Đang tải... (xem toàn văn)
Máy bay không người lái (UAV) là một trong những loại khí cụ bay không người lái có điều khiển. Từ khi ra đời đến nay UAV ngày càng được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực: chụp ảnh trên không, giám sát trên bộ, trên biển, chống buôn lậu, kiểm soát môi trường, bảo vệ rừng, thăm dò địa chất, dịch vụ nông – ngư nghiệp. Tuy nhiên UAV được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực an ninh quốc phòng. Trong quân sự UAV được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ trinh sát, chụp ảnh, giám sát chiến trường, chỉ thị mục tiêu
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đồ án Phương pháp nghiên cứu Mục tiêu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ UAV 2.1 Khái quát lịch sử phát triển ứng dụng UAV 2.1.1 Lịch sử phát triển UAV 2.1.2 Vai trò khả ứng dụng UAV 2.2 Tình hình nghiên cứu phát triển UAV giới 2.2.1 Phát triển UAV số nước giới 2.2.2 Phân loại UAV 2.3 Tình hình nghiên cứu phát triển UAV nước ta 2.3.1 Phát triển máy bay mơ hình Việt Nam 2.3.2 Nghiên cứu phát triển UAV CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC BAY CỦA UAV 3.1 Các hệ tọa độ thường dùng 3.1.1 Hệ toạ độ mặt đất O0x0y0z0 3.1.2 Hệ trục toạ độ tốc độ Oxcyczc 3.1.3 Hệ trục toạ độ tốc độ thẳng đứng Oxyz 3.1.4 Hệ trục toạ độ liên kết Ox1y1z1 3.2 Các dạng chuyển động hexacopter 3.3 Các lực tác dụng khí động học 3.4 Bài tốn chuyển động Hexacopter 3.4.1 Lý thuyết 3.4.2 Bài tốn chuyển động Hexacopter 3.5 Các phương trình hình, động lực học Hexacopter CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY BAY CÁNH HEXACOPTER 4.1 Đặt vấn đề 4.2 Thiết kế mơ hình 3D 4.2.1 Phần mềm mơ 4.2.2 Thiết kế khung hexacopter 4.3 Lựa chọn động cho hexacopter 4.4 Xây dựng, kết nối mạch điều khiển cho hexacopter 4.4.1 Bộ điều khiển bay Pixhawk PX4 Autopilot PIX Trang 5 6 8 10 12 12 18 22 22 23 25 25 25 25 26 26 27 28 30 30 32 33 41 41 41 41 42 45 47 47 4.4.2 Bộ điều khiển tốc độ ECS 30A 4.4.3 Module NEO-6M GPS 4.4.4 Máy thu phát Flysky FS-i6 6CH 2.4GHz AFHDS 2A RC 4.4.5- Module hạ áp mini DCDC MP1584 4.4.6- Camera thu thập liệu 4.4.7- Tính tốn lựa chọn nguồn cho máy bay 4.5- Sơ đồ kết nối chân linh kiện kiểm tra hoạt động mơ hình bay 4.5.1- Sơ đồ kết nối chân 4.5.2- Kiểm nghiệm hoạt động KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 50 51 54 55 56 61 61 64 66 68 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực đồ án tốt nghiệp em với đề tài: “Nghiên cứu thiết bị bay không người lái cánh Hexacopter, chế tạo mơ hình có điều khiển từ xa.” hoàn thành thời gian quy định Qua em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy cô giáo khoa Cơ Điện Tử trường …., người truyền thụ tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm cho em suốt bốn năm học vừa qua Đó tảng cho việc thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn – thầy …., thầy theo dõi, dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đồ án Trong thời gian thực đồ án, em phải khó khăn sai xót, thầy ln có phát gợi ý cho em tìm phương pháp khắc phục hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày…tháng…năm 2022 Sinh viên thực LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan nội dung trình bày đồ án tốt nghiệp kết nghiên cứu thân Nội dung đồ án chúng em có tham khảo sử dụng tài liệu, thơng tin đăng tải tạp chí, Webside theo danh mục tài liệu tham khảo đồ án phần cuối CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Máy bay không người lái (UAV) loại khí cụ bay khơng người lái có điều khiển Từ đời đến UAV ngày sử dụng phổ biến nhiều lĩnh vực: chụp ảnh không, giám sát bộ, biển, chống bn lậu, kiểm sốt mơi trường, bảo vệ rừng, thăm dị địa chất, dịch vụ nơng – ngư nghiệp Tuy nhiên UAV sử dụng nhiều lĩnh vực an ninh quốc phòng Trong quân UAV sử dụng để thực nhiệm vụ trinh sát, chụp ảnh, giám sát chiến trường, thị mục tiêu Hơn đặc điểm có kích thước nhỏ, khó bị phát nên UAV dễ dàng xâm nhập không phận đối tượng để trinh sát gửi ảnh trung tâm tạo điều kiện cho lực lượng tiến cơng có hình ảnh xác mục tiêu thời gian thực Về mặt kỹ thuật, UAV có nhiều điểm giống với máy bay có người lái Tuy nhiên chúng có điểm khác biệt như: − − Chi phí cho nghiên cứu phát triển, chế tạo, vận hành, đảm bảo kỹ thuật thấp Không bị tổn thất phi công chiến đấu, không tốn cho huấn luyện phi công − Không bị hạn chế yếu tố tâm lý phi công Với ưu điểm trên, với tiến nhanh chóng khoa học cơng nghệ, khoảng 10 năm trở lại diễn bùng nổ UAV Cũng nước giới, Việt Nam nhu cầu sử dụng UAV thời điểm đa dạng: − − Làm mục tiêu cho máy bay, tên lửa, pháo phịng khơng bắn tập Sử dụng cho mục đích trinh sát quân sự: chụp ảnh, tuần tiễu biên giới, hải đảo nhiệm vụ an ninh quốc phòng kinh tế xã hội khác Do việc nghiên cứu tổng hợp hệ thống tự động điều khiển UAV điều kiện có tác động gió, nhiễu động khí quyển, có khả đáp ứng yêu cầu chiến thuật khả động nhanh nhiệm vụ cụ thể tình phức tạp cần thiết Đối tượng phạm vi nghiên cứu đồ án Do khối lượng thời gian hạn chế đồ án, chuyển động dọc UAV chuyển động phức tạp, liên quan trực tiếp đến điều khiển UAV theo quỹ đạo hành trình, đồ án sâu vào thiết kế, điều khiển hệ thống UAV thu thập không gian ảnh mà UAV thu suốt hành trình bay Để đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển chuyển động dọc tổng hợp, đồ án nhóm sử dụng thiết kế, chế tạo lắp ráp điều khiển mơ hình máy bay cánh Phương pháp nghiên cứu Là đề tài có tính thực tế cao nên phương pháp nghiên cứu thực đề tài nhóm phải bám sát với thực tiễn cách sát Vì vậy, nhóm lựa chọn hình thức kết hợp làm mơ hình thực nghiệm q trình tính tốn thiết kế phần mềm mơ - Thực thiết kế mơ hình khí thực tế; - Sử dụng kết hợp module có sẵn thị trường để chế tạo điều khiển máy bay cánh; - Điều khiển hoạt động thực tiễn máy bay; - Tính tốn số thơng số quan mơ hình chế tạo Mục tiêu Với đề tài có tính ứng dụng vậy, nhóm đặt mục tiêu hoàn thiện đồ án phải đạt số yêu cầu đây: - Tìm hiểu trình tình trạng phát triển mơ hình máy bay không người lái nay; - Thiết kế vẽ 3D, 2D mơ hình máy bay khơng người lái UAV cánh; - Gia cơng lắp rắp mơ hình; - Tìm hiểu, kết nối module điều khiển; - Tìm hiểu, kết nối hệ thống thu thập ảnh; - Điều khiển mơ hình bay thực tế điều kiện mơi trường cho phép - Thu thập không gian ảnh trình bay CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ UAV 2.1 Khái quát lịch sử phát triển ứng dụng UAV 2.1.1 Lịch sử phát triển UAV Phương tiện bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicle - UAV) thuật ngữ phương tiện bay điều khiển tự động theo chương trình định trước, điều khiển từ xa trạm mặt đất máy bay có người lái, thu hồi tự hủy sau hồn thành nhiệm vụ mà khơng cần phi công điều khiển trực tiếp Chiếc UAV sơ khởi, tự điều khiển tạo từ việc phát triển quay hồi chuyển Lawrence Elmer Sperry (USA) năm 1916 thiết bị có kiểm sốt độ cao Sau hai người phát triển Máy bay Khu trục không người lái (Aerial Torpedo), mang tải trọng nổ đến mục tiêu, bay khoảng cách 30 dặm Mẫu UAV phản lực ký hiệu XQ-2, coi ông nội UAV đại, đời vào năm 1951 Cty Teledyne Ryan Aeronautical San Diego chế tạo theo đặt hàng Bộ Quốc phòng Mỹ Ban đầu để làm mục tiêu bay huấn luyện, sau chuyển thành trinh sát với mẫu AQM-34 tiếng với 34.000 phi vụ chiến tranh Việt Nam Có thơng tin cho Trung Quốc có mẫu UAV nhờ Việt Nam chuyển cho họ bị bắn rơi Miền Bắc, sở họ nghiên cứu, chép tạo WZ-5 (Chim thần) vào năm 1981 sau xuất tên CH-1 Các hệ UAV đại sinh sau chiến tranh Việt Nam Mỹ đưa UAV sử dụng thực tế chiến tranh vùng Vịnh năm 1991, đánh dấu tiến triển cách nhanh chóng UAV quân Cũng sau chiến tranh Việt Nam, Mỹ Israel phát triển UAV nhỏ rẻ hơn, trang bị động nhỏ tương tự xe máy xe trượt tuyết, truyền hình ảnh video nhà khai thác Đây lúc việc nghiên cứu chế tạo UAV lưỡng dụng quân - dân bắt đầu từ 1990 trở thành kỷ nguyên UAV dân thương mại Từ đời đến UAV sử dụng phổ biến quân sự, chúng sử dụng cho nhiệm vụ huấn luyện, trinh sát, thông tin, tác chiến điện tử, chí trực tiếp tham gia chiến đấu Cịn lĩnh vực khác, UAV sử dụng nhiệm vụ giám sát bờ biển, chống buôn lậu, kiểm sốt mơi trường, hay đánh giá sản lượng nơng sản Phương tiện bay không người lái nghiên cứu, phát triển từ chiến lần thứ nhất, thiết bị biết đến Aerial Torpedoes Tiếp đó, ngày 12/09/1916 máy bay tự động Hewitt-Sperry, gọi “Flying Bomb” thử nghiệm thành công Năm 1917 máy bay tự động quân đội Mỹ phát triển sử dụng, tiền đề mở hướng nghiên cứu phát triển mơ hình máy bay tự động sau Trong năm 1930, quân đội Anh với khả khoa học kỹ thuật vượt trội trọng nghiên cứu phát triển phương tiên bay tự động Trước hết máy bay điều khiển vô tuyến để hiệu chỉnh súng pháo phịng khơng, điển hình số mục tiêu bay “Fairey Queen” phát hiển từ thủy phi “Fairey IIIF” Bước phát hiển mục tiêu bay “DH82 Queen Bee” đời năm 1935 Thời gian này, quân đội Mỹ phát triển hàng loạt loại máy bay điều khiển vô tuyến Nổi bật sản phẩm Reginal Denny - người Anh di cư - RP-1, RP-2, RP-3, RP-4, đặc biệt máy bay điều khiển vô tuyến OQ-2 quân đội Mỹ đặt hàng 15000 vào năm 1940 Bước đột phá diễn chiến tranh giới lần thứ II quân đội Mỹ sử dụng máy bay điều khiển vô tuyến TDR-1 mang theo bom ngư lôi công tầu hải quân Nhật rời khỏi quần đảo Solomon Cũng chiến không quân Mỹ (USAAF - the us Army Air Forces) sử dụng hàng trăm mục tiêu bay loại PQ-8, hàng ngàn loại PQ-14 nhiều máy bay B7, B-24 Thời gian đánh dấu đời loại UAV sử dụng động phản lực Pulsejet, điển hình loại mục tiêu T2D-1 Katydid sử dụng Hải quân Mỹ Trải qua q trình phát triển lâu dài, ngày vị trí UAV lĩnh vực quân thay Những bước tiến công nghệ lĩnh vực góp phần hồn thiện cơng nghệ chế tạo UAV, giúp chúng đóng vai trị ngày quan trọng tham gia tích cực vào nhiệm vụ mà trước không phương tiện khác đảm trách 2.1.2 Vai trị khả ứng dụng UAV Những UAV phát triển với mục đích huấn luyện truyền phát thơng tin, làm mồi bẫy làm mục tiêu bay, phục vụ việc hiệu chỉnh thiết bị phịng khơng Tuy nhiên ngày nhiệm vụ UAV ngày mở rộng, có điều ưu điểm vượt trội UAV so với phương tiện bay khác Những ưu điểm tóm tắt sau: − Không cần phi công điều khiển trực tiếp, giảm thiểu thương vong, phí đào tạo, bay liên tục nhiều trong trường hợp khẩn cấp − UAV dễ dàng thay đổi đường bay khó bị đánh chặn tên lửa − hành trình, đồng thời hoạt động địa hình phức tạp Với ưu nhỏ, khó bị phát hiện, UAV hoạt động vùng nguy hiểm, xâm nhập vào không phận để trinh sát theo dõi đối phương, có thểtrực tiếp công mục tiêu cần thiết Hiện nay, vai trò quan trọng UAV trinh sát, giám sát chiến trường, chuyển tiếp thông tin, tác chiến điện tử thị mục tiêu Được trang bị thiết bị đại như: Camera quang điện tử, hồng ngoại, rada, thiết bị vô tuyến, sensor phương tiện điện tử khác , liệu thu từ UAV tạo lợi đáng kể để xác định thông tin mục tiêu cơng cho loại vũ khí Ngồi UAV sử dụng làm phương tiện cơng thực nhiệm vụ tương đương máy bay có người lái Chuyến bay thành cơng UAV chiến đấu (UCAV - Unmanned Combat Aeriel Vehicle) loại X-45 vào tháng 10/5/2002 Mỹ, mở kỷ nguyên cho UCAV Điều hứa hẹn tương lai gần UCAV dằn thay máy bay chiến đấu có người lái Hình 1.1- UAV chiến đấu mang theo tên lửa Trong chờ đợi UCAV hệ X-45, quân đội Mỹ trang bị vũ khí cho UAV làm nhiệm vụ trinh sát, biến chúng thành phương tiện công UAV Predator RQ1 trang bị hai tên lửa chống tăng Hellfire cánh tiêu diệt số thành viên Al-Qaeda chiến Afganistan 10 − Anten tăng hướng đa hướng: Anten khuếch đại cao Omni định hướng hiệu cao cắt giảm nhiễu, sử dụng lượng trì kết nối đáng tin cậy mạnh mẽ − Hệ thống nhận dạng ID nhất: Mỗi máy phát máy thu có ID riêng Khi máy phát máy thu ghép nối, chúng liên lạc với nhau, ngăn hệ thống khác vơ tình kết nối can thiệp vào hoạt động hệ thống − Sự tiêu thụ điện năng: Hệ thống xây dựng cách sử dụng thành phần tiêu thụ lượng thấp có độ nhạy cao, trì độ nhạy thu cao, tiêu thụ phần mười lượng hệ thống FM tiêu chuẩn, giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ pin 4.4.5- Module hạ áp minin DCDC MP1584 Để cung cấp nguồn điện cho vi điều khiển thiết bị khác hoạt động (như camera,…); ta cần thiết bị giảm điện áp từ nguồn đầu vào xuống mức tiêu thụ thiết bị Các yêu cầu lựa chọn module hạ áp phái đảm nhận nhiệm vụ hạ áp ngồi phải có khối lượng kích thước nhỏ khơng gây cản trở cho mơ hình máy bay hoạt động Hình 4.11- Module hạ áp DCDC- MP1584 51 Thông số kỹ thuật: Chuyển đổi điện áp DC / DC dựa IC MP1584, chuyển đổi điện áp đầu vào từ 4.5V đến 28V điện áp nhỏ từ 0.8V đến 18V, với dòng 3A − − − − − − − − Điện áp vào: 4.5 ~ 28V; Điện áp ra: 0.8 ~ 20V; Dòng ra: Tối đa 3A; Tần số chuyển đổi: 1MHz (bình thường), 1.5Mhz (tối đa); Độ gợn sóng đầu ra: < 30mV; Hiệu suất chuyển đổi: 96% (tối đa); Nhiệt độ hoạt động: (-40oC đến +85oC); Kích thước: 22 x 17 x mm; 4.4.6- Camera thu thập liệu Để mơ hình máy bay thu thập liệu không gian ảnh suốt trình bay, ta cần bổ sung thêm camera Camera mà nhóm lựa chọn phải đảm bảo có độ xác tương đối, có khả thu thập hình ảnh từ độ cao hexacopter phù hợp với thiết bị lựa chọn phía Vì vậy, sau q trình tìm hiểu lựa chọn, nhóm định sử dụng camera cho flycam KY1019 52 Hình 4.12- Camera KY1019 Dưới số đặc điểm KY1019 mà nhóm lựa chọn cho đồ án này: − Camera Ky101 0.3MP Cho Flycam Drone thiết kế với kích thước siêu nhỏ, tiêu thụ điện thấp, khả ẩn - tốt, cho hình ảnh hiệu suất ổn − định tuyệt vời Camera mini trang bị độ phân giải cao 0.3MP, lựa chọn hoàn hảo cho flycam drone truyền hình ảnh thời gian thực FPV, thích hợp − − đua drone hay chuyến bay khám phá, du lịch Dễ dàng cài đặt, dễ dàng thay đổi kênh nút nhấn Phạm vi tín hiệu lý tưởng cho phạm vi bay công viên hay đường − đua drone Tiêu thụ điện thấp kích thước nhỏ gọn, có khả tương thích với − − − tất loại flycam drone động trục quadcopter Chất lượng thông số : 720p Hỗ trợ kết nối đến điện thoại qua ứng dụng Cho phép điều khiển điện thoại đường bay ghi hình Camera 4.4.7- Tính tốn lựa chọn nguồn cho máy bay Nguồn cho mơ hình bay phải đảm bào số yêu cầu đây: − − − − Đáp ứng đủ dòng nguồn cho động hoạt động; Có khối lượng kích thước vừa phải để giảm trọng lượng máy bay; Có thể sử dụng thời gian tương đối 20 đến 40 phút; Khi hết pin sạc nhờ sạc Ngày Cell pin, Li-Ion, Li-Po công nghệ pin dùng hầu hết laptop, smartphone, tablet, sạc dự phòng thị trường Tuy nhiên loại pin lại có ưu nhược điểm khác bảng đây: Ưu điểm Li- Ion - Chi phí rẻ - Mật độ lượng cao, bị Li-Po - Trọng lượng nhẹ, dễ dàng thiết kế với 53 Cell-Pin - Có ưu điểm hiệu tương tự Nhược điểm tự xả, thân thiện môi trường, - Nếu biết cách sử dụng pin LiIon bạn sạc sử dụng từ 500 đến 1000 lần hình dạng khác tùy sản phẩm - Dung lượng cao - An tồn, bị bắt cháy - Trọng lượng nặng, khó tùy biến thiết kế sản phẩm - Dễ bị ảnh hưởng tuổi thọ pin sạc dòng, nhiệt độ cao - Chất liệu sử dụng dễ bắt cháy - Mức độ tương thích với dịng điện thoại khác khơng cao - Chi phí cao, đắc pin Li-Ion từ 30 40% - Vẫn tồn nhược điểm tuổi thọ pin Li-Ion ( tuổi thọ giảm nhiều sau trình sạc xả) - Thường dung lượng pin giảm 20% khoảng 1/3 tuổi thọ Li-Ion - Thiết kế theo hình dạng khác tùy vào loại sản phẩm - Kế thừa hiệu từ loại pin mà tích hợp, sạc dùng từ 500 1000 lần sử dụng cách - Trọng lượng nặng tập hợp nhiều viên pin nhỏ - Chất lượng, chi phí tùy thuộc vào loại pin mà hãng sử dụng LiIon hay Li-Po - Giảm tuổi thọ qua nhiều lần sạc xả Dựa vào đặc điểm loại Pin, nhóm lựa chọn Pin Li-Po lằm nguồn cấp cho mơ hình máy bay Hexacopter 54 Pin Lipo (viết tắt từ Lithium Polymer) loại pin sạc sử dụng chất điện phân polymer khô Sự đời pin Lipo yếu tố khiến cho mơ hình điện phát triển nhanh chóng, đặc biệt mơ hình máy bay Hình 4.13- Pin Li-Po Những ưu điểm khiến Pin LiPo dân chơi mơ hình ưu tiên lựa chọn so với loại pin sạc khác (NiCad, NiMH) là: − Pin RC LiPo nhỏ, nhẹ làm hình dáng kích thước Pin RC LiPo có dung lượng cao kích thước, khối lượng nhỏ − loại pin khác Pin RC LiPo có dịng xả cao đảm bảo đủ cung cấp lượng cho động − có cơng suất cao Tóm lại, pin Lipo có tỉ lệ lượng lưu trữ/đơn vị khối lượng cao chế tạo kích thước, hình dạng đa dạng phù hợp với đa số mơ hình RC Tuy nhiên, pin LIPO có vài nhược điểm so với loại pin khác: − Pin LiPo đắt tiền so với pin NiCad NiMH Tuy nhiên, với phát − triển công nghệ, giá thành pin Lipo giảm dần Tuổi thọ Pin LiPo không cao, khoảng 300-400 lần sạc (và thấp nhiều khơng chăm sóc cách) Tuy nhiên sử dụng − cách, tuổi thọ pin Lipo lên tới 1000 lần sạc/xả Pin Lipo dễ bắt lửa cháy nổ không bảo quản, sử dụng cách 55 − Pin LiPo yêu cầu cao việc tuân thủ quy tắc sử dụng, khai thác để đảm bảo tuổi thọ an tồn Loại pin Li-Po nhóm sử dụng H4.14 đây: Hình 4.14- Pin Li-Po 3S 5400 30C Với thông số pin sau: Điện áp Một cục pin Lipo ghép (song song nối tiếp) từ hay nhiều cell pin Mỗi cell pin lipo có điện áp 3,7V (khác với cell pin NiCad&NiMH thường có điện áp 1,2V) Tùy theo mơ hình lựa chọn cần điện áp lớn hay nhỏ dùng pin ghép cell, cell hay nhiều Để tăng điện áp pin lipo, cell pin ghép nối tiếp với kí hiệu chữ S Ví dụ: Pin cell (1S): Điện áp 3,7V; Pin cell (2S): Điện áp 7,4V; Pin cell (3S): Điện áp 11,1V; Pin cell (4S): Điện áp 14,8V; Pin cell (5S): Điện áp 18,5V; Pin cell (6S): Điện áp 22,2V; Pin cell (8S): Điện áp 29,6V; 56 Pin 10 cell (10S): Điện áp 37V; Pin 12 cell (12S): Điện áp 44,4V Ở đây, điện áp pin Li-Po nhóm sử dụng 11,1V Trên máy bay mơ hình, thường dùng động pha khơng chổi than Động có thông số quan trọng Kv, tương ứng với số vịng quay ứng với 1V điện áp Ví dụ: Động 1000kv dải từ 10V đến 25V nghĩa động quay với vận tốc 10.000 vòng/phút điện áp pin 10V lên đến 25.000 vịng/phút điện áp 25V Chính vậy, điện áp pin quan chế tạo máy bay mơ hình Dung lượng Pin Dung lượng pin (Capacity – C) lượng lượng lưu trữ pin nạp đầy, có đơn vị mAh (mini ampe giờ) Dung lượng pin tương ứng với dòng tối đa mà pin xả (tiêu hao, tính theo mA) để pin chạy Ví dụ, viên LiPo có dung lượng 5400mAh xả hoàn toàn (dùng giờ) với dòng tải 5400mA Vẫn viên pin với dịng tải 2700mAh dùng khoảng Như vậy, mơ hình, dung lượng pin định thời gian chạy trước hết pin Đối với máy bay mơ hình, dung lượng pin khơng tỉ lệ thuận với thời gian bay pin dung lượng lớn khối lượng pin lớn dòng tiêu thụ cao Vì nhóm cần cân đối việc tăng dung lượng pin để tăng thời gian bay mơ hình Dịng xả Thơng số quan trọng thứ dòng xả pin Dòng xả hiểu đơn giản viên pin có khả cung cấp dịng lớn cách an tồn Dịng xả liên tục (continuous discharge) an toàn pin lipo tính theo bội số dung 57 lượng pin (C) Một viên pin với dịng xả 10C có nghĩa bạn xả cách an tồn với tốc độ gấp 10 lần so với dung lượng viên pin Ví dụ: Pin lipo có dung lượng 5400mAh; dòng xả 30C tức dòng xả liên tục an toàn pin 30 x 5400mA = 162000mA Ngồi dịng xả liên tục (Continuous Discharge Rate), pin xả với dòng cao thời gian ngắn (khoảng vài giây) để gia tăng công suất (tiếng anh Burst Discharge) Sử dụng Pin Li-Po cho mơ hình bay Hexacopter: Khi sử dụng pin Li-Po, quy tắc xả pin đến 80% dung lượng pin Tức pin Li-Po 5400 mAh, nhóm tối đa sử dụng là: 4.5- Sơ đồ kết nối chân linh kiện kiểm tra hoạt động mơ hình bay 4.5.1- Sơ đồ kết nối chân 58 Hình 4.13- Sơ đồ kết nối chân 59 Hình 4.14- Sơ đồ nguyên lí H4.14 thể sơ đồ nguyên lí tồn mạch điều khiển cho mơ hình bay Hexacopter Trong hình, mạch cân KK 2.1.5 điều khiển cho hệ thống máy bay hoạt động, thực điều khiển module điều khiển động 60 ESC, còi báo pin mạch điều khiển camera hoạt động module ESC điều khiển motor hoạt động Camera hoạt động nhờ nguồn trích hạ áp thơng qua module hạ áp mini tạo nguồn 4.2V 4.5.2- Kiểm nghiệm hoạt động Hình 4.15- Hình ảnh thực tế mơ hình máy bay cánh hexacopter 61 Hình 4.16- Kiểm tra cánh quạt hoạt động Hình 4.17- Kiểm tra tầm bay hexacopter Hình 4.18- Kiểm tra hoạt động camera Hình 4.19- Kiểm tra thời gian bay hexacopter Như vậy, nhóm tiến hành kiểm nghiệm thành công hoạt động máy bay cánh Hexacopter với số tiêu chí sau: - Kiểm tra hoạt động cánh quạt; Kiểm tra phạm vi hoạt động hexacopter; Kiểm tra thời gian bay hexacopter; Kiểm tra ảnh thu thập từ camera gắn thân máy bay Nhận xét: - Máy bay hoạt động tầm bán kính 400m, hoạt động tốt - khoảng cách 100-200m so với người điều khiển; Thời gian bay từ 15-30 phút; Camera bắt hình ảnh, nhiên mờ chất lượng camera; cánh máy bay hoạt động ổn định xác KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 Trên báo cáo đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu thiết bị bay không người lái cánh Hexacopter, chế tạo mơ hình có điều khiển từ xa.” chúng em Đây đề tài có tính thực tế cao, thời đại cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngày phát triển với cạnh tranh không ngừng từ nước giới Đòi hỏi suất chất lượng phải cải thiện nhờ máy móc đại thay lao động thủ công người Như đồ án chúng em nghiên cứu tìm hiểu cách xây dựng mơ hình máy bay khơng người lái cánh Hexacopter, từ thiết kế hệ thống khung khí đến tìm hiểu kết nối mạch điều khiển, điều khiển máy bay hoạt động Cơng việc hồn thành bao gồm: - Tổng quan UAV; - Xây dựng kết cấu 2D cho máy bay hexacopter phần mềm AutoCad; - Dựng mơ hình 3D Solidworks; - Tính tốn thơng số khí khí động học; - Tìm hiểu ngun lí hoạt động vận dụng số linh kiện điện tử; - Xây dựng sơ đồ khối sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển; - Điều khiển hexacopter tự hoạt động Qua đề tài nhóm em biết cách vận dụng kiến thức chuyên môn đào tạo trường … thời gian qua vào với thực tế sống với công nghiệp Không qua đồ án chúng em học nhiều kĩ làm việc nhóm, giải vấn đề, tìm tài liệu, viết báo cáo… có ích cho sau Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy … Cùng thầy cô môn Cơ Điện Tử giúp chúng em hoàn thành đề tài Do giới hạn thời gian kiến thức đồ án này, chúng em giải số vấn đề việc thiết kế điều khiển mơ hình bay khơng người lái Tuy nhiên, ngồi nhiều vấn đề cần phải giải 63 khắc phục để trở thành sản phẩm hoàn thiện áp dụng tốt, phục vụ tốt sống nói chung ngành nơng nghiệp nước nhà nói riêng chúng em vui mừng mong muốn quý thầy cô bạn đóng góp ý kiến để đề tài hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Cương (2002), Mô hình hóa mơ chuyển động khí cụ bay tự động, Sách chuyên khảo Trung tâm Khoa học Kỹ thuật – Công nghệ quân sự, NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội Nguyễn Đức Cương (2015), thiết bị bay có điều khiển tên lửa hành trình đối hải, Sách chuyên khảo Viện Khoa học công nghệ quân sự, NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội Vũ Ngọc Hịe, Bài giảng Khí động lực học bay, Học viện phịng khơng khơng qn Khoa Kỹ thuật hàng không Raul Acuna, Volker Willert; Vision-Based UAV Landing on a Moving Platform in GPS Denied Environments Using Motion Prediction Farhan Gandhi; Multi-rotor Coordinate Transforms for Orthogonal Primary and Redundant Control Modes for Regular Hexacopters and Octocopters 65 ... kế khung hexacopter Bằng phần mềm SolidWorks, nhóm dựng mơ hình máy bay cánh hexacopter giao diện đây: 40 Hình 4.1- Mơ hình 3D máy bay cánh Hexacopter Hình 4.2- Sải cánh lớn mơ hình máy bay 41... động mơ hình bay 4.5.1- Sơ đồ kết nối chân 4.5.2- Kiểm nghiệm hoạt động KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 50 51 54 55 56 61 61 64 66 68 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực đồ án tốt nghiệp... hình máy bay Toàn phần khung máy bay làm từ nhựa phun moduling, đảm bảo kết cấu chắn trọng lượng nhẹ cho mơ hình Dưới đây, chi tiết tạo nên khung mơ hình Hình 4.4- Cánh tay đòn máy bay Cánh tay