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Drone DIY: Lição 2. Molduras..

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Introdução

Portanto, antes de começar a montar o drone, o primeiro passo é escolher uma moldura. Você pode executá-lo sozinho ou usar soluções prontas (kit de quadro UAV). Como você deve ter notado, diferentes tipos de estruturas e configurações podem ser usados ​​para criar UAVs com vários rotores. Portanto, nesta seção consideraremos os tipos comuns ou básicos de estruturas, materiais de execução, bem como questões relacionadas ao design.

Tipos de quadros de UAV

Tricopter

  • Descrição: UAV, que tem três feixes, cada um dos quais está conectado a um motor. A parte frontal do tricóptero é considerada o lado da junção de dois feixes (Y3). O ângulo entre os feixes pode variar, mas normalmente é de 120 °. Para neutralizar o efeito giroscópico do número ímpar de rotores, bem como para alterar o ângulo de direção, o motor traseiro deve ser capaz de girar (conseguido instalando um servo motor RC convencional). Para excluir o uso de um servo da montagem, use o projeto Y4
  • Vantagens: Aparência incomum do drone. Ele atinge as melhores características de vôo ao voar para a frente. Preço (requer menos motores e ESCs para construir).
  • Desvantagens: Projeto assimétrico. Requer o uso de um servo. Dificuldade na execução da viga traseira (já que o servo deve ser montado ao longo do eixo). Nem todos os controladores de vôo suportam esta configuração.

Quadcopter

  • Descrição: Drone "Quadcopter" que tem quatro feixes, cada um dos quais está conectado a um motor. Para a "configuração X
  • Vantagens: Projeto multi-rotor mais comum. O design mais simples e versátil. Na configuração padrão, os braços / motores são simétricos em relação a dois eixos. Todos os controladores de vôo disponíveis no mercado podem trabalhar com este conjunto multi-rotor.
  • Desvantagens: Falta de redundância (se o sistema falhar, especialmente nos elementos da usina, o drone cai).

Hexacopter

  • Descrição: O Hexacopter tem seis feixes, cada um dos que está conectado ao motor. A parte frontal do hexacóptero é considerada o lado da junção das duas vigas, mas a viga longitudinal também pode ser considerada a frente.
  • Vantagens: Se necessário, o projeto do hexacóptero permite a fácil adição de dois feixes e motores adicionais, o que aumentará o empuxo total, como resultado do drone pode levantar mais carga útil. Em caso de falha de um dos motores, é possível que o drone consiga fazer um pouso suave e não bater. Projeto de estrutura modular. Quase todos os controladores de vôo suportam esta configuração.
  • Desvantagens: Construção volumosa e cara. Motores e peças adicionais aumentam o peso do helicóptero, portanto, para obter a mesma duração de vôo de um quadrocóptero, é necessário instalar baterias mais espaçosas.

Y6

  • Descrição: A construção Y6 é um tipo de hexacóptero com na base, não seis feixes, mas três, cada um dos quais conectado a um par de motores montados coaxialmente (um total de 6 motores). Deve-se notar que as hélices inferiores projetam o empuxo para baixo.
  • Vantagens: Menos componentes em comparação com o hexacóptero. Levanta mais carga útil em comparação com o quadricóptero. Ao usar parafusos contra-rotativos, o efeito giroscópico é excluído, como em Y3
  • Desvantagens: Mais caro em comparação com um quadrocóptero devido ao uso de peças adicionais que são equivalentes em custo às peças do hexacóptero. Motores e peças adicionais aumentam o peso do drone, o que significa que, para obter o mesmo tempo de vôo do drone, você precisará usar uma bateria maior. Como mostra a prática, o empuxo obtido no Y6 é ligeiramente inferior ao de um hexacóptero convencional, provavelmente porque o rotor inferior afeta o empuxo do rotor superior. Nem todos os controladores de vôo suportam esta configuração.

Octocopter

  • Descrição: Octocopter tem oito feixes, cada um dos quais conectado ao motor. A parte frontal do hexacóptero é considerada o lado da junção de dois feixes.
  • Vantagens: Mais motores = mais impulso e, portanto, maior redundância, permitindo que o drone navegue com confiança com câmeras DSLR pesadas e caras.
  • Desvantagens: Mais motores = preço mais alto e bateria maior. Devido ao seu alto custo, é relevante apenas para o âmbito profissional.

X8

  • Descrição: O design X8 ainda é um octocóptero, apenas não com oito, mas com quatro feixes, cada um dos quais conectado a um par de motores montados coaxialmente (um total de 8 motores).
  • Vantagens: Mais motores = mais empuxo e, portanto, redundância aumentada. Mais probabilidade de pousar suavemente o drone no caso de uma falha do motor.
  • Desvantagens: Mais motores = preço mais alto e bateria maior. Devido ao seu alto custo, é relevante apenas para o campo de atividade profissional.

Tamanho do UAV

Os UAVs vêm em uma variedade de tamanhos, desde o Nano, que é menor que a palma da mão da sua mão, para a maior, que só pode ser transportada na carroceria de um caminhão. Para a maioria dos usuários que estão apenas começando com o hobby de drones, a faixa de tamanho ideal que oferece maior versatilidade e valor está entre 350 mm e 700 mm. O tamanho do quadro é o diâmetro do maior círculo que cruza cada um dos motores. As peças para UAVs desse tamanho têm uma ampla gama de preços e a maior seleção de produtos disponíveis.

Materiais de UAV / Construção

Abaixo estão os materiais de execução mais comuns usados ​​para a fabricação de quadros para drones multi-rotor, respectivamente, a lista não está completa. Idealmente, a estrutura deve ser rígida com a menor transmissão possível de vibração.

Borracha de espuma (espuma) - como o único material para a fabricação de armações de UAV raramente é usado e, como regra, em combinação com uma estrutura rígida ou reforçada. Também pode ser usado para fins estratégicos; como proteção de rotores (hélices), chassis, muitas vezes atua como um amortecedor. A borracha de espuma pode ser de diferentes tipos, de macia a relativamente dura.

Madeira - se a prioridade é o baixo custo da estrutura, então a madeira é uma excelente opção que irá reduzir significativamente o tempo de montagem e fabricação de peças sobressalentes. A madeira é bastante dura e um material testado pelo tempo. É importante que a madeira perfeitamente reta seja usada na fabricação da moldura (sem dobras e deformações).

Plástico - disponível para a maioria dos usuários apenas na forma de folhas de plástico. Tende a dobrar e, como tal, não é ideal. Ótimo para fazer gaiolas ou chassis. Se você está considerando a impressão 3D, deve considerar o intervalo de tempo de produção (pode ser mais fácil comprar um kit de quadro de UAV). A impressão 3D de peças funcionou bem para pequenos quadricópteros.

Alumínio - chega ao consumidor em várias formas e tamanhos. Você pode usar folha de alumínio para o corpo ou alumínio extrudado para as vigas do drone. O alumínio não é tão leve quanto a fibra de carbono ou G10, mas o preço e a durabilidade são as principais vantagens do material. Em vez de quebrar ou rachar, o alumínio tende a dobrar. Para trabalhar com o material, apenas uma serra e uma broca são necessárias.

G10 (um tipo de fibra de vidro) - apesar do fato de que a aparência e as propriedades básicas são quase idênticas às do carbono (fibra de carbono) é um material menos caro. Ele está disponível principalmente em formato de folha e é usado para realizar as placas superior e inferior do quadro. Também ao contrário da fibra de carbono, o G10 não bloqueia as ondas de RF.

PCB (placa de circuito impresso - placa dielétrica) - na verdade um análogo da fibra de vidro, mas ao contrário do último, eles são sempre planos. Às vezes usado como placas de estrutura superior e inferior para reduzir o número de peças usadas (por exemplo, um quadro de distribuição de energia é frequentemente embutido no painel inferior). Quadros nanoplaca de circuito impresso

A fibra de carbono é o material mais procurado devido ao seu peso leve e alta resistência. O processo de fabricação ainda é totalmente manual. Como regra, as formas simples são produzidas em massa, como folhas planas, componentes tubulares; a execução de formas tridimensionais complexas é realizada por encomenda.

Considerações adicionais

  • Gimbal - mais frequentemente usado para estabilizar a câmera (FPV / Fotografia aérea). Via de regra, ele é instalado sob a estrutura de acordo com o centro de gravidade do UAV. Pode ser fixado diretamente na estrutura ou por meio de trilhos. Para estabilização de imagem, é recomendado o uso de cardan de dois ou três eixos. Requer um aumento no comprimento das pernas de aterrissagem.

  • Carga útil (transporte) - na esfera do amador é um luxo, então como qualquer peso adicional não apenas reduz o tempo de voo, mas também leva à rejeição do uso de elementos adicionais que poderiam adicionar funções-chave ao drone. Ao projetar, deve ser entendido que a caixa de transporte deve ser o mais leve possível e ao mesmo tempo resistente, e a própria carga deve ser rigidamente fixada, excluindo qualquer movimento em voo.

  • Pés de aterrissagem - apesar do fato de que alguns UAVs pousam diretamente no quadro (geralmente são excluídos para reduzir o peso), o uso de apoios de pouso no projeto proporcionará um vão entre a parte inferior do UAV e uma superfície irregular, e também em caso de pouso forçado, eles levam um golpe, aumentando as chances de salvamento elementos tão importantes do drone como a câmera, suspensão, bateria e quadro.

  • Instalação - apesar do fato de que o projeto e fabricação de um drone é muito mais fácil do que um helicóptero convencional, a localização de cada elemento deve ser considerada no início do processo de design.

Diretrizes gerais de instalação:

  1. Ao criar uma estrutura a partir do zero, é importante garantir a posição exata dos quatro orifícios de montagem através dos quais os motores são fixados ao quadro...
  2. A maioria dos motores para carcaças de 400 mm a 600 mm tem o mesmo padrão de orifício de montagem, o que permite que uma carcaça de um fabricante seja usada e motores de outro.
  3. A localização de todos os componentes adicionais deve ser idealmente simétrica em torno de um eixo, o que mais tarde ajudará a facilitar a busca e o ajuste do centro de massa do drone.
  4. Idealmente, o controlador de vôo deve estar localizado no centro do círculo (e, como tal, no centro de massa) conectando todos os motores.
  5. O controlador de vôo é geralmente preso à estrutura usando suportes, amortecedores de borracha ou fita dupla-face.
  6. Muitos fabricantes usam o mesmo padrão de orifício de montagem para o controlador de vôo (por exemplo, 35 mm ou 45 mm quadrados), mas não existe um "padrão da indústria" atual.
  7. A bateria é suficientemente pesada, e se o centro de massa do seu conjunto se moveu um pouco, você pode ajustá-lo movendo ligeiramente a bateria.
  8. Certifique-se de que a montagem da bateria toque um pouco, mas, ao mesmo tempo, certifique-se de que a bateria está bem fixada no lugar.
  9. As tiras de velcro costumam ser usadas para prender as baterias; no entanto, é uma boa ideia adicionar fita dupla-face entre a bateria e a estrutura.

Diretrizes

Etapa 1: Veja quais materiais e ferramentas para seu processamento estão disponíveis à sua disposição.

  • Se o seu arsenal não for suficiente para implementar um quadro personalizado, ou se você quiser apenas um quadro profissional, considere comprar um kit de quadro UAV.
  • Mesmo que a estrutura seja feita com as ferramentas e materiais básicos corretos, ela ainda pode apresentar fragilidades estruturais que causam vibração ou deslocamento excessivo. O processo de fabricação requer uma visão aguçada e experiência.
  • Ao fazer você mesmo a moldura, pense na fixação de todos os elementos necessários do drone; motores, eletrônicos, etc.

Etapa 2: Liste todas as peças (acessórios) adicionais que você planeja incluir na montagem.

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  • Pode ser um gimbal de um, dois ou três eixos para uma câmera, um paraquedas, um minicomputador de bordo, uma carga útil, eletrônicos de longo alcance (via de regra, torna a montagem mais pesada e maior), equipamentos flutuantes etc.
  • A lista resultante de peças adicionais / auxiliares dará uma idéia das dimensões do drone e calculará a massa total.

Etapa 3: Pense no tamanho estimado do quadro.

  • Um quadro grande não é necessariamente um grande potencial para um drone, e um quadro menor pode não tornar a montagem mais barata.
  • Um drone construído em uma estrutura de 400 - 600 mm é recomendado para iniciantes.

Etapa 4: Projetar, construir e testar a estrutura.

  • Se você comprou o kit de estrutura de UAV, não precisa se preocupar em termos de resistência, rigidez e construção.
  • Se você decidir projetar e construir uma estrutura do zero, será importante verificar sua resistência, peso e certificar-se de que a estrutura pode suportar vibrações (flexão mínima).
  • Considere o uso de software de modelagem especializado (muitos são gratuitos, como o Google Sketchup) para projetar a estrutura e certifique-se de que as dimensões estão corretas.

Agora você tem o quadro e pode passar para a próxima lição.

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