Bezzałogowy Statek Powietrzny typu Quadrotor

Bezzałogowy Statek Powietrzny typu Quadrotor

Bezzałogowy Statek
Powietrzny typu Quadrotor
Emilian Magdziak
Łukasz Borkowski
Cel i założenia projektu
Głównym celem projektu było stworzenie czterowirnikowej platformy
latającej o jak największej stabilności z możliwością testowania różnego
rodzaju elementów wyposażenia awionicznego tj. czujników prędkości
kątowej, akcelerometrów, czujników ciśnienia i kierunku magnetycznego.
Centralną jednostką sterująca odpowiedzialna za stabilizację całego układu
oraz analizę danych przychodzących z czujników miała być oparta na
mikrokontrolerze z możliwością wymiany jej na mikrokomputer np. PC104.
Projekt konstrukcji przewidywał możliwie lekką i zarazem wytrzymałą ramę
platformy z wykorzystaniem elementów kompozytowych oraz innych lekkich
materiałów.
Konstrukcja
Do budowy konstrukcji zostały użyte wytrzymałe oraz lekkie materiały
jak ABS, włókno węglowe oraz Styrodur. Model został zaprojektowany
w programie graficznym Solid Edge. Części elementów mocujących
zostały wyprodukowane metodą FDM polegającą na warstwowym
nakładaniu rozpuszczonego materiału modelowego. Styrodurowe tunele
śmigieł zostały wcięte ploterem, tnącym drutem oporowym.
Dzięki zastosowanym materiałom masa konstrukcji modelu wynosi
380[g], a masa startowa nie przekracza 1000[g].
Masa Quadorotora ma kluczowe znaczenie ponieważ bezpośrednio
wpływa na długotrwałość lotu np. zwiększenie masy o 100[g] skraca
jego długotrwałość o około 1,5 min.
Czas pracy przy masie startowej 1000[g] około 15 min.
Maksymalny ciąg 25[N]
Konstrukcja
Do budowy konstrukcji zostały użyte wytrzymałe oraz lekkie materiały
jak ABS, włókno węglowe oraz Styrodur. Model został zaprojektowany
w programie graficznym Solid Edge. Części elementów mocujących
zostały wyprodukowane metodą FDM polegającą na warstwowym
nakładaniu rozpuszczonego materiału modelowego. Styrodurowe tunele
śmigieł zostały wcięte ploterem, tnącym drutem oporowym.
Dzięki zastosowanym materiałom masa konstrukcji modelu wynosi
380[g], a masa startowa nie przekracza 1000[g].
Masa Quadorotora ma kluczowe znaczenie ponieważ bezpośrednio
wpływa na długotrwałość lotu np. zwiększenie masy o 100[g] skraca
jego długotrwałość o około 1,5 min.
Czas pracy przy masie startowej 1000[g] około 15 min.
Maksymalny ciąg 25[N]
Konstrukcja
Do budowy konstrukcji zostały użyte wytrzymałe oraz lekkie materiały
jak ABS, włókno węglowe oraz Styrodur. Model został zaprojektowany
w programie graficznym Solid Edge. Części elementów mocujących
zostały wyprodukowane metodą FDM polegającą na warstwowym
nakładaniu rozpuszczonego materiału modelowego. Styrodurowe tunele
śmigieł zostały wcięte ploterem, tnącym drutem oporowym.
Dzięki zastosowanym materiałom masa konstrukcji modelu wynosi
380[g], a masa startowa nie przekracza 1000[g].
Masa Quadorotora ma kluczowe znaczenie ponieważ bezpośrednio
wpływa na długotrwałość lotu np. zwiększenie masy o 100[g] skraca
jego długotrwałość o około 1,5 min.
Czas pracy przy masie startowej 1000[g] około 15 min.
Maksymalny ciąg 25[N]
Budowa napędu
Do budowy napędu zostały wykorzystane cztery silniki bezszczotkowe prądu
przemiennego które zasilane są za pomocą regulatorów trójfazowych. Są to silniki
czeskiego producenta ModelMotors, model AXI 2212/26 silver. Wybór padł na ten
model ze względu na wysoki moment obrotowy, małą masę i wysoką sprawność.
Każdy z silników posiada moc znamionową rzędu 120W która jest w stanie wytworzyć
do 8 N ciągu przy zastosowaniu 10 calowego śmigła o skoku 4,5.
Do zasilenia czterech takich silników niezbędny był odpowiedni pakiet akumulatorów,
pozwalający na przynajmniej 10 minutowy lot. Wybór padł na pakiet o pojemności 3700
mAh i napięciu 11,1V (3S) oraz prądzie rozładowania 25C.
W quadrotorze zastosowane zostały śmigła do napędów elektrycznych o wymiarach
10”x4,5. Są to śmigła dwu-łopatowe posiadające wysoką sprawność, małą masę i
charakteryzujące się dużą elastycznością. W kwestii doboru śmigieł na chwile obecną
niestety nie ma wielu możliwości gdyż niezbędne jest zastosowanie dwóch par śmigieł
o lewych i prawych obrotach.
Przeniesienie napędu z silników na śmigła odbywa się bezpośrednio co eliminuje
straty jakie powstają na przełożeniach w standardowych modelach helikopterów dwu i
jedno śmigłowych. Jednocześnie zwiększa sprawność całego układu co przekłada się
na mniejsze zużycie energii elektrycznej oraz zwiększa niezawodność całego statku
powietrznego.
Budowa napędu
Do budowy napędu zostały wykorzystane cztery silniki bezszczotkowe prądu
przemiennego które zasilane są za pomocą regulatorów trójfazowych. Są to silniki
czeskiego producenta ModelMotors, model AXI 2212/26 silver. Wybór padł na ten
model ze względu na wysoki moment obrotowy, małą masę i wysoką sprawność.
Każdy z silników posiada moc znamionową rzędu 120W która jest w stanie wytworzyć
do 8 N ciągu przy zastosowaniu 10 calowego śmigła o skoku 4,5.
Do zasilenia czterech takich silników niezbędny był odpowiedni pakiet akumulatorów,
pozwalający na przynajmniej 10 minutowy lot. Wybór padł na pakiet o pojemności 3700
mAh i napięciu 11,1V (3S) oraz prądzie rozładowania 25C.
W quadrotorze zastosowane zostały śmigła do napędów elektrycznych o wymiarach
10”x4,5. Są to śmigła dwu-łopatowe posiadające wysoką sprawność, małą masę i
charakteryzujące się dużą elastycznością. W kwestii doboru śmigieł na chwile obecną
niestety nie ma wielu możliwości gdyż niezbędne jest zastosowanie dwóch par śmigieł
o lewych i prawych obrotach.
Przeniesienie napędu z silników na śmigła odbywa się bezpośrednio co eliminuje
straty jakie powstają na przełożeniach w standardowych modelach helikopterów dwu i
jedno śmigłowych. Jednocześnie zwiększa sprawność całego układu co przekłada się
na mniejsze zużycie energii elektrycznej oraz zwiększa niezawodność całego statku
powietrznego.
Budowa napędu
Do budowy napędu zostały wykorzystane cztery silniki bezszczotkowe prądu
przemiennego które zasilane są za pomocą regulatorów trójfazowych. Są to silniki
czeskiego producenta ModelMotors, model AXI 2212/26 silver. Wybór padł na ten
model ze względu na wysoki moment obrotowy, małą masę i wysoką sprawność.
Każdy z silników posiada moc znamionową rzędu 120W która jest w stanie wytworzyć
do 8 N ciągu przy zastosowaniu 10 calowego śmigła o skoku 4,5.
Do zasilenia czterech takich silników niezbędny był odpowiedni pakiet akumulatorów,
pozwalający na przynajmniej 10 minutowy lot. Wybór padł na pakiet o pojemności 3700
mAh i napięciu 11,1V (3S) oraz prądzie rozładowania 25C.
W quadrotorze zastosowane zostały śmigła do napędów elektrycznych o wymiarach
10”x4,5. Są to śmigła dwu-łopatowe posiadające wysoką sprawność, małą masę i
charakteryzujące się dużą elastycznością. W kwestii doboru śmigieł na chwile obecną
niestety nie ma wielu możliwości gdyż niezbędne jest zastosowanie dwóch par śmigieł
o lewych i prawych obrotach.
Przeniesienie napędu z silników na śmigła odbywa się bezpośrednio co eliminuje
straty jakie powstają na przełożeniach w standardowych modelach helikopterów dwu i
jedno śmigłowych. Jednocześnie zwiększa sprawność całego układu co przekłada się
na mniejsze zużycie energii elektrycznej oraz zwiększa niezawodność całego statku
powietrznego.
Jednostka
pomiarowo-sterująca
Sercem całego BSP jest jednostka pomiarowo sterująca, jej główne zadania to:
- pomiar wartości kątów przechylenia, pochylenia, odchylenia
- pomiar przyśpieszeń w trzech osiach OX, OY, OZ
- niezależne sterowanie pracą czterech silników
- stabilizacja lotu poziomego i pionowego
- utrzymanie pozycji w oparciu o GPS
W skład jednostki PS wchodzą następujące elementy:
- trzy czujniki prędkości kątowej ADXRS300
- trój-osiowy czujnik przyśpieszenia liniowego LIS3LV02DQ
- magnetometr dwuosiowy HMC6352
- czujnik ciśnienia bezwzględnego BMP085
- rejestr przesuwny 8-bitowy TPIC6B595N
- odbiornik GPS 5Hz
- mikroprocesor PIC18F2620
- cztery zmodyfikowane regulatory TowerPro 18A (300Hz, I2C)
Jednostka
pomiarowo-sterująca
Sercem całego BSP jest jednostka pomiarowo sterująca, jej główne zadania to:
- pomiar wartości kątów przechylenia, pochylenia, odchylenia
- pomiar przyśpieszeń w trzech osiach OX, OY, OZ
- niezależne sterowanie pracą czterech silników
- stabilizacja lotu poziomego i pionowego
- utrzymanie pozycji w oparciu o GPS
W skład jednostki PS wchodzą następujące elementy:
- trzy czujniki prędkości kątowej ADXRS300
- trój-osiowy czujnik przyśpieszenia liniowego LIS3LV02DQ
- magnetometr dwuosiowy HMC6352
- czujnik ciśnienia bezwzględnego BMP085
- rejestr przesuwny 8-bitowy TPIC6B595N
- odbiornik GPS 5Hz
- mikroprocesor PIC18F2620
- cztery zmodyfikowane regulatory TowerPro 18A (300Hz, I2C)
Jednostka
pomiarowo-sterująca
Sercem całego BSP jest jednostka pomiarowo sterująca, jej główne zadania to:
- pomiar wartości kątów przechylenia, pochylenia, odchylenia
- pomiar przyśpieszeń w trzech osiach OX, OY, OZ
- niezależne sterowanie pracą czterech silników
- stabilizacja lotu poziomego i pionowego
- utrzymanie pozycji w oparciu o GPS
W skład jednostki PS wchodzą następujące elementy:
- trzy czujniki prędkości kątowej ADXRS300
- trój-osiowy czujnik przyśpieszenia liniowego LIS3LV02DQ
- magnetometr dwuosiowy HMC6352
- czujnik ciśnienia bezwzględnego BMP085
- rejestr przesuwny 8-bitowy TPIC6B595N
- odbiornik GPS 5Hz
- mikroprocesor PIC18F2620
- cztery zmodyfikowane regulatory TowerPro 18A (300Hz, I2C)
Zasada działania i
sterowanie
Quadrotor jest stosunkowo odmienna konstrukcją helikoptera jednak w
sterowaniu i samym zachowaniu się modelu przypomina klasyczną
konstrukcję z centralnie umiejscowionym wirnikiem oraz wirnikiem bocznym.
Sterowanie platformą sprowadza się do zmiany prędkości obrotowej
poszczególnych par śmigieł w celu pochylenia, przechylenia bądź zmiany
kierunku lotu obiektu.
W czterowirnikowej konstrukcji dwa naprzeciwległe śmigła obracają się
zgodnie z ruchem wskazówek zegara a dwa poprzeczne w przeciwną stronę
co wymusza zastosowanie dwóch par śmigieł o lewych i prawych obrotach.
Zasada działania i
sterowanie
Quadrotor jest stosunkowo odmienna konstrukcją helikoptera jednak w
sterowaniu i samym zachowaniu się modelu przypomina klasyczną
konstrukcję z centralnie umiejscowionym wirnikiem oraz wirnikiem bocznym.
Sterowanie platformą sprowadza się do zmiany prędkości obrotowej
poszczególnych par śmigieł w celu pochylenia, przechylenia bądź zmiany
kierunku lotu obiektu.
W czterowirnikowej konstrukcji dwa naprzeciwległe śmigła obracają się
zgodnie z ruchem wskazówek zegara a dwa poprzeczne w przeciwną stronę
co wymusza zastosowanie dwóch par śmigieł o lewych i prawych obrotach.
Zasada działania i
sterowanie
Quadrotor jest stosunkowo odmienna konstrukcją helikoptera jednak w
sterowaniu i samym zachowaniu się modelu przypomina klasyczną
konstrukcję z centralnie umiejscowionym wirnikiem oraz wirnikiem bocznym.
Sterowanie platformą sprowadza się do zmiany prędkości obrotowej
poszczególnych par śmigieł w celu pochylenia, przechylenia bądź zmiany
kierunku lotu obiektu.
W czterowirnikowej konstrukcji dwa naprzeciwległe śmigła obracają się
zgodnie z ruchem wskazówek zegara a dwa poprzeczne w przeciwną stronę
co wymusza zastosowanie dwóch par śmigieł o lewych i prawych obrotach.
Podobne projekty
Przedstawiony model quadrotora został zbudowany w oparciu o projekt
Open Source Universal Aerial Video Platform oraz jego rozwinięcie UAVX.
Szczegóły dotyczące obu rozwiązań UAVP można znaleźć pod adresami:
- projekt pierwotny: http://uavp.ch,
- rozwinięcie projektu: http://code.google.com/p/uavp-mods/.
W sieci można znaleźć jeszcze kilka innych tego typu konstrukcji,
różniących się miedzy sobą głównie rodzajem zastosowanych czujników i
mikrokontrolerów oraz oprogramowaniem konfiguracyjno-testowym:
- mikrokopter: http://mikrokopter.de (ATMEGA644)
- UAVP-NG: http://ng.uavp.ch/ (ARM7 LPC2148 + ATMEGA664)
- Arduino Quadcopter: http://code.google.com/p/quaduino-ng/
Podobne projekty
Przedstawiony model quadrotora został zbudowany w oparciu o projekt
Open Source Universal Aerial Video Platform oraz jego rozwinięcie UAVX.
Szczegóły dotyczące obu rozwiązań UAVP można znaleźć pod adresami:
- projekt pierwotny: http://uavp.ch,
- rozwinięcie projektu: http://code.google.com/p/uavp-mods/.
W sieci można znaleźć jeszcze kilka innych tego typu konstrukcji,
różniących się miedzy sobą głównie rodzajem zastosowanych czujników i
mikrokontrolerów oraz oprogramowaniem konfiguracyjno-testowym:
- mikrokopter: http://mikrokopter.de (ATMEGA644)
- UAVP-NG: http://ng.uavp.ch/ (ARM7 LPC2148 + ATMEGA664)
- Arduino Quadcopter: http://code.google.com/p/quaduino-ng/
Podobne projekty
Przedstawiony model quadrotora został zbudowany w oparciu o projekt
Open Source Universal Aerial Video Platform oraz jego rozwinięcie UAVX.
Szczegóły dotyczące obu rozwiązań UAVP można znaleźć pod adresami:
- projekt pierwotny: http://uavp.ch,
- rozwinięcie projektu: http://code.google.com/p/uavp-mods/.
W sieci można znaleźć jeszcze kilka innych tego typu konstrukcji,
różniących się miedzy sobą głównie rodzajem zastosowanych czujników i
mikrokontrolerów oraz oprogramowaniem konfiguracyjno-testowym:
- mikrokopter: http://mikrokopter.de (ATMEGA644)
- UAVP-NG: http://ng.uavp.ch/ (ARM7 LPC2148 + ATMEGA664)
- Arduino Quadcopter: http://code.google.com/p/quaduino-ng/
Podobne projekty
Przedstawiony model quadrotora został zbudowany w oparciu o projekt
Open Source Universal Aerial Video Platform oraz jego rozwinięcie UAVX.
Szczegóły dotyczące obu rozwiązań UAVP można znaleźć pod adresami:
- projekt pierwotny: http://uavp.ch,
- rozwinięcie projektu: http://code.google.com/p/uavp-mods/.
W sieci można znaleźć jeszcze kilka innych tego typu konstrukcji,
różniących się miedzy sobą głównie rodzajem zastosowanych czujników i
mikrokontrolerów oraz oprogramowaniem konfiguracyjno-testowym:
- mikrokopter: http://mikrokopter.de (ATMEGA644)
- UAVP-NG: http://ng.uavp.ch/ (ARM7 LPC2148 + ATMEGA664)
- Arduino Quadcopter: http://code.google.com/p/quaduino-ng/
Podobne projekty
Przedstawiony model quadrotora został zbudowany w oparciu o projekt
Open Source Universal Aerial Video Platform oraz jego rozwinięcie UAVX.
Szczegóły dotyczące obu rozwiązań UAVP można znaleźć pod adresami:
- projekt pierwotny: http://uavp.ch,
- rozwinięcie projektu: http://code.google.com/p/uavp-mods/.
W sieci można znaleźć jeszcze kilka innych tego typu konstrukcji,
różniących się miedzy sobą głównie rodzajem zastosowanych czujników i
mikrokontrolerów oraz oprogramowaniem konfiguracyjno-testowym:
- mikrokopter: http://mikrokopter.de (ATMEGA644)
- UAVP-NG: http://ng.uavp.ch/ (ARM7 LPC2148 + ATMEGA664)
- Arduino Quadcopter: http://code.google.com/p/quaduino-ng/
Obszary zastosowań
Urządzenie można zastosować do monitorowania trudno dostępnych
miejsc, takich w których życie lub zdrowie człowieka może być
narażone na niebezpieczeństwo.
Monitorowanie imprez masowych w miejscach nieobjętych systemem
monitoringu przez ochronę, policję lub inne służby porządkowe.
Monitorowanie pożarów lasów, nadzorowanie wybrzeża.
Wykonywanie lotniczej dokumentacji fotograficznej z niewielkiego
pułapu np. nadzór budowlany, kontrola obiektów przemysłowych,
reklama, zdjęcia i filmy dziennikarskie oraz fotografia artystyczna.
Z niepotwierdzonych źródeł dochodzą wiadomości iż tego typu
urządzenie buło użyte do zbierania materiału dowodowego przeciwko
Andrzejowi Lepperowi.
Dziękuje za uwagę i
zapraszam do obejrzenia
krótkiego materiału wideo.
http://www.youtube.com
/watch?v=zr_uF23QESc