هواپیماهای بدون سرنشین که به عنوان کوادکوپتر نیز شناخته می‌شوند، به طور فزاینده‌ای برای استفاده‌های تفریحی و کاربردی محبوب شده‌اند. کوادکوپترها می‌توانند تصاویر و فیلم‌های هوایی جالب و زیبایی را ثبت کنند؛ اما خرید کوادکوپتر ممکن است برای برخی افراد پرهزینه باشد. در عوض، چرا خودتان آن را نسازید؟ ساخت کوادکوپتر نه تنها راهی سرگرم کننده به ویژه برای علاقه‌مندان به کارهای مهندسی است، بلکه منجر به کاهش هزینه‌ها می‌شود. از طرفی، شما خودتان هر قطعه را تهیه می‌کنید و می‌دانید که کوادکوپتر دقیقاً مطابق با نیازهای شماست. در این مقاله از وبسایت «فارس روبویار» به شما آموزش ساخت کوادکوپتر ارائه می‌دهیم.
کوادکوپتر چیست؟
کوادکوپتر (Quadcopter) یک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) است که با چهار روتور، به شکل متقارن X یا + ساخته می‌شود. این پهپادها معمولاً به عنوان کوادروتور یا کواد نیز شناخته می‌شوند. کوادکوپتر می‌تواند برای اهداف مختلف از جمله پروازهای تفریحی، عکاسی هوایی، شناسایی و کاربردهای تجاری و نظامی استفاده شود.
مزایای ساخت کوادکوپتر
ساخت کوادکوپتر مزایای زیادی به همراه دارد؛
- در مرحله اول، درک عمیق‌تری از اجزاء و عملکرد کوادکوپتر به دست می‌آورید که به شما امکان می‌دهد عملکرد آن را مطابق با نیازهای خود سفارشی و بهینه کنید.
- ثانیاً، ساخت کوادکوپتر کنترلی اغلب مقرون به صرفه‌تر از گزینه‌های از پیش ساخته شده هستند، زیرا می‌توانید اجزایی را انتخاب کنید که با بودجه و ترجیحات شما مطابقت داشته باشد.
- علاوه بر این، روند ساخت کوادکوپتر ساده در خانه می‌تواند یک تجربه ارزشمند و آموزشی باشد.
پیش‌نیازهای ساخت کوادکوپتر
در حالی که ساخت کوادکوپتر یک کار هیجان انگیز است، اما به برخی پیش نیازها و مهارت‌ها نیاز دارد. داشتن دانش اولیه از الکترونیک، لحیم کاری و کارهای فنی مفید خواهد بود. آشنایی با برنامه نویسی نیز برای پیکربندی فلایت کنترلر (Flight Controller) ضروری است. علاوه بر این، داشتن صبر، توجه به جزئیات و تمایل به یادگیری و عیب یابی از ویژگی‌های شخصیتی ارزشمند برای ساخت کوادکوپتر دوربین دار هستند.
مروری بر فرآیند ساخت کوادکوپتر
فرآیند ساخت کوادکوپتر خود را می‌توان به چند مرحله تقسیم کرد. این مراحل شامل انتخاب فریم مناسب، انتخاب موتورها و ملخ‌ها، انتخاب کنترلر پرواز، انتخاب فرستنده و گیرنده رادیویی سازگار، انتخاب باتری و سیستم توزیع برق، مونتاژ اجزا، پیکربندی کنترلر پرواز، آزمایش پهپاد و در نهایت، لذت بردن از هیجان پرواز با کوادکوپتر دست ساز است. همچنین خرید لوازم ساخت کواد کوپتر از قبل نیز ضروری خواهد بود. پس بیایید وسایل ساخت کواد کوپتر و نحوه مونتاژ قطعات را یکی یکی بررسی کنیم:
۱. انتخاب فریم کوادکوپتر
فریم به عنوان ساختار اصلی کوادکوپتر شناخته می‌شود و پشتیبانی و پایداری لازم را برای کل سیستم فراهم می‌کند. فریم همچنین اندازه، وزن و ظرفیت بار پهپاد را تعیین می‌کند. انتخاب فریم مناسب بسیار مهم است، زیرا بر عملکرد کلی و ویژگی‌های پروازی کوادکوپتر تأثیر می‌گذارد. فریم‌های پهپاد در مواد مختلفی تولید می‌شوند که در این میان فیبر کربن، آلومینیوم و پلاستیک گزینه‌های رایج هستند.
فریم‌های فیبر کربنی سبک و قوی محسوب می‌شوند و و برای پهپادها با کارایی بالا مناسب خواهند بود. فریم‌های آلومینیومی دوام و استحکام بالا را ارائه می‌دهند که برای پهپادهای سنگین مناسب است. از سوی دیگر، فریم‌های پلاستیکی مقرون به صرفه و سبک هستند و برای مبتدیان مناسب خواهند بود. درنهایت، ابعاد فریم باید موتورها، ملخ ها، کنترلر پرواز و باتری انتخاب شده را در خود جای دهد و از تناسب و تعادل مناسب سیستم کلی اطمینان حاصل کند.
۲. انتخاب موتور و پروانه کوادکوپتر
موتورها و ملخ‌ها (پروانه‌ها یا پره‌ها) نقش مهمی در کیفیت پرواز کوادکوپتر ایفا می‌کنند. موتورها نیروی رانش لازم را برای بلند کردن پهپاد از روی زمین فراهم خواهند کرد و پروانه‌ها این حرکت چرخشی را به رانش برای صعود و فرود عمودی تبدیل می‌کنند. انتخاب مناسب موتور و پروانه برای پرواز پایدار و استفاده کارآمد از توان کوادکوپتر ضروری است. هنگام انتخاب موتور باید مشخصاتی مانند اندازه موتور (اندازه‌گیری شده بر حسب میلی‌متر)، رتبه بندی کیلوولت (دور در هر ولت) و حداکثر خروجی رانش را در نظر بگیرید. موتورها با کیلوولت بیشتر سرعت چرخش بالاتری را ارائه می‌دهند اما ممکن است نیروی بیشتری را جذب کنند که بر عمر باتری تأثیر می‌گذارد.
چه تعداد موتور و پروانه مورد نیاز است؟
کوادکوپتر به چهار موتور و پروانه نیاز دارند. هر موتور وظیفه راندن یک ملخ را بر عهده دارد و چرخش این ملخ‌ها به بالا بردن دستگاه و پایداری آن کمک می‌کنند. از طرفی، اندازه موتورها و پروانه‌ها باید با فریم و وزن پهپاد مطابقت داشته باشند. پهپادهای بزرگتر ممکن است به موتورهای قوی‌تر و ملخ‌های بزرگتر برای ایجاد نیروی بالابری کافی نیاز داشته باشند، در حالی که پهپادهای کوچک‌تر می‌توانند از موتورها و ملخ‌های کوچک‌تر برای دستیابی به عملکرد مطلوب بهره ببرند.
عواملی که باید در انتخاب موتور در نظر گرفته بگیرید، شامل موارد زیر هستند:
- نسبت رانش به وزن
نسبت رانش به وزن باید برای بلند کردن پهپاد و حمل بار اضافی کافی باشد. نسبت بالاتر رانش به وزن نشان دهنده قابلیت بلند شدن بهتر کوادکوپتر است. - راندمان موتور
موتورهای کارآمد، توان الکتریکی را با کمترین تلفات به خروجی مکانیکی تبدیل می‌کنند و در نتیجه زمان پرواز طولانی‌تر و عملکرد بهتری دارند. - گام و قطر پروانه
گام و قطر پروانه‌ها بر شتاب، حداکثر سرعت و پایداری پهپاد تأثیر می‌گذارد. انتخاب پروانه‌های مناسب باعث پرواز متعادل و موثر کوادکوپترها می‌شوند.
۳. انتخاب کنترلر پرواز کوادکوپتر
کنترلر پرواز مغز کوادکوپتر است که وظیفه تفسیر ورودی‌ها و داده‌های حسگر را برای حفظ ثبات و کنترل در طول پرواز دارد. درحقیقت، کوادکوپتر از حسگرهای مختلفی مانند ژیروسکوپ و شتاب سنج برای اندازه گیری جهت پهپاد و انجام تنظیمات مورد نیاز استفاده می‌کند. چندین مدل کنترل پرواز در بازار موجود هستند که هر کدام ویژگی‌ها و قابلیت‌های منحصر به فرد خود را دارند. گزینه‌های رایج عبارتند از:
- کنترلر پرواز DJI NAZA M V2
- کنترل پرواز LCD MULTI-ROTOR KK 2.1.5
- کنترلر پرواز پهپاد PIXHAWK 2.4.8
- کنترلر پرواز APM 2.8
- کنترلر پرواز CC3D OPENPILOT
- کنترلر پرواز OpenPilot CC3D
- کنترل پرواز APM 2.6
انتخاب کنترلر پرواز مناسب به سطح مهارت، پیکربندی هواپیمای بدون سرنشین و ویژگی‌های مورد نظر شما بستگی دارد. مشخصات و قابلیت‌های هر محصول را در نظر بگیرید تا در ساخت کوادکوپتر موفق عمل کنید.
۴. انتخاب فرستنده و گیرنده رادیویی کوادکوپتر
فرستنده و گیرنده رادیویی اجزای ضروری برای کنترل کوادکوپتر از راه دور هستند. فرستنده، یک کنترل کننده دستی است که توسط اپراتور برای ارسال دستورات به پهپاد استفاده می‌شود، در حالی که گیرنده روی کوادکوپتر نصب می‌شود و این دستورات را دریافت می‌کند و آنها را به کنترل کننده پرواز منتقل می‌کند. فرستنده‌ها و گیرنده‌های رادیویی روی فرکانس‌ها و کانال‌های رادیویی خاصی کار می‌کنند. فرکانس‌های رایج مورد استفاده در کوادکوپتر شامل ۲.۴ گیگاهرتز و ۵.۸ گیگاهرتز است. کانال‌ها به چندین پهپاد اجازه می‌دهند تا به طور همزمان بدون تداخل فرکانسی پرواز کنند.
انواع فرستنده و گیرنده
انواع مختلفی از فرستنده‌ها و گیرنده‌های رادیویی وجود دارند که هر کدام ویژگی‌ها و قابلیت‌های منحصر به فردی را ارائه می‌دهند.
- فرستنده‌های دستی
این فرستنده‌های در طرح‌های مختلفی تولید می‌شوند و سطوح مختلفی از عملکرد را ارائه می‌دهند. برخی از فرستنده‌ها صفحه نمایش LCD برای داده‌های تله متری دارند، در حالی که برخی دیگر ممکن است سوئیچ‌های قابل برنامه ریزی برای حالت‌های پرواز سفارشی داشته باشند. - انواع گیرنده
گیرنده‌ها را می‌توان بر اساس تعداد کانال‌هایی که پشتیبانی می‌کنند دسته بندی کرد. توصیه می‌کنیم گیرنده‌ای را با کانال‌های اضافی برای قرار دادن کنترل‌های پروازی مورد نظر و ویژگی‌های مرتبط انتخاب کنید.
هنگام انتخاب فرستنده و گیرنده، عواملی مانند سازگاری با کنترلر پرواز و پروتکل‌های ارتباطی خاص پهپاد را در نظر بگیرید. ضروری است که فرستنده و گیرنده به طور یکپارچه با کنترلر پرواز ارتباط برقرار کنند تا از کنترل دقیق و قابل اطمینانی را ارائه دهد.
۵. انتخاب باتری مناسب برای کوادکوپتر
باتری برای تامین انرژی الکتریکی لازم برای تامین انرژی موتورها و وسایل الکترونیکی پهپاد در طول پرواز بسیار مهم است. انتخاب باتری مناسب برای دستیابی به زمان پرواز و عملکرد مطلوب حیاتی است. باتری لیتیوم پلیمر سبک وزن است و می‌تواند جریان‌های بالایی را ارسال کند و برای پهپادها با کارایی بالا مناسب است. هنگام انتخاب باتری، عواملی مانند ظرفیت (برحسب میلی آمپر ساعت، میلی آمپر ساعت)، ولتاژ و نرخ جریان را در نظر بگیرید. ظرفیت باتری تعیین می‌کند که پهپاد چقدر می‌تواند با یک بار شارژ پرواز کند، در حالی که ولتاژ باید با نیازهای الکتریکی پهپاد مطابقت داشته باشد. باتری را براساس زمان پرواز تحمل وزنی کوادکوپتر انتخاب کنید.
مونتاژ قطعات در ساخت کوادکوپتر
مونتاژ قطعات در فرآیند ساخت کواد کوپتر حرفه‌ای یک گام مهم است که نیاز به دقت و توجه به جزئیات دارد. برای اطمینان از ساخت موفقیت آمیز پهپاد خانگی خود، دستورالعمل‌های زیر را دنبال کنید:
۱. اتصال موتورها و پروانه‌ها
ابتدا هر موتور را به موقعیت تعیین شده، روی فریم کوادکوپتر وصل کنید. جهت موتور را طوری تنظیم کنید که با چرخش پروانه مناسب مطابقت داشته باشد. پروانه‌ها را به طور ایمن به محورهای موتور ببندید و مطمئن شوید که آنها به درستی سفت شده‌اند و بدون هیچ مانعی می‌چرخند.
۲. نصب کنترلر پرواز
کنترلر پرواز را در محل نصب تعیین شده روی فریم قرار دهید. برای به حداقل رساندن ارتعاشات و اطمینان از خوانش دقیق سنسور، استفاده از مواد میرایی (Damping materials) را در نظر بگیرید. مطمئن شوید که فلایت کنترل به طور ایمن روی فریم چسبانده شده است تا از هر گونه حرکت در طول پرواز جلوگیری کند.
۳. اتصال موتورها و گیرنده
هر موتور را به درستی به خروجی مربوطه در فلایت کنترلر متصل کنید. مراقب باشید که از پیکربندی صحیح سیم کشی پیروی کنید تا از هرگونه سردرگمی در حین کار جلوگیری شود. به طور مشابه، گیرنده را با رعایت پروتکل‌های ارتباطی مناسب و اطمینان از یک اتصال ایمن و قابل اعتماد به کنترلر پرواز متصل کنید.
۴. نصب باتری
باتری را با دقت روی فریم پهپاد قرار دهید و مطمئن شوید که به اندازه کافی ایمن شده است تا از جابجایی آن در طول پرواز جلوگیری شود. دوبار بررسی کنید که همه اتصالات محکم و به درستی مونتاژ شده باشند. اتصال نادرست می‌تواند منجر به خرابی قطعات یا حتی آسیب غیرقابل برگشت شود.
پیکربندی کنترلر پرواز کوادکوپتر
پیکربندی کنترلر پرواز در طول ساخت کوادکوپتر شامل برنامه ریزی برای پاسخ به ورودی‌های خلبان و حفظ پرواز پایدار است. فرآیند پیکربندی بسته به مدل کنترلر پرواز متفاوت است. بیشتر کنترلرهای پرواز برای پیکربندی به نرم افزار نیاز دارند. نرم افزار مناسب را برای ارتباط با کنترلر پرواز بر روی کامپیوتر خود دانلود و نصب کنید.
برای اطمینان از خوانش و کنترل دقیق، سنسورها و موتورهای کنترلر پرواز را کالیبره کنید. این فرآیند معمولاً شامل تنظیم ژیروسکوپ، شتاب سنج و خروجی موتور است. حالت‌های پرواز را پیکربندی کنید تا رفتار پهپاد را مطابق با ترجیحات پروازی خود تنظیم کنید. در نهایت، همه تنظیمات برای پیکربندی موفق را دوباره بررسی کنید.
ساخت کوادکوپتر و تست پرواز
قبل از اینکه پهپاد را پرواز دهید، بازرسی کامل قبل از پرواز مهم است. بررسی کنید که همه قطعات به طور ایمن در محل خود وصل شده باشند و باتری کاملاً شارژ شده باشد. اتصالات شل یا قطعات آسیب دیده را بررسی کنید. سپس مراحل زیر را دنبال کنید:
- تست جهت چرخش موتور
کوادکوپتر را روشن کنید و ببینید که هر موتور در جهت صحیح بچرخد. موتورهای روی مورب‌های مخالف باید در یک جهت بچرخند، در حالی که موتورهای روی گوشه‌های مجاور باید در جهت مخالف چرخش کنند. - انجام تست شناور
تست شناور را در یک منطقه کنترل شده و باز انجام دهید تا پایداری و پاسخ پهپاد به ورودی‌های را بررسی کنید. مطمئن شوید که کوادکوپتر به طور پیوسته بدون رانش یا کج شدن در هوا به صورت صاف و پایدار معلق است. - ترفندهای پرواز اول: برای اولین پرواز خود، با حرکات آرام و آهسته شروع کنید تا به نحوه کنترل پهپاد عادت کنید. با به دست آوردن اعتماد به نفس و تجربه، به تدریج مانورهای پیچیده و سریع را افزایش دهید.
- عیب یابی مسائل رایج: اگر در حین تست یا پرواز با مشکلی مواجه شدید، برای راهنمایی عیب یابی به دفترچه راهنمای کاربر مراجعه کنید. مسائل رایج ممکن است شامل پرواز ناپایدار، رانش، یا اجرای کردن کنترل‌هایی است که از سمت شما به دستگاه دستور داده می‌شوند.
کلام آخر درباره ساخت کوادکوپتر
ساخت هلی شات یا کوادکوپتر یک سفر هیجان انگیز و پر ارزش است که اطلاعات ارزشمندی را در مورد الکترونیک و آیرودینامیک به شما ارائه می‌دهد. با دنبال کردن مراحل ذکر شده در این راهنما، می‌توانید یک پهپاد شخصی بسازید که نیازها و ترجیحات خاص شما را برآورده می‌کند. با ساخت کوادکوپتر ارزان فرصت کشف چیزهای جدید را به خود بدهید و از خلاقیت خود استفاده کنید. اگر در مورد ساخت و آموزش استفاده از کوادکوپتر سوال داشتید، با تیم کارشناسان ما تماس بگیرید.