Quadcopter: ส่วนประกอบการทำงานประเภทการเชื่อมต่อความแตกต่างและแอปพลิเคชัน

อัน เสียงพึมพำหลายตัว เป็นประเภทของ UAV ที่มีใบพัดต่าง ๆ เช่นใบพัดสี่ใบพัดหกใบพัดแปดใบพัดหรือมากกว่านั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบและการใช้งาน แต่ใบพัดพิเศษของเสียงพึมพำนี้สามารถเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักเวลาเที่ยวบินความเสถียร ฯลฯ ซึ่งราคาถูกที่สุดและง่ายที่สุด โดรน ให้การควบคุมการกำหนดกรอบและตำแหน่งสูง ดังนั้นสิ่งเหล่านี้เหมาะสำหรับการเฝ้าระวังและการถ่ายภาพทางอากาศ โดรนหลายคนมีให้เลือกหลายประเภทเช่น Trimotor, Quadrotor, Hexacopter, Octocopter และ Drones Multi-Rotor Coaxial เหล่านี้เป็นประเภท UAV ที่พบมากที่สุดและเสียงพึมพำแต่ละประเภทนั้นแตกต่างกันไปตามประสิทธิภาพการออกแบบและความสามารถ บทความนี้อธิบายถึงหนึ่งในประเภทของโดรนหลายประเภทเช่น quadcopter การทำงานและแอปพลิเคชัน

quadcopter คืออะไร?

quadcopter เป็นประเภทของ UAV ที่ขับเคลื่อนโดยสี่ ใบพัด ที่โรเตอร์แต่ละตัวมีมอเตอร์และใบพัด โดรน Quadcopter ใช้ใบพัดสี่ใบสำหรับการยกและการขับเคลื่อนดังนั้นจึงสามารถถอดออกและลงจอดในแนวตั้งและลอยอยู่ในสถานที่ ดังนั้นใบพัดสองตัวของการหมุนโดรนนี้ตามเข็มนาฬิกาในขณะที่อีกสองใบพัดหมุนทวนเข็มนาฬิกาเพื่อยกเลิกแรงบิดและควบคุมการบินอย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้สามารถควบคุมได้ด้วยตนเองหรือเป็นอิสระดังนั้นจึงเป็นหนึ่งในโดรนที่ได้รับความนิยมมากที่สุดเนื่องจากความเรียบง่ายความมั่นคงและความคล่องแคล่ว

Quadcopters มีความแตกต่างจากการออกแบบสี่โรเตอร์เพื่อควบคุมอากาศพลศาสตร์ขั้นสูงกลศาสตร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การออกแบบพิเศษของมันให้ความคล่องแคล่วและเสถียรภาพที่เหนือกว่าเฮลิคอปเตอร์เดี่ยว

ประวัติ quadcopter:

quadcopter เป็นเสียงพึมพำหลายชนิดที่มีการพัฒนาอย่างกว้างขวางจากการออกแบบในช่วงต้น ดังนั้นประวัติความเป็นมาทีละขั้นตอนของ quadcopter จึงกล่าวถึงด้านล่าง

• Jacques & Louis Bréguetในปี 1907 ได้รับการพัฒนาและทดสอบ Gyroplane No. 1 มันเป็นแนวคิด Quadcopter ยุคแรก ๆ ที่ได้รับการถอดออก แต่ต้องเผชิญกับความไม่แน่นอนตามระบบการบินและอวกาศข้ามใบมีด
• Etienne Oehmichen ได้สร้าง quadcopter รุ่นแรก ๆ เช่น Oehmichen ในปี 1920 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการบินและการตั้งค่าสถิติทั่วโลก
• ในกองทัพเรือสหรัฐฯในปี 1930 ได้ทำการทดลองกับเครื่องบินที่ควบคุมด้วยวิทยุซึ่งนำไปสู่การพัฒนาเสียงพึมพำ Curtiss N2C-2
• Bell Boeing Quad Tiltrotor ในปี 1990 รวมทั้งการออกแบบ Wing และ Quadcopter แบบคงที่สำหรับแอพพลิเคชั่นการขนส่งทางทหาร
• Amazon เสนอเทคโนโลยีโดรนเชิงพาณิชย์ในปี 2013 สำหรับระบบการจัดส่ง
• แอร์บัสพัฒนา quadcopter ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ในปี 2561 เพื่อให้รถแท็กซี่ทางอากาศในเมืองตั้งเป้าหมายสำหรับการทำงานแบบอิสระในบางจุด
• ในปัจจุบันโดรนเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อจุดประสงค์ที่แตกต่างกันเช่นการบินสันทนาการการถ่ายภาพทางอากาศการส่งมอบการเฝ้าระวัง ฯลฯ

ส่วนประกอบของ quadcopter

quadcopter ได้รับการออกแบบด้วยคีย์หลายตัว ส่วนประกอบ ซึ่งอธิบายไว้ด้านล่าง

กรอบ

กรอบ quadcopter มีแขนที่ถือมอเตอร์แบตเตอรี่ตัวควบคุมการบิน ฯลฯ

มอเตอร์

quadcopter ประกอบด้วยมอเตอร์สี่ตัวซึ่งใช้ในการยกขึ้น แต่มีมอเตอร์ประเภทต่าง ๆ ในตลาด

ESC

ตั้งแต่ quadcopter มอเตอร์ โดยทั่วไปต้องมีอุปทาน 3 เฟส 3 ครั้งเราไม่สามารถใช้เป็นแหล่งจ่ายโดยตรงได้ ดังนั้นเราจึงต้องการให้ ESC เปลี่ยนสัญญาณคอนโทรลเลอร์และส่งพวกเขาไปยังมอเตอร์เพื่อควบคุมความเร็วของพวกเขา

ใบพัด

ใบพัดเป็นองค์ประกอบสำคัญของเสียงพึมพำ เหล่านี้คือใบมีดหมุนที่ทำงานเหมือนปีกบนเสียงพึมพำของคุณและสร้างการไหลเวียนของอากาศเพื่อยกเสียงพึมพำขึ้นไปในอากาศ

ตัวควบคุมเที่ยวบิน

ฟังก์ชั่นหลักของคอนโทรลเลอร์เที่ยวบินคือการกำกับรอบต่อนาทีของมอเตอร์แต่ละครั้งเพื่อตอบสนองต่ออินพุต ดังนั้นคำสั่งนำร่องสำหรับ quad-copter ช่วยให้ก้าวไปข้างหน้าและถูกป้อนเข้าสู่ตัวควบคุมการบินเพื่อตัดสินใจว่าจะควบคุมมอเตอร์ได้อย่างไร

เครื่องส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณ RC

การควบคุมเครื่องส่งสัญญาณวิทยุและตัวรับสัญญาณ ไฟฟ้า ซึ่งส่งผลให้เกิดการส่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์ผ่านอวกาศหรือบรรยากาศ พวกเขาใช้สัญญาณวิทยุเพื่อส่งคำสั่งแบบไร้สายผ่านความถี่วิทยุที่ตั้งไว้เหนือตัวรับสัญญาณวิทยุ ดังนั้นจึงเชื่อมต่อกับตัวควบคุมเที่ยวบินของ Quadcopter ซึ่งควบคุมจากระยะไกล

แบตเตอรี่

quadcopter ใช้แหล่งพลังงานแบตเตอรี่เพื่อขับเคลื่อนระบบทั้งหมดของโดรนของคุณโดยอนุญาตให้บินได้ ในที่สุดจำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ลิเธียมพอลิเมอร์ (LIPO) เพื่อเพิ่มพลังงานให้กับ quadcopter ดังนั้นเวลาเที่ยวบินของ Quadcopter ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความจุของแบตเตอรี่ การเลือกแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับขนาดแรงดันไฟฟ้าการจัดอันดับ C ความจุ ฯลฯ

เบ็ดเตล็ด

เบ็ดเตล็ดรวมถึงอุปกรณ์เสริมเล็ก ๆ เช่นสายจัมเปอร์และตัวเชื่อมต่อกระสุนที่แตกต่างกันซึ่งทำให้ quadcopter ของคุณสมบูรณ์แบบและมีเสถียรภาพมากขึ้น

quadcopter ทำงานอย่างไร?

Quadcopters สามารถบินได้ด้วยใบพัดสี่ตัวซึ่งแต่ละตัวมีมอเตอร์และใบพัดเพื่อสร้างการควบคุมการยกและการเคลื่อนไหวภายในอากาศ โดรนเหล่านี้สามารถบินได้โดยการเปลี่ยนความเร็วของโรเตอร์แต่ละตัวจึงส่งผลต่อปริมาณการยกและแรงขับที่สร้างขึ้นโดยการอนุญาตให้มีการควบคุมการเคลื่อนไหวในทุกทิศทาง
เที่ยวบินของ Quadcopter ขึ้นอยู่กับหลักการควบคุมแรงขับและการควบคุมที่แม่นยำของใบพัดสี่ตัว ดังนั้นนี่คือรายละเอียดของการทำงาน

• เมื่อใบพัดทั้งสี่หมุนแล้วพวกเขาก็จะทำให้การไหลเวียนของอากาศลดลงและผลักขึ้นด้านบน เมื่อใดก็ตามที่ใบพัดที่สร้างขึ้นทั้งหมดนั้นเกินน้ำหนักของ Quad-Copter แล้วจะปิด
• ในการล่องลอยเข้าที่คอนโทรลเลอร์การบินจะเปลี่ยนความเร็วของใบพัดทั้งสี่เพื่อสร้างแรงผลักดันที่เพียงพอเพื่อชดเชยแรงโน้มถ่วง
• ความเร็วของโรเตอร์สี่ตัวเพิ่มขึ้นอย่างเท่าเทียมกันเพื่อสร้างแรงผลักดันมากขึ้นเมื่อเทียบกับน้ำหนัก ดังนั้นความเร็วจะลดลงเป็นลงมา
• ใบพัดด้านหลังหมุนได้ง่ายขึ้นและเลื่อนไปข้างหน้ากว่าใบพัดด้านหน้าและเอียงไปข้างหน้า quadcopter ทำให้เกิดแรงขับ ความเร็วของการเคลื่อนไหวย้อนหลังของใบพัดด้านหน้าสามารถทำได้โดยการเพิ่มขึ้น
• ใบพัดด้านขวาของเสียงพึมพำของเสียงพุ่งเร็วขึ้นเพื่อเลื่อนไปทางซ้ายกว่าใบพัดด้านซ้ายและเอียงโดรน quadcopter ไปทางซ้าย ที่นี่การเคลื่อนไหวด้านขวาสามารถทำได้โดยการเพิ่มความเร็วของโรเตอร์ซ้าย
• ในการหมุนหันไปตามเข็มนาฬิกาใบพัดสองใบที่อยู่ตรงข้ามกับแนวทแยงมุมหมุนเร็วขึ้นในขณะที่อีกสองใบพัดหมุนช้าลงจึงสร้างแรงหมุน โดยการย้อนกลับสิ่งนี้สามารถทำได้การหมุนทวนเข็มนาฬิกา
• ข้อมูลเซ็นเซอร์สามารถตรวจสอบได้อย่างต่อเนื่องโดยคอนโทรลเลอร์เที่ยวบิน ดังนั้นจึงทำให้การปรับขนาดเล็กเป็นความเร็วของมอเตอร์แต่ละตัวเพื่อรักษาเสถียรภาพและดำเนินการตามคำสั่งของนักบิน

ประเภทของ quadcopters

มี quadcopters ประเภทต่าง ๆ ที่มีอยู่ในตลาดตามรูปร่างของเฟรมและการใช้งานที่ตั้งใจไว้ซึ่งอธิบายไว้ด้านล่าง

x quadcopter หรือ x-configuration:

quadcopter ประเภทนี้มีการออกแบบที่ได้รับความนิยมมากที่สุดที่ให้ความสมดุลที่ดีและความคล่องแคล่ว มันถูกใช้ในแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายเช่นวิดีโอการแข่งรถการถ่ายภาพทางอากาศการบินกายกรรมการแข่งรถ FPV

H quadcopter หรือ H-Configuration:

H quadcopter มีกรอบรูปตัว H ซึ่งให้ความมั่นคงที่ดีขึ้น ดังนั้นเสียงพึมพำนี้สามารถใช้ในการถ่ายภาพทางอากาศตาม Devopedia

+ quadcopter หรือ + การกำหนดค่า:

quadcopter นี้เก่งในเลนเที่ยวบินตรงรวมถึงตำแหน่งใบพัดที่มีประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์ซึ่งใช้บ่อยในการบินกายกรรม มันถูกใช้ในแผนการควบคุมที่ง่ายกว่าของแอปพลิเคชันบางอย่าง

Y4 Quadcopter หรือ Y4 การกำหนดค่า:

เสียงพึมพำนี้คล้ายกับ tricopter ที่มีสามแขน แต่แขนด้านหลังของมันมีมอเตอร์สองตัวซึ่งติดตั้งโคแอกซ์เพื่อการควบคุมการหันเหและพลังการยกที่ดีขึ้น

A-Tail หรือ V-Tail Quadcopter:

เสียงพึมพำนี้คล้ายกับ Y4Quadcopter ยกเว้นมอเตอร์ด้านหลังที่อยู่ในมุมในรูปแบบ A หรือ V ซึ่งให้การควบคุมการหันเหมากขึ้น

quadcopter โดยใช้ Arduino

คอนโทรลเลอร์การบินเป็นสมองของ quadcopter โดยทั่วไปมีตัวควบคุมเที่ยวบินที่ผ่านการแฟลชจำนวนมากยังมีอยู่ในตลาดที่มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า ดังนั้นคอนโทรลเลอร์เที่ยวบินที่ออกแบบมาพร้อมกับ Arduino สำหรับ quadcopter จะแสดงด้านล่าง MultiWII เป็นซอฟต์แวร์ควบคุมเที่ยวบินที่มีชื่อเสียงที่ใช้สำหรับ DIY quadcopters

ดังนั้นให้เราออกแบบ quadcopter กับ Arduino ดังที่แสดงด้านล่าง มันไม่เพียง แต่เป็น quadcopter เท่านั้น แต่ยังเป็นเครื่องโอเพนซอร์ซ ส่วนประกอบที่ต้องการเพื่อให้ quadcopter นี้โดยใช้ Arduino รวมถึง: ESC, บลูทู ธ , MPU-6050, ตัวต้านทาน 330-OHM, นำ ตัวบ่งชี้ผู้รับ Arduino Nano R3 และสายเชื่อมต่อ

การเชื่อมต่อ:

การเชื่อมต่อของการเชื่อมต่อนี้เป็นไปตาม AS;

• เชื่อมต่อพิน D3 ของ Arduino nano กับพินสัญญาณ ESC 1
• เชื่อมต่อ D9 PIN ของ Arduino Nano เข้ากับ PIN Signal Pin ESC 3
• เชื่อมต่อ D10 PIN ของ Arduino Nano กับพินสัญญาณ ESC 2
• เชื่อมต่อพิน D11 ของ Arduino nano กับพินสัญญาณ ESC 4
• เชื่อมต่อพิน TX ของโมดูลบลูทู ธ เข้ากับพิน Rx ของ Arduino
• เชื่อมต่อพิน RX ของโมดูลบลูทู ธ เข้ากับพิน TX ของ Arduino
• Pin A4 ของ Arduino เชื่อมต่อกับ PIN SDA ของ MPU-6050
• A5 PIN ของ Arduino เชื่อมต่อกับ PIN SCL ของ MPU-6050
• เชื่อมต่อเทอร์มินัลหนึ่งของ LED ไปยังพิน D8 ของ Arduino และเทอร์มินัลอื่น ๆ กับแหล่งจ่ายไฟผ่านตัวต้านทาน
• พิน D2 ของ Arduino เชื่อมต่อกับหมุดคันเร่งของเครื่องรับ
• เชื่อมต่อ D4 Pin ของ Arduino กับพินของ Eleron
• D5 PIN ของ Arduino เชื่อมต่อกับพิน Ailerons ของตัวรับสัญญาณ
• พิน D6 ของ Arduino เชื่อมต่อกับขาหางเสือของตัวรับสัญญาณ
• Pin D7 ของ Arduino เชื่อมต่อกับตัวรับสัญญาณ Aux 1

การทำงาน

ตอนนี้เชื่อมต่อพื้นที่ทั้งหมดกับเทอร์มินัลภาคพื้นดินของ Arduino ดังนั้นจึงรวมถึงพื้นที่รับสัญญาณทั้งหมด, โมดูลบลูทู ธ , บริเวณ ESC และบริเวณ MPU หลังจากนั้นให้การเชื่อมต่อแหล่งพลังงาน 5V โดยเชื่อมต่อ GND ของแบตเตอรี่กับ GND ของส่วนประกอบทั้งหมด สายสีแดงเชื่อมต่อกับ Arduino, 5V PIN, โมดูลบลูทู ธ และ MPU

ตอนนี้จัดหาบอร์ดและ Arduino พร้อมที่จะเพิ่มรหัสผ่านคอมพิวเตอร์ โดยปกติแล้วตัวควบคุมเที่ยวบิน Arduino จะทำงานร่วมกับการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ สำหรับสิ่งนั้นคุณต้องดาวน์โหลด MultiWII 2.4 ก่อนและคุณสามารถดาวน์โหลดรหัสได้โดยตรง

มันเป็นซอฟต์แวร์ FC ที่ได้รับความนิยมอย่างมากที่ใช้สำหรับมัลติโรตเตอร์ผ่านชุมชนขนาดใหญ่ เนื่องจากซอฟต์แวร์นี้รองรับความหลากหลายของตัวเลือกที่หลากหลายพร้อมคุณสมบัติที่เหนือกว่าเช่นการควบคุมบลูทู ธ ด้วยสมาร์ทโฟนบารอมิเตอร์จอแสดงผล OLED การถือตำแหน่ง GPS และกลับบ้านไปที่บ้าน Magnetometer แถบ LED ฯลฯ

คุณจะสังเกตเห็นว่าคุณย้ายคอนโทรลเลอร์เที่ยวบินทันทีสามารถสังเกตเห็นค่าข้อมูล accelerometer & Gyroscope บนหน้าจอได้ ดังนั้นการวางแนว FC สามารถมองเห็นได้ที่ด้านล่าง ในอินเทอร์เฟซนี้คุณสามารถเปลี่ยนค่า PID ของสัญญาณและปรับ quadcopter ของคุณให้เท่ากับการตั้งค่าส่วนบุคคลของคุณ ในการเชื่อมต่อนี้โหมดเที่ยวบินยังสามารถกำหนดให้กับตำแหน่งสวิตช์เสริมบางอย่าง ตอนนี้สิ่งที่คุณต้องทำคือหาตำแหน่งสำหรับคอนโทรลเลอร์เที่ยวบิน Arduino ของคุณบนเฟรมที่ตั้งค่าให้เข้าสู่ท้องฟ้า

Arduino Quadcopter ทำงานร่วมกับส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมดเพื่อสร้างแรงผลักดันโดยอนุญาตให้เที่ยวบินและความคล่องแคล่ว ดังนั้นไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino จึงทำงานเป็นตัวควบคุมเที่ยวบินที่ได้รับอินพุตและส่งสัญญาณไปยัง ESCs เพื่อรับการเคลื่อนไหวที่ต้องการเช่นการเพิ่มขึ้นการโฉบหมุนและล้ม
โดยพื้นฐานแล้ว Arduino Quadcopter ผสานฮาร์ดแวร์กับซอฟต์แวร์เพื่อทำเครื่องบิน ดังนั้นจึงดำเนินการซ้อมรบที่หลากหลายขึ้นอยู่กับการป้อนข้อมูลและข้อเสนอแนะของผู้ใช้

ความแตกต่าง B/W quadcopter เทียบกับ Drone

ความแตกต่างระหว่าง quadcopter และเสียงพึมพำรวมถึงสิ่งต่อไปนี้

ข้อดีและข้อเสีย

ที่ ข้อดีของ Quadcopter รวมสิ่งต่อไปนี้

• พวกเขามีประโยชน์มากมายเนื่องจากการออกแบบและความสามารถที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขา
• Quadcopters มีประสิทธิภาพที่มั่นคง
• สิ่งเหล่านี้มีความหลากหลายและใช้งานง่าย
• พวกเขามีความคล่องแคล่วและการเข้าถึง
• พวกเขาสามารถโฮเวอร์และบรรลุเที่ยวบินที่มั่นคง

ที่ ข้อเสียของ Quadcopter รวมสิ่งต่อไปนี้

• มีเวลาและความเร็วในการบิน จำกัด
• สิ่งเหล่านี้มีการออกแบบที่ซับซ้อนพร้อมชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่เสี่ยงต่อความเสียหาย
• พวกเขาขึ้นอยู่กับมอเตอร์ไฟฟ้าเนื่องจากความต้องการการเปลี่ยนแปลงคันเร่งโดยเฉพาะส่วนใหญ่เพื่อการรักษาเสถียรภาพ
• สิ่งเหล่านี้มีประสิทธิภาพน้อยกว่าเมื่อเทียบกับโดรนปีกคงที่
• สิ่งเหล่านี้อาจได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศ
• ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัย:
• Quadcopters อาจไม่เสถียรเนื่องจากการออกแบบหลายอันของพวกเขาซึ่งอาจนำไปสู่การล่มหรือเที่ยวบินที่ไม่แน่นอน
• ความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลช้ามาก

แอปพลิเคชัน

ที่ แอปพลิเคชัน quadcopter รวมสิ่งต่อไปนี้

• Quadcopters ใช้ในแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายซึ่งรวมถึงการครอบคลุมอุตสาหกรรมและกิจกรรมที่หลากหลาย
• สิ่งเหล่านี้สามารถใช้ในการถ่ายภาพทางอากาศการค้นหาและช่วยเหลือการเฝ้าระวังการจัดส่งและกิจกรรมสันทนาการรวมถึงการแสดงผาดโผนและการแข่งรถ
• สิ่งเหล่านี้ยังสามารถใช้ในการเกษตรการตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐานการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม ฯลฯ
• quadcopters ใช้ในการใช้งานอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ซึ่งรวมถึง: การถ่ายภาพทางอากาศ, การทำวิดีโอ, การเกษตรที่แม่นยำ, ความปลอดภัย, การเฝ้าระวัง, บริการจัดส่ง, การเกษตรที่แม่นยำ, การตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐาน, การตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม ฯลฯ
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในแอปพลิเคชันภาครัฐเช่นความปลอดภัยสาธารณะการค้นหาและกู้ภัยการบังคับใช้กฎหมายการจัดการภัยพิบัติ ฯลฯ

ดังนั้นนี่คือ ภาพรวมของ quadcopter มันใช้งานได้และแอปพลิเคชัน มันเป็น UAV อเนกประสงค์ (ยานพาหนะทางอากาศที่ไม่มีคนขับ) ที่มีแอพพลิเคชั่นต่าง ๆ เช่นการทำวิดีโอการบินเพื่อการพักผ่อนการถ่ายภาพทางอากาศ ฯลฯ โดรนเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในสาขาต่าง ๆ เช่นการสำรวจการค้นหาการดำเนินการช่วยเหลือการทำแผนที่ ฯลฯ นี่คือคำถามสำหรับคุณ: UAV คืออะไร?