Quadcopter: Komponenten, Arbeiten, Typen, Schnittstellen, Unterschiede und ihre Anwendungen

A Multirotor -Drohne ist eine Art UAV mit verschiedenen Rotoren, wie vier Rotoren, sechs Rotoren, acht Rotoren oder sogar noch mehr, basierend auf ihrem Design und ihrer Verwendung. Aber die zusätzlichen Rotoren dieser Drohne können die Nutzlastkapazität, die Flugzeit, die Stabilität usw. erhöhen. Dies sind die billigsten und einfachsten Drohnen eine hohe Kontrolle über Framing und Position. Diese sind daher ideal für die Überwachung und Luftaufnahme. Multirotor-Drohnen sind in verschiedenen Typen wie Trimotor-, Quadrotor-, Hexacopter-, Octocopter- und Koaxial-Multi-Rotor-Drohnen erhältlich. Dies sind die häufigsten UAV -Typen, und jede Art von Drohnen unterscheidet sich in ihrer Leistung, ihrem Design und ihrer Fähigkeit. Dieser Artikel erläutert eine der Arten von multirotorischen Drohnen wie dem Quadcopter, seiner Arbeit und den Anwendungen.

Was ist ein Quadcopter?

Ein Quadcopter ist eine Art von UAV, die von vier angetrieben wird Rotoren , wo jeder Rotor einen Motor und einen Propeller hat. Eine Quadcopter -Drohne verwendet vier Rotoren für Hebe und Antrieb, sodass sie abheben und vertikal landen und an Ort und Stelle driftet. Die beiden Rotoren dieser Drohne drehen also im Uhrzeigersinn, während die anderen beiden Rotoren gegen den Uhrzeigersinn drehen, um das Drehmoment abzubrechen und eine konstante Flugregelung zu ergeben. Dies kann manuell oder unabhängig kontrolliert werden, daher ist es aufgrund seiner Einfachheit, Stabilität und Manövrierfähigkeit eine der beliebtesten Arten von Drohnen.

Quadcopter unterscheiden sich durch ihr Vier-Rotor-Design, um die fortschrittliche Aerodynamik, Mechanik und Elektronik zu steuern. Sein exklusives Design bietet Manövrierfähigkeit und überlegene Stabilität als übliche Einzel-Rotor-Hubschrauber.

Quadcopter -Geschichte:

Der Quadcopter ist eine Art Multirotor-Drohne, die sich ausgiebig aus seinen frühen Designs entwickelt hat. Die Schritt-für-Schritt-Geschichte des Quadcopters wird im Folgenden erörtert.

• Jacques & Louis Bréguet entwickelten 1907 Gyroplane Nr. 1. Es ist eine frühe Quadcopter-Idee, die einen Start erreicht hat, aber die Instabilität basiert, die auf Cross-Blade Aerospace-Systemen basiert.
• Etienne Oehmichen schuf 1920 einen weiteren frühen Quadcopter wie Oehmmichen, der Flug und einen globalen Rekord zeigt.
• In der US-Marine experimentierte 1930 mit Radio-kontrolliertem Flugzeug, was zur Entwicklung von Curtiss N2C-2 führte.
• Der Bell Boeing Quad Tiltrotor im Jahr 1990 kombinierte sowohl die Fixed-Flügel- als auch die Quadcopter-Designs für militärische Transportanwendungen.
• Amazon schlug 2013 eine kommerzielle Drohnen -Technologie für ein Liefersystem vor
• Airbus entwickelte 2018 einen batteriebetriebenen Quadcopter für Urban Air Taxis, um irgendwann einen autonomen Betrieb zu erreichen.
• Gegenwärtig werden diese Drohnen für verschiedene Zwecke wie Freizeitfliegen, Luftfotografie, Lieferung, Überwachung usw. häufig verwendet.

Komponenten eines Quadcopters

Ein Quadcopter ist mit mehreren Schlüssel ausgelegt Komponenten , die unten erklärt werden.

Rahmen

Der Quadcopter -Rahmen enthält Arme, die Motoren, Batterien, den Flugcontroller usw. halten.

Motoren

Der Quadcopter enthält vier Motoren, mit denen er angehoben wird. Es gibt jedoch verschiedene Arten von Motoren auf dem Markt.

Esc

Seit dem Quadcopter Motoren Im Allgemeinen erfordern wir 3 3-Phasen-Versorgung, wir können sie nicht als direkte Versorgung verwenden. Daher müssen ESC die Controller -Signale ändern und sie an die Motoren senden, um ihre Geschwindigkeit zu steuern.

Propeller

Propeller sind ein wesentlicher Bestandteil der Drohne. Dies sind drehende Klingen, die wie Flügel auf Ihrer Drohne funktionieren und den Luftstrom erzeugen, um Ihre Drohne in die Luft zu heben.

Flugcontroller

Die Hauptfunktion des Flugcontrollers besteht darin, die Drehzahl jedes Motors als Reaktion auf die Eingabe zu lenken. Der Pilotbefehl für den Quad-Copter hilft also, sich vorwärts zu bewegen, und wird in den Flugcontroller eingespeist, um zu entscheiden, wie die Motoren kontrolliert werden sollen.

RC -Sender & Empfänger

Funksender und Empfängersteuerung Strom , was zu einer nützlichen Datenübertragung durch den Raum oder die Atmosphäre führt. Sie verwenden Radiosignale, um drahtlos Befehle über eine festgelegte Funkfrequenz über dem Funkempfänger zu senden. Es ist also mit dem Flugregler des Quadcopter verbunden, der remote gesteuert wird.

Batterie

Ein Quadcopter verwendet eine Batterie -Stromquelle, um alle Systeme Ihrer Drohne zu steuern, indem sie fliegen können. Endlich wird eine Lithiumpolymer -Batterie (LIPO) -Katterie benötigt, um den Quadcopter mit Strom zu versorgen, sodass die Flugzeit des Quadcopters hauptsächlich von der Kapazität der Batterie abhängt. Die Auswahl einer Batterie hängt hauptsächlich von Größe, Spannung, C -Bewertung, Kapazität usw. ab.

Verschiedenes

Verschiedenes umfasst das winzige Zubehör wie verschiedene Pulloverkabel und Kugelverbinder, die Ihren Quadcopter perfekt und stabiler machen.

Wie funktioniert ein Quadcopter?

Quadcopter können mit vier Rotoren fliegen, wobei jeweils ein Motor und ein Propeller enthält, um eine Lift- und Bewegungsregelung innerhalb der Luft zu erzeugen. Diese Drohnen können den Flug erreichen, indem sie die Geschwindigkeit jedes Rotors ändern und so die Menge an erzeugten Auftrieb und Schub beeinflussen, indem sie kontrollierte Bewegungen in alle Richtungen ermöglicht.
Der Flug eines Quadcopters basiert auf dem Prinzip der Schub- und präzisen Steuerung der vier Rotoren. So ist hier eine Aufschlüsselung seiner Arbeit.

• Sobald sich alle vier Rotoren drehen, erzeugen sie Luftstrom nach unten und stießen nach oben. Immer wenn die von den Rotoren erzeugten Gesamtzahl das Gewicht des Quad-Copter überschreitet, startet es.
• Um zu driften, ändert der Flugcontroller alle vier Rotorengeschwindigkeiten, um nur ausreichend Schub zu erzeugen, um die Schwerkraft auszugleichen.
• Die Geschwindigkeit der vier Rotoren wird gleichermaßen erhöht, um mehr Schub im Vergleich zum Gewicht zu erzeugen. Die Geschwindigkeit wird also reduziert, um abzusteigen.
• Die hinteren Rotoren drehen sich leichter und bewegen sich vorwärts als die vorderen Rotoren, und der Quadcopter nach vorne erzeugt Schub. Die Geschwindigkeit der Rückwärtsbewegung der vorderen Rotoren kann durch Erhöhen erreicht werden.
• Die rechten Seitenrotoren dieser Drohne drehen sich schneller, um sich links als die linken Rotoren zu bewegen, und neigen die Quadcopter -Drohne nach links. Hier kann die rechte Bewegung erreicht werden, indem die linke Rotorgeschwindigkeit erhöht wird.
• Um den Gier im Uhrzeigersinn zu drehen, drehen sich zwei Rotoren, die diagonal gegenüberliegend sind, schneller, während sich die beiden anderen Rotoren langsamer drehen, wodurch eine rotierende Kraft erzeugt wird. Durch die Umkehrung kann die Rotation gegen den Uhrzeigersinn erreicht werden.
• Die Sensordaten können vom Flugcontroller ständig überwacht werden. Daher stellt die Geschwindigkeit jedes Motors Mikroanpassungen, um die Stabilität zu erhalten und die Befehle des Piloten auszuführen.

Arten von Quadcoptern

Auf dem Markt gibt es verschiedene Arten von Quadcoptern, die auf ihren Rahmenformen und den beabsichtigten Verwendungszwecken erhältlich sind, die unten erläutert werden.

X Quadcopter oder X-Konfiguration:

Diese Art von Quadcopter hat das beliebteste Design, das eine gute Stabilitätsbalance und -manövrierfähigkeit bietet. Es wird in einer Vielzahl von Anwendungen wie Videografie, Rennsport, Luftfotografie, akrobatischem Fliegen, FPV -Rennen, verwendet,

H Quadcopter oder H-Configuration:

H Quadcopter verfügt über einen H-förmigen Rahmen, der eine bessere Stabilität bietet. So kann diese Drohne in der Luftfotografie anhand von Devopedia verwendet werden.

+ Quadcopter oder + Konfiguration:

Dieser Quadcopter zeichnet sich in geraden Flugspuren aus, einschließlich aerodynamisch effizienter Propellerpositionen, die häufig in akrobatischen Fliegen verwendet werden. Es wird in einfacheren Kontrollschemata bestimmter Anwendungen verwendet.

Y4 Quadcopter oder Y4 -Konfiguration:

Diese Drohne ähnelt einem Trikopter mit drei Armen, aber der hintere Arm enthält zwei Motoren, die koaxial montiert sind, um eine bessere Gierkontrolle und und die Hebekraft zu erhalten.

A-tail- oder v-tail quadcopter:

Diese Drohne ähnelt Y4quadCopter, außer mit Heckmotoren, die sich in einem A- oder V -Form in einem Winkel befinden, der mehr Giersteuerung bietet.

Quadcopter mit Arduino

Ein Flugregler ist das Gehirn des Quadcopters. Im Allgemeinen gibt es auf dem Markt auch viele vorgespeicherte Flugcontroller mit geringerer Kosten. Daher wird unten ein mit Arduino entworfener Flugcontroller gezeigt. MultiWii ist eine berühmte Flugcontroller -Software, die für DIY -Quadcopter verwendet wird.

Lassen Sie uns also einen Quadcopter mit Arduino entwerfen, wie unten gezeigt. Es ist nicht nur ein Quadcopter, sondern auch eine Open-Source-Maschine. Zu den erforderlichen Komponenten, die diesen Quadcopter mit Arduino erstellen, gehören: ESC, ESC, Bluetooth MPU-6050, 330-OHM-Widerstand, LED Indikator, Empfänger, Arduino Nano R3 und Verbindungsdrähte.

Verbindungen:

Die Verbindungen dieser Schnittstelle folgen;

• Schließen Sie den D3 -Pin Arduino Nano an den ESC -1 -Signalstift an.
• Schließen Sie den D9 -Pin Arduino Nano an den ESC -3 -Signalstift an.
• Schließen Sie den D10 -Pin Arduino Nano an den ESC -2 -Signalstift an.
• Schließen Sie den D11 -Pin Arduino Nano an den ESC 4 -Signalstift an.
• Schließen Sie den TX -Pin des Bluetooth -Moduls an den RX -Pin des Arduino an.
• Schließen Sie den RX -Pin des Bluetooth -Moduls an den TX -Pin von Arduino an.
• Der A4-Pin von Arduino ist mit dem SDA-Pin von MPU-6050 verbunden.
• Der A5-Pin von Arduino ist mit dem SCL-Pin von MPU-6050 verbunden.
• Schließen Sie ein Terminal der LED mit dem D8 -Pin von Arduino und dem anderen Terminal über einen Widerstand an die Stromversorgung an.
• Arduinos D2 -Pin ist mit dem Drosselklappenstift des Empfängers verbunden.
• Schließen Sie den D4 -Pin Arduino an den Eleron -Pin des Empfängers an.
• Der D5 -Pin von Arduino ist mit dem Querberater des Empfängers verbunden.
• Der D6 -Pin von Arduino ist mit dem Ruderstift des Empfängers verbunden.
• Der D7 -Pin von Arduino ist mit dem Aux 1 -Pin des Empfängers verbunden.

Arbeiten

Verbinden Sie nun alle Gründe mit den Bodenklemmen von Arduino. Daher enthält es alle Empfängergelände, das Bluetooth -Modul, das ESC -Gelände und das MPU -Gelände. Stellen Sie danach eine 5 -V -Stromquellverbindung an, indem Sie die GND des Akkus an den GND aller Komponenten anschließen. Der rote Farbdraht ist mit dem Arduino, dem 5 -V -Stift, dem Bluetooth -Modul und dem MPU angeschlossen.

Liefern Sie nun das Board und Arduino ist bereit, Code über einen Computer hinzuzufügen. Normalerweise arbeitet Arduino Flight Controller mit einigen Computerprogrammierungen. Dafür müssen Sie zuerst das MultiWii 2.4 herunterladen und den Code direkt herunterladen.

Es ist eine sehr beliebte FC-Software, die durch eine große Gemeinschaft für Multi-Rotoren verwendet wird. Da diese Software eine Vielzahl von Multi-Copters mit überlegenen Funktionen wie Bluetooth-Steuerung mit Ihrem Smartphone, Barometer, OLED-Display, GPS-Position Hold & Return to Home, Magnetometer, LED-Streifen usw. unterstützt, usw.

Sie werden feststellen, wie Sie den Flugcontroller sofort bewegen, die Werte für Beschleunigungsmesser- und Gyroskopdaten können auf dem Bildschirm festgestellt werden. Die FC -Ausrichtung ist also unten zu sehen. In dieser Schnittstelle können Sie die Signal -PID -Werte ändern und Ihren Quadcopter so anpassen, dass Sie Ihren persönlichen Einstellungen entsprechen. Bei dieser Schnittstelle können auch Flugmodi bestimmten Hilfsschalterpositionen zugeordnet werden. Jetzt müssen Sie nur noch eine Position für Ihren Arduino -Flugcontroller auf dem Rahmen finden, der auf den Himmel gedrückt wird.

Arduino Quadcopter arbeitet mit allen erforderlichen Komponenten zusammen, um Schub zu erzeugen, indem Flug- und Manövrierfähigkeit ermöglicht wird. Der Arduino -Microcontroller arbeitet also als Flugcontroller, der Eingaben erhält und Signale an die ESCs sendet, um die gewünschten Bewegungen wie Aufstieg, Schwebe, Umdrehen und Sturz zu erhalten.
Grundsätzlich verschmilzt der Arduino Quadcopter die Hardware mit Software, um einen Flugmaschine zu erstellen. Daher führt es eine Vielzahl von Manöver durch, abhängig von der Benutzereingabe und dem Feedback.

Differenz B/W Quadcopter gegen Drohne

Der Unterschied zwischen einem Quadcopter und einer Drohne umfasst die folgenden.

Vor- und Nachteile

Der Quadcopter -Vorteile Folgendes einschließen.

• Aufgrund ihres einzigartigen Designs und ihrer Fähigkeiten haben sie viele Vorteile
• Quadcopter haben eine stabile Leistung.
• Diese sind vielseitig und einfach zu bedienen.
• Sie haben Manövrierfähigkeit und Zugänglichkeit.
• Sie können schweben und stabile Flüge erreichen.

Der Die Nachteile von Quadcopter Folgendes einschließen.

• Es hat begrenzte Flugzeit und Geschwindigkeit.
• Diese haben ein komplexes Design mit verschiedenen Teilen, die für Beschädigungen anfällig sind.
• Sie sind auf Elektromotoren angewiesen, da bestimmte Gasänderungen erforderlich sind, hauptsächlich für die Stabilisierung.
• Diese sind im Vergleich zu Drohnen mit festem Flügel weniger effizient.
• Diese können durch Wetterbedingungen beeinflusst werden.
• Sicherheitsüberlegungen:
• Quadcopter können aufgrund ihres Multi-Rotor-Designs instabil werden, was möglicherweise zu Abstürmen oder unregelmäßigen Flugen führen kann.
• Die Datenübertragungsgeschwindigkeit ist sehr langsam.

Anwendungen

Der Quadcopter -Anwendungen Folgendes einschließen.

• Quadcopter werden in verschiedenen Anwendungen verwendet, darunter eine Vielzahl von Branchen und Aktivitäten.
• Diese können in der Luftfotografie, der Suche und Rettung, Überwachung, Lieferung und Freizeitaktivitäten sowie in Akrobatik und Rennen verwendet werden.
• Diese können auch in Landwirtschaft, Infrastrukturinspektion, Umweltüberwachung usw. verwendet werden.
• Quadcopter werden in industriellen und kommerziellen Anwendungen verwendet, darunter: Luftfotografie, Videografie, Präzisionslandwirtschaft, Sicherheit, Überwachung, Lieferdienste, Präzisionslandwirtschaft, Infrastrukturinspektion, Umweltüberwachung usw.
• Diese werden in Bewerbungen des öffentlichen Sektors wie öffentliche Sicherheit, Suche und Rettung, Strafverfolgungsbehörden, Katastrophenmanagement usw. verwendet.

So ist das Ein Überblick über einen Quadcopter , seine Arbeit und seine Anwendungen. Es handelt sich um ein vielseitiges UAV (unbemannter Luftfahrzeug) mit verschiedenen Anwendungen wie Videografie, Freizeitfliegen, Luftfotografie usw. Diese Drohnen spielen eine Schlüsselrolle in verschiedenen Bereichen wie Vermessung, Suchvorgänge, Rettungsvorgänge, Kartierung usw. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist ein UAV?