Projekty‎ > ‎

Quadcopter-mini

Na zdjęciu: akumulator, silniki, mikrokontroler, żyroskop, kompas, akcelerometr, sterowniki silników.

Dzięki staraniom waszej koleżanki i kolegi z wydziału mechanicznego ruszyło coś w projecie mini-quadrocopter. Mamy już prawie kompletny proof-of-concept. Brakuje elektroniki, czyli mikrokontrolera, czujników i sterownika do silników. Jest całkiem nieźle - prototypowy zestaw się trzyma kupy i ciągnie w górę, czyli zgodnie z wcześniejszymi szacunkami pozostał zapas mocy. Jest realna szansa na zbudowanie taniego, autonomicznego, małego czterowirnikowca z chińskich części! Jak na razie bateria, silniki, konstrukcja nośna, śmigła ważą niecałe 32 gramy. Pozostało kilka gramów zapasu, co powinno w zupełności wystarczyć na elektronikę oraz dodatkowe konstrukcyjne pręty węglowe.

Szacowana minimalna masa quadcoptera (sam napęd) wyniesie więc 4 x 5,7g = 23 g + konstrukcja nośna, bateria i elektronika. --> na razie jest 32 g (prototyp bez elektroniki).
Jako źródło zasilania posłuży akumulator Li-Po, 3,7 V, 300 mAh, 7,5 g. Te 300 mAh to chińska specyfikacja, pewnie realnie jest 200-250 mAh. 
Pobór prądu zależy od rodzaju silnika i wynosi ok. 250 mA lub 500 mA na pojedynczy silnik, czyli w sumie od 1000 do 2000 mA (4 silniki). Szacowany czas lotu na jednym ogniwie to od 5 do 15 minut. Podobnej klasy zabawki osiągają 6-10 minut, więc jest to chyba wiarygodne oszacowanie.
Warto zastanowić się nad twardym styropianem, papierem, włóknem węglowym jako materiałem konstrukcyjnym. Montaż najlepiej na wcisk, klej lub taśmę kaptonową — matalowe śruby są zbyt ciężkie!

Proponowane układy elektroniczne

  • mikrokontroler MC9S08QE8 (TSSOP16) albo najmniejszy Kinetis MK10DX128VFM5 (w obudowie QFN). Kinetis jest szybszy, ma więcej pamięci i układów peryferyjnych, a nie kosztuje dużo więcej.
  • żyroskop (L3GD20), 
  • akcelerometr (MMA6341, MMA8451, MMA7361), 
  • magnetometr (MAG3110FCR1)
  • moduł radiowy (RFM73).
  • sterownik silników: 4 tranzystory TN0200T albo 2 układy TB6552FNG.

Wstępne wyniki pomiarów ciągu silników

Wyzerowana precyzyjna waga o rozdzielczości 0,1g, swobodnie umieszczony na niej lekki pręt węglowy z silnikiem na końcu (tzn. silnik ze śmigłem znajdował się metr nad wagą, żeby można było pominąć ciśnienie przedmuchiwanego strumienia powietrza na wagę). Pomiary były wykonane dla różnych dostarczanych mocy, w zakresie prądów od bodajże 150 mA do 550 mA przy napięciu do 3,7 V oraz do 5 V (zależnie od modelu silnika). Mierzone było zmniejszenie pozornej masy układu wywołane siłą ciągu skierowaną w górę (czyli prawie dokładnie takie warunki, jakie są w czasie lotu quadcoptera). Wyniki: w rozsądnym zakresie prądów (katalogowe wartości dla silników) zmierzone pozorne zmniejszenie masy układu wyniosło 6..10 gramów (dla jednego silnika). Odejmując masę samego silnika ze śmigłem (5.7 g) pozostają 3-4 gramy dodatkowego obciążenia na każdy silnik (czyli 12-16 g na model), aby uzyskać minimalny dodatni ciąg. 
Szacujemy wstępnie, że da się to zrobić :)

Pomiary modelu 'proof-of-concept'

Ciągnie w górę, więc jest nadzieja!