sólo el giroscopio valores se utilizan para controlar el quadcopter. Las palancas de mando en la emisora RC entonces se utilizan para controlar y ajustar la velocidad de rotación deseada de 3 ejes, aunque si suelta los joysticks no automáticamente volver a equilibrar. Esto es útil cuando haciendo acrobacias con su quadcopter puede inclinar un poco hacia la derecha, suelte sus palancas de mando, y luego el quadcopter mantendrá posición. Para los principiantes la tasa modo sería muy difícil, y usted debe comenzar con el modo estable. Todos los sensores se utilizan para determinar la orientación de quadcopters en modo estable. Se ajustará automáticamente la velocidad de los 4 motores y constantemente mantener el quadcopter equilibrado. Controlar y cambiar el ángulo de lo quadcopter con cualquiera de los ejes con el joystick. Por ejemplo, para ir hacia adelante, que usted simplemente puede inclinar uno de los joysticks para cambiar el ángulo de echada de lo quadcopter. Al soltar la palanca de mando, se restablecerá el ángulo y el quadcopter será equilibrado otra vez. Marque aquí para un artículo más detallado del transmisor RC.
Componentes opcionales después de comprar todas las piezas necesarias y todavía no se rompió, usted podría considerar otros componentes opcionales populares tales como módulos GPS, sensores de ultrasonidos, barómetros etc.. Pueden mejorar el rendimiento de su quadcopter y traer más características. Un módulo GPS, habla con el satélite y recuperar información de localización exacta. Podemos utilizar esta información para calcular la velocidad y trayectoria. Es especialmente útil para autónomos quadcopters que necesita conocer su posición exacta y que forma de volar. Un sensor ultrasónico mide la distancia a la tierra, es decir, de altitud. Esto es útil si desea mantener su quadcopter cierta distancia de la tierra sin tener que ajustar la altura vuelan constantemente a sí mismo. La mayoría de estos sensores tiene un rango de entre 20cm a m 7. Cuando usted consigue más arriba, puede utilizar un barómetro. Este sensor mide la humedad y la presión para calcular la altitud, así que cuando el quadcopter es cerca de la tierra (donde estos dos factores no cambia mucho), se convierte en ineficaz. Por lo tanto, también es común utilizar ambos al mismo tiempo.
