Đồ án tốt nghiệp thiết kế và chế tạo mô hình quadrocopter để thu thập không ảnh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.89 MB, 75 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH QUADROCOPTER
ĐỂ THU THẬP KHƠNG ẢNH
Ngành
: Kỹ thuật Cơ - Điện tử
Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
Giảng viên hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thanh Bình
Lớp
: 13DCT01
Sinh viên thực hiện
:
Nguyễn Hiếu Nghĩa
1311030137
Nguyễn Trung Tuấn
1311030239
TP. Hồ Chí Minh, 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH QUADROCOPTER
ĐỂ THU THẬP KHƠNG ẢNH
Ngành
: Kỹ thuật Cơ - Điện tử
Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
Giảng viên hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thanh Bình
Lớp
: 13DCT01
Sinh viên thực hiện
:
Nguyễn Hiếu Nghĩa
1311030137
Nguyễn Trung Tuấn
1311030137
TP. Hồ Chí Minh, 2017
BM04/QT05/ĐT-KT
Viện Kỹ thuật Hutech
BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
(GVHD nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):
(1)........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................
(2)........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................
(3)........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................
2.
3.
4.
5.
Ngành
: ..............................................................................................................
Chuyên ngành : ..............................................................................................................
Tên đề tài: .......................................................................................................................
..........................................................................................................................................
Tổng quát về ĐA/KLTN:
Số trang:
....................... Số chương:
........................................
Số bảng số liệu:
....................... Số hình vẽ:
........................................
Số tài liệu tham khảo: ....................... Phần mềm tính tốn: ........................................
Số bản vẽ kèm theo: ....................... Hình thức bản vẽ:
........................................
Hiện vật (sản phẩm) kèm theo: .......................................................................................
Nhận xét:
a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
b) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
c) Những hạn chế của ĐA/KLTN:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
Đề nghị:
Được bảo vệ (hoặc nộp ĐA/KLTN để chấm)
Không được bảo vệ
TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN.
I
BM05/QT05/ĐT-KT
Viện kỹ thuật Hutech
BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
(GVPB nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):
(1)........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................
(2)........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................
(3)........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................
2. Tên đề tài: ..................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
3. Nhận xét:
a) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
b) Những hạn chế của ĐA/KLTN:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
4. Đề nghị:
Được bảo vệ
Bổ sung thêm để bảo vệ
Không được bảo vệ
5. Các câu hỏi sinh viên cần trả lời trước Hội đồng:
(1) ..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
(2) ..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
(3) ..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….
Giảng viên phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)
Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN.
II
LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan các kết quả thực nghiệm đạt được trong đồ án này
do chúng em tự tìm hiểu phân tích một cách trung thực và khách quan nhất. Các kết
quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Nếu phát hiện
bất kỳ sự gian lận nào chúng em xin hoàn tồn chịu trách nhiêm về nội dung đồ án
mình.
Tp. Hồ Chí Minh,ngày.....tháng...năm...
Sinh Viên Thực Hiện
Nguyễn Hiếu Nghĩa
Nguyễn Trung Tuấn
III
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc đến thầy
ThS. Nguyễn Thanh Bình, giảng viên VIỆN KỸ THUẬT HUTECH - người đã
hết sức tạo điều kiện và tận tính hướng dẫn, góp ý, chỉ bảo động viên chúng em
trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án này.
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp
ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường ĐẠI HỌC CƠNG
NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương
cũng như các mơn chun ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo
điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã ln tạo điều
kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt q trình học tập và hồn thành
khố luận tốt nghiệp.
Tp. Hồ Chí Minh,ngày.....tháng...năm...
Sinh Viên Thực Hiện
Nguyễn Hiếu Nghĩa
Nguyễn Trung Tuấn
IV
ABSTRACT
A Quadrocopter, aslo called a Quadrocopter Helicopter, is an aircraft that is
lifted by four rotors on a cross- shaped frame.
We succeeded in building a Quadrocopter with stiff and lightweight
structure. Our Quadrocopter’s in-fight dynamics was measured via an IMU (Inertial
Measurement Unit) which equipped with a dual- axis gyroscope and three axis tiltsensor. A microcontroller took these sensor’s inputs and performed PID control
algorithm on the four motors by varying PWM signals sent to each of the motors.
VI
TĨM TẮT BÁO CÁO
Quadrocopter, cịn gọi là Quadotor Helicopter, là một dạng máy bay lên
thẳng được nâng bởi bốn cánh quạt đặt trên một khung chữ thập.
Mơ hình được xây dựng thoả mãn cả 2 yếu tố là nhẹ và chắc chắn.
Những chuyển động của mơ hình được đo đạc thơng qua bộ IMU (Intertial
Measurement Unit, cịn gọi là bộ đo lường quán tính) bao gồm một con quay
hồi chuyển hai trục và cảm biên độ nghiêng ba trục và đưa về vi điều khiên
thực hiện thuật toán điều khiển PID cho 4 động cơ thông qua phương pháp
điều khiển chế độ rộng xung PWM.
V
MỤC LỤC
Trang bìa cứng
Trang bìa phụ
Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn ··················································· I
Nhận xét của giáo viên phản biện ···················································· II
Lời cam đoan ············································································· III
Lời cảm ơn ················································································ IV
Abstract ··················································································· V
Tóm tắt báo cáo ·········································································· VI
Mục lục ···················································································· VII
Danh mục hình bảng···································································· VIII
VII
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Khái niệm về Quadcopter ? ·························································· 1
1.2 Sự khác nhau giữa Helicopter và Quadcopter ··································· 3
1.3 Nguyên lý hoạt đông của Quadcopter ············································· 3
1.4 Công nghệ điều khiển ································································· 5
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
2.1 Thiết kế khung máy bay ······························································ 6
2.1.1 Thiết kế 1 (Bản vẽ CAD) ··················································· 7
2.1.2 Thiết kế 2······································································ 8
2.1.3 Thiết kế 3 (Bản vẽ Solid Works) ········································· 12
2.2 Ảnh thực tế của Fram Quadcopter················································· 14
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển ························································ 17
3.1.1 Tay điều khiển – Tx (Transmitter) – Máy phát sóng ················ 17
3.1.2 Rx(Receiver) - Mạch nhận sóng ·········································· 21
3.1.3 Servo ··········································································· 25
3.2 Mạch trung tâm ········································································ 26
3.2.1 Mạch Arduino Uno V3 ····················································· 26
3.2.2 Cảm biến 3 trục L3G4200D ··············································· 30
VII
3.3 Động cơ và ESC ········································································ 31
3.3.1 Động cơ – Motor ····························································· 31
3.3.2 ESC(Electronic Speed Controller) - Bộ điều tốc ······················ 34
3.4 Nguồn – Pin ············································································· 35
3.4.1 Sự khác biệt giữa Pin Lithium Ion (Li-Ion) và pin Lithium Polymer
(LiPo) ················································································· 36
3.4.2 Điện áp ········································································ 38
3.4.3 Từ viết tắt trị số của Motor ··············································· 39
3.4.4 Dung lƣợng ··································································· 39
CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LỰA
CHỌN LINH KIỆN
4.1 Tính tốn lựa chọn Motor ···························································· 41
4.2 Tính tốn lựa chọn ESC ······························································ 42
4.3 Tính tốn lựa chọn Pin ······························································· 43
CHƢƠNG 5: THU THẬP KHƠNG ẢNH
5.1 Camera hành trình – Sjcam 4000 Wifi 1080p Full HD ························ 45
5.2 Kết nối điện thoại với camera thể thao SJCam SJ4000 ························ 48
VII
CHƢƠNG 6: ĐỀ XUẤT HƢỚNG PHÁT TRIỀN
6.1 Sử dụng hệ thống hiện thị FPV ····················································· 53
6.1.1 FPV là gì ? ····························································· 53
6.1.2 Phƣơng thức hoạt động ············································· 53
6.1.3 Các thiết bị chính ····················································· 53
6.2 Định vị GPS ············································································· 54
CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN
7.1 Kết luận ·················································································· 59
7.2 Đề xuất ··················································································· 59
VII
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Quadcopter ······································································· 1
Hình 1.2: Quadcopter ······································································· 2
Hình 1.3: Helicopter ········································································· 3
Hình 1.4: Ngun lý hoạt đơng của Quadcopter ········································ 4
Hình 2.1: Frame quadcopter ······························································· 6
Hình 2.2: Bản vẽ “Thiết kế 1” ····························································· 7
Hình 2.3: Hình tổng qt frame “Thiết kế 1” ············································ 8
Hình 2.4:Kích thước mạch điện “Thiết kế 1” ············································ 8
Hình 2.5: Carbon 3K 16mm ································································ 9
Hình 2.6: Carbon 3K 16mm ································································ 9
Hình 2.7: Aluminium Clamp Spyer 260 - Kẹp ống 16mm ···························· 10
Hình 2.8: Aluminium Clamp Spyer 260 - Kẹp ống 16mm ···························· 10
Hình 2.9: Aluminium Clamp Spyer 260 - Kẹp ống 16mm ···························· 11
Hình 2.10: Thiết kế 2 ········································································ 12
Hình 2.11: Mơ phỏng 3D Arm(cánh tay) – Tổng qt ································· 12
Hình 2.12: Mơ phỏng 3D Arm(Cánh tay) – Mặt bên ··································· 13
Hình 2.13: Mơ phỏng 3D Arm(Cánh tay) – Mặt trên ··································· 13
Hình 2.14: Kích thước Arm(cánh tay) ···················································· 13
Hình 2.15: Mơ phỏng 3D Bản điện························································ 14
Hình 2.16: Thiết kế 2 ········································································ 14
Hình 2.17: Thiết kế 3 ········································································ 15
Hình 2.18: Thiết kế 3 ········································································ 16
Hình 3.1: Bộ thu – phát sóng Radiolink AT10 ·········································· 20
Hình 3.2: Mạch thu sóng RadioLink R6D II – Rx (Receiver) ························· 23
Hình 3.3: Mạch RadioLink R6D II ························································ 25
Hình 3.4: Mạch Arduino Uno V3 ························································· 26
Hình 3.5: Lập trình cho Arduino ·························································· 30
Hình 3.6: Cảm biến 3 trục Gyroscape L3G4200D ······································ 31
VIII
Hình 3.7: Chổi than các loại ································································ 32
Hình 3.8: Cấu tạo Motor Brushless và Motor Brush ···································· 32
Hình 3.9: Motor Brushless Emax RS2205- 2300 Racing Edition····················· 33
Hình 3.10 : Kích thước Motor Emax RS2205 – 2300Kv Racing Edition············ 33
Hình 3.11 : Bộ điều tốc ESC Emax BLHeli ············································· 35
Hình 3.12 : Pin Li-ion ······································································· 37
Hình 3.13: Pin Lipo (Lithium polymer) ·················································· 38
Hình 5.1: Camera hành trình – Sjcam SJ 4000 Wifi ···································· 45
Hình 5.2: Độ rộng ống kính ································································ 46
Hình 5.3: Nhiều lựa chọn về độ phân giải ················································ 46
Hình 5.4: Màn hình hiển thị LCD 1.5” ··················································· 47
Hình 5.5: Kích thước SJCam Sj4000 Wifi ··············································· 48
Hình 5.6: Các phím chức năng chính của SJCam SJ4000 Wifi ······················· 48
Hình 5.7: Tải ứng dụng SJCAM Zone từ App Store(IOS) và Play Store(Android)
·················································································· 49
Hình 5.8: Kích hoạt Wifi cho SJCam SJ4000 Wifi ····································· 50
Hình 5.9: Thơng số cấu hình đặt sẵn Wifi ················································ 51
Hình 5.10: Kết nối camera với điện thoại thơng qua app SJCAM Zone ············· 52
Hình 6.1: Hệ thống FPV ···································································· 53
Hình 6.2: GPS ················································································ 54
Hình 6.3: Ví dụ minh hoạ ··································································· 55
Hình 6.3: Ví dụ minh hoạ ··································································· 56
VIII
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Thiết kế 2 ·················································· 15
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật F450 ························································ 16
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật RadioLink AT10 10 channel ····························· 21
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật Receiver RX R6DII ······································· 24
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 ··········································· 27
Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật Cảm biến 3 trục Gyroscape L3G4200D ················ 31
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật : Motor Brushless Emax RS2205- 2300 Racing Edition
······················································································· 34
VIII
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Khái niệm về Quadcopter ?
Quadcopter là tiền thân của Máy Bay Trực Thăng hiện đại với nhiều rotor
bay với bốn cánh quạt. Trái ngược với trực thăng bạn thường thấy với với chỉ một
bộ rotor (cánh quạt được định hướng theo chiều dọc cịn quadcopter thì theo chiều
ngang)
Hình 1.1: Quadcopter
Quadcopter thường sử dụng hai cặp cánh quạt tương đương nhau. Hai cánh
thuận chiều kim đồng hồ và hai cánh ngược chiều kim đồng hồ. Sử dụng độc lập tốc
độ của mỗi rotor để điều khiển. Bằng cách thay đổi tốc độ của mỗi rotor, có thể tạo
ra một lực đẩy mong muốn. Xác định vị trí trung tâm của lực đẩy cả hai bên và theo
chiều dọc.
Quadcopter khác với trực thăng thông thường trong việc sử dụng các cánh
quạt có thể thay đổi độ cao của dao động khi chúng di chuyển quanh trục rotor.
Trong những ngày đầu, quadcopter đã được xem như là giải pháp cho một số vấn đề
trong việc bay thẳng đứng. Các vấn đề kiểm sốt lực xoắn có thể được loại bỏ bằng
cách xoay vòng và dễ dàng bằng cách làm các cánh quạt ngắn. Một số thiết kế có
người lái xuất hiện vào những năm 1920 và 1930. Những chiếc này nằm trong số
Trang 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình
những chiếc cất cánh và hạ cánh thẳng đứng không thành công trong những ngày
đầu tiên do độ ổn định kém và quyền kiểm sốt bị giới hạn. Vì thế, tính khả thi
trong các mẫu đầu tiên bị đánh giá rất thấp và địi hỏi mẫu thứ hai phải có q nhiều
cơng việc thí điểm.
Hình 1.2: Quadrocopter
Vào cuối những năm 2000, những tiến bộ về thiết bị điện tử cho phép sản
xuất các bộ điều khiển từ xa giá rẻ, gia tốc (IMU), hệ thống định vị toàn cầu và máy
ảnh. Điều này dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng của các quadcopter tiêu dùng nhỏ,
rẻ tiền cùng với các thiết kế nhiều rotor khác. Thiết kế của quadcopter cũng xuất
hiện nhiều hơn trong những nghiên cứu thiết bị không người lái trên khơng (UAV).
Với kích thước nhỏ gọn và tính cơ động của chúng, những quadcopter này có thể
bay trong nhà hoặc ngồi trời.
Ưu điểm của quadcopter là ở kích thước nhỏ, rẻ hơn và bền hơn máy bay
trực thăng thông thường do sự đơn giản về mặt cơ khí của chúng. Lưỡi cánh nhỏ là
một thuận lợi vì chúng có ít động năng hơn, giảm khả năng gây thiệt hại. Đối với
các quadcopter quy mô nhỏ, điều này làm tạo sự tương tác chặt chẽ cho thiết bị an
tồn hơn. Nó cũng quadcopter được bảo vệ kèm theo các cánh quạt, tiếp tục giảm
khả năng gây thiệt hại. Tuy nhiên, khi kích thước tăng, quadcopter có những bất lợi
Trang 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình
lớn hơn trực thăng thơng thường. Ta bắt buộc phải tăng kích thước lưỡi cánh làm
tăng đà của chúng. Điều này có nghĩa là sự thay đổi trong tốc độ lưỡi dài, ảnh
hưởng tiêu cực đến sự kiểm sốt. Đồng thời, tăng kích thước lưỡi để tăng độ hiệu
quả nhiều năng lượng hơn để bay. Do đó, độ hiệu quả ngày càng gia tăng với chi
phí. Trực thăng khơng gặp phải vấn đề này, khi tăng kích thước của rotor khơng ảnh
hưởng đáng kể đến khả năng điều khiển.
1.2 Sự khác nhau giữa Helicopter và Quadcopter
Trực thăng thông thường (Helicopter) và trực thang bốn chong chóng
(QuadCopter) được xếp vào loại máy bay có khả năng cất cánh và hạ cánh thẳng
đứng hay còn gọi là VTOL (Vertical Take Off and Lading), cả hai loại này đều có
khả năng di chuyển theo 6 hướng (lên-xuống, trước-sau, trái-phải), khả năng đứng
yên tại chỗ(hover) mà máy bay cánh bằng khơng có.
Hình 1.3: Helicopter
1.3 Ngun lý hoạt đông của Quadrocopter
Đối với Quadrocopter, kết cấu chỉ gồm 4 motor điện giống nhau có lắp cánh
quạt được đặt ở 4 góc hình vng và cánh quạt có thể gắn trực tiếp hay thông qua
truyền động bánh rang, 4 motor này được chia ra làm 2 cặp: trước-sau, trái-phải.
Chiều quay của 2 motor trong mỗi cặp là giống nhau, nhưng chiều quay của
cặp trước-sau và trái-phải là ngược nhau. Ví dụ: cặp trước-sau quay cùng chiều kim
Trang 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình
đồng hồ thì cặp trái-phải quay ngược chiều kim đồng hồ. Và cánh quạt dung trong
quadcopter phải là 2 loại ngược nhau, một loại quay cùng chiều và một loại ngược
chiều kim đồng hồ. Thơng thường dùng loại có góc tấn cố đinh ( fixed pitch).
Mục đích của việc này là để triệt tiêu moment xoắn do từng cặp gây ra. Tuy
nhiên, ngoài khả năng tạo moment triệt tiêu nhau, 4 motor này khi quay đều tạo lực
nâng cho máy bay. Đây chính là ưu điểm lơn của quadcopter.
Nguyên lý hoạt đông của loại quadcopter này cũng rất đơn giản:
Hình 1.4: Nguyên lý hoạt đông của Quadcopter
Trước-sau: để đi về bên trước, motor phía trước giảm tốc so với motor sau và
ngược lại để đi về phía sau, motor sau giảm tốc so với motor trước.
Trái-phải: để đi về bên trái, motor trái giảm tốc so với motor phải và ngược
lại để đi về bên phải, motor phải giảm tốc so với motor trái.
Lên-xuống: tăng tốc hay giảm tốc đồng thời 4 motor sẽ làm tăng lực nâng
hay giảm lực nâng để bay lên bay xuống.
Xoay: muốn xoay cùng chiều kim đồng hồ thì cặp motor quay cùng chiều
kim đồng hồ (ví dụ trước-sau) sẽ quay chậm hơn cặp motor quay ngược chiều kim
đồng hồ(ví dụ trái-phải). Ngược lại , muốn xoay ngược chiều kim đồng hồ thì cặp
motor quay ngược chiều kim đồng hồ (trái-phải) sẽ quay chậm hơn cặp motor quay
cùng chiều kim đồng hồ(trước-sau).
Trang 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình
1.4 Cơng nghệ điều khiển
Xét về mặt này thì quadcopter địi hỏi hệ thống mạch điều khiển phức tạp
hơn vì phải sử dụng các cảm biến quán tính như gyro (gyroscope) và gia tốc
(accelero-meter) để tính tốn được góc nghiêng và vận tốc quay theo ba trục để giữ
thăng bằng, nếu không sẽ không thể nào điều khiển được. Tuỳ theo hệ thống mạch
điều khiển tốt tới mức nào sẽ quyết định tới khả năng điều khiển quadcopter dễ hay
khó.
Nhưng khi đã được thiết kế tốt, một người chưa từng điều khiển qua lần nào
cũng có thể điều khiển được quadcopter một cách dễ dàng, theo như nguyên lý hoạt
động đã đề cập tới ở trên thì quadcopter thực chất chỉ là điều khiển tốc độ của 4
motor để có được chuyển động mong muốn.
Đối với Helcopter, việc điều khiển bao gồm nhiều yếu tố, điều khiển các
servo để thay đổi góc tấn của quạt chính, thay đổi tốc độ cánh quạt chính, thay đổi
tốc độ hoặc góc tấn của cánh quạt đi để dễ bẻ lái, thay đổi mặt phẳng quay của
cánh quạt chính . . . Loại này rất khó điều khiển, cần phải có nhiều kỹ năng và kinh
nghiệm. Để có thể điều khiển được mơ hình loại này, người điều khiển phải mất
một thời gian khá lâu để làm quen, và thường phải tập lái trên các phần mềm mơ
phịng được mới đủ tự tin cầm lái. Nếu khơng, rớt máy bay là một điều rất dễ xảy
ra.
Trang 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
2.1 Thiết kế khung máy bay
Hình 2.1: Frame quadcopter
Máy bay trực thăng bốn cánh quạt (quadcopter) cỡ nhỏ là một loại máy bay
không người lái phổ biến. Gồm 4 cánh tay (arm) với một động cơ (motor) đặt ở đầu
mỗi cánh tay được liên kết với nhau qua “phần kết nối”. Các cánh tay được đặt đối
xứng với nau qua tâm. Thiết kế máy bay trực thăng bốn cánh quạt có thể bắt đầu từ
việc mơ hình hố sau đó tính tốn kích thước các cánh tay máy bay, lưc nâng đề
xuất phù hợp hay không. Tuy nhiên, thiết kế máy bay trực thăng bốn cánh quạt chủ
yếu tập trung đến tính đối xưng, trọng tâm và khối lượng của mơ hình.Vì vậy, bài
báo cáo trình bày giải pháp thiết kế thực nghiệm dựa vào kích thước các mơ hình
máy bay trực thăng bốn cánh quạt phổ biến.
Ở thiết kế 1, vật liệu dạng hợp kim nhôm được sử dung để gia công cánh tay
và vật liệu bảng mạch in vẫn còn phủ lớp đồng được sử dụng để tăng độ cứng của
phần kết nối. Thiết kế này có khối lương nhẹ nhất nhưng lại có độ bền cơ học kém
trước những chấn động hay va chạm mạnh của máy bay với vật cản.
Trang 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình
Thiết kế 2, tối ưu hoá của thiết kế 1, loại bỏ bản mạch in bên trên vì khơng
cần thiết, thay vào bằng vật liệu nhựa mica để tối ưu hoá trọng lượng của máy
bay.Góp phần thay đổi độ bền máy bay, loại bỏ cánh tay bằng vật liệu nhơm, thay
vào đó bằng thanh ống carbon 3K 16mm, giúp cải thiện đáng kể độ bền máy bay.
Thiết kế 3 sử dụng vật liệu nhựa có độ bền cao hơn thiết kế 1 và thiết kế 2 vì
sử dụng vật liệu nhựa sợi cacbon. Bảng mạch điện được thiết kế chi tiết hơn ở thiết
kế 1và thiết kế, gồm 2 bảng mạch trên và dưới, để tạo thêm khơng gian lắp đặt các
chi tiết.Vì sử dụng vật liệu nhựa cacbon độ bền cao, nên thiết kế 3 có chi phí khá
cao so với thiết kế 1 và thiết kế 2.
2.1.1 Thiết kế 1 (Bản vẽ CAD)
Hình 2.2: Bản vẽ “Thiết kế 1”
Trang 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình
Hình tổng quát frame “Thiết kế 1”
Hình 2.3: Frame “Thiết kế 1”
Kích thước mạch điện “Thiết kế 1”
Hình 2.4: Mạch điện “Thiết kế 1”
2.1.2 Thiết kế 2
Trang 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình
Hình 2.5: Carbon 3K 16mm
Hình 2.6: Carbon 3K 16mm
Trang 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình
Hình 2.7: Aluminium Clamp Spyer 260 - Kẹp ống 16mm
Hình 2.8: Aluminium Clamp Spyer 260 - Kẹp ống 16mm
Trang 10
