Κατασκευή ενός ελαφρού (υπό 500 γραμ.) DIY quadcopter

Σε ένα προηγούμενο post παρουσιάστηκαν τα πλεονεκτήματα ενός ελαφρού quadcopter: επιπλέον χρόνους πτήσης, πιο αθόρυβη λειτουργία, λιγότερη φθορά, καλύτερη απόκριση. Επιπλέον, ένα quadcopter κάτω των 500 γραμμαρίων έχει το πλεονέκτημα ότι σε πολλές χώρες δεν απαιτεί εγγραφή σε επίσημο αρχείο για να πετάξει, εκτός από όπου ειδικοί περιορισμοί εφαρμόζονται, όπως π.χ. αεροδρόμια. Ήθελα να κατασκευάσω ένα τέτοιο quadcopter για αρκετό καιρό, και τελικά βρήκα το χρόνο να το κάνω. Με το παρόν, θα συνοψίσω την κατασκευή, εστιάζοντας στις τεχνικές εξοικονόμησης βάρους που χρησιμοποίησα. Μια εικόνα απο το σχεδόν ολοκληρωμένο πλαίσιο παρουσιάζεται παρακάτω:

Το ελαφρύ πλαίσιο του quad, 489g χωρίς στηρίγματα
Ελαφρύ πλαίσιο quad, 489g
 

Πλαίσιο

Για αυτή την κατασκευή επέλεξα ένα πολύ απλό πλαίσιο σχήματος Χ. Το πλαίσιο αποτελείται από δύο τετράγωνες δοκίδες ανθρακονήματος με εξωτερικές διαστάσεις 8 x 8 mm και μήκος 40 εκατοστά. Οι δοκίδες συναντώνται στο μέσο τους και συνδέονται με εποξική κόλλα. Προσθέτοντας μερικά κομμάτια γύρω από το σημείο συγκόλλησης αυξάνεται η αντοχή του πλαισίου.

Το πλαίσιο με τον διανομέα ισχύος και δύο κινητήρες
Το πλαίσιο με τον διανομέα ισχύος και δύο κινητήρες

Οι επικαλυπτόμενοι σωλήνες δημιουργούν μια ασυμμετρία η οποία ωστόσο δεν θα πρέπει να επηρεάζει σημαντικά τα χαρακτηριστικά. Επιπλέον, η επακόλουθη ασυμμετρία στο ύψος του κινητήρα επιτρέπει στις έλικες να αλληλοεπικαλύπτονται. Ως εκ τούτου, είναι δυνατό να τοποθετηθούν έλικες μεγαλύτερες απ’ότι θα ταίριαζαν κανονικά στο πλαίσιο.

Συνδέσεις διανομής ηλεκτρικής ενέργειας και κινητήρων

Οι ακροδέκτες των κινητήρων είναι συχνά σημαντικός παράγοντας του συνολικού βάρους, ειδικά όπου η καλωδίωση είναι βαρέως τύπου. Για αυτή την κατασκευή προσπάθησα να συντομεύσω το μήκος των συνδέσεων κατά το δυνατό, καθώς επίσης και να αφαιρέσω τις ενώσεις με ακροδέκτες. Αντ’αυτού επέλεξα απευθείας συγκόλληση στο PDB. Η αφαίρεση των βυσμάτων bullet από το ESC και τους κινητήρες απέφερε κέρδος 30 γραμμαρίων. Η αφαίρεση μακριών αγωγών από το PDB στα ESC έδωσε επιπλέον όφελος 40 γραμμάρια. Επιπλέον χρησιμοποιώ ένα ελαφρύ PDB (Micro HKPilot Mega PDB) που λειτουργεί επίσης ως τροφοδοσία για τον ελεγκτή πτήσης. Το βύσµα XT60 της µπαταρίας συγκολλήθηκε απευθείας επάνω στο PDB.

Το ESC T-Motor Air 20A με συγκολλημένους ακροδέκτες
T-Motor Air 20A ESC με ακροδέκτες αντικατεστημένους με απευθείας κολλήσεις
Ο διανομέας ισχύος είναι το Micro HKPilot από το Hobbyking
Το PDB που χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή είναι το Micro HKPilot από το Hobbyking

Στήριξη των κινητήρων

Στα περισσότερα quadcopters από ανθρακόνημα οι βάσεις των κινητήρων είναι φτιαγμένες από μπλόκ αλουμινίου CNC. Ενώ αυτή η λύση προσφέρει άκμπτες συνδέσεις, προσθέτει επίσης πολύ βάρος στην κατασκευή. Σε ένα προηγούμενο post παρουσιάστηκαν ειδικά σχεδιασμένες 3D εκτυπωμένες βάσεις από ABS, αλλά για αυτή την κατασκευή ήθελα κάτι ελαφρύτερο. Ως εκ τούτου η στήριξη των κινητήρων έγινε απευθείας επάνω στη δοκίδα από ανθρακόνημα, σε δυο ανοίγματα με απόσταση 19mm. Επιπλέον, έχω χρησιμοποιήσει ένα συνδυασμό από ατσαλένιες και πλαστικές βίδες για τη στερέωση του κινητήρα στο πλαίσιο. Αυτός ο συνδυασμός αφαιρεί λίγα επιπλέον γραμμάρια από την κατασκευή, χωρίς να επηρεάσει αρνητικά την ακαμψία του πλαισίου.

Βάσεις μοτέρ σε δοκίδα ανθρακονήματος διατομής 8mm
Βάσεις μοτέρ σε δοκίδα ανθρακονήματος 8mm

Ελεγκτής πτήσης

Για αυτή την κατασκευή χρησιμοποίησα τον ελεγκτή πτήσης CC3D Nano. Ενώ ο συγκεκριμένος ελεγκτής προσφέρει λίγες μόνο δυνατότητες σε σύγκριση με τα σύγχρονα μοντέλα, είναι πραγματικά πολύ ελαφρύς. Επέλεξα να το τοποθετήσω ακριβώς κάτω από το πλαίσιο με λίγη κυανοακρυλική, ώστε να αποφύγω τυχόν απώλεια ευθυγράμμισης κατά την πτήση, και να περιορίσω το προστιθέμενο βάρος στο ελάχιστο. Ο controller τρέχει το λογισμικό Dronin το οποίο μπορεί να αναγνωρίσει τις βέλτιστες τιμές PID για κάθε πλαίσιο.

Μπαταρία

Η μείωση στο βάρος του πλαισίου σημαίνει οτι μια μικρή μπαταρία είναι αρκετή για να κρατήσει το quadcopter στον αέρα για για αρκετή ώρα. Η μπαταρία που επέλεξα είναι μια 2S 1550 mAh LiPO, με βάρος περίπου 150 γραμμάρια. Περαιτέρω μείωση θα μπορούσε να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ένα ζευγάρι 18850 σε σειρά.

Έλικες

Χρησιμοποίησα πλαστικές έλικες 10-ιντσών, η τροχιά των οποίων στο συγκεκριμένο πλαίσιο παρουσιάζει μια μικρή επικάλυψη. Οι συγκεκριμένες είναι πολύ ελαφριές έλικες, σε βάρος της ακαμψίας. Σε σχέση με έλικες από ανθρακόνημα, ή τις βαριές APC, παρουσιάζουν ένα μαλακότερο ηχητικό προφίλ. Δεν μπορώ να μετρήσω τις πραγματικές στροφές, αλλά διακρίνοντας από τον ήχο περιστρέφονται με περίπου 2000 rpm σε σταθερή πτήση.

Το αποτέλεσμα

Μέτρηση βάρους με ζυγαριά κουζίνας
Μέτρηση βάρους με ζυγαριά κουζίνας

Το quadcopter ζυγίζει 483 γραμμάρια, με βάση μια ζυγαριά κουζίνας. Έχω ακόμα να αφαιρέσω τους ακροδέκτες από ένα από τα ESC, έτσι το βάρος θα μειωθεί λίγο παραπάνω. Μια προκαταρκτική εκτίμηση από eCalc δίνει τον χρόνο πτήσης σε περίπου 15 λεπτά, χρόνος ικανοποιητικός δεδομένης της μικρής μπαταρίας. Είναι επίσης ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι περίπου το 80% του βάρους του quadcopter αποτελείται από το σύστημα πρόωσης. Έτσι με το τρέχον υλικό (κινητήρες, ESC, μπαταρία), δεν μπορώ να βρω περισσότερους τρόπους για περαιτέρω μείωση βάρους Αλλάζοντας την μπαταρία 2S για μια χαμηλότερης χωρητικότητας 3S δίνει επιπλέον 1-2 λεπτά πτήσης, σύμφωνα με eCalc.

Αποτελέσματα e-calc για το quadcopter

Εν κατακλείδι

Στο post αυτό συζητήθηκε η κατασκευή ενός ελαφρού quadcopter υπο-500 γραμμάρια, με πλαίσιο από ανθρακονήματα και μειώσεις βάρους σε συνδέσεις, αναρτήσεις και βελτίωση διαρύθμισης των μερών. Η κατασκευή δεν είναι δύσκολη για οποιονδήποτε θελήσει να την προσπαθήσει, ωστόσο το ότι όλα τα μέρη είναι συγκολλημένα σημαίνει οτι στο τέλος θα έχετε στα χέρια σας ενα μονοκόματο εξάρτημα που είναι δύσκολο να αναπροσαρμοστεί σε άλλη χρήση. Το quadcopter αυτό δεν έχει δοκιμαστεί σε σύγκρουση, αλλά η πρόβλεψή μου είναι ότι είναι πολύ εύθραυστο να επιβιώσει ακόμη και μια ήπια σύγκρουση όπως θα επιβίωνε ένα αγωνιστικό carbon.

Για περισσότερα tutorials, πειράματα και ενημερώσεις, εγγραφείτε στο email μας:

Απάντηση

Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για να μειώσει τα ανεπιθύμητα σχόλια. Μάθετε πώς υφίστανται επεξεργασία τα δεδομένα των σχολίων σας.