Đồ án Thiết kế, chế tạo máy bay không người lái flycam chụp ảnh quay phim

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
------

NGUYỄN ĐÌNH KHẢI

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY BAY FLYCAM
PHỤC VỤ QUAY PHIM CHỤP ẢNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Nha Trang, tháng 7 năm 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
------

NGUYỄN ĐÌNH KHẢI

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY BAY FLYCAM
PHỤC VỤ QUAY PHIM CHỤP ẢNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS NGUYỄN THIÊN CHƯƠNG

Nha Trang, tháng 7 năm 2018


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đình Khải Lớp: 56 CĐT
Nghành: Cơng nghệ kỹ thuật cơ điện tử
Tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo máy bay Flycam phục vụ quay phim chụp ảnh”.
Số trang: 92

Số chương: 4

Số tài liệu tham khảo: 10

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Kết luận: ............................................................................................................
.......................................................................................................................................

Nha Trang, ngày…..tháng….năm 2018
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

TS Nguyễn Thiên Chương


PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đình Khải Lớp: 56 CĐT

Nghành: Cơng nghệ kỹ thuật cơ điện tử
Tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo máy bay Flycam phục vụ quay phim chụp ảnh”.
Số trang: 92

Số chương: 4

Số tài liệu tham khảo: 10

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Điểm phản biện:
.......................................................................................................................................

Nha Trang, ngày….tháng…..năm2018
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)

ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ

Nha trang, ngày…..tháng…..năm 2017
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Đề tài “Thiết kế, chế tạo máy bay Flycam phục vụ quay phim chụp ảnh” là nội
dung em chọn để nghiên cứu và làm luận văn tốt nghiệp sau bốn năm theo học chuyên
ngành Công nghệ kĩ thật Cơ điện tử tại trường Đại học Nha Trang.
Để hoàn thành q trình nghiên cứu và hồn thiện luận văn này, lời đầu tiên em
xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thiên Chương thuộc bộ môn Cơ điện
tử, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Nha Trang. Thầy đã trực tiếp chỉ bảo và hướng dẫn
em trong suốt q trình nghiên cứu để em hồn thiện luận văn này. Ngoài ra em xin
chân thành cảm ơn các Thầy, Cơ trong bộ mơn Cơ điện tử đã đóng góp những ý kiến
quý báu và tạo điều kiện cho em hồn thành luận văn. Tuy nhiên vì kiến thức chun
mơn còn hạn chế và bản thân còn thiếu nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung của
báo cáo không tránh khỏi những thiếu xót, em rất mong nhận sự góp ý, chỉ bảo thêm
của quý thầy cô phản biện để báo cáo này được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin cảm ơn những người thân ba, mẹ, anh, chị, em, bạn bè đã
ln bên em, động viên em hồn thành khóa học và bài luận văn này.
Trân trọng cảm ơn.


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU................................................................................................1
Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ FLYCAM.......................................................3

1.1.

Flycam trên thế giới............................................................................3

1.2.

Flycam trong nước..............................................................................5

1.3.

Một số hãng sản xuất Flycam..............................................................7

Chương 2:

PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.....................10

2.1.

Phương pháp nghiên cứu...................................................................10

2.2.

Một số cơ sở lý thuyết của Flycam....................................................10

2.2.1. Sơ lược mơ hình Flycam...............................................................10
2.2.2. Lý thuyết linh kiện Flycam...........................................................16
2.2.3. Lý thuyết mạch điều khiển............................................................28
2.2.4. Giải thuật PID...............................................................................31
2.3.

Yêu cầu hệ thống...............................................................................35

2.3.1. Yêu cầu phần cứng.......................................................................35
2.3.2. Yêu cầu phần đệm........................................................................36
2.4.

Phương án thiết kế.............................................................................36

2.4.1. Phương án 1..................................................................................36
2.4.2. Phương án 2..................................................................................54
2.4.3. Phương án 3..................................................................................65
2.4.4. Lựa chọn phương án và lắp ráp.....................................................67
2.5.

Kết nối camera với điện thoại...........................................................71

2.6.

Cài đặt ESC.......................................................................................73

2.7.

Thử nghiệm PID................................................................................75

2.7.1. Sơ đồ kết nối.................................................................................75
2.7.2. Phương pháp hiệu chỉnh PID........................................................76
2.8.

Chương trình điều khiển....................................................................80

2.8.1. Khối khởi động.............................................................................81
2.8.2. Khối khởi tạo thống số MPU6050................................................81


2.8.3. Khối kiểm tra Receiver.................................................................81
2.8.4. Chuẩn hóa tín hiệu từ reciever về 1000us - 2000us......................82

2.8.5. Khối lấy giá trị cử Gyro và chuyển vào bộ PID............................83
2.8.6. Kiểm tra điều khiện khởi động......................................................83
2.8.7. Tính tốn PID...............................................................................84
2.8.8. Khối cấp xung cho ESC................................................................85
2.8.9. Khối kết thúc................................................................................86
Chương 3:

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM.........................87

3.1.

Mô hình sau khi nghiên cứu và lắp ráp.............................................87

3.2.

Thử nghiệm.......................................................................................88

3.2.1. Thử nghiệm lần 1..........................................................................88
3.2.2. Thử nghiệm lần 2..........................................................................88
3.2.3. Thử nghiệm lần 3..........................................................................88
3.2.4. Thử nghiệm lần 4..........................................................................88
3.2.5. Thử nghiệm lần 5..........................................................................88
3.2.6. Thử nghiệm lần 6..........................................................................89
3.2.7. Thử nghiệm lần 7............................................................................89
Chương 4:

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.......................................................90

4.1.

Kết quả đạt được...............................................................................90

4.2.

Hướng phát triển...............................................................................90

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................91
PHỤ LỤC.........................................................................................................92

DANH MỤC HÌNH
Hình 1 Hình 1 Hình 1 Hình 1 Hình 1 -

1: Flycam Viosin BN3 trong quân đội.................................................3
2: Flycam Prime Air vận chuyển hàng hóa.........................................4
3: Flycam lái Phantom 4 pro phục vụ quay phim chụp ảnh................4
4: Flycam SKYF dùng kích tim khẩn cấp...........................................5
5: Mẫu Flycam của bộ mơn kỹ thuật hàng không...............................6


Hình 1 Hình 1 Hình 1 Hình 1 -

6: Mẫu máy bay A16 của Học viện nông nghiệp Việt nam.................6
7: DJI PHANTOM (bên trái) và MAVIC PRO (bên phải)..................7
8: X8PRO(bên trái) và X8W(bên phải)...............................................8
9: H47(bên trái) và H49(bên phải)......................................................8
Y

Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 -

1: Mơ hình Tricopter.........................................................................11

2: Mơ hình Quadcopter.....................................................................12
3: Các hướng chuyển động của Flycam............................................13
4: Mơ hình Hexacopter......................................................................14
5: Mơ hình Octocopter......................................................................15
6: Mạch điều khiển...........................................................................17
7: Sơ đồ ESC.....................................................................................18
8: ESC dùng BEC của hãng Emax....................................................18
9: ESC dùng UBEC của hãng Emax.................................................19
10: Cấu tạo motor chổi than Brushed................................................20
11: Cấu tạo motor không chổi than Brushless...................................20
12: Cánh quạt....................................................................................22
13: Pin lipo........................................................................................24
14: Sạc pin lipo.................................................................................25
15: TX và RX....................................................................................26
16: Mơ hình TX................................................................................27
17: Mơ hình RX................................................................................27
18: Arduino Uno R3..........................................................................28
19: Arduino mega2560......................................................................29
20: Arduino Nano V3........................................................................29
21: Arduino Pro Mini........................................................................29
22: Cảm biến MPU6050...................................................................30
23: Cảm biến L3G4200D..................................................................30
24: Cảm biến GY85..........................................................................31
25: Cảm biến GY86..........................................................................31
26: Đồ thị PV theo thời gian, với 3 giá trị Kp (Ki và Kd là hằng số).. 32
27: Đồ thị PV theo thời gian, với 3 giá trị Ki (Kp và Kd không đổi).. 33
28: Đồ thị PV theo thời gian, với 3 giá trị Kd (Kp và Ki không đổi). .34
29: Nhựa PLA...................................................................................37
30: Thanh Fiber carbon.....................................................................37
31: Ốc vít và bulong..........................................................................38

Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 -

32: Động cơ và cánh quạt..................................................................38
33: Động cơ servo SG90...................................................................39
34: ESC 30A.....................................................................................40
35: PIN LIPO 3S...............................................................................41
36: Sạc Pin Bmax..............................................................................41
37: TX và RX Flysky CT6B.............................................................42
38: Sơ đồ chân Arduino Nano...........................................................44
39: Arduino Nano..............................................................................44
40: Sơ đồ cảm biến MPU6050..........................................................45
41: Cảm biến MPU6050...................................................................46
42: Camera 4K ULTRA HD..............................................................46
43: Thân chính 2D............................................................................48
44: Giá đặt motor..............................................................................49
45: Khớp gắn thanh carbon 2D.........................................................50
46: Giá đặt ESC 2D..........................................................................51
47: Càng đáp 2D...............................................................................52
48: Schematic....................................................................................53
49: Layout.........................................................................................53
50: Thân chính..................................................................................55
51: Đế motor.....................................................................................56
52: Đế ESC.......................................................................................57
53: Càng đáp.....................................................................................58
54: Thân dưới....................................................................................59
55: Giá đỡ camera 1..........................................................................60
56: Giá đỡ camera 2..........................................................................61
57: Giá đỡ camera 3..........................................................................62

58: Schematic....................................................................................63
59: Mạch in.......................................................................................63
60: Schematic....................................................................................64
61: Mạch in.......................................................................................64
62: Mạch cân bằng CC3D.................................................................65
63: Giao diện phần mềm Openliot....................................................66
64: Mạch nhia nguồn matek..............................................................66
65: Tất cả các linh kiện.....................................................................67
66: Ghép thanh Fiber carbon với đế động cơ....................................68
67: Ráp thanh Fiber carbon với thân chính.......................................68


Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 -

68: Ráp đế ESC.................................................................................68
69: Ghép thân dưới vào thân chính...................................................69
70: Ráp động cơ vào đế.....................................................................69
71: Gắn mạch điều khiển..................................................................70
72: Kết nối jack cắm và cánh quạt....................................................70
73: Mở Camera và mở wifi...............................................................71
74: Logo và giao diện ứng dụng GoPlus cam khi chưa kết nối.........71
75: Kết nối bằng wifi........................................................................72
76: Giao diện sau khi kết nối............................................................72
77: Kết nối ESC với động cơ............................................................73
78: Kết nối dây nguồn và tín hiệu với ESC.......................................73
79: Đẩy cần ga lên cao để nhận tín hiệu............................................74
80: Đẩy cần ga xuống thấp để nhận tín hiệu.....................................74
81: Sơ đồ kết nối...............................................................................75
82: Mơ hình thiết kế..........................................................................75
83: Sơ đồ kết nối thực tế...................................................................76

85: Giao thức I2C.............................................................................81
86: Đưa hai cần điều khiển về vị trí trung tâm..................................82

Hình 3 - 1: Mơ hình thiết kế solidworks..........................................................87
Hình 3 - 2: Mơ hình Flycam............................................................................87

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 -

1: Ưu và nhược điểm của Tricopter.
2: Bảng ưu điểm và nhược điểm của Quadcopter.
3: Bảng ưu điểm và nhược điểm của Hexacopter.
4: Bảng ưu và nhược điểm của Octocopter.
5: Thông số ESC của hãng EMAX.
6: Bảng thông số động cơ.

12
14
15
16
19
21


Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 Bảng 2 -

7: Bảng thông số điện áp.
8: Phương pháp Ziegler-Nichols.
9: Bảng thông số động cơ.
10: Bảng thông số ESC.

11: Thông số Arduino Nano.
12: Thông số MPU6050.
13: Bảng thông số camera:
14: Ưu và nhược điểm của phương án 1.
15: Ưu và nhược điểm của phương án 2.
16: Bảng thông số hiệu chỉnh.

DANH MỤC KÍ HIỆU,CHỮ VIẾT TẮT
1. UAV:
2. PID:
3. mm:
4. rpm:
5. ESC:
6. BEC:
7. UBEC:
8. PWM:
9. TX:
10. RX:
11. KV:
12. g:
13. V:
14. A:
15. FPV:

Máy bay khơng người lái (Unmanned Aerial Vehicle)
Tỷ lệ, tích phân, vi phân (Proportional Integral Derivative)
Đơn vị milimet
Đơn vị đo vòng trên phút (Revolutions per minute)
Bộ điều tốc (Electronic Speed Control)
Nguồn điện tích hợp (Battery Eliminating Circuit)

Nguồn điện rời (Ultimate Battery Eliminating Circuit)
Điều chỉnh độ rộng sung (Pulse Width Modulation)
Bộ phát tín hiệu (Transmitter)
Bộ nhận tín hiệu (Receiver)
Số vịng quay của motor cho 1 volt
Khối lượng gram
Điện áp volt
Dòng điện ampe
Xem trực tiếp (First Person View )

23
35
39
40
43
45
47
54
65
77


1

PHẦN MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài.
Ngày nay khi mà xã hội đang phát triền một cách nhanh chóng. Khoa học và
công nghệ phải phát triển theo, cách vận hành của thế giới hiện đại là con người chỉ
cần ngồi ở nhà là có thể điểu khiển và giám sát mọi thứ, và UAV chính là một cơng cụ

hỗ
trợ
đắc
lực.
Vậy UAV là gì? Sao lại có nhiều tác dụng như vậy? Đầu tiên UAV (Unmanned Aerial
Vehicle ) là một thiết bị bay không người lái được sử dụng cho nhiều mục đích, từ bay
giám sát và tiêu diệt mục tiêu quân sự cho đến chụp ảnh, quay phim hay thậm chí là
giao hàng, bằng cách điều khiển từ xa thông qua các bộ điều khiển bằng sóng radio
hoặc cũng có thể được lập trình tọa độ, lộ trình di chuyển từ trước, có cấu tạo gồm các
phần: bộ động cơ, vi xử lý trung tâm, cánh quạt, giá đỡ, nguồn; UVA có thể di chuyển
trên cao và bay xa tới hàng chục kilimet, nó có nhiều hình dạng, kích thước chúng có
thể có sải cánh rộng như một máy bay phản lực hay chỉ nhỏ như một chiếc máy bay
mơ hình.
Flycam là một ứng dụng nhỏ của UAV có gắn thêm camera chuyên phục vụ
cho quay phim chụp ảnh đời sống, giám sát hoặc theo dõi dối tượng trong quân sự.
Flycam ngày càng thông dụng trong cuộc sống, dùng cho những chuyến đi chơi du
lịch để ghi lại khoảnh khắc đẹp từ trên cao, dùng cho những đoạn phim bom tấn hành
động nổi tiếng. Nhưng thông thường mỗi chiếc Flycam như vậy có mức giá tới rất đắc
vài chục triệu cho tới vài trăm triệu và có vơ số chức năng, đa số khi mua một chiếc
Flycam như vậy người mua thường không khai thác hết các chức năng của sản phẩm.
Đó chỉ dành cho phân khúc những người có tiền hoặc cho các đồn phim phục vụ cho
cơng việc. Nên đề tài muốn tạo ra một chiếc flycam với chức chụp hình quay phim
chất lượng tốt và ổn định và đơn giản với mức giá thấp phù hợp túi tiền và dễ sử dụng
cho tất cả mọi người.
Đây cũng là lý do em chọn đề tài: “ Thiết kế, chế tạo máy bay Flycam phục vụ
quay phim chụp ảnh”.


2

Mục tiêu nghiên cứu.
Mục tiêu của đề tài thiết kế, chế tạo máy bay Flycam phục vụ quay phim chụp
ảnh là:
-

Chế tạo Flycam có chức năng quay phim chụp ảnh.
Chế tạo mạch điều khiển bằng module arduino và cảm biến 6 trục.
Lập trình hiệu chỉnh máy báy tự cân bằng giữa các trục.
Chế tạo Flycam với giá thành rẻ chức năng đơn giản dễ sử dụng.

Đối tượng nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài này là máy bay Flycam phục vụ quay
phim chụp ảnh.
Phạm vi nghiên cứu.
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này chỉ tập trung vào một số phần cụ thể
như sau:
-

Thiết kế và chế tạo mơ hình.
Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển cân bằng cho Flycam.
Nghiên cứu hiệu chỉnh thông số PID cho mơ hình.


3

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ FLYCAM

Flycam là một dạng máy bay không người lái lên thẳng, được điều khiển từ xa

bằng sóng radio có nhiều kích thước và hình dáng khác nhau. Flycam có các thành
phần chính là động cơ, cánh quạt, khung, mạch điều khiển, nguồn, camera, gimbal
chống rung. Flycam rất đa năng linh hoạt phục vụ cho nhiều nhu cầu mong muốn của
người sử dụng.
1.1.

Flycam trên thế giới.
Hiện nay trên thế giới có nhiều mẫu Flycam được ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực quân sự, dân sự , đời sống khác nhau:
 Trong quân sự mẫu Flycam kí hiệu Voisin BN3:
Chuyên dùng để tác chiến ở cự li gần giám sát theo dõi địch, đã được giảm
thiểu tiếng ồn ở mức thấp nhất để đảm bảo sự an toàn. Mẫu Voisin BN3 được chính
phủ Mĩ và Pháp nghiên cứu có bốn cánh. Tốc độ bay 95km/h cự ly bay đến 10km thời
gian bay hơn 60 phút.

Hình 1 - 1: Flycam Viosin BN3 trong quân đội.
 Trong đời sống.


4
Mẫu Flycam kí hiệu Prime Air của Amazon:
Dùng để vận chuyển và giao hàng nhanh và tiện lợi theo yêu cầu của người mua
hàng. Flycam này chỉ bay ở độ cao 120m và phải bay khoảng vài dặm, giao hàng trong
khoảng thời gian lâu nhất là 30 phút. Kiểm soát điều khiển máy bay không người lái từ
cất cánh hạ cánh đã được thực hiện trong chế độ tự động.

Hình 1 - 2: Flycam Prime Air vận chuyển hàng hóa.
Mẫu Flycam kí hiệu Phantom 4 pro plus của hãng DJI: Chuyên dùng quay
phim chụp ảnh, có 4 cánh có thể bay lên tới 70km/h, có cảm biến vật cản phạm vi
3,5m, hỗ trợ video H.264 4K ở 60fps hoặc H.265 4K với tốc độ 30fps. Cảm biến và bộ

vi xử lý tiên tiến đảm bảo mọi thứ được chụp với nhiều chi tiết hình ảnh đep và sinh
động.

Hình 1 - 3: Flycam lái Phantom 4 pro phục vụ quay phim chụp ảnh.


5
Mẫu Flycam kí hiệu SKYF:
Mẫu Flycam này có chức năng kích tim cho những người bị đột quỵ đột ngột
một cánh nhanh chóng trong khi chờ y tế tới. Đây là mẫu Flycam 3 cánh của Mỹ có
tốc độ bay tối đa 50km/h độ cao 500m độ chính xác 50cm.

Hình 1 - 4: Flycam SKYF dùng kích tim khẩn cấp.

1.2.

Flycam trong nước.
Trong nước ta có một số mẫu Flycam do các bạn sinh viên ở các trường đại học
cao đẳng và các viện nghiên trong trong nước chế tạo là:
 Mẫu Flycam của bộ môn Kỹ thuật Hàng không và Vũ trụ:
(Đại học Bách khoa Hà Nội) là dạng máy bay lên thẳng nhiều cánh quạt tương
tự như các loại flycam trên thị trường. Drone có bốn cụm động cơ, mỗi cụm có hai
động cơ vận hành hai cánh quạt để nâng và di chuyển tải trọng có thể lên tới 12 kg.
Hai cánh quạt ở một cụm động cơ quay ngược chiều nhau giúp cân bằng phản lực tác
động lên toàn bộ hệ thống. Khoảng cách bay của Drone là 500 m, thời gian bay 15 - 20
phút cho mỗi lần sạc đầy pin.


6

Hình 1 - 5: Mẫu Flycam của bộ mơn kỹ thuật hàng không.
 Mẫu Flycam A16:
Là chiếc máy bay không người lái của Học viện nông nghiệp việt nam. Mẫu
này có 6 cánh, phục vụ cho nơng nghiệp và các mục đích khác. Nâng được 5kg khơng
tải và tải thêm được 15 kg. Phun 1Ha chỉ trong 15 phút. Máy bay có thể hoạt động liên
tục trong 45 - 70 phút. Tốc độ bay hiệu quả là 75 km/h ở cao độ 200 - 500m.

Hình 1 - 6: Mẫu máy bay A16 của Học viện nông nghiệp Việt nam.


7
Từ các nghiên cứu trên ta có thể khẳng định Việt Nam đã có đủ khả năng chế
tạo máy bay không người lái phục vụ cho phát triển đất nước và bảo vệ an ninh tổ
quốc.
1.3.

Một số hãng sản xuất Flycam
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng sản xuất Flycam, tuy nhiên chỉ có vài
hãng sản xuất nổi bật và được nhiều người sử dụng là:
 DJI
Có trụ sở đặt tại Trung Quốc và học là một trong những hãng sản xuất Flycam
nổi tiếng, các dòng sản phẩm flycam bốn cánh là Phantom 2, Phantom 3, Phantom3s,
… tuy nhiên nôỉ bật là: PHANTOM 4 PRO và MAVIC PRO. PHANTOM 4 PRO tốc
độ bay lên đến 72km/h, độ cao tối đa là 6000m, pin Phantom 4 bay được trong 30 phút
và cho ra hình ảnh là 20MP, video 4K ở tốc độ 30p. MAVIC PRO tốc độ 64km/giờ ở
chế độ bay thể thao, với độ cao 5000m trong khoảng 27 phút và hình ảnh chất lượng
13.35MP, video 4K ở chất lượng 24p. Cả hai đều có chức năng GPS.
Link sản phẩm: />
Hình 1 - 7: DJI PHANTOM (bên trái) và MAVIC PRO (bên phải).
 SYMA

Hãng đồ chơi SYMA ở Trung Quốc nổi tiếng với sản xuất máy bay điều khiển
và Flycam, các mẫu flycam bốn cánh nổi tiếng của hãng là: X8PRO và X8W. X8PRO
với dung lượng pin: 7.4V 2000mAh Li-ion Camera wifi 720P camera có thể chỉnh góc


8
xoay từ bộ điều khiển từ xa khoảng cách điều khiển 100 mét, tự động trở về khi máy
bay mất sóng hoặc khi pin sắp hết và thời gian khoảng 10 phút. X8W có dung lượng
pin 7.4V 2000mAh Li-on Khoảng 12 phút bay, khoảng cách xa 100m trang bị camera
0.3MP HD WIFI.
Link sản phẩm: />
Hình 1 - 8: X8PRO(bên trái) và X8W(bên phải).
 JJRC
JJRC là hãng Flycam ở Trung Quốc là nhà sản xuất máy bay không người lái
nổi tiếng với mẫu flycam bốn cánh. Sau đây là hai dòng sản phẩm nối tiếng là: H47 và
H49. H47 dung lượng 3.7V 500mAh cho khả năng vận hành bay lên tới 10 phút,
Camera 2.0Mp 720P HD độ nét cao, chụp ảnh quay phim góc rộng được tích hợp chế
độ khơng đầu, khả năng bay lượn tốt khoảng cách lên tới 30m. H49 có dung lượng pin
3.7v 250mAh thời gian bay khoảng 5 phút. Camera wifi HD, có chức năng GPS.
Link sản phẩm: />

9
Hình 1 - 9: H47(bên trái) và H49(bên phải).
Từ những nghiên cứu trong cũng như và ngoài nước ở trên đề tài quyết định
chọn và tiến hành thiết kế chế tạo theo mẫu flycam 4 cánh.


10

Chương 2:

PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1. Phương pháp nghiên cứu.
 Từ những cơ sở lý thuyết và thực tiễn đã tìm hiểu để tài sẽ được thực hiện với

-

-

-

các bước cụ thể sau:
Nghiên cứu các cơ sở lí thuyết và mơ hình thực tế.
Thiết kế phần khung của Flycam.
Từ những lí thuyết của phần đệm Arduino viết và hiệu chỉnh thông số PID.
Thiết kế chế tạo phần mạch điều khiển theo board Arduino.
Bay thử nghiệm và hiệu chỉnh.
Kết nối với Camera.
Từ cơ sở trên đề tài được kết cấu từ 4 chương chính:
Chương 1: Tổng quan về Flycam.
 Giới thiệu về mơ hình.
 Tình hình nghiên cứu trong nước và đánh giá.
Chương 2: Phương pháp và nội dung nghiên cứu.
 Phương pháp nghiên cứu.
 Yêu cầu hệ thống.
 Phương án thiết kế.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thử nghiệm.
Chương 4: Kết luận và đề xuất.

2.2. Một số cơ sở lý thuyết của Flycam.
2.2.1. Sơ lược mơ hình Flycam.
Các loại mơ hình.
Hiện nay có rất nhiều loại flycam được chế tạo sản xuất và phân loại theo nhiều
tiêu chí như là: Phân loại theo số cánh quạt: 3 cánh , 4 cánh, 6 cánh ,… Phân loại theo
kích thước: kích thước micro, kích thước mini, kích thước lớn,… Phân loại theo nhu
cầu sử dụng: dùng quay phim chụp ảnh, dùng đua dùng vận chuyển hàng hóa,… Sau
đây là một số loại Flycam phân loại theo các tiêu chí trên:

-

Loại 1: Tricopter.


11

Hình 2 - 1: Mơ hình Tricopter.
Đây là loại flycam có 3 cánh khơng phổ biến giống như loại 4 cánh, 6 cánh hay
12 cánh. Đặc thù cấu tạo của flycam này sẽ được chia thành 3 nhánh với khoảng cánh
120 độ, là thiết kế không đối xứng nên động cơ phía sau phải có khả năng xoay nên ta
phải gắn một động cơ servo để nó làm bánh lái chống lại hiện tượng khơng đồng trục
cánh quạt. Trong đó động cơ đuôi điều chỉnh việc đi tiến hay đi lùi ( pitch-control), hai
động cơ phía trước sẽ điểu khiển trái phải (roll-control), để điều khiển xoay quanh trục
Z thì dùng cùng lúc ba động cơ (yaw-control).
Loại này có nhiều kích thước khác nhau tính theo chiều rộng x dài x cao chia
làm hai loại mini và lớn:
Một số mẫu tricopter mini: Mẫu Y220 kích thước 180 x 210 x 50mm khối lượng 84g,
mẫu XT60 kích thước 200 x 200 x 43mm nặng 100g,…
Một số mẫu tricopter loại lớn như: Mẫu CX-33S kích thước 310 x 345 x 83 mm khối
lượng 164g , mẫu Tricopter V4 kích thước 600 x 525 x 160mm khối lượng 198g,…

Khối lượng của các mẫu tricopter tùy thuộc vào kích thước và vật liệu, vật liệu làm
khung giá thành rẻ thì dùng gỗ, firber carbon thì cao hơn, dùng nhựa in 3D là vừu tầm
với người dùng có thể in nhiều mẫu mã khác nhau nhanh chóng tiện lợi. Tuy nhiên với
mẫu tricopter đa số dùng Fiber carbon. Sau đây là một sô ưu điểm và nhược điểm của
loại Tricopter:

Bảng 2 - 1: Ưu và nhược điểm của Tricopter.


12
Ưu điểm
 Đẹp và lạ mắt khi chuyển động
giống như một chiếc máy bay
thật.
 Sử dụng ít động cơ và ESC nên có
giá thành rẻ tiết kiệm chi phí.
-

Nhược điểm
 Thiết kế không đối xứng phải gắn
một servo ở đuôi khó điều khiển.
 Khó cân bằng.
 Sức nâng ít

Loại 2: Quadcopter đây là loại flycam có 4 động cơ và cánh quạt.

Hình 2 - 2: Mơ hình Quadcopter.
Đây là loại Flycam phổ biến nhất được nhiều người sử dụng. Thiết kế kiểu bốn
cánh mỗi cánh tay kết nối với một động cơ, có hình dạng giống chứ “X” hoặc dấu “ +”
đối xứng và linh hoạt. Nguyên lý hoạt động của mơ hình là thay đổi tốc độ bốn cánh,

Flycam có 2 cặp cánh quạt thuận nghịch, với các cánh đặt chéo nhau là cùng phía. Cặp
cánh quạt phía trước và phía sau quay ngược chiều kim đồng hồ, trong khi đó cặp cánh
bên phải và bên trái lại quay thuận chiều kim đồng hồ nhằm cân bằng moment xoắn
được tạo ra bởi các cánh quạt trên khung. Cả 4 cánh phải sinh ra một lực đẩy bằng
nhau, khi Quadrocopter cất cánh và hạ cánh điều chỉnh (throttle up/down). Góc xoay
(roll) được điều khiển bằng cách thay đổi tốc độ giữa cánh bên phải và bên trái sao cho
vẫn giữ nguyên tổng lực đẩy sinh ra bởi cặp cánh này. Tương tự như vậy, góc nghiêng
(pitch) được điều khiển bằng thay đổi tốc độ của hai cánh phía trước và phía sau mà
vẫn giữ nguyên tổng lực đẩy. Trong khi đó, góc lệch (yaw) được điều khiển nhờ vào sự
thay đổi tốc độ của cặp cánh phải – trái so với tốc độ của cặp cánh trước – sau mà tổng
lực đẩy 4 cánh vẫn không đổi để Quadrocopter giữ được độ cao. Trong mơ hình mạch
cân bằng sẽ tiếp nhận thông tin thông qua Receiver từ người điều khiển sử dụng
Transmiter bằng sóng Radio tần số 2,4HZ sau đó sẽ xử lí thơng tin và điều chỉnh các


13
động cơ 1,2,3,4 để giữ cân bằng và điều chỉnh độ cao, tốc độ , trái phải sao cho đúng
mong muốn của người điều khiển.

Hình 2 - 3: Các hướng chuyển động của Flycam.
Kích thước của Quadcopter được tính theo chiều rộng x dài x cao, có hai loại
chính là mini và loại lớn:
Loại Quadcopter mini: Mẫu DM104S kích thước 82 x 82 x 48mm có khối lượng 101g,
mẫu MITU 91 x 91 x 38mm khối lượng 88g,…
Loại Quadcopter lớn: Mẫu F450 kích thước 320 x 320 x 150mm khối lượng 190g, mẫu
S500 kích thước 360 x 360 x 130mm khối lượng 230g,…
Khối lượng của Quadcopter lớn hay nhỏ còn tùy thuộc vào vật liệu làm khung giá
thành rẻ thì dùng gỗ, firber carbon thì cao hơn, dùng nhựa in 3D là vừu tầm với người
dùng có thể in nhiều mẫu mã khác nhau nhanh chóng tiện lợi. Ở mẫu quadcopter đa số
khung làm bằng nhựa in 3D. Một số ưu và nhược điểm của Quadcopter:

Bảng 2 - 2: Bảng ưu điểm và nhược điểm của Quadcopter.
Ưu điểm

Nhược điểm