Quadcopter(In Persian)

فناوری و نحوه ی ساخت یک Quadcopter

تهیه کننده:یاسر مسلمی

به نام ایزد یکتا

دانشگاه علمی کاربردی کوشا کرج

میتوان گفت مدل اولیه آزمایشی یک Multiroter توسط دو 1907در حدود سال

Jacques andبرادر فرانسوی به نام های Louis Breguet که اسم پروژه ی خود را

Quadcopter شماره یک نامیدند ساخته و تست شد.

Quadcopterآنها هر چند نتواستند که خود را به صورت ثابت در آسمان نگه دارند ولی به هر حال موفق به پرواز

شدند.

تاریخچه

تاریخچه

معرفی

قطعات یک Quadcopter

نحوه پرواز Quadcopter

قابلیت های یک Quadcopter

مزایا و معایب Quadcopter

منابع

یک مهندس فرانسوی 1924در سال Etienne Oehmichen موفق به ثبت رکورد

Quadcopter متر با 360پرواز به مسافت خود شد.در همان سال او مسافت یک

دقیقه و 7کیلومتر را در مدت زمان ثانیه پرواز نمود.40

تاریخچه

معرفی





منابع

George-de Botheza. Drدر حدود همان زمان Quadcopterموفق به ساخت و تست تعدادی

برای ارتش آمریکا شد که: پروانه ، که همه ی آنها به وسیله 8 روتر و 4دارای

ی یک موتور کار میکنند.بیش یکهزار پرواز موفق داشته .

متر پرواز در سال 360موفق به ثبت رکورد 1924.

دارای ثبات خوب در زمان خودش.استفاده از آن در ارتش آمریکا.

تاریخچه

معرفی





منابع

Dr.George-de Bothezat andطراحی شده توسط Ivan

که قابلیت Quadcopterیکی از مدل های اولیه ی پروانه 4کنترل و حرکت در سه بعد اصلی توسط

را داشت. موتور برای 4پرواز به دلیل کنترل همزمان

خلبان سخت بود.

Convertewings مدل 1956

تاریخچه

معرفی





منابع

Curtis-Wrightطراحی شده توسط کمپانی پروژه ی ارتش آمریکا

به کارگیری انواع نیروهای اعمال شده به موتورها برای حرکت در جهات مختلف.

Curtis-Wright VZ-7.مدل 1958

تاریخچه

معرفی





منابع

در ده سال گذشته مدل های کوچک Quadcopter مانند فانتوم و پاروت وارد بازار

شده،این مدل های جدید ارزانتر و سبکتر هستند و ازقطعات الکترونیکی پیشرفته برای

کنترل پرواز استفاده میکنند.

فانتوم پاروت

مدل های کنونی

تاریخچه

معرفی





منابع

یک کوپتر چند موتوره است که بلند Quadcopterیک موتور صورت 4شدن و حرکت کردنش توسط

به دو حالت Quadcopterمیگیرد.موتورهای یک میچرخند که به صورت ضربدری دو موتور به حالت

ساعتگرد و دو موتور دیگر به صورت پادساعتگرد میچرخند.

Quadcopterمعرفی

تاریخچه

معرفی





منابع

برای بلند شدن هر چهار موتور با هم به صورت همزمان کار کرده به همین علت هر

Quadcopterموتور وظیفه ی حمل ¼ وزن کل را دارد،به همین علت موتورهای با قدرت کمتر استفاده میشود و در نتیجه هزینه ی آن مقروم

به صرفه میباشد.

تاریخچه

معرفی





منابع

بدنه ی اصلی•پروانه ها•موتورهای الکتریکی•منبع تغدیه – باطری•کنترل کننده الکترونیکی سرعت•(Electronic Speed Controller-ESC)

فرستنده و گیرنده ی رادیویی•کنترل کننده پرواز•سنسور الکترونیکی داخلی•

Quadcopter قطعات یک

تاریخچه

معرفی

یک قطعاتQuadcopter




منابع

ساختاری است که تمام قطعات روی آن نصب میشوند.

آنها به گونه ای طراحی شده اند که دارای استحکام زیاد و وزن سبک

باشند.در انتخاب کردن بدنه باید به سه ویژگی توجه داشت:

وزن بدنه سایز بدنه

جنس بدنه

بدنه ی اصلی

تاریخچه

معرفی





منابع

بدنه از سه قسمت تشکیل شده است:قسمت مرکزی؛جایی که قطعات •

الکترونیکی قرار میگیرند.چهار بازو که به قسمت مرکزی متصل شده •

اند.محل استقرار موتورها که آنها را به انتهای •

بازوها متصل میشوند.معموأل جنس بدنه ها از پالستیک ، فیبر کربن ،

MDFآلومینیوم و چوب/

بدنه ی اصلی

تاریخچه

معرفی





منابع

http://blog.oscarliang.net/wp-content/uploads/2013/06/Aluminium-Frame.jpg

Quadcopter دارای چهار پروانه میباشد که دو عدد آنها از نوع نرمال و دو عدد

هستند.Pusherدیگر در هنگام مونتاژ پروانه ها به موتورها ،

باید دقت کرد چون هر پروانه بسته راستگرد و چپگرد بودن موتور ، روی آن

مونتاژ میشود.

پروانه ها

تاریخچه

معرفی





منابع

http://blog.oscarliang.net/wp-content/uploads/2013/06/images1.jpg

اغلب از موتورهای Quadcopterدر براشلس استفاده میشود.در عکس های ذیل دو نمونه از این نوع موتور

را مشاهده مینمایید.

موتورها

تاریخچه

معرفی





منابع

عموما از اجزاي زير تشكيل موتورهاي معمولي از يك سيم ؛ميشوند:قسمت متحرك يا آرميچر

پيچ تشكيل شده است كه بر روي يك محور فوالدي ميچرخد و در انتهاي آن يك قسمت براي اتصال برسها قرار دارد كه برق از طريق برسها .به اين قسمت رسيده و وارد سيم پيچها ميشود

قسمت ثابت : كه از دو آهنرباي دائمي با .قطبيت مخالف تشكيل شده است

براي راه اندازي اين موتورها، كافيست كه برق را به برسها وصل كنيم. برق از طريق تماس

.برس با آرميچر وارد سيم پيچ آن ميشود

موتورها

تاریخچه

معرفی





منابع

سيم پيچها داراي چند قطب هستند و برسها طوري با آرميچر تماس پيدا ميكنند كه در هر لحظه برق وارد

يكي از قطبهاي سيم پيچ شده و يك آهنرياي الكتريكي موقتي ايجاد ميكند. اين آهنربا توسط يكي از

آهنرباهاي دائمي جذب شده و توسط ديگري دفع ظه قطبيت سيم پيچ عوض شده و حميشود. در اين ل

يك قطب ديگر مقابل آهنرباها قرار ميگيرد و اين كار باعث چرخش آرميچر بطور دائم تا زماني كه جريان

.برق برقرار است ميگردد

موتورها

تاریخچه

معرفی





منابع

هم با همان اصل مورد براشلس موتورهاياستفاده در موتورهاي معمولي كار ميكنند، با اين تفاوت كه در اين موتورها، سيم پيچ ثابت

ز آنجائي كه سيم پيچ ابوده و آهنرباها ميچرخند.در اين موتورها ساكن است، نيازي به برسها

وجود ندارد. كار تقسيم ولتاژ بين سيم پيچها را انجام ESC كنترل كننده سرعت موتور يا

ميدهد. به اين نكته دقت كنيد كه نميتوان از كنترلر سرعت موتورهاي معمولي و موتورهاي براشلس بجاي يكديگر استفاده نمود زيرا اين

دو، كار كامال متفاوتي انجام ميدهند.سريعترين راه براي تشخيص اينكه يك موتور براشلس

است يا معمولي اين است كه به سيمهاي آن نگاه كنيد.

موتورها

تاریخچه

معرفی





منابع

موتورهاي معمولي دو تا سيم دارند در حالي كه موتورهاي براشلس داراي سه سيم هستند.

سيم وسط فيدبك نام دارد و تغيير جاي دو سيم ديگر باعت خواهد شد كه جهت چرخش

.موتور برعكس شود

موتورها

تاریخچه

معرفی





منابع

معمولی نسبت به موتوری موتور براشلسمزیت هابرخی لس در تبدیل برق به توان مکانیکی نسبت شموتورهای برا کارآمدترند. این پیشرفت تاحد زیادی معمولی به موتورهای

، نه جریان استبه خاطر تعریف سرعت موتور توسط و در برسها ولتاژ. دست آوردهای بیشتر به خاطر نبودن

کاک است.حنتیجه کاهش تلفات اصط تحت بارهای مکانیکی باال، موتورهای براشلس و موتورهای

باکیفیت براش در کارآیی غیرقابل مقایسه اند. محیط و نیازمندی همچنین موتورهای براشلس را بسته به

شامل های مختلف ، مصرف کننده ها انتخاب میکنند که عملکردهای بدون نگهداری، سرعت های باال، و عملکردهایی

که در آن ها جرقه مخاطره انگیز است )مانند محیط های قابل انفجار(، یا ممکن است به دستگاه هایی که نسبت به

برق حساس هستند اثر بگذارد.

موتورها

تاریخچه

معرفی





منابع

معمولینسبت به موتور براشلس معایب توان بیشینه ای که می تواند به موتور براشلس � با حرارت محدود می شود؛ اعمال شود تقریبا

رباها را تضعیف می کند و می تواند به چراکه آهنعایق سیم پیچ ها نیز آسیب بزند. اشکال اساسی

معمولی یک موتور براشلس نسبت به موتور موتورهای براشلس به چون قیمت باالتر آن است

مدار کنترل کننده سرعت الکترونیکی پیچیده برای می توانند معمولی حرکت نیاز دارند. موتورهای

توسط کنترل گرهایی در مقایسه ساده تر تنظیم شوند؛ همچون رئوستا )مقاومت متغیر(. هرچند، این روش کارایی را کاهش می دهد؛ چراکه توان

در رئوستا تلف می شود.

موتورها

تاریخچه

معرفی





منابع

در انتخاب موتور،باید به مشخصه هایی که معموأل به وسیله ی تولید کننده،فروشنده و یا کارخانه ارائه

میشود توجه داشت و میبایست به نکاتی چون ( دقت داشت.به عنوان RPM)قدرت،نیرو و دور دقیقه

مثال موتور زیر با مشخصات زیر را دارا میباشد:

موتورها

تاریخچه

معرفی





منابع

http://blog.oscarliang.net/wp-content/uploads/2013/10/quadcopter-motor-spec.jpg

http://blog.oscarliang.net/wp-content/uploads/2013/10/quadcopter-motor-datasheet.jpg

اولین نکته ای که در انتخاب موتور باید دقت داشت این است که چه مقدار وزن را میخواهیم بلند کنیم و

به Quadcopterسپس برای جابه جایی و بلند شدن چه مقدار نیرو احتیاج است.یک قانون اساسی در

انتخاب موتور این است که شما موتور مورد نظر را Quadcopterباید با دو برابر نیروی الزمه برای حمل

انتخاب کنید.اگر نیروی تولیدی توسط موتور کم نمیتواند پاسخگوی درخواستهای Quadcopterباشد،

شما باشد،حتی ممکن است در بلند شدن هم مشکل داشته باشد و همچنین اگرنیروی موتور بیش

ممکن است خیلی تند و Quadcopterاز اندازه باشد، سریع پرواز کند و کنترل آن مشکل شود.

فرمول محاسبه ی وزنی که هر موتور باید تحمل کند برابر است با :

موتورها

تاریخچه

معرفی





منابع

ما وزنی حدود یک Quadcopterبه عنوان مثال اگر کیلوگرم داشته باشد،طبق معادله باال وزن وارده بر

= هر موتور برابر است با : 500g

را در Quadcopterالبته بدون شک شما وزن نهایی آخر کار خواهید داشت و در محاسبا ت خود باید

وزن پره ها و بدنه و کیت اصلی را به وزن محاسبه شده اضافه نمود. همچنین اگر قصد تصویربرداری را

دارید،وزن دوربین را در همین ابتدا باید اضافه نمایید.

هر چند شما میتوانید هر نوع موتور با هر نوع فشار راکه میخواهید انتخاب کنید،اما بهتر است

Quadcopter را هر چه میتوان سبکتر ساخت؛سبک بودن از این نظر بسیار مهم است که وزن زیاد ،

عمر باطری و قابلیت مانور شما را کم میکند.

موتورها

تاریخچه

معرفی





منابع

(:Lipoباتری لیتیوم پلیمر )یک خانواده از باتری های قابل شارژ است که در آن در زمان تخلیه، یون های لیتیوم از الکترود منفی به سمت الکترود مثبت و در هنگام

شارژ شدن وارونه حرکت می کنند. باتریهای لیتیوم ـ یون باالترین � دو برابر انرژی قابل چگالی انرژی را فراهم میسازند که تقریبا

دسترسی از باتریهای نیکل ـ کادمیم میباشد.آنها به دشارژ کامل نیاز ندارند،میتوان از جریان باالتری برای شارژ و

دشارژ بدون آسیب به باتری استفاده کرد،در هنگام دشارژ افت پتانسیل کمی دارند. می توانید در هر زمانی یک باتری لیتیم ـ یون را بی آنکه روی کارآیی باتری اثر بگذارد شارژ کنید، اما چون باتریهای

� دارای طول عمر شارژ/دشارژ چرخه ۵۰۰ تا ۳۰۰لیتیم ـ یون معموالهستند اگر زود به زود و قبل از تخلیه، این باتری را شارژ کنید طول عمر باتری را پایین می آورید .همچنین در صورت ادامه شارژ پس از پر شدن، باتری آسیب دیده و از عمر آن کاسته میشود به همین دلیل برای شارژ انها از مدارهای محافظ هوشمند استفاده میشود تاپس از

نشود. با آنکه overchargedپر شدن جریان شارژ قطع شود تا باتری بسیاری از سازندگان باتریهای لیتیم ـ یون طول عمر باتری را تا سه

ماه را ۱۸سال ذکر می کنند، بعضی از مصرف کنندگان طول عمر تا گزارش کرده اند .

باتری

تاریخچه

معرفی





منابع

حال باتری لیتیوم پلیمر گونه خاصی از باتری های لیتیمی قابل به بازار معرفی شدند. ۱۹۹۵شارژ هستند که نخستین بار از سال

این باتری ها قابل استفاده در تجهیزات قابل حمل مانند اسباب بازی ها، تلفن همراه و دوربین دیجیتال هستند. این باتری ها تا

ولت را پشتیبانی می کنند. این باتری ها عالوه بر ۳٫۷ولتاژی حدود ویژگی های باتری ها لیتیم-یون دو ویژگی مهم سبک بودن و شکل

پذیری را نیز دارا می باشند. به این معنی که این باتری ها را می توان به هر شکل دلخواه ساخته و مورد استفاده قرار داد. این ویژگی موجب شده تا سازندگان گوشی های تلفن همراه اسقبال

بیشتری به سمت این نوع پیل گالوانی پیدا کنند.

باتری

تاریخچه

معرفی





منابع

(:NiMH)باتری نیکلاین نوع باطری هم استفاده میشود اما ارزانتر

ولی سنگینتر است.

باتری

تاریخچه

معرفی





منابع

برای داشتن یک پرواز صحیح موتورها همه باید ESCبا یک سرعت دقیق حرکت کنند در نتیجه

خیلی مهم است.این ماژول قطعه ای است که مقدار فشار یا سرعت اعمالی به موتورهای

الکتریکی را کنترل میکند.ESC سیگنالهای ارسالی را که از گیرنده به ،

ماژول کنترل کننده ی پرواز فرستاده میشود را گرفته و پس از تجزیه و تحلیل،سرعت را

تنظیم و به موتورها اعمال میکند.ESC به مانند پدال گاز ماشین کار میکند ، یعنی

به شما اجازه ی اعمال نیروی دلخواه به موتور را میدهد.

کنترل کننده الکترونیکی سرعت)Electronic Speed Controller-ESC(

تاریخچه

معرفی





منابع

DC تبدیل برق ESCیکی دیگر از کارهای که موتور به ACدریافتی از باطری به جریان

آن احتیاج دارد که موتورهای براشلس توسط کنترل میشوند.ACجریان

باید ESCیکی از معیارهای مهمی که در انتخاب به آن توجه داشت مقدار جریان مصرفی آن

است.هر موتور جریان مصرفی مختلفی دارد به

عنوان مثال اگر ما یک موتور با جریان میلی آمپر داشته باشیم بهتر است به جای 10

با جریان ESCمیلی آمپر ،از ESC 10استفاده میلی آمپراستفاده کنیم؛چون 18-15باالتر

با جریان بیشتر باعث تولید گرمای ESCانتخاب کمتری میشود.


تاریخچه

معرفی





منابع


تاریخچه

معرفی





منابع

،مغز یک کوادکوپتر است. پرواز کننده کنترلهمانگونه که از اسمش پیداست مداری است که وظیفه کنترل , تعادل و پایداری پرنده را بر عهده

دارد. Quadcopterاین ماژول برای ثابت نگهداشتن

( در IMUمیبایست بطور مداوم با سنسورها)ارتباط باشد و اطالعات آنها را تحلیل کند و با

ESCتحلیل این اطالعات دستورات الزم را به ارسال و به این ترتیب سرعت موتورها را کنترل

نگه میدارد.Stableو بدنه را در حالت ساده ترین مدارهای کنترل کننده پرواز عمدتا

دارای ژیروسکوپ , شتاب سنج , بارومتر )فشار سنج( , قطب نما و … هستند. در نمونه های

هم Gpsپیشرفته تر فالیت کنترل ها ، ماژول های استفاده می شود.

کنترل کننده پرواز

تاریخچه

معرفی





منابع

ژیروسکوپ وسیله ای برای اندازه گیری و یا •حفظ جهت می باشد.

بارو متر همان فشار سنج بوده و با اندازه •گیری میزان فشار هوا به تنظیم ارتفاع و ثبات

در ارتفاعی که پرنده پرواز می کند کاربرد دارد. به زبان ساده تر پرنده را در هنگامی که هیچ فرمانی از رادیو دریافت نمی کند در یک

ارتفاع ثابت نگه می دارد.


تاریخچه

معرفی





منابع

می توان کار هایی نظیر مختصات Gps با •دهی را انجام داد, برای مثال می توان به

داد تا به صورت اتوماتیک به pointپرنده نقطه مورد نظر پرواز کند. یا می توان

را راه اندازی کرد که back to homeسیستم پرنده به backto homeدر هر زمان با فرمان

آخرین مکانی که از آن پرواز را آغاز کرده بر می گردد و در آن مکان فرود می آید. یا می

محدوده پرواز تعیین Gpsتوان برای پرنده با کرد که حتی زمانی که خود شما در حال

کنترل آن هستید از یک محدوده معین خارج نشود.


تاریخچه

معرفی





منابع


تاریخچه

معرفی





منابع

برای انتخاب چگونگی کنترل حرکت موتورها میباشد.

IMU یک سنسور الکترونیکی میباشد که وظیفه ی اندازه گیری حرکت موتورها برای ثابت نگه داشتن

کواد در آسمان را بر عهده دارد. دائم با ماژل کنترل Quadcopterاین قسمت از

محاسبات وکننده پرواز در ارتباط بوده و پس باعث میشود تا سرعت موتورها های پیچیده اگوریتم

کنترل شود.

سنسور الکترونیکی داخلی

تاریخچه

معرفی





منابع

چهار رادیو معمولی یک Quadcopterبرای یک کاناله کافی است.

دستگاه فرستنده و گیرنده

تاریخچه

معرفی





منابع

تاریخچه

معرفی





منابع1393/12/21 36/46

محمد تابانی & یاسر مسلمی-جلسه دفاع کارشناسی

نحوه پرواز

تاریخچه

معرفی


نحوه پروازQuadcopter



منابع

حالت بلند شدن

حالت پائین آمدن

FL FR

RL RRFL FR

RL RR

نحوه پرواز

تاریخچه

معرفی





منابع

حرکت به عقب

حرکت به جلوFL FR

RL RR

RRRL

FRFL

نحوه پرواز

تاریخچه

معرفی





منابع

حرکت به سمت راست

حرکت به سمت چپ

FL FR

RL RR

RRRL

FRFL

نحوه پرواز

تاریخچه

معرفی





منابع

دور درجا به چپ

دور درجا به راستFL FR

LL LR

LRLL

FRFL

FL FR

FRFL

RR

RRRL

RL

میتوان در پروژه های زیر Quadcopterاز استفاده کرد:

نقشه برداری سه بعدیعملیات جستجو و نجات تصویربرداری رویدادها)مثل مسابقه ی

فوتبال( مانیتورینگ مراحل ساخت پروژه های

ساختمانی به منظور کنترل هر چه بهتر مدیران

مانیتورینگ حوادث طبیعی

Quadcopterقابلیت های یک

تاریخچه

معرفی



های یک قابلیتQuadcopter


منابع

چهار موتور کوچک،قطر کمتری نسبت به یک موتوربزرگ هلیکوپتر دارند.

به دلیل تقسیم شدن بار بر روی موتورها خسارتکمتری به موتورها وارد میشود.

.احتایج به د²م ندارد پره ی کوچک در مقایسه با یک پره ی 4ساختن

بزرگ راحت تر است. به علت کوچک بودن سایزQuadcopter آنها توانایی

عبور از جاهای صعب العبور را دارند و همچنین ریسک صدمه دیدن آنها کمتر است.

Quadcopter به مراتب در هزینه ی ساخت و مصرف انرژی کمتر از یک هلیکوپتر است.

مزایا

تاریخچه

معرفی




و معایب مزایاQuadcopter

منابع

شارژ باطری محدود بوده و به شارژ مکرر نیازدارد.

مدت زمان پرواز به مقدار انرژی ذخیره شده وسایز باطری بستگی دارد و نمیتوان سایز باطری را

از یک حجم مشخص بیشتر کرد. در موارد نظامی امکان هک کردنQuadcopter و به

دست گرفتن کنترل آن توسط نیروی دشمن وجود دارد.

پیچیدگی محاسبات در طراحیQuadcopter

معایب

تاریخچه

معرفی




و معایب مزایاQuadcopter

منابع

Google.www.wle.irhttp://www.slideshare.net/ WikipediaBrushless DC motor». All about circuitsBrushless DC Motor Guide». Anaheim AutomatioWhat’s The Difference Between Brush DC And Brushless DC Motors?». Electronic design Book of Build Your Own Quadcopter

منابع

تاریخچه

معرفی





منابع

http://www.wle.ir/

http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_13/6.html

http://www.anaheimautomation.com/manuals/forms/brushless-dc-motor-guide.php

http://electronicdesign.com/article/components/what-s-the-difference-between-brush-dc-and-brushless-dc-motors-

شایان ذکر است که امروزه ساخت ربات پرنده بهصورت مهندسی معکوس انجام میگرد.یعنی کسی

برای ساخت ربات پرنده به سراغ محاسبات و الگوریتم های پیچیده نمیرود و بیشتر از ماژول های

آماده میشود. به این نکته باید اشاره داشت که برای ساخت ربات

پرنده به یک تیم تخصصی که شامل گروه های الکترونیک ، کنترل ، رباتیک و مکانیک نیاز میباشد.

پیشنهاد میشود برای داشتن تیم رباتیک در دانشگاهخومان به دروس برنامه نویسی میکرو و کنترل

خطی و ربات نگاه خاصی داشت.

پیشنهادات

تاریخچه

معرفی





منابع

Thank You !!

Engineering

Quadcopter(In Persian)