آموزش ساخت کوادکوپتر
دراین مقاله به آموزش ساخت کوادکوپتر یا ربات پروازی می‌پردازیم قبل از شروع ساخت به یاد‌گیری تعاریف اولیه از جمله کوادکوپتر چیست؟هلی‌شات چیست ؟ پهباد چیست؟ می‌پردازیم.
بخش‌های کلی آموزش ساخت کوادکوپتر
- کوادکوپتر چیست ؟
- کوادکوپتر چگونه پرواز می‌کند؟
- معرفی قطعات استفاده شده در یک کوادکوپتر.
- فیلم آموزش ساخت کوادکوپتر
پهباد چیست؟
چون کوادکوپترها جز دسته پهبادها هستند قبل از همه چیز به تعریف دقیق پهباد می‌پردازیم. به نقل از ویکی پدیا پهباد یا پرنده هدایت پذیر از دور که به آن وسیله هوایی بدون سرنشین نیز گفته می‌شود نوعی وسیله کنترل شونده از راه دور است.
ارزش صنعت پهبادها در سال 2020 مبلغ 127 میلیارد دلار پیش بینی می‌شود.
کنترل پهباد : پهبادها یا به وسیله کنترل از راه دور یا با برنامه‌های پیش پروازی ریخته شده از قبل یا با سامانه‌های توکار دینامیک هدایت می‌شوند.
کاربرد پهبادها و کوادکوپترها
- اسکن مکان‌ها و داخل ساختمان‌ها با سنسورهایی مانند kenect
- پرواز به جاهایی که فرستادن خلبان خطرناک است
- برسی مکان‌های خطرناک قبل از رفتن انسان
- امداد و نجات در داخل ساختمان
- خاموش کردن آتش سوزی
- هواشناسی و جغرافیایی
- در زمینه مخابرات
- ناوبری جهانی
- فیلم برداری
- تحویل کالا
- جاسوسی
- عکاسی
کوادکوپتر چیست؟
همانطور که در بالا گفتیم کوادکوپتر یا کوادروتر یکی از انواع پهبادها است. به دلیل کمک گرفتن از چهار پروانه به عنوان کواد(چهار)کوپتر شناخته می‌شوند.
کوادکوتر‌ها به دلیل داشتن قدرت مانور فوق‌العاده ، پروازهایی با با تعادل بالا و ابعاد کوچک کاربردهای زیادی دارند. هر روز شاهد توسعه یا ابداع بک کوادکوپتر با کاربرد جدید توسط دانش آموزان، دانشجویان، مراکز تحقیقاتی و نظامی و تجاری هستیم.
اصول عملکرد کوادکوپتر
بیایید کمی علمی صحبت کنیم کوادکوپترها از ایجاد اختلاف فشار در اتمسفر پیرامون خود برای پرواز استفاده می‌کنند. به عملکرد هلی کوپتر دقت کردین؟
کوادکوپترها با دارا بودن 4 موتور و پره، و چرخش دو به دو معکوس این موتورها، نیروهای گشتاور ایجاد شده را خنثی و اختلاف فشار لازم جهت پرواز را ایجاد می‌کند.
اگر بحث علمی برایتان جذاب نبود بطور خلاصه بصورت شکل بالا توضیح دهیم که کوادکوپتر یک هلی‌کوپتر با 4 ملخ هست. چرخش دو به دو ملخ‌ها باعث به پرواز درآمدن کوادکوپتر می‌شود.
و البته با کم و زیاد کردن سرعت موتورها و یا حتی خاموش کردن موتور ها میتوانیم حرکات نمایشی و حرکتی نیز انجام دهیم.
لیست قطعات لازم برای ساخت کوادکوپتر
بدنه یا ایرفریم
به بدنه کواد ایرفریم می‌گویند بدنه باید سبک و مقاوم باشد. در ربات‌هایی که تعادل دقیق، حساس و مهم هست بدنه باید با دقت بیشتری ساخته شود. تا تعادل سیستم را به هم نزند.
اکثر بدنه‌ها از پلاستیک سخت، فیبرکربن و یا آلومنیوم ساخته می‌شوند. البته بهترین نوع بدنه از نوع فیبر کربن می‌باشد. علت استفاده زیاد از بدنه فیبرکربن در کوادهای حرفه ای این است که فیبرکربن هم مقاوم و هم وزن کمتری دارد.
ایرفریم معمولا از صفحه مرکزی، بازوها و پایه فرود تشکیل شده و همچنین کل سیستم روی بدنه نصب می‌شود و بدنه باید همه‌ی وزن موتورها و… را تحمل کند.
پیکربندی ایرفریم بصورت x و +
کوادکوپترها بر اساس بدنه و دماغه بدنه به دو نوع + و x تقسیم می‌شوند.
شما همچنین می‌توانید فریم خودتان را طراحی و با پرینتر سه بعدی چاپ کنید و یا خودتان با چوب یا ابزار‌های سبک و محکم بسازید. ایرفریم‌های آماده بسیاری در بازار هستن که متناسب با کوادی که می‌خواهید بسازید می‌توانید انتخاب کنید. یک ایرفریم خوب می‌تواند تا حد زیادی از آسیب رسیدن به دیگر قطعات در هنگام کرش جلوگیری کند.
بعضی از ایرفریم‌ها امکان جمع شدن بازوها و پایه‌های فرود نیز دارند و همگام پرواز پایه‌ها جمع می‌شوند و البته جنس بسیار خوبی هم دارند و در کش‌های ساده نمی‌شکنند.
بعضی بدنه‌ها بصورت کیت هستن و حتی بعضی بدنه‌ها روی PCB طراحی شدن و دارای بردهای تقسیم ولتاژ نیز هستن. البته ناگفته نماند که صفحه‌های کربنی در ابعاد مختلف به فروش می‌رسند که خودتان می‌توانید با اره ببرید و بدنه خودتان را بسازید. بعضی از ایرفریم‌ها دارای لرزش‌گیر هستن و بعضی‌ها نیستن و می‌توانید جداگانه تهیه و روی آن نصب کنید.
موتور براشلس
پیشرانه کوادکوپتر 4 عدد موتور براشلس هستن، موتورهایی با تعداد دور (RPM) بالا هستن. راه‌اندازی موتورهای براشلس متفاوت تر از موتورهای DC است، به همین دلیل معمولا از بردهای کمکی (ماژول) بنام اسپید کنترلر استفاده می‌شود. این موتورها دارای 3 سیم هستن و یک موتور براشلس کوچک ممکن است بیست آمپر جریان بکشد.
نکته : موتورهای کورلس برای کوادکوپتر های کوچک و ارزان قیمت استفاده می‌شود.
پیچ مهره‌های خاصی برای بستن موتور روی برد و بستن پروانه‌ها یا ملخ‌ها روی براشلس نیاز است که هنگام خرید موتورها این پیچ و مهره‌ها را نیز تهیه کنید.
اسپید کنترلر
همانطور که از نام آن پیداست وظیفه کنترلر سرعت موتورها را به عهده دارد. اسپید کنترلر باید متناسب دیگر قطعات و به خصوص موتورها انتخاب شود.
اسپیدکنترلرها سه نوع سیم دارند. دسته اول سیم‌های تغذیه است. دسته دوم سیم‌های ورودی سیگنال از برد فلایت کنترلر پرواز هستند. دسته سوم سیم‌های خروجی پالس‌ها هستن و مستقیم به موتورها وصل می‌شوند.
اسپید کنترلر یا ESC مخفف Electronic Speed Controller است.
فلایت کنترلر
فلایت کنترلر یا کنترل کننده پرواز وظیفه کنترل پرواز، تعادل و پایداری کواد را بر عهده دارد. این برد با دستور به اسپید کنترلرها، جهت، سرعت و پایداری کواد را کنترل می‌کند.
سنسورهای مختلفی از ژیروسکوپ، شتاب سنج، بارومتر و قطب نما در این بردها هستن و یا میتوانیم بصورت ماژول به فلایت کنترلر اضافه کنیم. همچنین ماژول‌هایی مانند GPS را نیز میتوانیم به فلایت اضافه کنیم. پایداری و تعادل به این سنسور‌ها وابسته است.
در بعضی از فلایت کنترلرها قابلیت‌هایی مانند خلبان خودکار، بازگشت به خانه، فرود خودکار و رفتن از نقطه A به نطقه B وجود دارد.
فلایت کنترلرهای اپن سورس از قبیل APM و PIXHAWK
فلایت کنترلرهای تجاری مانند DJI , XA , ZERO
رادیو کنترلر
برای کنترل ربات و جهت‌دهی به حرکت کواد از راه دور به یک رادیو کنترلر نیاز داریم. رادیو کنترلرها در تعداد کانال‌های متفاوت در بازار هستند و با توجه به کوادکوپتر خود می‌توانید نوع مناسبی را انتخاب کنید.
باتری
با توجه به اینکه دور موتورهای براشلس بالاست در نتیجه جریال مصرفی بالایی نیز دارند. معمولا صحبت از 10 آمپر به بالا می‌شود. و چون 4 تا موتور داریم باید این جریان را به 4 ضرب کنیم. باتری‌های لیتیوم پیلیمری ظرفیت بالا با قابلیت جریان‌دهی بیش از جریان نامی‌دارند.
مثلا روی باتری لیتیوم پلیمری نوشته 3000mA 20C یعنی این باتری قابلیت جریان دهی تا 20 برابر جریان نامی خود دارد.
یکی از قطعات مهم و گران قیمت کواد باتری است. مدت زمان پرواز کواد بستگی به باتری دارد. با افزایش ظرفیت باتری وزن کوادکوپتر نیز افزایش پیدا می‌کند.
شارژر باتری
استفاده از یک شارژر باتری استاندارد در عملکرد و طول عمر باتری تاثیر خواهد داشت. برای همین توصیه می‌شود از شارژر مخصوص که با روش خاصی شارژ می کند، استفاده شود.
در ضمن از هشدار دهنده باتری برای مراقبت از باتری و آگاهی از خالی شدن آن استفاده می‌شود.
ملخ یا پروانه
برای کوادکوپتر 4 عدد ملخ نیاز است که دوتای آن پوشر یا دمنده و دوتای آن پولر یا مکنده هستن. دوتا ملخ در یک جهت و دوتای دیگر در جهت دیگر می‌چرخند.
برد تغذیه و توزیع برق
این برد برای تامین تغذیه قسمت‌های مختلف کواد به کار می‌رود.
برای بهم وصل کردن قطعات و سیم کشی از قطعات اضافی مانند گلد کانکتور، T کانکتور و…. می‌توانید استفاده کنید.
قطعات و ماژول‌های کاربردی دیگر کوادها
ماژول GPS ، فرستنده و گیرنده تصویر، دوربین، گیم بال، استابلایزر، سایبان دوربین، پایه GPS، و… را نیز می‌توانید نسبت به نیازتان به کواد اضافه کنید.
کیت‌های کامل کوادکوپتر در بازار موجود هستند و می‌توانید با تهیه این کیت‌ها در مدت خیلی کوتاه یک کواد را بسازید و آن را نسبت به کاربرد دلخواهتان شخصی سازی کنید.
فیلم آموزش ساخت کوادکوپتر
