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DIY-Drohne: Lektion 2. Frames..

Inhalt

Einführung

Bevor Sie also mit dem Zusammenbau der Drohne beginnen, ist der erste Schritt die Auswahl eines Rahmens. Sie können es selbst ausführen oder vorgefertigte Lösungen (UAV-Rahmenbausatz) verwenden. Wie Sie vielleicht bemerkt haben, können verschiedene Arten von Rahmen und Konfigurationen verwendet werden, um UAVs mit mehreren Rotoren zu erstellen. Daher werden in diesem Abschnitt gängige oder grundlegende Arten von Rahmen, Ausführungsmaterialien sowie Designfragen behandelt.

Arten von UAV-Rahmen

Tricopter

  • Beschreibung: UAV, das drei Strahlen hat, von denen jeder mit. verbunden ist ein Motor. Der vordere Teil des Tricopters gilt als die Seite der Verbindung zweier Strahlen (Y3). Der Winkel zwischen den Balken kann variieren, beträgt jedoch typischerweise 120°. Um dem Kreiseleffekt der ungeraden Rotoranzahl entgegenzuwirken sowie den Lenkwinkel zu verändern, muss der Heckmotor drehbar sein (erreicht durch den Einbau eines konventionellen RC-Servomotors). Um die Verwendung eines Servos von der Montage auszuschließen, verwenden Sie das Y4-Design
  • Vorteile: Ungewöhnliches Aussehen der Drohne. Es erreicht die besten Flugeigenschaften beim Fliegen in Vorwärtsrichtung. Preis (erfordert weniger Motoren und Regler zum Bauen).
  • Nachteile: Asymmetrisches Design. Erfordert die Verwendung eines Servos. Schwierigkeiten bei der Ausführung des hinteren Balkens (da das Servo entlang der Achse montiert werden muss). Nicht alle Flugregler unterstützen diese Konfiguration.

Quadcopter

  • Beschreibung:"Quadcopter"-Drohne mit vier Strahlen, die jeweils mit einem Motor verbunden sind. Bei der „ X-Konfiguration-Konfiguration
  • Vorteile: Gängigstes Multi-Rotor-Design. Das einfachste und vielseitigste Design. In der Standardkonfiguration sind die Arme / Motoren um zwei Achsen symmetrisch. Alle auf dem Markt erhältlichen Flugregler können mit dieser Multi-Rotor-Baugruppe arbeiten.
  • Nachteile: Fehlende Redundanz (bei Ausfall des Systems, insbesondere in den Kraftwerkselementen, stürzt die Drohne ab).

Hexacopter

  • Beschreibung: Der Hexacopter hat sechs Balken, jeder von die mit dem Motor verbunden ist. Der vordere Teil des Hexacopters wird als Seite der Verbindung der beiden Träger betrachtet, aber der Längsträger kann auch als vorderer Teil betrachtet werden.
  • Vorteile: Das Hexacopter-Design ermöglicht bei Bedarf das einfache Hinzufügen von zwei zusätzlichen Balken und Motoren, was den Gesamtschub erhöht, wodurch die Drohne mehr Nutzlast heben kann. Bei einem Ausfall eines der Motoren ist es möglich, dass die Drohne eine weiche Landung macht und nicht abstürzt. Modulares Rahmendesign. Fast alle Flugregler unterstützen diese Konfiguration.
  • Nachteile: Sperrige und teure Konstruktion. Zusätzliche Motoren und Teile erhöhen das Gewicht des Copters, daher ist es notwendig, um die gleiche Flugdauer wie ein Quadrocopter zu erreichen, kapazitätsstärkere Batterien einzubauen.

Y6

  • Beschreibung: Bauart Y6 ist ein Hexacopter mit an der Basis nicht sechs Balken, sondern drei, von denen jeder mit einem Paar koaxial montierter Motoren (insgesamt 6 Motoren) verbunden ist. Es ist zu beachten, dass die unteren Propeller Schub nach unten projizieren.
  • Vorteile: Weniger Bauteile im Vergleich zu Hexacopter. Hebt mehr Nutzlast im Vergleich zum Quadrocopter. Bei Verwendung gegenläufiger Schrauben ist der Kreiseleffekt ausgeschlossen, wie in Y3
  • Nachteile: Teurer im Vergleich zu einem Quadrocopter, da zusätzliche Teile verwendet werden, die den Kosten des Hexacopters entsprechen. Zusätzliche Motoren und Teile erhöhen das Gewicht des Copters, was bedeutet, dass Sie für die gleiche Flugzeit wie der Quadcopter einen größeren Akku verwenden müssen. Wie die Praxis zeigt, ist der beim Y6 erzielte Schub etwas geringer als bei einem herkömmlichen Hexacopter, wahrscheinlich weil der untere Rotor den Schub des oberen Rotors beeinflusst. Nicht alle Flugregler unterstützen diese Konfiguration.

Octocopter

  • Beschreibung: Octocopter hat acht Strahlen, von denen jeder an den Motor angeschlossen. Der vordere Teil des Hexacopters wird als die Seite der Verbindung zweier Strahlen betrachtet.
  • Vorteile: Mehr Motoren = mehr Schub und damit erhöhte Redundanz, sodass die Drohne mit schweren und teuren DSLR-Kameras sicher navigieren kann.
  • Nachteile: Mehr Motoren = höherer Preis und größere Batterie. Aufgrund seiner hohen Kosten ist es nur für den professionellen Bereich relevant.

X8

  • Beschreibung: Das X8-Design ist immer noch ein Oktokopter, nur nicht mit acht, sondern mit vier Balken, die jeweils mit einem Paar koaxial montierter Motoren (insgesamt 8 Motoren) verbunden sind.
  • Vorteile: Mehr Triebwerke = mehr Schub und damit erhöhte Redundanz. Bei einem Motorausfall wird die Drohne eher sanft landen.
  • Nachteile: Mehr Motoren = höherer Preis und größere Batterie. Aufgrund seiner hohen Kosten ist es nur für den beruflichen Tätigkeitsbereich relevant.

UAV-Größe

UAVs gibt es in verschiedenen Größen, vom Nano, der kleiner ist als die Handfläche von Hand, zum größeren, der nur auf der Ladefläche eines Lastwagens transportiert werden kann. Für die meisten Benutzer, die gerade erst mit dem Drohnenhobby beginnen, liegt der optimale Größenbereich mit der größten Vielseitigkeit und dem größten Wert zwischen 350 mm und 700 mm. Die Baugröße ist der Durchmesser des größten Kreises, der jeden der Motoren durchquert. Teile für UAVs dieser Größe haben eine große Preisspanne und die größte Produktauswahl.

UAV- / Konstruktionsmaterialien

Nachfolgend sind die gängigsten Ausführungsmaterialien für die Herstellung von Rahmen für Multirotor-Drohnen aufgeführt., die Liste ist nicht vollständig. Idealerweise sollte der Rahmen steif sein und möglichst wenig Vibrationen übertragen.

Moosgummi (Foam) - als einziges Material zur Herstellung von UAV-Rahmen wird selten verwendet und in der Regel in Kombination mit einem starren Rahmen oder einer verstärkten Struktur. Kann auch für strategische Zwecke verwendet werden; als Schutz für Rotoren (Propeller), Fahrwerk, wirkt oft als Dämpfer. Moosgummi kann von weich bis relativ hart sein.

Holz - wenn die Kostengünstigkeit der Struktur im Vordergrund steht, dann ist Holz eine ausgezeichnete Option, die die Zeitpunkt der Montage und Herstellung von Ersatzteilen. Holz ist ziemlich hart und ein bewährtes Material. Es ist wichtig, dass bei der Herstellung des Rahmens vollkommen gerades Holz verwendet wird (ohne Biegung und Verformung).

Kunststoff - für die meisten Benutzer nur in Form von Kunststoffplatten erhältlich. Neigt zum Verbiegen und ist daher nicht ideal. Ideal für die Herstellung von Überrollkäfigen oder Chassis. Wenn Sie den 3D-Druck in Betracht ziehen, sollten Sie das Produktionszeitintervall berücksichtigen (es kann einfacher sein, ein UAV-Rahmenkit zu kaufen). Der 3D-Druck von Teilen hat sich für kleine Quadrocopter gut bewährt.

Aluminium - kommt in verschiedenen Formen und Größen zum Verbraucher. Sie können Aluminiumblech für den Körper oder stranggepresstes Aluminium für die Drohnenträger verwenden. Aluminium ist nicht so leicht wie Kohlefaser oder G10, aber Preis und Haltbarkeit sind die Hauptvorteile des Materials. Anstatt zu brechen oder zu reißen, neigt Aluminium dazu, sich zu verbiegen. Um mit dem Material zu arbeiten, werden nur eine Säge und ein Bohrer benötigt.

G10 (eine Glasfaserart) - obwohl das Aussehen und die Grundeigenschaften mit Kohlenstoff fast identisch sind (Kohlefaser) ist ein weniger teures Material. Es ist überwiegend im Plattenformat erhältlich und dient zur Realisierung der oberen und unteren Rahmenplatten. Auch im Gegensatz zu Kohlefaser blockiert das G10 keine HF-Wellen.

PCB (Leiterplatte - dielektrische Platte) - eigentlich ein Analogon von Fiberglas, aber im Gegensatz zu letzterem sind sie sind immer flach. Wird manchmal als obere und untere Rahmenplatte verwendet, um die Anzahl der verwendeten Teile zu reduzieren (z. B. ist häufig eine Stromverteilerplatine in die Bodenplatte eingebaut). Frames NanoLeiterplatte

Kohlefaser ist aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Festigkeit das begehrteste Material. Der Herstellungsprozess ist nach wie vor ausschließlich manuell. In der Regel werden einfache Formen in Massenproduktion hergestellt, wie flache Bleche, rohrförmige Bauteile; die Ausführung komplexer dreidimensionaler Formen erfolgt auftragsbezogen.

Zusätzliche Überlegungen

  • Gimbal - wird am häufigsten zur Stabilisierung der Kamera verwendet (FPV / Luftaufnahmen). In der Regel wird er entsprechend dem Schwerpunkt des UAV unter dem Rahmen montiert. Kann direkt am Rahmen oder mittels Schienen befestigt werden. Zur Bildstabilisierung wird empfohlen, zwei- oder dreiachsige Gimbals zu verwenden. Erfordert eine Verlängerung der Landebeine.

  • Nutzlast (Transport) - im Amateurbereich so etwas wie Luxus, also wie Jedes zusätzliche Gewicht reduziert nicht nur die Flugzeit, sondern führt auch zur Ablehnung der Verwendung zusätzlicher Elemente, die der Drohne Schlüsselfunktionen hinzufügen könnten. Bei der Konstruktion sollte darauf geachtet werden, dass der Transportkoffer so leicht wie möglich und gleichzeitig stabil sein sollte und die Ladung selbst starr befestigt werden sollte, um jegliche Bewegungen während des Fluges auszuschließen.

  • Landefüße - trotz der Tatsache, dass einige UAVs direkt auf dem Rahmen landen (normalerweise sind ausgeschlossen, um das Gewicht zu reduzieren), die Verwendung von Landestützen in der Konstruktion schafft eine Lücke zwischen dem unteren Teil des UAV und einer unebenen Oberfläche, und auch im Falle einer harten Landung erleiden sie einen Schlag, was die Einsparungschancen erhöht so wichtige Elemente der Drohne wie Kamera, Aufhängung, Akku und Rahmen.

  • Installation - obwohl das Design und die Herstellung einer Drohne viel einfacher ist als B. eines konventionellen Hubschraubers, sollte die Position jedes Elements gleich zu Beginn des Konstruktionsprozesses berücksichtigt werden.

Allgemeine Montagehinweise:

  1. Bei der Neukonstruktion eines Rahmens ist auf die exakte Position der vier Befestigungslöcher zu achten, durch die die Motoren sind am Rahmen befestigt...
  2. Die meisten Motoren für Rahmen von 400 mm bis 600 mm haben das gleiche Befestigungslochmuster, wodurch ein Rahmen eines Herstellers und Motoren eines anderen verwendet werden können.
  3. Die Anordnung aller zusätzlichen Komponenten sollte idealerweise um eine Achse symmetrisch sein, was später die Suche und Einstellung des Massenschwerpunkts der Drohne erleichtert.
  4. Idealerweise sollte sich der Flugregler im Mittelpunkt des Kreises (und damit im Massenmittelpunkt) befinden, der alle Motoren verbindet.
  5. Der Flugregler wird normalerweise mit Streben, Gummidämpfern oder doppelseitigem Klebeband am Rahmen befestigt.
  6. Viele Hersteller verwenden das gleiche Befestigungslochbild für den Flugregler (zB 35mm oder 45mm Vierkant), aber es gibt keinen aktuellen „Industriestandard“.
  7. Der Akku ist schwer genug, und wenn sich der Massenschwerpunkt Ihrer Baugruppe etwas verschoben hat, können Sie ihn durch leichtes Verschieben des Akkus justieren.
  8. Achten Sie darauf, dass die Akkuhalterung ein wenig spielt, aber gleichzeitig darauf achten, dass der Akku sicher in Position gehalten wird.
  9. Klettbänder werden oft verwendet, um Batterien zu sichern, es ist jedoch eine gute Idee, doppelseitiges Klebeband zwischen Batterie und Rahmen anzubringen.

Richtlinien

Schritt 1: Sehen Sie, welche Materialien und Werkzeuge für deren Verarbeitung Ihnen zur Verfügung stehen.

  • Wenn Ihr Arsenal nicht ausreicht, um einen benutzerdefinierten Rahmen zu implementieren, oder Sie einfach nur einen professionellen Rahmen möchten, sollten Sie einen UAV-Rahmensatz kaufen.
  • Selbst wenn der Rahmen mit den richtigen Werkzeugen und Grundmaterialien hergestellt wird, kann er dennoch strukturelle Schwächen aufweisen, die zu übermäßigen Vibrationen oder Verschiebungen führen. Der Herstellungsprozess erfordert ein scharfes Auge und Erfahrung.
  • Wenn Sie den Rahmen selbst herstellen, denken Sie über die Befestigung aller notwendigen Elemente der Drohne nach; Motoren, Elektronik usw.

Schritt 2: Listen Sie alle zusätzlichen (Zubehör-)Teile auf, die Sie in die Baugruppe aufnehmen möchten.

  • Это могут быть одно-, двух-, либо трех осевой подвес для камеры, парашют, бортовой мини компьютер, полезная нагрузка, дальнобойная электроника (как правило утяжеляет и увеличивает сборку), плавучие средства usw.
  • Die resultierende Liste der Zusatz- / Hilfsteile wird eine Vorstellung von den Abmessungen der Drohne geben und die Gesamtmasse berechnen.

Schritt 3: Denken Sie über die geschätzte Rahmengröße nach.

  • Ein großer Rahmen ist nicht unbedingt ein großes Potenzial für eine Drohne, und ein kleinerer Rahmen macht die Montage möglicherweise nicht billiger.
  • Eine Drohne auf einem 400 - 600 mm Rahmen wird für Anfänger empfohlen.

Schritt 4: Entwerfen, bauen und testen Sie den Rahmen.

  • Wenn Sie das UAV-Rahmenkit gekauft haben, müssen Sie sich in Bezug auf Festigkeit, Steifigkeit und Konstruktion keine Sorgen machen.
  • Wenn Sie sich entscheiden, einen Rahmen von Grund auf neu zu entwerfen und zu bauen
  • Ziehen Sie die Verwendung einer speziellen Modellierungssoftware (viele sind kostenlos, wie z. B. Google Sketchup) in Betracht, um den Rahmen zu entwerfen und sicherzustellen, dass die Abmessungen korrekt sind.

Jetzt haben Sie den Rahmen und können mit der nächsten Lektion fortfahren.

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