“A drone is born” – Deel 1

10 February 2011 het ek 4 motors, 4 elektroniese spoed beheerders (ESC’s) en ‘n paar ander los komponente gekoop. Baie opgewonde oor die vooruitsig om vir my ‘n hommeltuig van die grond af op te bou, op daardie stadium het ons nog helikopters in LS gebruik en ‘n hommeltuig was gesien as n onstabiele tipe vlieg platform.

Dit is nou byna 8 jaar later en ek het nog die boks met die 4 motors en 4 ESC’s en het dit selfs intussen na Duitsland toe laat kom. Dit was nou uiteindlik tyd om daardie projek van die grond af te kry!

Ontwerp

Agt jaar is n baie lang tyd in die hommeltuig wêreld en my motors en ESC’s is amper museum stukke, maar omdat ek hulle reeds het en die projek met hulle wil voltooi moet ek my ontwerp op hulle basseer. Ek het ook net 4 motors so my hommeltuig gaan n “Quad” tipe moet wees.

Aandrywing

Die motors is Turnigy 4240 1050kv brushless outrunners. “Outrunner” beteken die buite gedeelte van die motor draai en nie die binneste gedeelte soos mens gewoonlik verwag nie. Hierdie tipe van “outrunners” word gewoonlik gebruik omdat dit meer hefvoordeel bied en die motor dan meer wingkrag kan voorsien. “Brushless” beteken die motors het nie borsels nie wat hulle baie meer effektief maak maar hulle benodig ook spesiale spoed beheerders. Die nommer 4240 verwys na die wydte, 42mm, en hoogte, 40mm, van die stator (gedeelte met die windings en wat nie beweeg nie) van die motor, wat gewoonlik n indikasie is van die krag wat die motor kan voorsien. Die kv spesifikasie is nie kilo-volt nie maar eerder ‘n snelheids konstante wat die motor snelheid per volt spesifiseer onder geen lading. So sou ek my 1050kv motor met 16 volt voorsien behoort hy teen 1050 x 16 = 16800 RPM te draai sonder enige lading. Wanneer die lading van die skroef op die motor kom sal hy natuurlik nie meer hierdie snelheid kan handhaaf nie en meer stroom benodig wat veroorsaak dat die motor warm word.

Motor

Die elektroniese spoed beheerders of ESC’s word gebruik om die snelheid van die motors te beheer. Hulle neem gewoonlik n PWM (pulse width modulated) sein as inset en verskaf n drie fase uitset wat die motor kan dryf. Daar is ongelooflik baie opsies as dit kom by ‘n keuse van ESC’s maar een van die hoof spesifikasies waarna mens moet kyk is die stroomversorging. Soos mens kan sien hang die stroom gebruik van jou motors weer baie af van die skroef wat hy moet draai om genoeg stygkrag te voorsien. Omdat die som om uit te werk hoeveel stygkrag n skoef kan ontwikkel nogal kompleks is (het ook konstantes nodig wat die verskaffers nie altyd uitgee nie) het ek besluit om eerder voorsiening te maak vir die maksimum krag wat die motor kan hanteer. My motors is gespesifiseer vir maksimum 35A stroomgebruik en het daarom 40A ESC’s wat ek saam met hulle gebruik.

ESC

As skroef het ek besluit om klein te begin met ‘n 1045 skroef en te kyk hoe die motors hom hanteer en dan die skroef grote aan te pas. n Skroef word gewoonlik gespesifiseer in diameter en afstand wat hy sou beweeg met een rotasie (sonder glip) in duime. Die eerste twee syfers gee die diameter en die volgende twee die afstand oor een rotasie, so myne is 10 duim lank en sou 4.5 duim beweeg met een rotasie (in die perfekte wêreld).

Props

Aan die stroomversienings kant gebruik ek maar 2 x 1550mAh 75C 4S (14.8V) LiPo batterye. Groter kapasiteit batterye sal natuurlik beter wees maar ek het hierdie twee op die oomblik beskikbaar en kan altyd in die toekoms opgradeer.

Net om seker te maak het ek ook my kombinasie van komponente met die “eCalc” aanlyn sakrekenaar getoets en daarvolgens behoort die hommeltuig darem van die grond af te kom. Dit is nogals ‘n baie handige aanlyn programmetjie wat mens baie kan help om te sien of jou hommeltuig komponente darem sin maak.

Navigasie en Beheer

Omdat ek bekend is met die ArduPilot beheer fermware het ek gedink om te bly by dit, maar die vraag was dan op watter hardeware. Om iets anders te probeer het ek gekyk na Linux gebaseerde stelsels en besluit op Erle Robotics se PXFmini board wat ek bo-op n Raspberry Pi Zero W hardloop. Dit is ‘n baie koste effektiewe oplossing en met die krag van n 1GHz ARM processor, 512MB RAM en ingeboude WiFi agter die ArduPilot fermware maak dit nogal baie opsies oop!

PXFmini

Aan die radio beheer kant gebruik ek my Taranis X7 radio met ‘n X4R telemetry ontvanger. Die radio kan ook ontvang en die ontvanger kan dus inligting soos battery vlak en ander kritiese vlakke terug stuur na die radio toe.

Lugraam

Van die begin van die projek af was die plan altyd om my eie lugraam te probeer bou. Oorspronklik was die plan om laaghout vir die brug gedeelte te gebruik en die stele van graphite golf stokke vir die arms. Intussen het ek gelukkig beter ideas gekry en ook my X-Carve CNC masjien. Die X-Carve het ‘n nuwe wereld oopgemaak en my nou toegelaat om FR4, Carbon Fibre, Delrin ens. te kan sny.

Met die hulp van FreeCAD het ek die basiese uitleg van die brug gedeelte gedoen. Omdat Carbon Fibre nogal duur is het ek besluit om eerder 1.5mm FR4 te gebruik wat eindlik maar n tipe veselglas is en nie veel swaarder as Carbon Fibre is nie.
BrugUitleg
Die plan met die uitleg was om al die ESC in die middel in ‘n ry lanksmekaar te plaas sodat almal se krag aansluiting na agter wys, waar die krag verspreidingsbord geplaas sal word. Die vlugbeheerder word dan in die middel geplaas en ‘n klein spasie word voor gelos, vir ‘n klein kamera in die toekoms. Die boonste gedeelte van die brug sal ek later ontwerp wanneer al die elektroniese komponente ook finaal geplaas is.

Vir die arms het ek besluit op 16mm Carbon Fibre pype wat ek teen n goeie prys op n uitverkoping kon kry. Aan die einde van die arms het ek hegtings plate vir die motors ontwerp. Inplaas van gate wat slegs vir die motors wat ek nou het te maak het ek eerder slote gemaak wat my toelaat om in die toekoms ander motors ook te kan gebruik as ek wou.
MotorMount

Wat ek volgende benodig het was klampe om die brug en die hegtingsplate vir die motors aan die pype vas te kon maak. Het eers probeer om hierdie klampe uit Delrin (‘n harde plastiek amper soos Nylon) te sny met die X-Carve. Dit werk maar omdat ek seker omtrent 16 klampe gaan nodig kry en dit my amper 20 minute per klamp neem om te sny het ek besluit om eerder te kyk of ek nie iets aanlyn kry nie. Het toe PitLab.com ondek waar ek baie oulike klampe kon kry in verskillende grotes en baie netjieser as wat ek dit ooit selfs sou kon sny. Verder het hierdie klampe nog vibrasie isolasie rubbers ook in wat n verdere bonus is.
BoomClamps
Vir die bene het ek plaatjies met 15° tilt ontwerp wat bo aan die arms heg en onder aan 12mm Carbon Fibre pype wat die bene vorm.

LandingGearMount_SketchLandingGearMount

Vervaardig

Met n goeie plan van wat ek wil doen het ek die FR4 plate, klampe en klompie M3 boute en moere bestel. Die plate het eerste aangekom en kon ek hulle solank begin sny.
CNC_Brug

CNC_MotorMount
Kort daarna het die res van my bestelling gekom en kon ek die lugraam begin aanmekaar sit om te kyk of alles darem pas.

ToetsBou

Sover pas alles perfek en is die volgende stap nou om die elektroniese komponente en bedrading te begin doen wat ek in ‘n 2de gedeelte sal beskryf.

Advertisements

2 Comments

Lewer kommentaar

Verskaf jou besonderhede hieronder of klik op 'n logo om in te teken:

WordPress.com Logo

Jy lewer kommentaar met jou rekening by WordPress.com. Log Out /  Verander )

Google+ photo

Jy lewer kommentaar met jou rekening by Google+. Log Out /  Verander )

Twitter picture

Jy lewer kommentaar met jou rekening by Twitter. Log Out /  Verander )

Facebook photo

Jy lewer kommentaar met jou rekening by Facebook. Log Out /  Verander )

w

Connecting to %s