Drone fai da te: Lezione 2. Cornici..

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Introduzione

Quindi, prima di iniziare ad assemblare il tuo drone, il primo passo è scegliere una cornice. Puoi eseguirlo tu stesso o utilizzare soluzioni già pronte (kit telaio UAV). Come avrai notato, diversi tipi di frame e configurazioni possono essere utilizzati per creare UAV multi-rotore. Pertanto, in questa sezione considereremo i tipi comuni o di base di telai, i materiali di esecuzione, nonché le questioni relative alla progettazione.

Tipi di telai UAV

Tricotteri

  • Descrizione: UAV, che ha tre raggi, ciascuno dei quali è collegato a un motore. La parte anteriore del tricottero è considerata il lato della giunzione di due travi (Y3). L'angolo tra i raggi può variare, ma è tipicamente di 120°. Per contrastare l'effetto giroscopico del numero dispari di rotori, nonché per modificare l'angolo di sterzata, il motore posteriore deve poter ruotare (ottenibile installando un servomotore RC convenzionale). Per escludere l'uso di un servo dall'assieme, utilizzare il design Y4
  • Vantaggi: Aspetto insolito del drone. Raggiunge le migliori caratteristiche di volo quando si vola in avanti. Prezzo (richiede meno motori ed ESC per la costruzione).
  • Svantaggi: Design asimmetrico. Richiede l'uso di un servo. Difficoltà nell'esecuzione della trave posteriore (dato che il servo deve essere montato lungo l'asse). Non tutti i controllori di volo supportano questa configurazione.

Quadrirotore

  • Descrizione: Drone "Quadcopter" a quattro raggi, ognuno dei quali è collegato a un motore. Per la "configurazione X
  • Vantaggi: Design multirotore più comune. Il design più semplice e versatile. Nella configurazione standard i bracci/motori sono simmetrici su due assi. Tutti i controllori di volo disponibili sul mercato possono funzionare con questo gruppo multirotore.
  • Svantaggi: Mancanza di ridondanza (se il sistema si guasta, soprattutto negli elementi della centrale, il drone cade).

Esacottero

  • Descrizione: L'Esacottero ha sei raggi, ciascuno di che è collegato al motore. La parte anteriore dell'esacottero è considerata il lato della giunzione delle due travi, ma anche la trave longitudinale può essere considerata come la parte anteriore.
  • Vantaggi: Se necessario, il design dell'esacottero consente la facile aggiunta di due travi e motori aggiuntivi, che aumenteranno la spinta totale, di conseguenza il drone può sollevare più carico utile. In caso di guasto di uno dei motori, è possibile che il drone riesca ad effettuare un atterraggio morbido e non a schiantarsi. Design del telaio modulare. Quasi tutti i controllori di volo supportano questa configurazione.
  • Svantaggi: Costruzione ingombrante e costosa. Motori e parti aggiuntivi aumentano il peso dell'elicottero, quindi, per ottenere la stessa durata di volo di un quadricottero, è necessario installare batterie più capienti.

Y6

  • Descrizione: La costruzione Y6 è un tipo di esacottero con alla base, non sei travi, ma tre, ciascuna delle quali è collegata a una coppia di motori montati coassialmente (per un totale di 6 motori). Va notato che le eliche inferiori proiettano una spinta verso il basso.
  • Vantaggi: Meno componenti rispetto all'esacottero. Solleva più carico utile rispetto al quadricottero. Quando si utilizzano viti controrotanti, l'effetto giroscopico è escluso, come in Y3
  • Svantaggi: Più costoso rispetto a un quadricottero a causa dell'uso di parti aggiuntive che hanno un costo equivalente alle parti dell'esacottero. Motori e parti aggiuntivi aumentano il peso dell'elicottero, il che significa che per ottenere lo stesso tempo di volo del quadricottero, sarà necessario utilizzare una batteria più grande. Come dimostra la pratica, la spinta ottenuta sull'Y6 è leggermente inferiore a quella di un esacottero convenzionale, probabilmente perché il rotore inferiore influisce sulla spinta del rotore superiore. Non tutti i controllori di volo supportano questa configurazione.

Octocopter

  • Descrizione: Octocopter ha otto raggi, ognuno dei quali collegato al motore. La parte anteriore dell'esacottero è considerata il lato della giunzione di due raggi.
  • Vantaggi: Più motori = più spinta, e quindi maggiore ridondanza, consentendo al drone di navigare con sicurezza con fotocamere DSLR pesanti e costose.
  • Svantaggi: Più motori = prezzo più alto e batteria più grande. A causa del suo costo elevato, è rilevante solo per la sfera professionale.

X8

  • Descrizione: Il design X8 è ancora un ottocottero, solo non con otto, ma con quattro raggi, ciascuno dei quali è collegato a una coppia di motori montati coassialmente (per un totale di 8 motori).
  • Vantaggi: Più motori = più spinta, e quindi maggiore ridondanza. È più probabile che faccia atterrare delicatamente il drone in caso di guasto del motore.
  • Svantaggi: Più motori = prezzo più alto e batteria più grande. A causa del suo costo elevato, è rilevante solo per il campo di attività professionale.

Dimensioni UAV

Gli UAV sono disponibili in una varietà di dimensioni, dal Nano, che è più piccolo del palmo della tua mano, a quella più grande, che può essere trasportata solo sul retro di un camion. Per la maggior parte degli utenti che hanno appena iniziato con l'hobby dei droni, la gamma di dimensioni ottimali che offre la massima versatilità e valore è compresa tra 350 mm e 700 mm. La dimensione del telaio è il diametro del cerchio più grande che attraversa ciascuno dei motori. Le parti per UAV di queste dimensioni hanno un'ampia gamma di prezzi e la più ampia selezione di prodotti disponibili.

Materiali di UAV / Costruzione

Di seguito sono riportati i materiali di esecuzione più comuni utilizzati per la fabbricazione di telai per droni multirotore, rispettivamente, l'elenco non è completo. Idealmente, il telaio dovrebbe essere rigido con la minima trasmissione possibile di vibrazioni.

Gomma espansa (Foam) - poiché l'unico materiale per la fabbricazione di telai per UAV è usato raramente e, di regola, in combinazione con un telaio rigido o una struttura rinforzata. Può essere utilizzato anche per scopi strategici; come protezione dei rotori (eliche), del telaio, spesso funge da ammortizzatore. La gommapiuma può essere di diversi tipi, da morbida a relativamente dura.

Legno - se la priorità è l'economicità della struttura, allora il legno è un'ottima opzione che ridurrà significativamente il tempi di assemblaggio e fabbricazione dei pezzi di ricambio. Il legno è abbastanza duro ed è un materiale testato nel tempo. È importante che nella fabbricazione del telaio venga utilizzato legno perfettamente diritto (senza piegature e deformazioni).

Plastica - disponibile per la maggior parte degli utenti solo sotto forma di fogli di plastica. Tende a piegarsi e come tale non è l'ideale. Ottimo per realizzare roll-bar o chassis. Se stai considerando la stampa 3D, dovresti considerare l'intervallo di tempo di produzione (potrebbe essere più facile acquistare un kit telaio UAV). La stampa 3D delle parti ha funzionato bene per i piccoli quadricotteri.

Alluminio - arriva al consumatore in varie forme e dimensioni. Puoi usare lamiere di alluminio per il corpo o alluminio estruso per le travi del drone. L'alluminio non è leggero come la fibra di carbonio o il G10, ma il prezzo e la durata sono i principali vantaggi del materiale. Invece di rompersi o rompersi, l'alluminio tende a piegarsi. Per lavorare con il materiale sono necessari solo una sega e un trapano.

G10 (un tipo di fibra di vetro) - nonostante il fatto che l'aspetto e le proprietà di base siano quasi identiche al carbonio (fibra di carbonio) è un materiale meno costoso. È disponibile principalmente in formato lamiera e viene utilizzato per realizzare le piastre telaio superiore ed inferiore. Inoltre, a differenza della fibra di carbonio, il G10 non blocca le onde RF.

PCB (circuito stampato - piastra dielettrica) - in realtà un analogo della fibra di vetro, ma a differenza di quest'ultimo, essi sono sempre piatte. A volte utilizzato come piastre del telaio superiore e inferiore per ridurre il numero di parti utilizzate (ad esempio, una scheda di distribuzione dell'alimentazione è spesso incorporata nel pannello inferiore). I frame nanoscheda a circuito stampato

La fibra di carbonio è il materiale più ricercato grazie alla sua leggerezza e all'elevata resistenza. Il processo di fabbricazione è ancora interamente manuale. Di norma, vengono prodotte in serie forme semplici, come lastre piane, componenti tubolari; l'esecuzione di forme tridimensionali complesse viene eseguita su ordinazione.

Considerazioni aggiuntive

  • Gimbal - più spesso utilizzato per stabilizzare la fotocamera (FPV / Fotografia aerea). Di norma, viene installato sotto il telaio in base al baricentro dell'UAV. Può essere fissato direttamente al telaio o tramite binari. Per la stabilizzazione dell'immagine, si consiglia di utilizzare gimbal a due o tre assi. Richiede un aumento della lunghezza delle gambe di atterraggio.

  • Payload (trasporto) - nella sfera amatoriale è una specie di lusso, quindi come qualsiasi peso aggiuntivo non solo riduce il tempo di volo, ma porta anche al rifiuto dell'uso di elementi aggiuntivi che potrebbero aggiungere funzioni chiave al drone. Durante la progettazione, dovrebbe essere chiaro che la valigia di trasporto dovrebbe essere il più leggera possibile e allo stesso tempo resistente e il carico stesso dovrebbe essere fissato rigidamente, escludendo qualsiasi movimento in volo.

  • Piedi di atterraggio - nonostante il fatto che alcuni UAV atterrino direttamente sul telaio (di solito sono escluso per ridurre il peso), l'uso di supporti di atterraggio nella progettazione fornirà uno spazio tra la parte inferiore dell'UAV e una superficie irregolare, e anche in caso di atterraggio duro, subiscono un colpo, aumentando le possibilità di risparmio elementi così importanti del drone come la fotocamera, le sospensioni, la batteria e il telaio.

  • Installazione - nonostante il fatto che la progettazione e la fabbricazione di un drone sia molto più facile che un elicottero convenzionale, la posizione di ciascun elemento dovrebbe essere considerata all'inizio del processo di progettazione.

Linee guida generali per l'installazione:

  1. Quando si crea un telaio da zero, è importante garantire l'esatta posizione dei quattro fori di montaggio attraverso i quali i motori sono fissati al telaio...
  2. La maggior parte dei motori per telai da 400 mm a 600 mm ha lo stesso schema di fori di montaggio, che consente di utilizzare un telaio di un produttore e motori di un altro.
  3. La posizione di tutti i componenti aggiuntivi dovrebbe idealmente essere simmetrica rispetto a un asse, il che in seguito aiuterà a facilitare la ricerca e la regolazione del centro di massa del drone.
  4. Idealmente, il controllore di volo dovrebbe essere posizionato al centro del cerchio (e come tale nel centro di massa) che collega tutti i motori.
  5. Il controllore di volo è solitamente fissato al telaio mediante montanti, ammortizzatori in gomma o nastro biadesivo.
  6. Molti produttori utilizzano lo stesso schema di fori di montaggio per il controller di volo (ad es. 35 mm o 45 mm quadrati), ma non esiste uno "standard industriale" attuale.
  7. La batteria è sufficientemente pesante e se il baricentro del tuo assieme si è leggermente spostato, puoi regolarlo spostando leggermente la batteria.
  8. Assicurarsi che il supporto della batteria giochi un po', ma allo stesso tempo assicura che la batteria sia tenuta saldamente in posizione.
  9. Le cinghie in velcro sono spesso utilizzate per fissare le batterie, tuttavia è una buona idea aggiungere del nastro biadesivo tra la batteria e il telaio.

Linee guida

Fase 1: Guarda quali materiali e strumenti per la loro lavorazione sono disponibili a tua disposizione.

  • Se il tuo arsenale non è sufficiente per implementare un telaio personalizzato, o desideri solo un telaio professionale, considera l'acquisto di un kit telaio UAV.
  • Anche se il telaio è realizzato utilizzando gli strumenti ei materiali di base corretti, può comunque presentare debolezze strutturali che causano vibrazioni o spostamenti eccessivi. Il processo di produzione richiede una vista acuta ed esperienza.
  • Quando fai tu stesso il telaio, pensa al fissaggio di tutti gli elementi necessari del bordone; motori, elettronica, ecc.

Passaggio 2: elencare eventuali parti aggiuntive (accessori) che si prevede di includere nell'assieme.

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  • Può essere un gimbal a uno, due o tre assi per una fotocamera, un paracadute, un mini computer di bordo, un carico utile, elettronica a lungo raggio (di norma rende l'assemblaggio più pesante e più grande), attrezzature galleggianti ecc.
  • L'elenco risultante di parti aggiuntive/ausiliari darà un'idea delle dimensioni del drone e calcolerà la massa totale.

Passaggio 3: pensa alla dimensione stimata del fotogramma.

  • Un telaio grande non è necessariamente un grande potenziale per un drone, e un telaio più piccolo potrebbe non rendere il montaggio più economico.
  • Per i principianti è consigliato un drone costruito su un telaio da 400 - 600 mm.

Fase 4: progettare, costruire e testare il telaio.

  • Se hai acquistato il kit telaio UAV, non hai nulla di cui preoccuparti in termini di resistenza, rigidità e costruzione.
  • Se si decide di progettare e costruire un telaio da zero, sarà importante verificarne la resistenza, il peso e assicurarsi che la struttura possa resistere alle vibrazioni (flessione minima).
  • Prendi in considerazione l'utilizzo di software di modellazione specializzato (molti sono gratuiti, come Google Sketchup) per progettare la cornice e assicurarti che le dimensioni siano corrette.

Ora hai una cornice e puoi passare alla lezione successiva.

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