L'últim quadricòpter de PVC: 16 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Tant si sou principiants a la recerca d’un quadcopter com per ajudar-vos a mullar-vos els peus a l’edifici de zero, o si sou una mica més experimentats i busqueu un marc econòmic i fiable, no busqueu més que The Ultimate PVC Quadcopter! Es tracta d’un marc de 450 mm que és extremadament barat, al voltant de 12 dòlars per a tot el maquinari, i també és extremadament resistent, ja que suporta dotzenes de xocs quasi a tota velocitat amb res més que un parell d’hèlices trencades. L’electrònica està 100% protegida, ja sigui dins dels braços de PVC o per sota de la capçada de lexan, és a dir, 1: mai no haureu de substituir cap component electrònic i 2: tindreu el quadricòpter de bricolatge més volador (sense joc de paraules:)) al voltant! Aquest instructiu us mostrarà el procés de creació d’aquest quadricòpter i com fer-lo vosaltres mateixos.

Pas 1: Introducció i disseny

De petit, m’encantava jugar amb connectors i canonades de PVC i utilitzar-los per crear qualsevol cosa que pogués imaginar. Molts anys després, vaig aconseguir un petit dron per Nadal, que era molt divertit, però tenia una càmera de resolució molt baixa i un temps de vol curt. Volia comprar un dron més professional, però sent només un segon de batxillerat a l’institut no hi havia manera de poder-me’ho permetre. Vaig decidir dissenyar el meu propi quadcopter perquè fos prou potent per aixecar una càmera decent, tenir un temps de vol més raonable i, sobretot, ser rendible. A causa de la meva experiència infantil amb tubs de PVC, vaig concloure que es podrien utilitzar per construir un marc quadricòpter senzill i durador. Vaig començar a fer alguns esbossos i prototips de marcs i, finalment, vaig acabar amb els dissenys anteriors.

Aquest marc utilitza PVC de 1 "Schedule 21 perquè té parets primes, cosa que el fa significativament més lleuger que, però tan resistent com altres tubs de la mateixa mida i amb un diàmetre d'1", és prou ampli com per adaptar-se a alguns components electrònics aspecte agradable i net. Poder protegir l’electrònica a l’interior del quadre és un avantatge important del disseny d’aquest quadcòpter, ja que m’estalvia diners i molèsties perquè no he de substituir cap part trencada en cas d’estavell. Per a les plaques electròniques i el dosser he utilitzat el policarbonat Lexan per la seva resistència, lleugeresa i transparència per a l’estètica. El disseny i l'elecció dels materials per a aquest quadcopter provenen del fet que crec que la manipulació pot ser una forma d'art, i que l'estètica és tan important com la funcionalitat i fins i tot el complement. Per a mi, l’aspecte d’aquest quadricòpter posseeix la combinació perfecta de simplicitat i complexitat. Tenir l’electrònica amagada als braços de PVC fa que el quadcòpter sembli elegant i senzill, però deixar alguns cables visibles sota el dosser de lexan transparent posa l’èmfasi en la veritable complexitat del seu disseny.

Ara, sense més, comencem a construir!

Tots els dibuixos i diagrames els he creat en paper o en Adobe Illustrator per a iOS.

Pas 2: què necessiteu

Això és el que he utilitzat per construir aquest quadcopter. L'he dividit en parts necessàries per al marc i el sistema d'alimentació, així com les eines necessàries. Marc:

• Tub de PVC de 1”, horari 21
• Connector transversal de PVC de 1”
• Full de Lexan de 8 x 10”
• 6 x 32 cargols de cap Phillips de 3”x 4
• 6 x 32 femelles de cúpula x 4
• Femelles de bloqueig de niló M6 x 4
• Rentadores M6
• Cargols M3
• Distàncies de niló d'1 "x 4
• Corbates amb cremallera
• Cinta d'escuma de doble cara
• cinta adhesiva
• Cinta de velcro i quadrats de velcro adhesius
• Acoblador de PVC de 4”per al tren d’aterratge

Sistema d'alimentació:

• Motors sense escombretes Aerosky 980kv x 4
• Hobbywing 20A ESC x 4
• KK2.1.5 Controlador de vol
• Combo transmissor i receptor Flysky FS-CT6B
• Bateria lipo Turnigy Nanotech 2200 mAh 45-90c 3s
• Carregador de lipo Imax B6
• Alarma de voltatge de la bateria Lipo
• Hèlixs de volant lent Gemfan de 10”(obtingueu més de 4 perquè en trencareu algunes)
• Fil de silici de calibre 10 i 12
• Connectors XT60 x com a mínim 5 parells
• Connectors de bala de 3,5 mm: almenys 12 parells
• servocables masculins a masculins: almenys 5
• Tubs termoretractables
• Mànega de filferro (opcional)
• Connector JST (opcional)

Eines:

• Tallador de canonades de PVC
• Trepant elèctric
• Clau Allen
• Cortador de filferro / pelador
• Soldador i soldador
• Vise Grip
• Serra mecànica
• Escalfador o estufa
• Equilibrador d'hèlice
• Pistola de cola
• Rotulador o agut

Pas 3: Muntatge del marc: aplanament dels suports del motor

Per al primer pas de la construcció del marc, hem de fer un lloc per muntar els motors. Vaig aplanar els extrems de la canonada per crear una bona zona plana perquè els motors es muntessin als braços. Per als braços he tallat la canonada de PVC en quatre segments de 8 1/2”. Llavors vaig marcar una línia al voltant de la canonada a 2”del final. Vaig escalfar la canonada sobre l'estufa, mantenint només la zona de 2 que vaig marcar sobre el cremador fins que aquest extrem es va tornar suau i mal·leable. Tot i que la canonada encara estava calenta i tova, la vaig aplanar amb una taula de tall alineant la vora del Vaig repetir aquest procés per als 3 braços restants.

Pas 4: Muntatge del marc: plaques Lexan

Per muntar i protegir el controlador de vol i el receptor, així com mantenir el marc junt, el quadricòpter necessita un sistema de plaques centrals. Vaig tenir el full Lexan de 8 x 10 "tallat en dos cercles amb un diàmetre de 4 1/2" i 4 1/4 "per ser les plaques inferior i superior, respectivament. La placa inferior s'utilitza com a plataforma per muntar el controlador de vol i el receptor, i la placa superior és una tapa per protegir-les. Les plaques tenen cadascun 4 forats en forma de X perquè els quatre cargols de 6 x 32 puguin passar pels 4 braços i per les dues plaques per mantenir-ho tot junt. Les plaques estan separades per separadors de niló d'1 "pels quals també passen els cargols de 6 x 32. Els cargols estan fixats a la part superior de la placa superior amb femelles de cúpula.

Pas 5: Muntatge del marc: perforació de muntatges del motor

Ara que els muntatges del motor estan aplanats i les plaques Lexan instal·lades, és hora de practicar els forats dels cargols del motor. He utilitzat una creu de muntatge de motor que coincideix amb el patró de forats dels meus motors per marcar on haurien de ser els forats. Després de marcar els forats amb una punxa, he forat dos forats de 19 mm l'un de l'altre per obtenir cargols i un forat gran entre ells per deixar lliure l'eix del motor.

Pas 6: fabricació de material d'aterratge

Sempre és bo tenir alguna cosa per aterrar el quadcopter. Per al meu, he fabricat tren d'aterratge amb un acoblador de PVC de 4 ". He utilitzat una serra mecànica per tallar l'acoblador en quatre tires d'amplada d'aproximadament 3/4" i després he posat aquestes tires en una olla d'aigua bullint durant uns trenta segons per estovar-les. ells. Els vaig treure i els vaig donar forma a mà a les potes d’aterratge. Vaig fixar el tren d’aterratge als braços del quadcòpter amb tirants amb cremallera. Fins ara, aquest tren d’aterratge funciona molt bé i és molt elàstic, cosa que ajuda a absorbir els xocs durant els aterratges durs.

Pas 7: sistema d'alimentació: visió general

Ara que el quadre està complet, passem al sistema d’alimentació del quadcòpter. El sistema d’alimentació està format pels motors, controladors electrònics de velocitat (ESC), cablejat, controlador de vol, transmissor, receptor i bateria. Com es mostra a l'esquema anterior, els motors es connecten als ESC, els ESC es connecten a l'arnès de cables i l'arnès de cables es connecta a la bateria. El transmissor (TX) envia un senyal sense fils al receptor (RX), que envia aquest senyal al controlador de vol a través dels servocables masculins a masculins. El controlador de vol tradueix aquest senyal i l'envia als ESC a través dels servocables dels ESC. A continuació, els ESC converteixen aquest senyal en impulsos elèctrics que flueixen a través dels cables de fase dels motors i fan girar els motors. Ara que ja sabem com funciona tot, podem començar a utilitzar el sistema d’energia.

Pas 8: motors i ESC

Hem de preparar els motors i els ESC per connectar-se entre ells i el cablejat. Vaig soldar connectors de bala de 3,5 mm masculins a cadascun dels cables del motor perquè es poguessin connectar als ESC i els vaig segellar amb termorretracció. Vaig fer una mica de soldadura perforant forats en un tauló de fusta per subjectar els connectors de bala mentre soldava. Vaig connectar els motors als suports del motor dels braços amb cargols M3 i els vaig cargolar amb una clau Allen.

Com que els ESC venien amb connectors bala femenins ja instal·lats, acabo de soldar els connectors masculins XT60 a l'extrem de la bateria (cables vermells i negres) de cada ESC, per permetre que es connecti al cable de cables.

Pas 9: Instal·lació de cables i cables electrònics

Arnès de filferro

Un dels components elèctrics més importants és el cablejat o el separador de bateries. Això distribueix l'energia de la bateria als quatre ESC i motors. Per fer l’arnès de cables, vaig soldar un conjunt (parlo de filferro vermell i negre com a conjunt) de filferro de calibre 10 a un connector XT60 mascle i vaig despullar l’altre extrem dels cables a aproximadament mitja polzada. Aleshores vaig tallar i despullar quatre jocs de filferro de calibre 12 i els vaig soldar al conjunt de filferro de calibre 10. Vaig soldar els connectors XT60 femenins als extrems dels cables de calibre 12 i vaig aïllar tot amb contracció de calor. També he afegit un connector JST a l’arnès per obtenir un cable d’alimentació addicional per si volia afegir qualsevol altre aparell electrònic com ara equips FPV o llums LED. extrem "calent", o el costat del qual sortirà l'energia. Els connectors masculins s’utilitzen als extrems oposats per on fluirà l’energia. A més, recordeu fer lliscar la calor encongida sobre els cables abans de soldar-hi els connectors XT60. Si ho oblideu, és possible que hagueu de dessoldar el connector, lliscar-lo sobre el termoregistrador i tornar a soldar el connector, cosa que pot ser un veritable dolor. Confia en mi, ho sé. Instal·lació de l’electrònica Després de fer el cablejat, vaig connectar els motors als cables ESC, vaig connectar els cables al cablejat i vaig posar els cables i cables dins del marc de la canonada. També he forat els braços perquè surti el tap de la bateria de l’arnès i els servocables de l’ESC. Per evitar que els ESC s’escalfessin a l’interior del marc, vaig perforar tres forats als braços prop dels muntatges del motor per fer de ventiladors per refredar els ESC. L’aire empès per les hèlixs fluirà a través dels orificis i cap a la canonada per refredar l’electrònica. També he perforat un forat sota el suport del motor per ser un punt d’entrada a l’interior de la canonada perquè els cables de fase dels motors es connectin als ESC.

Pas 10: connexions del controlador de vol i del receptor

Vaig muntar el controlador de vol i el receptor a la placa inferior de lexan amb cinta d'escuma de doble cara. La cinta d’escuma funciona molt bé per subjectar els components i per filtrar les vibracions abans que arribin al controlador de vol. A continuació, vaig connectar els servoconductors ESC al controlador de vol.

Per connectar els cables ESC al controlador de vol, agafeu el cable servo de cada ESC i connecteu-lo als pins corresponents del controlador de vol. Per exemple, el motor frontal esquerre és el motor 1, de manera que el servocable ESC d’aquest motor es connectarà al primer conjunt de pins del costat dret de la placa. El cable servo servo ESC del motor 2 es connectarà al segon conjunt de pins, el tercer del motor 3 i el quart el motor 4. Hi ha 8 jocs de pins per als servocables ESC al controlador de vol KK2, però com que es tracta d’un quadcopter amb només 4 motors i ESC, només s’utilitzaran els primers 4 jocs de pins.

Motor 1 = davant esquerre, Motor 2 = davant dret, Motor 3 = darrere dret, Motor 4 = darrere esquerre

A continuació, vaig connectar els canals del receptor als del controlador de vol. Al controlador de vol KK2, els pins del receptor es troben al costat esquerre del tauler i els pins del canal són aleró, ascensor, accelerador, timó i auxiliars en aquest ordre, de davant a darrere al tauler. Vaig connectar els canals corresponents entre el controlador de vol i el receptor amb servocables masculins a masculins.

Consell: els pins més propers a l’interior de la placa de control de vol són els pins de senyal, de manera que els cables blancs / grocs s’han de connectar a aquests.

Pas 11: Programació del controlador de vol

ASsegureu-vos de fer aquest pas sense hèlixs

Abans de volar, cal programar i calibrar el controlador de vol. Aquest és un dels passos més senzills, però pot ser el més perillós. Assegureu-vos sempre que les hèlixs no estiguin instal·lades abans de configurar el controlador de vol per evitar lesions. A la placa KK2, el primer que cal fer és la prova del receptor. Això assegura que cada pal del transmissor canviï el valor correcte del controlador de vol. Si trobeu que una entrada de pal fa una sortida cap enrere al controlador, (per exemple, a l'esquerra del pal de l'aleró apareix com a entrada d'aleró dret al control de vol) podeu invertir aquest canal al transmissor.

A continuació, és triar el disseny del motor. Aneu al menú principal del KK2 i seleccioneu "Carrega el disseny del motor". Com que aquest dron té 4 motors, amb 2 al davant i 2 al darrere, seleccioneu "Mode QuadroCopter X". El controlador de vol mostrarà la distribució del motor i la direcció que haurien de fer girar els motors. El motor 1 de la part frontal esquerra ha de girar en sentit horari, el motor 2 en sentit antihorari, el motor 3 en sentit horari i el motor 4 en sentit antihorari.

A continuació, calibreu els ESC.

1. Desconnecteu la bateria i apagueu el transmissor
2. Premeu l’accelerador fins a sobre del transmissor mentre està apagat.
3. Enceneu el transmissor
4. Connecteu la bateria al quadcopter
5. Mantingueu premuts els botons 1 i 4 immediatament a la placa KK2
6. Un cop a la pantalla es mostri "Throttle Passthrough", feu baixar l'accelerador al transmissor tot mantenint els botons 1 i 4.
7. Els ESC emetran un so que indica que els 4 ESC estan calibrats.

A continuació, comproveu les indicacions de gir del motor. Per fer-ho, engegueu i armeu el quadcopter endollant la bateria, engegant el transmissor i portant el pal de l’accelerador a la cantonada inferior dreta. El tauler emetrà un so que indica que el quad està armat, és a dir, que els motors poden girar lliurement. Una vegada més, assegureu-vos que les hèlixs estan apagades. Feu pujar l’accelerador i observeu en quina direcció giren els motors. Posar un tros de cinta al costat dels motors pot ajudar amb aquest pas. Els motors haurien de girar segons l’esquema de distribució del motor. Si un motor gira en la direcció equivocada, simplement desconnecteu i commuteu dos dels connectors de bala dels cables de fase dels motors que es connecten als ESC i el gir del motor s'invertirà.

Per últim, calibreu l’acceleròmetre del tauler.

1. Col·loqueu el quadricòpter sobre una superfície plana
2. Aneu al menú principal de la placa KK2 i seleccioneu "Calibració ACC"
3. premeu Continuar i deixeu que el tauler es calibri

El controlador de vol ja està calibrat i està llest per al vol.

Pas 12: equilibrar les hèlixs

Quasi hem acabat, però abans d’instal·lar les hèlixs cal equilibrar-les. Hi ha molts avantatges en equilibrar les hèlixs, com ara augmentar la longevitat del motor, el vídeo "jello" o sense distorsions, i fins i tot un quadricòpter més tranquil. Com que molts equilibradors d’atrezzo són cars, vaig decidir crear el meu propi. El meu equilibri d’atrezzo consisteix en un marc de pal de fusta, uns imants de neodimi i un “Balanç de puntes de dit” que vaig comprar per un parell de dòlars a Amazon. El marc de fusta té dues plomes d'alçada aproximada de 6 "que li permeten adaptar-se a hèlixs de fins a 12". Als extrems de les plomes hi ha dos imants de neodimi enganxats en calent al marc. El balanç de puntals dels dits s’adapta entre els imants, només toca un d’ells, però es manté al seu lloc per la força magnètica de l’altre, cosa que resulta en un balanç de puntes extremadament sensible i precís.

Pales d'equilibri

1. Preneu l'hèlix amb el balanç de puntals dels dits
2. Col·loqueu el balanç de la punta dels dits i l'hèlix entre els dos imants i ajusteu l'hèlix horitzontalment
3. El costat més fort de l’atrezzo que caigui és el costat pesat, de manera que s’ha d’afegir cinta a la fulla oposada per equilibrar-la
4. Col·loqueu la fulla horitzontalment de nou i, si la fulla cau cap a un costat, traieu o apliqueu la cinta en conseqüència. L’hèlix podrà mantenir-se horitzontal quan les pales estiguin equilibrades.

Equilibrar el centre

1. Col·loqueu l'hèlix verticalment entre els dos imants
2. El que caigui sigui el costat pesant del cub i s’ha d’afegir cola calenta al costat oposat del cub per equilibrar-lo

Si l’hèlix és capaç de mantenir-se en la posició en què es col·loqui sense caure, estarà adequadament equilibrada i llesta per a ser instal·lada.

Pas 13: Instal·lació d'hèlixs

L’últim pas abans del vol és instal·lar les hèlixs. Utilitzant l’esquema de distribució del motor, vaig instal·lar hèlixs en sentit horari als motors giratoris en sentit horari i viceversa. Les hèlixs en sentit horari tenen una "R" impresa al costat de la mida i el pas (és a dir, 1045R), mentre que les hèlixs en sentit antihorari no. Vaig posar dues hèlixs verdes al davant i dues blanques al darrere per ajudar-me a fer un seguiment de l’orientació del quadcòpter.

En lloc d’utilitzar les campanes estàndard que vénen amb els motors per subjectar les hèlixs (també podríeu llençar-les perquè sortiran en vol i us faran caure), he assegurat les hèlixs amb femelles de niló. Les femelles tenen un anell de niló especial que garanteix que les hèlixs no es puguin desprendre mai durant el vol. Per apretar les femelles, he utilitzat un mànec de presa. Sota les femelles de bloqueig he instal·lat una rentadora per ajudar a distribuir la pressió de la femella a l'hèlix de manera més uniforme.

El quadre està muntat, l'electrònica està instal·lada, el control de vol està programat i les hèlixs estan equilibrades i llestes, de manera que només queda una cosa per fer. Treure!

Pas 14: Alarma de bateria i tensió

La bateria es manté a la part inferior del quadcopter amb una tira de velcro, que està intercalada entre la placa inferior Lexan i el connector creuat de PVC.

L'alarma de voltatge de la bateria s'uneix al marc amb un quadrat adhesiu de velcro. Abans d’enlairar-me, connecto el connector d’equilibri de la bateria (connector blanc) a l’alarma de tensió de la bateria. Un cop la tensió de la bateria caigui per sota dels 10V durant el vol, l’alarma saltarà i em diurà que aterrés.

Pas 15: Volar

Si ets nou en volar, no tinguis por! Aquí teniu una guia ràpida sobre com enlairar-vos i molt més amb el vostre nou quadcopter.

1. Connecteu l'alarma de bateria i tensió i engegueu el transmissor.
2. Armeu el quadcopter portant el pal de l’accelerador (pal esquerre a la majoria dels transmissors) a la cantonada inferior dreta.
3. Porteu lentament l’accelerador fins que el quadcòpter quedi a uns centímetres del terra i, tot seguit, aterreu-lo. Enhorabona! Heu completat la prova de salt.
4. Seguiu saltant fins que us sentiu còmode a l’aire.
5. Salteu més amunt i mantingueu-vos a l’aire cada vegada més temps.
6. Feu-vos una idea de la vostra autoritat de desviació, llançament i rotació també mentre espereu.
7. Practiqueu movent el quadcòpter cap endavant, cap enrere, cap a l’esquerra i cap a la dreta mentre passeu el cursor.
8. Un cop tingueu els moviments bàsics cap avall, practiqueu l'ús del pal de mordaç i controleu els moviments del timó.

Fes el que facis, no presumis ni intentes fer res del que no estiguis segur. Amb el temps, els vostres controls esdevindran una segona naturalesa per a vosaltres, però ara per ara només heu de respectar els conceptes bàsics per evitar que es bloquegi.

Pas 16: Conclusió

En conclusió, definitivament puc dir que vaig aconseguir el meu objectiu de crear un quadcòpter durador i rendible amb un temps de vol raonable. Aquesta construcció només em va costar uns 300 dòlars (probablement encara menys sense haver de comprar peces per prototipar), que és extremadament barat en comparació amb la majoria d’altres drons d’aquestes dimensions del mercat. Amb aquesta configuració puc obtenir uns 11 minuts de vol, la qual cosa suposa una gran millora respecte al temps de vol del meu dron anterior. El marc també va resultar ser extremadament robust i va suportar innombrables xocs, alguns a gairebé tota velocitat al costat de casa meva o directament al terra després d’haver intentat donar un tomb, amb l’únic dany que han estat un parell d’hèlices trencades. Per a fotografies aèries i vídeo, aquest quadcopter pot transportar fàcilment una càmera de vídeo, que penja de la safata de la meva càmera de bricolatge formada per una targeta de biblioteca amb un suport de càmera enganxat. Aquest quadricòpter em va permetre fer les fotos que es mostren més amunt.

No vaig tenir molts problemes ni vaig cometre errors enormes durant aquest projecte, ja que gairebé vaig arribar a un disseny i el vaig anar millorant fins que va ser tan bo com vaig poder fer-lo. No obstant això, vaig aprendre algunes coses que m'agradaria compartir amb vosaltres per ajudar-vos a evitar possibles problemes en el futur.

1. No busqueu les coses més barates que pugueu trobar

Ara mateix em ve al cap la dita "obteniu el que pagueu". No compreu les coses més econòmiques possibles, perquè tot el que farà és fer gastar més diners més endavant. Per exemple, vaig començar amb un soldador súper barat de 8,99 dòlars pensant que m’estalviaria diners, només haver de comprar un soldador nou i més car més endavant quan el barat deixés de funcionar.

2. No siguis perfeccionista

Tot i que pot semblar que ser absolutament perfecte és essencial per construir un bon quadcopter, confieu en mi, tot el que farà el perfeccionisme és fer gastar diners addicionals, trigar més temps a acabar la construcció i generar estrès innecessari. Per descomptat, ser absolutament exacte i perfecte amb tot és agradable, però els quadcòpters són prou intel·ligents per volar perfectament fins i tot si la vostra construcció és "prou bona".

3. No t’afanyis

Construir un quadcòpter és una cosa molt emocionant, però assegureu-vos que no us emocioneu massa i que no hi torneu a entrar massa aviat. Planifiqueu acuradament la vostra construcció primer, de manera que no acabeu comprant un munt de peces que potser no necessiteu a la llarga. (a no ser que feu prototipus, però, en què la compra de peces que no utilitzarà al producte final és inevitable)

4. Penja allà

Construir un dron des de zero és definitivament una tasca descoratjadora i, de vegades, és possible que vulgueu renunciar-hi, però si us plau, no ho feu. Feu la investigació, demaneu ajuda en línia si esteu confós, feu una pausa, però feu el que feu, no us rendiu, perquè no hi ha res més gratificant que veure alguna cosa que heu construït planant just davant dels vostres ulls.

Gràcies per llegir

Us agraeixo molt que passeu per llegir aquest manual instructiu i espero que us hagi inspirat a construir aquest dron o fins i tot a dissenyar el vostre. Si teniu cap pregunta, no dubteu a fer-me els comentaris a continuació.

Feliç volador!

Primer premi del Concurs de Drons 2016