1

دانشکده مهندسی برق

پروژه کارشناسی

طراحی و ساخت نمونه ازمایشگاهی کواد کوپتر با قابلیت کنترل پرواز

سینا دائمینگارش:

فرهاد بیات دکتر :استاد

97اذر

2

فهرست

صفحه عنوان

8 ............................................................................................................................................................................................. چکیده

9 ......................................................................................................................................................................... .....................مقدمه

9 .................................................................................................................................................................. دالیل اهمیت پهپادها

10 ........................................................................................................ نآاشنایی با مولتی روتور و شناخت ساختارهای -1

10 ............................................................................................................................................................ سینگل کوپتر - 1 – 2

10 ................................................................................................................................................................. دوال کوپتر - 2 – 2

11............................................. تری کوپتر.................................................................................................................... - 3 – 2

12.......................................................................................................... کواد کوپتر......................................................... - 4 – 2

13.................................... .............پنتا کوپتر................................................................................................................... - 5 – 2

14................................................ هگزا کوپتر................................................................................................................... - 6 – 2

15.......................... .............................................................................................................................اکتا کوپتر............. - 7 – 2

16........................................... ................................................ساخت کواد روتور مبانی و مفاهیم و شناخت انواع فریم - 3

16................................................ مقدمه ....................................................................................................................... – 1 – 3

17............................ پتر نوع)ایکس( ...............................................................................................................کوکواد - 2 – 3

17..............................................................................کواد کوپتر نوع )+(........................................................................ - 3 – 3

17......................... نحوه حرکت ملخهای کواد کوپتر.................................................................................................. - 4 – 3

17......................... نحوه حرکت در جهات مختلف...................................................................................................... - 5 – 3

19......................................................................................... فریم..................................................................................... - 6 – 3

20................ ..............................فریم اسپایدر ................................................................................................................ - 7 – 3

21.................................................... .............................................................بدنه کواد روتور و اشنایی با انواع جنسها...... -4

21.................................................. مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 4

22............................................................................................................ پالستیک......................................................... - 2 – 4

23..................................... ...........فیبر کربن.................................................................................................................... - 3 – 4

24................................................. الومینیوم.................................................................................................................... - 4 – 4

25................................. .............................................................................................................................فوم.................. - 5 – 4

25...................................................................................... چوب بالسا............................................................................. - 6 – 4

26....................... ..........................پلکسی........................................................................................................................ - 7 – 4

30................................................. ............................................................موتوردی سی وشناخت مزایا و معایب ان....... - 5

3

30........................................................................................................................ مقدمه.................................................. - 1 – 5

31........................... ساختمان یک موتور دی سی...................................................................................................... - 2 – 5

32....................................... موتورهای کورلس............................................................................................................... - 3 – 5

33....................................................................................................................... مزایای موتور دی سی ...................... - 4 – 5

34...................................... معایب موتور دی سی......................................................................................................... - 5 – 5

34.........................................................مشخصات و نحوه انتخاب موتور براشلس مناسب برای کواد کوپتر.................... - 6

34............................................................................................................. مقدمه............................................................. - 1 – 6

35.................... .........قطعات داخلی موتور براشلس..................................................................................................... - 2 – 6

37..................... عبارات درج شده روی موتور براشلس.............................................................................................. - 3 – 6

41...............................................................................................................العات فنی انها...طنواع موتورهای براشلس و اا - 7

41....................................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 7

42.....................................انواع موتورهای براشلس........................................................................................................ - 2 – 7

44..................................تفاوت موتورهای اینرانر و اوترانر............................................................................................. - 3 – 7

47............................................................تعیین جهت چرخش موتورهای براشلس................................................... - 4 – 7

48...............اتصال سیم پیچ استاتور به صورت ستاره و مثلث................................................................................... - 5 – 7

50 ..................................................نحوه ی کار با ان در کواد کوپتر.......شنایی با مشخصات باتری لیتیوم پلیمر و آ - 8

50....................................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 8

51....................................... سلول در باتری................................................................................................................ - 2 – 8

53.................................................................................................................. ضریب تخلیه باتری ............................ - 3 – 8

54............................ .....سیمهای متصل به باتری......................................................................................................... - 4 – 8

56................................................عمر باتری.................................................................................................................... - 5 – 8

56.......................................محل مناسب شارژ............................................................................................................... - 6 – 8

56.................................................................................................ایمنی باتری............................................................... - 7 – 8

57.............................................کات عمومی.................................................................................................................... - 8 – 8

59............................استفاده از سلولهای خورشیدی................................................................................................... - 9 – 8

59.................................................................................................استفاده از سلولهای هیدروژنی............................. - 10 – 8

61...............استفاده از دو باتری یکسان به صورت موازی...................................................................................... - 11 – 8

61.....................................................................شارژر باتری لیتیوم پلیمر و نحوه شارژ انواع باتری................................... - 9

61....................................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 9

66............................................................................................گام به گام شارژ باتری لیتیوم پلیمر............................. - 2 – 9

71......................................تستر باتری لیتیوم پلیمر...................................................................................................... - 3 – 9

4

73.............................................................................راهنمای خرید شارژر برای باتری لیتیوم پلیمر.............................. - 10

73.................................................................................................مقدمه........................................................................ - 1 – 10

73.....................شارژرهای بدون قابلیت برنامه پذیری............................................................................................ - 2 – 10

74....................شارژرهای با قابلیت برنامه پذیری نسبی......................................................................................... - 3 – 10

74..........................شارژرهای با قابلیت برنامه پذیری.............................................................................................. - 4 – 10

75.......................................................................... تعداد کانالهای شارژر.................................................................. - 5 – 10

75....................................قابلیت دوگانه شارژر.......................................................................................................... - 6 – 10

75................................نوع صفحه نمایش شارژ.......................................................................................................... - 7 – 10

76..........................................................................قابلیت شارژ انواع مدلهای باتری................................................ - 8 – 10

76...................................................توان......................................................................................................................... - 9 – 10

77.......................................................................................................مدهای شارژ.................................................... - 10 – 10

78..........................تفاوت مد تخلیه و مد ذخیره.................................................................................................... - 11 – 10

79................................قابلیت شارژ انواع با سلولها.................................................................................................. - 12 – 10

79.............................................................................................اندازه گیری ولتاژ همه سلولها............................... - 13 – 10

80..........................................................................العات فنی ان هنگام نصب بر روی موتور براشلس............طملخ و ا - 11

80..................................................ملخ.......................................................................................................................... - 1 – 11

81........................................................................................................ملخ پولر و پوشر................................................ - 2 – 11

81................................................ملخ پولر..................................................................................................................... - 3 – 11

81.............................................ملخ پوشر..................................................................................................................... - 4 – 11

83..................................................................................................................................موتورهای با شافت پخ دار.... - 5 – 11

84........................................اطالعات درج شده روی ملخ.......................................................................................... - 6 – 11

87......................اطالعات درج شده روی ملخ سه پره............................................................................................... - 7 – 11

90....................................اتصال ملخ به موتور .......................................................................................................... - 8 – 11

90.........................................................................اتصال ملخ به موتور با اسپینر............................................ - 1 - 8 – 11

90.................اتصال ملخ به موتور با پروپ سیور.............................................................................................. - 2 – 8– 11

90............به موتور با پیچ.............................................................................................................. اتصال ملخ - 3 – 8– 11

91..............................................اتصال ملخ به موتور با فشار............................................................................. - 4 – 8– 11

91..........................................................................شکل ظاهری ملخها و تاتیر نوک تیزی انها در هنگام پرواز.......... - 12

92..............................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 12

92..................................................................................................ملخ استاندارد...................................................... - 2 – 12

92......................................ملخهای بی ان................................................................................................................. - 3 – 12

5

93....................................ملخهای اچ بی ان.............................................................................................................. - 4 – 12

94....................................................................................رول پیچ یاو و مفهوم کانال و کاربرد کانال در کواد کوپتر.. - 13

95.............................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 13

95.....................................................................................چهار کانال اصلی کواد کوپتر......................................... - 2 – 13

97............................................................................................................................اموزش کار با رادیو کنترل ............... - 14

98............................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 14

98............................................................................................................فرستنده...................................................... - 2 – 14

99........................کانالهای موجود در رادیو کنترل................................................................................................ - 3 – 14

100....................استفاده از صفحه نمایش فرستنده................................................................................................ - 4 – 14

103...............................................کاربرد کلیدهای باالی فرستنده رادیو کنترل.................................................... - 5 – 14

103.....................چگونه یک رادیو کنترل را بایند کنیم........................................................................................... - 6 – 14

107................................................................................................................................نکات خاص............................. - 7 – 14

109........................................................................................لوکاربرد ان در رادیو کنترمفهوم سیگنال)پی دبلیو ام ( - 15

110...........................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 15

110................................................................................................................نحوه ساخت موج پی دبلیو ام............. - 2 – 15

113.............................مدهای کاری پی دبلیو ام....................................................................................................... - 3 – 15

115......................سیگنال پی پی ام و کاربرد ان در رادیو کنترل................................................................................... - 16

118.........مفهوم پی دبلیو ام و کاربرد ان در دنیای الکترونیک............................................................................. - 1 – 16

118............................ گیرنده های رادیو کنترل دارای سیگنال پی پی ام........................................................... - 2 – 16

119.......................................................................................................کنترل.. در رادیو و کاربرد اناس باس سیگنال - 17

120.............................................................................................................................مقدمه......................................... - 1 – 17

120...............................نحوه اتصال سیگنال اس باس.............................................................................................. - 2 – 17

120...................................سیگنال اس باس................................................................................................................ - 3 – 17

120..........................نحوه ایجاد سیگنال اس باس..................................................................................................... - 4 – 17

121....................................عات روی برد(طوراه اندازی ان)شناخت اتصاالت و قای پی ام اشنایی با فالیت کنترلر - 18

122..............................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 18

122....ام........................................................................................................................... معرفی پینهای برد ای پی - 2 – 18

125............................................ورودیهای برد ای پی ام............................................................................................ - 3 – 18

125..............................خروجیهای برد ای پی ام........................................................................................................ - 4 – 18

127...............................برقدار کردن برد ای پی ام..................................................................................................... - 5 – 18

130............................................................................اتصال جی پی اس................................................................... - 6 – 18

6

133.......................................................................عات کواد کوپتر به صورت تئوری و عملی..........................طمونتاژ ق - 19

139...........................................................................................................................................................مقدمه......... - 1 – 19

139...................................سرهم بندی فریم............................................................................................................... - 2 – 19

140......................................................................................نصب موتورها................................................................... - 3 – 19

141...............................نصب اسپید کنترلها واتصال ان به برد تقسیم ولتاژ......................................................... - 4 – 19

142.......................کنترل........................................................................................................................نصب فالیت - 5 – 19

144...........................................................نصب گیرنده رادیو کنترل......................................................................... - 6 – 19

146...............................نصب باتری کواد کوپتر......................................................................................................... - 7 – 19

146..پید کنترل ها و سنسورها.......................................................................................................کالیبراسیون اس - 8 – 19

148...................................ملخها........................................................................................................................نصب - 9 - 19

148...........................ارم کردن و شروع به پرواز..................................................................................................... - 10 – 19

149......................................................................................العات فنی ان....................طاموزش کار با جایروسکوپ و ا - 20

150..............................پ............................................................................................................................جایروسکو - 1 – 20

150.................................اجزای جایروسکوپ.............................................................................................................. - 2 – 20

152...............................................................................کاربرد جایروسکوپ................................................................ - 3 – 20

155...................مفهوم درجه ازادی در جایروسکوپ................................................................................................ - 4 – 20

156................ی انتخاب جایروسکوپ...........................................................................................................معیارها - 5 – 20

157.......................................محدوده اندازه گیری جایروسکوپ..................................................................... - 1 – 5 – 20

157.....................حساسیت جایروسکوپ............................................................................................................. - 2 - 5– 20

158 .............................................................................................................بایاس کردن جایروسکوپ...................... - 8 – 20

158...........................................................................شناخت شتاب سنج واموزش کار با ان........................................... - 21

PID...................................................................................................................................................... 164مفهوم کنترلر - 22

164.............................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 22

PID.............................................................................................................................................164مفهوم کنترلر - 2 – 22

164.............................سیستم کنترل دستی............................................................................................................. - 3 – 22

166...........................سیستم کنترل اتوماتیک......................................................................................................... - 4 – 22

168..........................................................شناخت سیستمهای کنترلی حلقه باز و بسته مزایا و معایب هرکدام......... - 23

168..............................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 23

168.............................سیستم کنترلی حلقه باز........................................................................................................ - 2 – 23

169...................................................................سیستم کنترلی حلقه بسته............................................................. - 3 – 23

172...............................................................در کواد کوپتر و نحوه ی تعیین مقادیر هر کدام............ PIDمفهوم - 24

7

172..............................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 24

172..........................................................................................................................در کواد کوپترها PIDضرایب - 2 – 24

173............................................تاثیرضریب پی در پرواز............................................................................................ - 3 – 24

174................................تاثیر ضریب ای در پرواز....................................................................................................... - 4 – 24

175...............................................................................................................................تاثیر ضریب دی در پرواز...... - 5 – 24

176.......................................................در پروازهای اکروباتیک........................................... PIDمقادیر ضرایب - 6 – 24

176.......................................................در پروازهای نرم...................................................... PIDمقادیر ضرایب - 7 – 24

177......................................................ام..............................................پی ای در فالیت کنترلر PIDتنظیم ضرایب - 25

177..............................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 25

177به اتو تیون.................................................................................... 7باز کردن میشن پلنر و اختصاص کانال - 2 – 25

179 .......................................................................قراردادن کواد کوپتر در مد الت هولد........................................ - 3 – 25

PID................................................180پرواز کواد کوپتر و قرار دادن ان مدهای مختلف برای تنظیم ضرایب - 4 – 25

PID...................................................................................................................................181ذخیره کردن مقادیر - 5 – 25

181 .......................................................................................................میشن پلنر اموزش نصب و تنظیمات نرم افزار - 26

181..............................................مقدمه........................................................................................................................ - 1 – 26

195...............مراحل کالیبراسیون دستی اسپید کنترلها......................................................................................... - 2 – 26

197................کالیبراسیون به صورت همزمان................................................................................................... - 1 – 2– 26

199.............................................کالیبراسیون به صورت تک به تک.................................................................. - 2 – 2– 26

200 ت ای پی ام.........................................................................................................نحوه ی کار با مدهای کاری فالی - 27

200................................................................................................................................مقدمه...................................... - 1 – 27

205....................................................مد استبالیز ....................................................................................................... - 2 – 27

205.........................................مد الت هولد.................................................................................................................. - 3 – 27

207............................................مد لویتر..................................................................................................................... - 4 – 27

208........................................................................................................مد اتو.............................................................. – 5 – 27

rtl .....................................................................................................................................................................209مد – 6 – 27

214.........................مد سیمپل و سوپر سیمپل........................................................................................................ – 7 – 27

217........................................................................................................................مد دریفت...................................... – 8 – 27

219...............................................مد لند..................................................................................................................... – 9 – 27

221.............................رفع ارورهای موجود در میشن پلنر............................................................................................... - 28

221 ..........................................ارور اول..................................................................................................................... – 1 – 28

221...................................................................................................ارور دوم................................................................ - 2 – 28

8

ه:دیچک

از ازیمورد ن نیبدون سرنش یپرنده Unmanned Aerial Vehicle (UAV) به داستیهمان طور که از نامش پ

فاده است یکینامیرودی)آ یبرا یروین جادیا یباشد و برا نیشود که فاق سرنش یگفته م یهواگردLift یروهاین

از راه ریپذ تیهدا یاز راه دور )پرنده ها لکنتر ستمیس یریبا به کارگ ای کیتواند به صورت اتومات یکند و میم

ما از ا ردیرا در بر بگ نیسرنشیب یپرندهها یتمام دیپرنده شا یشود. رباتها تیپهپاد( در طول پرواز هدا ایدور

-پرواز کیاز مکان یبیبکشند چون ترک دکیلقب را نیبه حق ا توانندیاز کارشناسها کوادرتورها م یارینظربس

عمودپرواز یپرنده چهار ملخه نوع ایکوادکوپتر ایکوادرتور ؟ستی. اما کوادرتور چباشندیم وتریو کامپ کیالکترون

نیده ابه پرن یکربندینوع پ نیلقب را به ان دادهاند. ا نیا یبیاست که بخاطر استفاده از چهار ملخ بصورت صل

یجهات حرکت کند و قدرت مانور فوق العادها یامدر تم یو بطور مساو یتا پرنده بتواند به راحت دهدیامکان را م

نوع از نیا یکه طراح یاست بطور دهیچیپ اریبس اریپرنده بر خالف ظاهر ساده خود بس نیداشته باشد. اما ا

.دریگیانجام م یمحدود یپرندهها در کشورها

9

:مقدمه

ماهایهواپ نیا که یرکورد نیباال پرواز کنند . باالتر اریبس یقادرند در ارتفاع ها نیبدون سرنش یماهایاز هواپ یبعض

یعاد یماهایکه هواپ یحال متری است در 500هزار و 29 گذاشته اند، پرواز در ارتفاع یتا به امروز از خود به جا

.پرواز کنند یارتفاع نیدر چن ستندیقادر ن

یپشت کوله کیآن قابل حمل در داخل نیو کوچک تر متر 30 از شیبال ب یدهنه یپهپاد دارا نیبزرگ تر

ه عرصه ب زیرادار گر یگرفته تا بمب افکن ها یکوچک جاسوس اریبس یماهایاز هواپ نیبدون سرنش یاست.پرنده ها

من،یکه در یاست. زمان نموده به آنها یتوجه خاص یبخش نظام سال است که 30و بیش از اند دهیظهور رس ی

لقاعده ا یها ستیحامل ترور نیماش کی یرا به سو ریفا یموشک هل توانست ر تویدیپر نیبدون سرنش یپرنده

.هدف و انهدام آن مورد قبول واقع شد یریعنوان رهگ پرنده ها به نیکند، نقش ا کیشل

: پهپادها تیاهم لیدال

هیوسائل با تک نیکسب کرده اند. ا ایمختلف دن یکشورها یدر مجموعه قدرت نظام یمهم گاهیامروزه جا پهپادها

آب طیبر ضد اهداف ساکن و متحرک و در تمام شرا کیدر شب و روز در مناطق دور و نزد اتیعمل یبر توان اجرا

را در منازعات یمهم اریبس ینظام یدستاوردها ر،تمام خودکا ایشونده از دور و تیهدا یو امکان پروازها ییو هوا

.بدست آورده اند ریاخ یسالها ینظام

،یگهدارو ن ریتعم یبزرگ و ثابت، سادگ یگاههایو پا ساتیبه تأس ازیعدم ن لیبه دل نیبدون سرنش یماهایهواپ

یصدها هزار دالر نهیدر صورت هدف قرار گرفتن )که با توجه به هز یانسان عاتیآسان، نداشتن ضا یریبه کار گ

یایدر ساخت و مزا شرفتهیپ یاز فناور فادهمهم است(، امکان است اریخلبان بس کیساله آموزش نیو زمان چند

هیرماس زانیسازنده را به خود جلب کرده و امروزه م یشرکت ها جهیو در نت یرنظامیو غ ینظام انینظر مشتر گرید

.ر استدال اردیلیبالغ بر چند م نهیزم نیجهان در ا یکشورها یگذار

10

ورآشنایی با مولتی روتور و شناخت ساختارهای مختلف مولتی روت

سینگل کوپتر: -1 – 2

جزو بایدن قاعدتا را کوپتر سینگل البته. است موتور سینگل به معنای یک می باشد. این پرنده فقط دارای یک

کامل برای ولی است موتور دو از بیشتر یا دو تعداد معنای به روتور مولتی لفظ چون کنیم حساب روتورها مولتی

موارد آن را جزو این گروه حساب می کنند.کنترل سینگل کوپتر هم با استفاده از تیغه بعضی در مجموعه شدن

های کناری است. این پرنده کمتر مورد توجه قرار گرفته است و بسیارکم مورد تست قرار گرفته است.

سینگل کوپتر – 1 – 2شکل

بای کوپتر یا دوال کوپتر: -2-2

دوال به معنای دو می باشد. همچنین این پرنده را بی کوپتر نیز می نامند. این پرنده دارای دو موتور می باشد که

به شکل های مختلف و با استفاده از سرووها حرکات مختلف آنها به اجرا در می آید.

11

بای کوپتر – 2 – 2شکل

تری کوپتر: - 3 – 2

به معنای سه می باشد. سه عدد موتور بر روی این مولتی روتور نصب می شود.تری

تری کوپتر – 3 – 2شکل

یک سروو موتور در انتهای آن وجود دارد که جهت چرخش ربات استفاده می شود. در شکل فوق مشاهده می

کنید که یکی از موتورها به سروو متصل است.

12

واد کوپتر:ک ا-4 – 2

پرنده ایه که چهار تا موتور داره. کواد به معنی چهار می باشد . ساخت کوادکوپتر بسیار آسان تر از بقیه به معنی

موارد است و از محبوبیت خاصی برخوردار است.به این پرنده کوادروتور هم میگویند. کوادروتور در دسته

یا هواپیماهای بال ثابت می باشد. fixed-wing aircraft( می باشد که نقطه مقابل rotorcraftروتورکرافت ها)

کواد کوپتر – 4 – 2شکل

شکل زیر هم دو ساختار کلی که برای ساخت کوادروتور استفاده می شود را نشان می دهد:

دو ساختار کلی برای کواد روتور – 5 – 2شکل

13

به دلیل دید بهتر دوربین جلوی ربات بیشتر کاربرد دارد چون هیچ موتور و Xبطور کلی در کوادروتور ها ساختار

ملخی مزاحم تصویربرداری نیست. در مواردی هم به دلیل ساختار + به ساختار یک هواپیما شباهت دارد که جلوی

دم آن با یک مشخص است و موتورهای سمت چپ و راست مشابه بال های هواپیما هستند و موتور عقب مشابه

هواپیماست و باعث هدایت راحتر آن در آسمان است که باعث شده است این نوع کوادروتور طرفداران خاص

خودش را داشته باشد.

کوپتر y4ساختار – 6 – 2شکل

می باشد که ساختاری مشابه تری کوپتر دارد ولی به جای سروو دم یک عدد موتور Y4نوع دیگر کوادکوپتر مدل

براشلس قرار گرفته است و در انتهای دم دو عدد موتور براشلس به صورت هم محور قرار دارند.

پنتا کوپتر: -5 – 2

هوایی و آب بد شرایطپرنده ای پنج موتوره که ساختار بسیار جالبی دارد و از قدرت مناسبی جهت پرواز در

برخوردار است.

14

پنتا کوپتر – 7 – 2شکل

همچنین پنتاکوپتر به دلیل جاگذاری مناسب موتورها مناسب فیلمبرداری و عکسبرداری می باشد.

هگزاکوپتر: -6 – 2

هگزا به معنی شش می باشد. این پرنده شش موتوری به دلیل ساختار متقارن آن ساخت آن آسان است.

هگزا کوپتر – 8 – 2شکل

مربوط به هگزاروتور را مشاهده می کنید. Yدر شکل زیر هم ساختار

15

هگزا روتور yساختار – 9 – 2شکل

اکتاکوپتر: -7 – 2

عدد موتور نصب شده بر روی آن باعث شده است که از قدرت بسیار زیادی 8اوکتا به معنی هشت می باشد. تعداد

بسیار مناسب جهت فیلم برداری و عکس برداری و پرواز در شرایط سخت می باشد. از مزایای برخوردار باشد. و

اکتاکوپتر این است که امنیت باالیی را هنگام پرواز برای ما تامین می کند مثال اگر یکی از موتورها خاموش شود

ن به یک نقطه امن برطرف کنند و یا بسوزد موتورهای کناری با افزایش دور می توانند این وضعیت را تا رسید

خلبان بتواند یک فرود اضطراری انجام دهد.

:کنید می مشاهده را اُکتاکوپتر یک از نمایی در زیر

اکتاروتور - 10 – 2شکل

:دانشجویان محترم

آزمایشگاه پروژه گروه برقو یا کتابخانه دانشکده مهندسیبه ها ایان نامهپمتن کامل جهت دسترسی به .مراجعه فرمایید