最近、航空機モデルとその共感者の間で、マルチローター航空機スキーム、いわゆるマルチコプターが人気を集めています。 ウィキペディアには関連する記事がまだないため、この面白いメカニズムの言及だけがHabréでフラッシュされたため、私は自分のデバイスを作成した経験を共有することにしました。
今後は素晴らしいことではありませんでしたが、結果を気にせず、プロセスについては、ロジンの匂いがし、アルミの粉が散らばっている猫にあなたを招待します。
数年前、都市の鳥瞰図を撮るというアイデアが頭に浮かびました。 カイト 、 風船 、さらには鳩の 上でカメラを上げるなどの利用可能なオプションをすばやく歩いて、私は迅速かつ自然に無線操縦ヘリコプターのアイデア、そしておそらく新しい未知のメカニズム-マルチコプターを思いつきました。
デザインに関するいくつかの言葉
多くの場合、マルチコプターは、1対のモーターを備えた金属またはカーボンファイバーフレームです（最も一般的なのは、それぞれ4および6ローターのクワッドおよびヘキサコプターです）。 中央にはコントロールボードとバッテリーがあり、残りのパーツは好きなところに取り付けられます。
毎分7000〜25000回転の電動3相ブラシレスモーター（航空機モデルの標準）は、撮影に必要なすべての機器を空中に保持するのに十分な牽引力を発揮します。 モーターの数と出力に応じて、この推力は数百グラムから数十キログラムになります。
ほとんどの場合、回転モーメントを均等に補償するために偶数個のローターが使用されます。プロペラの半分は一方向に回転し、半分は反対方向に回転します（テールローターには同じ目的のためにテールローターがあります）が、 トリコプターもあります。
したがって、装置を左右および前後（ロールおよびピッチ）に傾けるには、一方のモーターの回転速度を下げ、もう一方のモーターの速度を上げるだけで十分です。モーターの速度を「1つを介して」上げると、一部のトルクは他のトルクによって補償されません、および装置は垂直軸を中心に左右に回転します（ヨー）。 トリコプターでは、モーターの1つが回転軸を変更し、その推力を少し横に向けますが、このためにはジャイロ効果を克服する必要があるため、トリコプターは無効であると考えています。
クワッドコプターには、従来のヘリコプターモデルに比べていくつかの利点があります。
- 開始価格。 電力を持ち上げる同様のヘリコプターは、2倍の費用がかかります。
- 設計のシンプルさ。 フレームは
たわごとと即興の材料の棒から組み立てられ、強度が重要です（伝統的なヘリコプターの一部は、鋭い操縦を可能にするために膨大な荷重に耐えなければなりません）。 - メンテナンス費用。 必要な揚力を備えたヘリコプター（以降、たとえば、平均重量1.5 kgまたは2 kgの平均一眼レフを持ち上げることができる航空機を取得したい）は、内燃エンジン、巨大なブレード、その他の大きなモデルの喜びのみを持つことができます、ガソリン+オイル、破損したブレードなどの対応するすべてのコストを伴います。
- 操作。 これには、6つの電気エンジンよりもはるかに大きな振動と騒音が含まれます。 優れたマルチコプターの操縦性、自動操縦を使用した簡単な制御。
そこで、写真用にマルチコプターを組み立てるというアイデアを得ました。 私たちは既製のソリューションに満足していません（詳細については後で説明します）。適切なカードゲームと簡単な美徳の女の子を使って、独自の大きくて美しいものを作りたいです。 原因に！
プロジェクトのドラフトから始めましょう。
私たちは装置を手に入れる必要があります
- 空中で自分自身を安定させます（手動制御ではありません）
- 最大の収容能力を備えています（ただし、どれが予算または技術的能力のいずれかで制限されていることは確かです）。
- 最大飛行時間（再び、積載量に依存）、
- 最大通信範囲
TKに似ていないのは、私たちが自由に使えるものが完全に不明確であるためです。 ブラシレスモーターの範囲は目を楽しませますが、時には財布をひっくり返します。 私たちは外国人の同僚の経験を活用し（また彼らにも戻ります）、私たちにとって最も便利なのは700kvおよび860kvモーター （kvはrpmあたりのボルト）であると判断します。
私たちはまだ少しの血で管理できると信じて、1ボルトあたり700回転を与える安価なモデルに焦点を当て、10x4.7cmのブレードで15Aのピーク消費で、各モーターからほぼ1キログラムのトラクションを得ると予想しています。 したがって、最大総推力は4.8 kg、電流消費-90Aの領域で想定されます。 私はすぐに予約をします。航空会社とは取引がなかったので、テーマフォーラムの広がりから差し引かれたフレーズの断片に頼っています。
また、素晴らしい5000mAh バッテリーが手に入り、そのバッテリーで 3.3分間飛行できます。 これは私たちにはあまり適していないので、消費量が90Aよりわずかに少ないと仮定してください:)別の注意事項：計算は空の指で行われました。手とテスターですべてに触れるまで自信を持って言うことができないためです。
残りのポイントについて詳しく説明します。
装置図
私たちは、私たちの複合体が何で構成されるべきかについて考えを引き出します。
モーターコントローラー （速度コントローラーでもあります）は、航空機モデルの標準的なスキームであり、目的のローター速度を設定するPWM信号に応じた位相シフトで準備された3相電力をエンジンに供給します。 将来的には、レギュレーターのコントローラーのファームウェアを変更した（そしてそれがお気に入りのATmegaであることが判明した）外国の同僚の経験を再び使用して、速度がPWM信号ではなくバイトで設定され、 I2Cバスの特定のアドレスに記録されるようにします。 この制御方法により、すべての速度コントローラと制御マイクロコントローラをわずか3本のワイヤで接続できます。
Girokub -3つのジャイロスコープと3つの加速度計のセットを呼び出しました。これらは、制御ボードが空間内のデバイスの位置を追跡するために必要です。
カメラジンバルは、撮影のためのもう1つの重要なディテールです。 飛行中、マルチコプターは側面に傾くため、カメラを反対方向に傾けて、カメラが撮影対象物に対してほぼ同じ平面にあり、フレームが揺れないようにする必要があります。 サスペンションの 設計は多数あり 、それらはすべてサーボによって制御されます（実際のジャイロスコープを吊る方が信頼性は高くなりますが、これは貴重な持ち上げ力の許容できない浪費です）。
メインボード （自動操縦と呼びます）は、デバイスの最も難しい部分です。 マイクロコントローラーは、ジャイロスコープと加速度計から取得したデータを使用して、各プロペラの必要な回転速度を再計算し、デバイスを元の位置に合わせるために、マルチコプターが各軸を中心に回転する角度を計算します。
リモート -私たちの計画によれば、これは無線モデムを介してメインボードに信号を送信し、同様にデバイスのステータスに関するデータを受信するラップトップです。
現時点では、膨大な量の作業すべてに対処できるように思えました。ほとんどすべてをゼロからソフトウェア、ハード、通信プロトコル、および相互作用スキームを開発する必要がありました。 これは間違いであり、私たちは多くのことを行ってきました。何度も何度も許可しますが、皆さんにとって有益な経験を積んでいます。 まあ、または少なくとも読むだけで面白い:) ネタバレ
この記事の掲載を手伝ってくれた皆さんに感謝します;）続きます。