روبات های پرنده

ربات پرنده ( کوادروتور )

رباتهای پرنده شاید تمامی پرنده های بی سرنشین رو در بر بگیره اما از نظر خیلی از کارشناسها کوادرتور ها میتوانند به حق این لقب رو یدک بکشند چون ترکیبی از مکانیک پرواز – الکترونیک و کامپیوترند.
اما کوادرتور چیست؟؟؟ کوادرتور یا کوادروکوپتر یا پرنده چهار ملخه نوعی عمودپرواز است که بخاطر استفاده از چهار ملخ بصورت صلیبی این لقب را به ان داده اند. این نوع پیکربندی به پرنده این امکان را میدهد تا پرنده بتواند به راحتی و بطور مساوی در تمامی جهات حرکت کند و قدرت مانور فوق العاده ای داشته باشد. اما این پرنده بر خلاف ظاهر ساده خود بسیار بسیار پیچیده است بطوری که طراحی این نوع از پرنده ها در کشورهای محدودی انجام میگیرد و در کشور ما ایران تقریبا فقط تیم MRL از دانشگاه قزوین تونسته تا حدودی به این فناوری دست پیدا کنه . اما مشکل بزرگی که بر سر طراحی همچین پرنده هایی وجود دارد مسئله پایداری این نوع از پرنده هاست که کار بسیار پیچیده ای است . در زیر به برخی از مشکلاتی که ممکن است تعادل پرنده را برهم بزند خواهیم پرداخت تا بیشتر با این مشکلات اشنا بشید.

۱)تغییر دور ناخواسته پره ها و عدم تعادل در سرعت چرخش پره ها: این امر ممکن است بخاطر عوامل زیاد و گوناگونی اتفاق بیفتد ازجمله اصطحکاک متفاوت موتورها بخاطر کثیفی موتورها یا همدور نبودن خود موتورها یا عدم همخوانی استپهای کنترل دور یا مسائلی از این دست

۲)عدم تعادل وزنی پرنده: این مسئله که بسیار شایع است ممکن است بخاطر عواملی چون تغییر مرکز ثقل و یا نصب نامتقارن تجهیزات اصلی و یا فرعی مانند دوربینها و سنسورها و یا عوامل خارجی دیگر رخ دهد

۳) اما مهمترین مسئله در عدم پایداری باد است: باد به تنهای میتواند تعادل تمامی پرنده ها را برهم بزند و کوادرتور هم جدا از این مسئله نیست.اما بادها جور دیگری هم خودنمایی میکنند و ان تاثیر باد ناشی از خود ملخها که شامل جریان گردابی ملخها و جریان برگشتی از سطح زمین میشود که بصورت نامتعادل به خود پره ها و بدنه پرنده برخورد کرده و بشدت تعادل پرنده را برهم میزند.

اما اثر مشکل عدم تعادل به این گونه است که اگر پرنده به هر دلیلی از دلایل فوق ۱درجه و شاید هم کمتر از تعادل خارج شود بردار رانش موتورها از حالت عمود خارج شده و پرنده به صورت ناخواستا به یک سمت حرکت میکند که این امر با ازدیاد زاویه ناپایداری سرعت بیشتری میگیرد به طوری که باعث برخورد ناخواسته و عدم ثابت ایستادن پرنده میشود و در نهایت منجر به سقوط و انهدام پرنده میشود.

کوادرتور از چهار ملخ که دو به دو بر خلاف جهت هم میگردند تشکیل شده است. یعنی به این صورت که دو ملخ روبروی هم به صورت همجهت به یک سمت میچرخد و دو ملخ روبروی دیگر که باز روبروی هم قرار دارند به صورت همجهت بوده و در خلاف جهت جفت ملخ اول میچرخد. برای درک بهتر موضوع به عکس زیر توجه کنید :

اما دلیل این امر اینه که ملخها دو به دو اثر عکس العمل همدیگه رو خنثی کنند.

اما نحوه کنترل حرکت کوادرتورها به صورت زیر است :

برای حرکت پرنده در محور عمود باید دور جفت ملخهای یک جهت کم و به همون مقدار دور جفت ملخ جهت مخالف افزوده بشه. این کار باعث میشه بدون تغییر ارتفاع نیروی عکسالعمل یک سمت از سمت دیگه بیشتر بشه و در نتیجه پرنده در یک سمت حول محور عمودی بچرخه.

اما برای حرکت پرنده حول محور عرضی و طولی لازمه بین دو ملخ همجهت یک تفاضل دور به وجود بیاریم.به این ترتیب یک سمت پرنده به سمت بالا رفته و طرف دیگر به سمت پایین میل پیدا میکند که این امر باعث کچ شدن بردار رانش و حرکت پرنده به سمتی که بازویش پایین تر است میشود و هر جه مقدار این انحراف بیشتر باشد سرعت پرنده نیز بیشتر میشود. برای تغییر ارتفاع هم فقط کافیه سرعت هر ۴ ملخ را با هم کم یا زیاد کنیم :

موتور : اکثر کوادروهای پیشرفته از موتورهای براشلس برای حرکت استفاده میکنند.

این نوع موتور ها بسیار کوچک- سبک و پرقدرتند. دلیل این امر هم این است که بخاطر عدم وجود جاروبک یا همان زغال در این نوع موتورها هم اصتحکاک بسیار که بوده و هم میتوان توان و جریان بالایی را به موتور اعمال کرد. این موتورها به دونوع اینر و اوتر تقسیم بندی میشوند که در کوادرو ها اکثرا از نوع اوتر انهم بخاطر دور پایین استفاده میشود. البته بزودی در پستی جدا به موتورهای براشلس به صورت تخصصی تر خواهیم پرداخت.

اسپید کنترل : یا همان راه انداز موتور براشلس . در موتورهای براشلس بخاطر عدم وجود جاروبک عمل کموتاسیون و تغییر قطبها و در نهایت چرخش موتور بصورت مصنوعی و توسط اسپید کنترل یا درایو موتور براشلس انجام میشود. اصول کلی کارکرد این قطعه بر اساس تولید نوسان که برق مستقیم را به صورت متناوب در میاورد نیز میباشد.

در انتخاب درایو باید دقت بسیاری شود که تعداد استپهای پیشبینی شده در درایو هر چه بیشتر باشد پرنده پروازی نرمتر و پایدارتری را به نمایش خواهد گذاشت.

ملخ : در انتخاب ملخ دو فاکتور از بقیه پر اهمیت تر است و از طول و گام ملخ است که معمولا به اینچ و به صورت پیوسته بروی ملخ نوشته میشود. برای مثال ملخ ۶*۸ ملخی است با طول ۸ اینچ و گام ۶ اینچ. گام یا همان میزان پیشروی به میزان پیشروی ملخ در هر دور در واحد اینچ نیز اطلاق میشود. البته ملخها از منظر نوع موادی که در ساخت ان به کار رفته هم به چند دسته تقسیم بندی میشوند که از ان جمله میتوان به ملخهای چوبی – پلاستیکی و مواد مرکب یا کربنی نیز اشاره کرد.

باطری : شاید دغدغه اصلی سازندگان وسایل پرنده الکتریکی تامین انرژی این نوع از پرنده هاست. شاید در گذشته ای نه چندان دور این امر تا حدودی غیر ممکن مینمود اما با ورود و عرضه باطریهای لیتیوم پلیمر یا همان لیپو دنیای پرنده های الکتریکی وارد مرحله جدیدی از زندگی خویش شد. چون باطریهای لیپو با دارا بودن وزن کم – قدرت زیاد و قدرت تخلیه جریان بسیار بالا میزان ساعت پروازی به مراتب بالاتری را به پرنده های الکتریکی میدهند.

شاسی یا بدنه : اما اخرین قسمت بدنه پرنده است که میتوان از بیشتر مواد سبک وزن در ساخت ان استفاده کرد اما در پرنده های حرفه ای تا نیمه حرفه ای اکثرا از الیاف کربن برای ساخت بدنه کوادروتورها استفاده میشود چون الیاف کربن با دارا بودن مقاومت بسیار بالا وزن بسیار کمی را به خود اختصاص میدهند.

شتاب سنج : شتابسنجها بر اساس گرانش زمین کار میکنن و میتونن زاویه دقیق سطحی که روش قراردارند رو حتی در حالتی که خاموش هستند اندازه گیری کنند و در نتیجه وقتی اونهارو در حالت بدون تغذیه رو سطحی بذاریم و بعد با اتصال تغذیه به اون روشنش کنیم میتونن زاویه سطح رو برای ما اندازه گیری کنند خصوصیتی که در ساخت کوادرتورها بسیار مهمه .شتابسنجها عموما از نظر تعداد محورهای ازادی که عموما دو ویا سه محوره هستند تقسیم بندی میشوند و در مدلهای مختلف دارای دقتهای متفاوتی نیز میباشند.

اما مشکل بزرگی که شتابسنجها دارند اینه که بشدت به لرزش حساسند و لرزشها روشو اثر بسیار بدی میذاره و کاملا سیستم رو به اشتباه میندازه.
ژیرسکوپ: ژیروسکوپ سرعت زاویه ای رو به ما نشون میده که میشه ازش زاویه رو براحتی استخراج کرد.اما مشکلی که داره اینه که زاویه رو نسبی نشون میده یعنی اگه اونو روی هر سطحی بذلریم و روشنش کنیم همون نقطه و زاویه اولیه رو مبنا و صفر در نظر میگیره. بخاطر همین زاوایایی که نشون میده کاملا با مقدار واقعیش میتونه متفاوت باشه. دسته بندی ژیروسکوپها هم بر اساس تعداد محورهای انهاست که به صورت ۱و۲و۳ محوره در بازار یافت میشه.. سنسور ژیروسکوپی که ما ازش استفاده کردیم سنسور idg300 هستش که خودمون براش بردها و مداراتش رو طراحی و ساختیم و حتی چند نمونه هم برای فروش ساختیم که با استقبال بسیار خوبی مواجه شد. اما از قطبنماها هم که بصورت یک و دو و سه محوره تو بازار یافت میشه در برخی از کوادها استفاده میشه و دلیلش اینه که بتونه با افزایش درجه ازادی دقت نهایی رو افزایش بده. البته اهمیتش مثل جایرو و شتابسنج نیست. اطلاعاتی که از این سنسورها بدست میاد در یک پروسسور پردازش میشه .سیستم با دریافت این اطلاعات یعنی از هر محور دو ویا سه ویا بیشتر دیتا به پروسسور وارد میشود و پردازشگر با مقایسه این داده ها باهم سعی میکنه نزدیکترین زاویه رو نسبت به زاویه واقعی استخراج کنه و برای تصحیح مسیر فرمان درست رو صادر کنه.

منبع:ROBODATA.IR

فیلم ربات های پرنده :کلیک کنید

روبات های پرنده

ربات پرنده ( کوادروتور )

مطالب مشابه :

روبات پرنده

آموزش ساخت ربات پرنده (کوادروتور)

ساخت ربات پرنده(كواد روتور)

ماموريت هاي دشوار بر عهده روبات هاي پرنده

روبات های پرنده

آشنایی با گستره کاربرد روبات های پرنده

روبات هلی کوپتر