Bezzałogowy Statek Powietrzny typu Quadrotor. Emilian Magdziak Łukasz Borkowski

Transkrypt

1 Bezzałogowy Statek Powietrzny typu Quadrotor Emilian Magdziak Łukasz Borkowski

2 Cel i założenia projektu Głównym celem projektu było stworzenie czterowirnikowej platformy latającej o jak największej stabilności z możliwością testowania różnego rodzaju elementów wyposażenia awionicznego tj. czujników prędkości kątowej, akcelerometrów, czujników ciśnienia i kierunku magnetycznego. Centralną jednostką sterująca odpowiedzialna za stabilizację całego układu oraz analizę danych przychodzących z czujników miała być oparta na mikrokontrolerze z możliwością wymiany jej na mikrokomputer np. PC104. Projekt konstrukcji przewidywał możliwie lekką i zarazem wytrzymałą ramę platformy z wykorzystaniem elementów kompozytowych oraz innych lekkich materiałów.

3 Konstrukcja Do budowy konstrukcji zostały użyte wytrzymałe oraz lekkie materiały jak ABS, włókno węglowe oraz Styrodur. Model został zaprojektowany w programie graficznym Solid Edge. Części elementów mocujących zostały wyprodukowane metodą FDM polegającą na warstwowym nakładaniu rozpuszczonego materiału modelowego. Styrodurowe tunele śmigieł zostały wcięte ploterem, tnącym drutem oporowym. Dzięki zastosowanym materiałom masa konstrukcji modelu wynosi 380[g], a masa startowa nie przekracza 1000[g]. Masa Quadorotora ma kluczowe znaczenie ponieważ bezpośrednio wpływa na długotrwałość lotu np. zwiększenie masy o 100[g] skraca jego długotrwałość o około 1,5 min. Czas pracy przy masie startowej 1000[g] około 15 min. Maksymalny ciąg 25[N]

6 Budowa napędu Do budowy napędu zostały wykorzystane cztery silniki bezszczotkowe prądu przemiennego które zasilane są za pomocą regulatorów trójfazowych. Są to silniki czeskiego producenta ModelMotors, model AXI 2212/26 silver. Wybór padł na ten model ze względu na wysoki moment obrotowy, małą masę i wysoką sprawność. Każdy z silników posiada moc znamionową rzędu 120W która jest w stanie wytworzyć do 8 N ciągu przy zastosowaniu 10 calowego śmigła o skoku 4,5. Do zasilenia czterech takich silników niezbędny był odpowiedni pakiet akumulatorów, pozwalający na przynajmniej 10 minutowy lot. Wybór padł na pakiet o pojemności 3700 mah i napięciu 11,1V (3S) oraz prądzie rozładowania 25C. W quadrotorze zastosowane zostały śmigła do napędów elektrycznych o wymiarach 10 x4,5. Są to śmigła dwu-łopatowe posiadające wysoką sprawność, małą masę i charakteryzujące się dużą elastycznością. W kwestii doboru śmigieł na chwile obecną niestety nie ma wielu możliwości gdyż niezbędne jest zastosowanie dwóch par śmigieł o lewych i prawych obrotach. Przeniesienie napędu z silników na śmigła odbywa się bezpośrednio co eliminuje straty jakie powstają na przełożeniach w standardowych modelach helikopterów dwu i jedno śmigłowych. Jednocześnie zwiększa sprawność całego układu co przekłada się na mniejsze zużycie energii elektrycznej oraz zwiększa niezawodność całego statku powietrznego.

9 Jednostka pomiarowo-sterująca Sercem całego BSP jest jednostka pomiarowo sterująca, jej główne zadania to: - pomiar wartości kątów przechylenia, pochylenia, odchylenia - pomiar przyśpieszeń w trzech osiach OX, OY, OZ - niezależne sterowanie pracą czterech silników - stabilizacja lotu poziomego i pionowego - utrzymanie pozycji w oparciu o GPS W skład jednostki PS wchodzą następujące elementy: - trzy czujniki prędkości kątowej ADXRS300 - trój-osiowy czujnik przyśpieszenia liniowego LIS3LV02DQ - magnetometr dwuosiowy HMC czujnik ciśnienia bezwzględnego BMP085 - rejestr przesuwny 8-bitowy TPIC6B595N - odbiornik GPS 5Hz - mikroprocesor PIC18F cztery zmodyfikowane regulatory TowerPro 18A (300Hz, I2C)

12 Zasada działania i sterowanie Quadrotor jest stosunkowo odmienna konstrukcją helikoptera jednak w sterowaniu i samym zachowaniu się modelu przypomina klasyczną konstrukcję z centralnie umiejscowionym wirnikiem oraz wirnikiem bocznym. Sterowanie platformą sprowadza się do zmiany prędkości obrotowej poszczególnych par śmigieł w celu pochylenia, przechylenia bądź zmiany kierunku lotu obiektu. W czterowirnikowej konstrukcji dwa naprzeciwległe śmigła obracają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara a dwa poprzeczne w przeciwną stronę co wymusza zastosowanie dwóch par śmigieł o lewych i prawych obrotach.

15 Podobne projekty Przedstawiony model quadrotora został zbudowany w oparciu o projekt Open Source Universal Aerial Video Platform oraz jego rozwinięcie UAVX. Szczegóły dotyczące obu rozwiązań UAVP można znaleźć pod adresami: - projekt pierwotny: - rozwinięcie projektu: W sieci można znaleźć jeszcze kilka innych tego typu konstrukcji, różniących się miedzy sobą głównie rodzajem zastosowanych czujników i mikrokontrolerów oraz oprogramowaniem konfiguracyjno-testowym: - mikrokopter: (ATMEGA644) - UAVP-NG: (ARM7 LPC ATMEGA664) - Arduino Quadcopter:

20 Obszary zastosowań Urządzenie można zastosować do monitorowania trudno dostępnych miejsc, takich w których życie lub zdrowie człowieka może być narażone na niebezpieczeństwo. Monitorowanie imprez masowych w miejscach nieobjętych systemem monitoringu przez ochronę, policję lub inne służby porządkowe. Monitorowanie pożarów lasów, nadzorowanie wybrzeża. Wykonywanie lotniczej dokumentacji fotograficznej z niewielkiego pułapu np. nadzór budowlany, kontrola obiektów przemysłowych, reklama, zdjęcia i filmy dziennikarskie oraz fotografia artystyczna. Z niepotwierdzonych źródeł dochodzą wiadomości iż tego typu urządzenie buło użyte do zbierania materiału dowodowego przeciwko Andrzejowi Lepperowi.

21 Dziękuje za uwagę i zapraszam do obejrzenia krótkiego materiału wideo. /watch?v=zr_uf23qesc