ساخت کواد کوپتر یا ربات پرنده


کواد کوپتر یا ربات پرنده:

بحث ربات های پرنده چند سالی است که به شدت مورد علاقه ی بسیاری از علاقه مندان به رباتیک و هوافضا قرار گرفته است. شاید دلیل این امر جذاب بودن ساختار و همچنین مأموریت های خاصی است که فقط از عهده ربات های پرنده بر می آید.


هر ربات از ۳ بخش اصلی تقسیم میشود:

بخش اول:این بخش شامل شاسی اصلی و بازو ها میشود.

شاسی اصلی که در مرکز کواد قرار دارد قطعات الکتریکی و کنترلی رو در خود جای میدهد و همچنین بازو های کواد به شاسی اصلی متصل میشوند جنس شاسی اصلی هم میتواند از جنس پلکسی گلس باشد و هم میتواند از جنس ورق الومینیوم ۱.۵ تا ۲میل که از مقاومت خوبی بر خوردار است این قسمت ممکن است از جنس ورق های فیبرکربن الومینیومی نیز ساخته شود به نسبت وزن کم عموما شاسی این قسمت را به صورت صفحه ای میسازند همونطور هم که دوستان میدونند شاسی صفحه ای متداول ترین نوع شاسی در رباتیک است ابعاد این قسمت بستگی به عواملی همچون ابعاد مدارات الکتریکی و……….دارد.


بازو ها:بازو ها نیز میتوانند اولا از جنس های مختلفی باشند یک گزینه خوب استفاده از پرفیل های الومینیومی است که در مقطع های مربع و دایره و…..موجود است پیشنهاد ما مقطع مربع است زیرا میتوان پایه نگه دارنده موتور را با چند عدد پیچ به راحتی به آن متصل کرد و همچنین از طرفی میتوان این سطح مقطع را در بین دو قسمت بالایی و پایینی شاسی قرار داد و با چند پیچ و مهره سفت کرد که علاوه بر دقیق شدن کار باعث میشود دو قسمت بالایی و پایینی شاسی با همین کار به هم متصل گردند,طول بازو های رباط بستگی به قطر ملخ ها دارد اما به طور معمول حدود ۳۰ سانت است هر چه طول بازوها افزایش پیدا کند پایداری کواد بیشتر میشود و اگر هم از حدی کمتر باشد در پرواز خلل ایجاد میکند دلیل این امر هم تاثیر جریان هوای رو به پایین توسط ملخ هر یک از موتور ها بر موتور های بازوهای مجاور است پس به همین دلیل بازو ها نباید زیاد کوتاه باشند جنس بازو هم میتواند از فایبر کربن نیز باشد البته مقطع استوانه ای دارند و برای اتصال به شاسی نیاز به یک نگه دارنده دارند همانند آن چیزی که تیل بوم هلی را به بدنه وصل میکند خلاصه این مقطع دردسر های زیادی دارد و پیشنهاد نمیکنم.

هر چقدر بتوانیم وزن شاسی را کاهش بدهیم بهتر است زیرا با کاهش وزن شاسی میتوانید از موتور های ضعیف تری استفاده کنید بالطبع به اسپید هایی با آمپراژ پایین تر نیاز خواهید داشت و از طرفی به باطری ای با تعداد سل کمتر و آمپر پایین تر نیاز خواهید داشت و در کل همه اینها هم باعث کاهش وزن قابل ملاحظه ای میشود و همچنین هزینه ها نیز کاهش میابد.به این چرخه چرخه ی کاهش وزن میگن توی رباتیک.

برای محافظت از قسمت الکترونیک میتوانید این قسمت را در محفظه های پلاستیکی موجود در بازار قرار دهید و یا یک گزینه خوب برای محافظت از صدمه دیدن برد الکترونیک استفاده از محفظه های دوربین های مدار بسته کوچک است که شبیه نیم کره است.

نکته ی دیگر که بسیار مهم است این است که اولا هر بازو با بازوی مجاور خود زاویه ۹۰ درجه داشته باشد و دوم این که به هیچ وجه بازویی انحراف رو به بالا نسبت به بازو های دیگر نداشته باشد به طوری که وقتی شاسی را بر روی میز قرار میدهید اولا فاصله همه بازو ها تا سطح میز برابر باشد و دوما همه بازو ها دقیقا طولی مشابه داشته باشند.

برای بالانس کردن شاسی پس از نسب بازوها به شاسی, به یک نقطه که دقیقا وسط شاسی قرار دارد نخی متصل کرده و از سقف شاسی را آویزان کرده و بالانس را انجام دهید قبل از نصب بازو ها آنها را تک تک وزن کنید باید همگی هم وزن باشند تا به بالانس بودن کمک کنند.

خوب میریم سراغ بخش دوم که قسمت الکترونیک است.

این بخش از چندین سنسور تشکیل شده است که به شرح زیر است:

۱-سنسور جایرو برای اندازه گیری شتاب خطی

۲-سنسور قطب نمای دیجیتال

۳-سنسور GPS

۴-فرستنده و گیرنده

۵-سنسور شتاب سنج برای اندازه گیری شتاب زاویه ای

۶-فاصله سنج در برخی موارد

و………

سنسور جایرو:

جایرو دستگاه کوچکی است که معمولآ شامل دو قسمت حس کننده (Sensor) و پردازشگر (Processor) بوده و رفتار ارتعاشی و ناخاسته دم را بر اثر عوامل مختلف نظیر باد جانبی ,بد کار کردن موتور (و متعاقبآ افزایش و کاهش گشتاور ملخ اصلی) خنثی می سازد. جایرو بر سر راه گیرنده و سرووی رادار قرار گرفته و فرمان ارسالی به رادار را تصحیحح می کند. در واقع جایرو برای کنترل رادار همانند کمک خلبانی است که از خود خلبان بهتر عمل می کند جایرو در کواد نیز مانند یک خلبان عمل کرده و به تصحیح فرامین کمک میکند. جایروها از لحاظ مکانیزم داخلی به دو نوع جایروی مکانیکی (Mechanical Gyro) و پیزو جایرو (Piezo Gyro) و از نظر عملکرد به دو نوع Heading Hold و Non Heading Hold (یا Rate Gyro)تقسیم می شوند.

در قلب حسگر یک جایروی مکانیکی یک وزنه کوچک در حال چرخش وجود دارد که از یک موتور الکتریکی کوچک نیرو می گیرد. چرخش وزنه خاصیت ژیروسکوپیک ایجاد کرده و هر حرکت در راستای محور عرض یا به عبارتی هر چرخش یا ارتعاشی حول محور عموودی,توسط وزنه چرخان احساس می شود. به این صورت که به دلیل خاصیت ژیرسکوپی به سمت عمود بر راستای نیرو منحرف شد و این انحرف بسیار محدود سیگنالی را برای واحد پردازشگر و نهایتآ سروو ارسال می کنند تا حرکت ناخواسته را خنثی کند. این جایروها که نظر عملکرد از نوع Non HeadingHold یا Rate Gyro می باشند توسط یک کمپانی آلمانی به نام KAVAN Corporation در سال ۱۹۷۸ به بازار عرضه شد.

نوع جدیتر,دقیق تر و گرانتر جایروها,Piezo Electric یا Piezo Gyro می باشند . نمونه دست ساز این جایروها از سال ۱۹۸۸ توسط چند مدلر مستقل مورد استفاده قرار گرفت و اولین بار توسط شرکت فوتابا (Futaba) به تولید انبوه رسید . پیزو جایروها عملکرد بسیار بهتری نسبت به جایروهای مکانیکی دارند . به دلیل اینکه این جایروها هیچ قطعه متحرکی ندارند,بسیار کم مصرف تر بوده و می توانند در ابعاد کوچک تری ساخته شوند. در حسگر این جایرو ها از صفحه پیزو الکتریک (Piez crystal) استفاده شده که با کمترین خشمی اختلاف ولتار ایجاد می کنند.

در واقع Piezo crystal از دو صفحه چسبیده به هم تشکیل شده که با خم شدن آن یک صفحه تحت کشش صفحه دیگر تحت فشار قرار می گیرد و اختلاف ولتار ایجاد می کند. وقتی حسگر جایرو در مکان مناسب نسب می شود کوچک ترین حرکت دم به سمت چپ شدن صفحه پیزوالکتریک شده و در فرمان خنثی کننده به سمت سرووی رادر ارسال می شود.

تنها عیب این جایروها این است که صفحه پیزوالکتریک آنها نسبت به دما حساس بوده و تغییرات خاصیت می دهند که البته این مربوط به پیزو جایروهای اولیه بوده و در جایروهای جدید تا حد قابل قبولی مرتفع شده است. جایرو در کواد به ما کمک میکند با محاسبه شتاب خطی در یک جهت عکس العملی مطابق آن کواد روتور انجام میدهد.

سنسور قطب نمای دیجیتال:

دیگه قطب نما نیاز به توضیح نداره همه آشنا هستند ولی کاربردش توی کواد چیه خوب قطب نما با استفاده از جهت های قطبی تشخیص میده که کواد داره به کدوم سمت میره و با چه زاویه ای مثلا اگر ما کواد رو با سمت شمال هدایت کنیم در صورت این که کواد منحرف بشه یا به یک طرف دور بخواد بزنه قطب نما با تصحیح انحراف باعث میشه که کواد در مسیر باقی بمونه به عبارتی قطب نما نقش محور Z مختصاتی رو بازی میکنه و در این محور کواد رو کنترل میکنه.

سنسور GPS:

این سنسور برای تعیین موقعیت جغرافیایی ازش استفاده میشه و به ما در کنترل و رفتن به یک نقطه خاص کمک میکنه GPS اگر باشه خیلی کامل تر میشه کواد.که یک مدل که کیفیت و دقت بالایی دارد

فرستنده و گیرنده:

این قسمت برای کنترل کواد به کار میره و در اصل فرامین رو از اپراتور به کواد منتقل میکنه و حداقل باید ۴ کانال باشه فقط برای کنترل کواد کوپتر

سنسور شتاب سنج برای اندازه گیری شتاب زاویه ای:

این سنسور به ما مقادیر شتاب زاویه ای رو میده و با پردازش اونها میتونیم جهت حرکت زاویه کواد سرعت کواد و……..را محاسبه کنیم

از فاصله سنج برای فهمیدن ارتفاعی که کواد در آن قرار دارد استفاده میکنیم از GPS هم به این منظور استفاده میشود. یک سنسور خوب که در ایران موجود است IMU 9 است که شامل جایرو سه محور زاویه سنج سه محور و قطب نمای سه محور میباشد که توسط شرکت هوشمند افزار وارد شده است.

موتور: عموما در کوادروتور ها از موتور های براشلس استفاده میشود اما اگر نخواهید با کواد بار بلند کنید میتوانید از موتور های براش به همراه یک گیربکس مناسب استفاده کنید موتور های براشلسی که در کواد استفاده میشوند باید RPM بالایی داشته باشند و سایز ملخ مورد استفاده بسته به موتور است در ضمن توجه داشته باشید که دو عدد از ملخ ها باید ساعتگرد ( راست گرد ) و دو عدد دیگر پاد ساعت گرد ( چپ گرد ) باشند

اسپید کنترل: وسیله ای است که دور موتور را تنظیم و به وسیله ی استیک تراتل ( throtle ) در رادیو کنترل میتوان کم یا زیاد کرد عموما اسپید مورد استفاده ۳۰ آمپر است هر چه اسپید باکیفیت تر باشد کنترل RPM بهتر صورت میگیرد در صورتی که فاصله اسپید از باطری زیاد باشه باید یه خازن با همون مقداری که خازن اسپید ظرفیت دارد به آن موازی شود موضوع آخرم باطری هست که عموما بسته به مشخصات اسپید و موتور سه سل ۲۵۰۰ یا ۳۶۰۰ میلی آمپر ۳۰C و یا ۴۵Cانتخاب میشه. عزیزانی که اقدام به ساخت یا مونتاژ مولتی رتور میکنن نحوه اتصال سخت افزاری و سیم کشی بین آنها موضوعی است که ذهن هر آماتور رو مشغول میکنه

مطلب قابل ذکر اینه که: برای هر مولتی رتور با توجه به منوال ارائه شده برای فلای کنترلی که خریداری کردید یا ساختید.. میتونید.از این تصاویر استفاده کنید و لوازم دیگرتون رو به فلای کنترل متصل کنید. فرقش در نحوه اتصال پین هدرهاتونه ( جایی که متعلقات به برد متصل میشن). در کل اصولش فرقی نمیکنه.

تصاویر زیر نشان دهنده نحوه اتصالات در مولتی روتور :