Circuit de drone quadricoptère le plus simple

Dans cet article, nous discuterons des bases de l'assemblage du corps d'un quadricoptère à l'aide de tuyaux et de boulons en aluminium.Dans les sections ultérieures de l'article, nous discuterons également d'un circuit de drone simple qui pourrait être utilisé pour piloter un petit assemblage de drone sans dépendre de microcontrôleurs complexes.

Un quadricoptère est peut-être la machine volante la plus simple nécessitant un minimum de précision aérodynamique et de complications, et ce n'est donc pas une surprise, il pourrait gagner une immense popularité parmi les différents amateurs qui pourraient réussir à construire cela ... une machine qu'ils pourraient réellement voler et contrôler à leur guise.

La dynamique des quadricoptères

Le fait qu'un drone quadricoptère soit le plus simple en termes de technicité et de dynamique est en fait dû à l'implication de 4 hélices et d'une structure de châssis équilibrée, qui permettent à la machine de voler avec un équilibre relativement bon, même dans des conditions climatiques difficiles.

Mais la simplicité implique également que le système pourrait ne pas être aussi efficace que les modèles d'avion et de chopper conventionnels qui sont étroitement conçus pour présenter une efficacité extrême en termes de vitesse et de consommation de carburant, et bien sûr la capacité de charge ... tous ces éléments pourraient être essentiellement manque d'un système quadricoptère typique.

Néanmoins, en ce qui concerne un projet de loisir, cette machine devient le choix idéal pour la plupart des passionnés qui trouvent très amusant et intriguant de construire leur propre machine volante, à la maison, qui finalement `` écoute '' et vole dans n'importe quelle direction. l'utilisateur préfère qu'il se déplace.

Cependant, pour un nouveau joueur, qui peut être techniquement pas aussi informé, peut trouver même cette simple machine extrêmement compliquée à comprendre, simplement parce que la plupart des informations connexes présentées sur les nombreux sites Web ne parviennent pas à discuter du concept de manière lucide et dans un `` langage '' qui pourrait convenir à un profane.

Cet article a été spécialement écrit pour les gens pas si techniques qui sont intéressés à construire une magnifique machine volante mais qui trouvent le sujet trop difficile à digérer.

Pourquoi les quadricoptères sont si faciles à construire aujourd'hui

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les quadricoptères et les drones sont si faciles à construire dans le monde d'aujourd'hui et était peut-être impossible auparavant avec l'électricité?

C'est essentiellement à cause du développement et de l'amélioration des batteries Li-Ion. Il s'agit de batteries extrêmement efficaces disponibles aujourd'hui qui offrent un rapport puissance / poids impressionnant. Parallèlement à cela, l'invention des moteurs BLDC et des moteurs à aimants permanents hautement raffinés a également contribué à rendre les drones facilement constructibles.

La batterie Li-Ion est capable de fournir une quantité impressionnante de couple de rotation sur les moteurs, ce qui devient suffisant pour pousser l'unité quadricoptère à une altitude élevée au-dessus du sol en quelques secondes, et lui permet également de rester en suspension dans l'air pendant une longue durée. la performance très efficace et utile.

Comment vole le quadricoptère

Maintenant, sautons dans le bon sens et comprenons quelles sont les choses essentielles nécessaires pour faire voler un quadcopter avec succès. Voici les bases pour réussir à faire voler la machine en douceur:

1) Fondamentalement, la machine nécessite un corps ferme et solide, mais extrêmement léger. Cela pourrait être fabriqué ou assemblé en utilisant des tubes d'extrusion en aluminium carrés creux, en perçant de manière appropriée des trous et en fixant le cadre avec des écrous et des boulons.

2) La structure doit avoir la forme d'un «+» parfait ou d'un «x» parfait, cela ne fait pas de différence tant que l'angle entre les tuyaux «croisés» est à 90 degrés chacun.

Les éléments de base nécessaires à la construction d'un quadcopter peuvent être vus dans l'image suivante:

Simulation d'assemblage de pièces

La simulation animée approximative ci-dessous montre comment assembler les éléments ci-dessus:

Comment construire un cadre Quadcopter

L'aluminium pour le cadre `` + '' peut être obtenu en coupant et en dimensionnant de manière appropriée les tubes d'extrusion en aluminium prêts à l'emploi, comme indiqué ci-dessous:

La taille du châssis est relative et n'est donc pas cruciale, vous pouvez construire un châssis large avec les moteurs largement espacés ou construire une structure de châssis plutôt compacte où les moteurs ne sont pas trop écartés ... bien qu'il faut s'assurer que le les hélices sont bien éloignées les unes des autres pour permettre un meilleur équilibre et un meilleur équilibre.

3) La structure du cadre «+» doit être équipée d'une plate-forme carrée à la section centrale où les bras du cadre se rencontrent et se croisent. Il peut s'agir simplement d'une plaque d'aluminium bien polie, dimensionnée de manière appropriée pour accueillir confortablement toute l'électronique et le câblage nécessaires.

Ainsi, cette plaque centrale ou la plate-forme est fondamentalement nécessaire pour installer et loger l'électronique du système qui serait finalement responsable du contrôle de votre quadcoptère.

4) Une fois le cadre ci-dessus terminé, les moteurs doivent être fixés aux extrémités des barres transversales, comme indiqué dans les figures ci-dessus.

5) Inutile de dire que tout le travail de montage doit être effectué avec la plus grande précision et un alignement parfait, cela peut nécessiter l'association d'un fabricant expérimenté pour le travail.

Puisque tout dans la conception est par paires, aligner les éléments avec précision ne sera en fait pas trop difficile, il s'agit simplement de dimensionner et d'ajuster les paires avec autant de similitude que possible, ce qui garantira à son tour un niveau maximal d'équilibre, d'équilibre et de synchronisation. pour le système.

Une fois le cadre construit, il est temps d'intégrer les circuits électroniques avec les moteurs concernés. Cela devra être fait selon les instructions fournies dans le manuel du circuit donné.

Les cartes de circuits imprimés pourraient être montées sur le côté inférieur de la plaque centrale avec un boîtier approprié ou sur la plaque, là encore avec une armoire appropriée pour l'enfermer étroitement.

Comprendre le sens de rotation des hélices

Analyse du sens de rotation des hélices du moteur pour un levage équilibré:

En se référant à la simulation animée ci-dessus, le sens de rotation des hélices du moteur doit être aligné de la manière suivante:

Il doit simplement être tel que les moteurs aux extrémités d'une tige doivent être identiques mais différents de l'autre direction de moteur de tige, ce qui signifie que si une tige fait tourner les moteurs dans le sens des aiguilles d'une montre, les moteurs aux extrémités de l'autre se complètent la tige doit être réglée pour tourner dans le sens anti-horaire. direction.

Veuillez vous référer à la simulation ci-dessus pour comprendre correctement le mouvement de contre-action des moteurs qui peut être nécessaire pour être affecté aux moteurs pour assurer une prise équilibrée de

Comment contrôler la direction du quadricoptère en contrôlant la vitesse des moteurs.

Oui, la direction de vol du quadricoptère peut être modifiée et contrôlée selon votre propre souhait et le fera en appliquant simplement différentes vitesses (RPM) aux moteurs concernés.

Les images suivantes montrent comment la transmission de vitesse de base peut être appliquée aux moteurs concernés afin d'obtenir et d'exécuter n'importe quelle direction de vol souhaitée vers la machine:

Comme indiqué dans les schémas ci-dessus, en diminuant de manière appropriée la vitesse d'un ensemble de moteurs, ou en augmentant la vitesse de l'ensemble opposé de moteurs, ou en ajustant les vitesses selon vos préférences, le quadcopter peut être amené à voyager dans les airs dans n'importe quel direction spécifique souhaitée.

Les images ci-dessus indiquent les directions de base, telles que l'avant, l'arrière, la droite, la gauche, etc. Cependant, toute autre direction impaire peut également être efficacement mise en œuvre en ajustant de manière appropriée les vitesses des moteurs concernés ou peut être juste un moteur unique.

Par exemple, pour forcer la machine à voler dans la direction N / W, la vitesse du moteur S / E uniquement peut être augmentée, et pour permettre à la machine de voler dans la direction N / E, la vitesse du S / Le moteur W peut être augmenté ... et ainsi de suite. Il suffit de le pratiquer jusqu'à ce que le contrôle total du quadricoptère devienne réalisable et maîtrisé par l'utilisateur.

Concevoir un quadricoptère pratique

Jusqu'à présent, nous avons appris la construction de base du corps et du matériel du drone, apprenons maintenant à fabriquer un quadcopter ou un circuit de drone rapidement et à moindre coût en utilisant des composants très ordinaires. Dans l'un de mes articles précédents, nous avons appris à fabriquer une machine volante quadricoptère relativement complexe et donc efficace sans utiliser de microcontrôleur.Pour plus d'informations, vous voudrez consulter les articles suivants:

Circuit de commande à distance sans MCU | Circuit électrique

Dans le présent article, nous essayons de rendre la conception ci-dessus beaucoup plus simple en éliminant les moteurs sans balais et en les remplaçant par des moteurs à balais, et en permettant par conséquent de se débarrasser du complexe. Module de circuit de pilote BLDC .

Étant donné que les détails de construction mécanique du quadricoptère sont déjà décrits de manière exhaustive ci-dessus, nous ne traiterons que la section de conception de circuit et apprendrons comment il peut être construit pour piloter le circuit de drone le plus simple proposé.

Comme mentionné précédemment, ce quadricoptère simple ne nécessite que les modules de commande à distance RF de base, comme indiqué dans l'image d'exemple ci-dessous:

Tu devras acheter ces modules RF dans n'importe quelle boutique en ligne ou auprès de votre revendeur local de pièces de rechange électroniques:

En dehors de ce qui précède Modules de télécommandes RF 4 moteurs à balais à aimants permanents seront également nécessaires, ce qui constitue en fait le cœur de la machine à drones. Cela peut être comme spécifié dans l'image suivante avec les descriptions données, ou tout autre similaire selon les spécifications utilisateur requises:

Spécifications électriques du moteur:

• 6 V = tension de fonctionnement (crête 12 V)
• 200mA = courant de fonctionnement
• 10 000 = RPM

Liste des pièces

• 1K, 10K 1/4 watt = 1 chacun
• Condensateur 1uF / 25V = 1no
• Préréglage 10K ou 5K = 1 non
• Rx = résistance bobinée de 5 watts, valeur à confirmer par expérimentation.
• IC 555 = 1 non
• Diodes 1N4148 = 2nos
• IRF9540 Mosfet = 1 non
• Moteur 6V Brushed Type = 4nos
• Fils flexibles, soudure, flux, etc.
• PCB à usage général pour l'assemblage des pièces ci-dessus
• Module de commande à distance RF à 4 canaux, comme indiqué dans les images pertinentes.
• Canaux en aluminium, vis, écrous, plaques, etc. comme expliqué dans l'article.
• Batterie comme indiqué ci-dessous:

Comment configurer le récepteur de télécommande avec les moteurs

Avant de comprendre comment configurer le récepteur de télécommande avec les moteurs du quadricoptère, il serait important d'apprendre comment les vitesses du moteur sont censées être ajustées ou alignées pour générer les mouvements gauche, droite, avant et arrière requis.

Il existe principalement deux façons d'activer le mouvement d'un quadricoptère, qui sont dans les modes «+» et «x». Dans notre conception, nous utilisons le mode de mouvement de base `` + '' pour notre drone, comme indiqué dans le diagramme suivant:

En se référant au diagramme ci-dessus, nous réalisons que nous devons simplement augmenter de manière appropriée les vitesses des moteurs concernés pour exécuter les manœuvres directionnelles souhaitées sur le drone.

Cette augmentation des vitesses peut être appliquée en configurant les relais de commande à distance conformément au schéma de câblage suivant. Dans le diagramme ci-dessous, nous pouvons voir un Circuit IC 555 PWM câblé avec les 4 relais du module récepteur de télécommande des 6 relais (1 relais étant inutilisé et pouvant être simplement retiré pour réduire l'espace et le poids).

Réglage du PWM

Comme on peut le voir sur le schéma, l'alimentation PWM est connectée à tous les contacts N / C des relais, ce qui implique que normalement le quadcopter planerait à travers cette alimentation PWM uniforme et égale, dont le cycle de service peut être initialement ajusté de telle sorte que le quadricoptère est capable d'atteindre une quantité de poussée et d'altitude spécifiée correcte.

Ceci peut être expérimenté en ajustant de manière appropriée le pot PWM montré.

Comment configurer les contacts de relais

Les contacts N / O des relais peuvent être vus câblés directement avec l'alimentation positive, donc chaque fois qu'un bouton pertinent est enfoncé sur le combiné de l'émetteur à distance, le relais correspondant est activé dans le module récepteur, qui à son tour permet au moteur concerné d'obtenir l'alimentation 12V complète de la batterie.

L'opération ci-dessus permet au moteur activé de gagner plus de vitesse que le reste des moteurs, ce qui permet au quadricoptère de se déplacer vers la direction stipulée.

Dès que le bouton de la télécommande est relâché, le drone s'arrête instantanément et continue de planer en mode constant.

De la même manière, d'autres mouvements directionnels peuvent être réalisés simplement en appuyant sur les autres touches attribuées, sur la télécommande.

Le relais le plus haut sert à assurer un atterrissage sûr de la machine, cela se fait en ajoutant une résistance de chute de courant en série avec le contact N / O du relais illustré.

Cette valeur de résistance doit être calculée avec une certaine expérimentation de sorte que le quadricoptère plane à environ quelques pieds au-dessus du sol chaque fois que cette résistance est basculée à travers le relais attaché.

Schéma

Les relais représentés font partie du récepteur du module RF, dont les contacts sont initialement non connectés (vierges par défaut) et doivent être câblés comme indiqué dans le schéma ci-dessus.

Le récepteur à distance RF est censé être installé à l'intérieur du quadricoptère et ses relais câblés avec les moteurs et la batterie appropriés selon la disposition ci-dessus.

Vous pouvez voir quelques connecteurs (de couleur verte) qui peuvent ajouter du poids inutilement sur le drone. Vous pouvez tous les retirer pour réduire le poids et connecter les fils correspondants directement au PCB par soudure.

Comment le drone se déplace:

Comme expliqué dans la discussion ci-dessus, lorsqu'un bouton à distance particulier est enfoncé, il actionne le relais correspondant du module quadricoptère, ce qui fait que le moteur concerné se déplace plus rapidement.

Cette opération force à son tour la machine à se déplacer dans la direction opposée au moteur qui est commuté pour tourner au régime le plus rapide.

Ainsi, par exemple, augmenter la vitesse du moteur sud amène la machine à se déplacer vers le nord, augmenter le moteur nord le fait se déplacer vers le sud, de même augmenter la vitesse du moteur est le fait se déplacer vers l'ouest et vice versa.

Fait intéressant, l'augmentation des moteurs sud / est permet au quadcoptère de se déplacer vers le nord / ouest opposé qui est en mode diagonal ... et ainsi de suite.

Avantages et inconvénients du circuit de commande à distance Simple Qaudcopter expliqué ci-dessus.

Avantages

• Pas cher et facile à construire, même par un amateur relativement nouveau.
• Ne nécessite pas d'opérations complexes avec le joystick.
• Peut être contrôlé à l'aide d'un seul module de commande à distance à 6 canaux

Les inconvénients

• Moins efficace en termes de batterie de secours en raison de l'implication de moteurs à balais
• La vitesse directionnelle est constante et ne peut pas être modifiée via la télécommande
• Les manœuvres peuvent ne pas être fluides plutôt qu'un peu saccadées lors de la commutation des boutons.