Nghiên cứu và chế tạo mô hình máy bay quadrocopter

i 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&6Ѭ3+Ҥ0.Ӻ7+8Ұ773+&0 .+2$&Ѫ.+Ë&+ӂ7Ҥ20È< %Ӝ0Ð1&ѪĈ,ӊ17Ӱ WX ĈӖÈ17Ӕ71*+,ӊ3 1*+,Ç1&ͨ8 9¬ &+ɻ 7ɝ2 0Ð+Î1+0È<%$<QUADROCOPTER GVHD: Th.S 3KҥP%ҥFK'ѭѫQJ SVTH : 1JX\ӉQ+ҧLĈăQJ7kP MSSV: 06111089 SVTH : 1JX\ӉQ/r1KұW7KҳQJ MSSV: 06111096 73+Ӗ&+Ë0,1+WKiQJ1 QăP11 ii %ӝ*LiRGөFYjĈjRWҥR 7UѭӡQJĈҥLKӑF6ѭ3KҥP.ӻ7KXұW7S+&0 .KRD&ѫNKt&KӃWҥRPi\ %ӝP{Q&ѫĈLӋQ7ӱ o0o &ӝQJ+Rj;m+ӝL&Kӫ1JKƭD9LӋW1DP ĈӝFOұS± 7ӵGR± +ҥQKSK~F o0o 1+,ӊ09ӨĈӖÈ17Ӕ71*+,ӊ3 +ӑYjWrQ 1JX\ӉQ+ҧLĈăQJ7kP MSSV: 06111089 1JX\ӉQ/r1KұW7KҳQJ MSSV: 06111096 /ӟS61111 1JjQK&ѫÿLӋQWӱ 1.1. 7Ç1ĈӖÈ1 1*+,Ç1&Ӭ89¬ &+ӂ7Ҥ2 0Ð+Î1+0È<BAY QUADROCOPTER 1.2. 1+,ӊ09Ө - 7KLӃWNӃYjWKLF{QJP{KuQKQuadURFRSWHUYӟLFiFWKLӃWEӏWѭѫQJWKtFK - ;k\GӵQJWKXұWWRiQÿLӅXNKLӇQQuadrocopter Fy NKҧQăQJWӵWKăQJEҵQJ WUrQWUөFED\FkQEҵQJWURQJNK{QJWUXQJ - ;k\GӵQJFKѭѫQJWUuQKJLiPViWWӯPi\WtQKGQJLabVIEW 1. 1Jj\JLDRQKLӋPYөÿӅWjL: 30/08/2010 2. 1Jj\KRjQWKjQKQKLӋPYө 21/01/2011 3. +ӑYjWrQJLiRYLrQ KѭӟQJGүQ7K6. 3KҥP%ҥFK'ѭѫQJ 4. +ӑYjWrQJLiRYLrQ SKҧQELӋQ ThS. /r7KDQK7QJ 1ӝLGXQJYj\rXFҫXĈ$71ÿmWK{QJTXD%ӝP{Q 1Jj\«WKiQJ «QăP &+Ӫ1+,ӊ0%Ӝ0Ð1 *,È29,Ç1+ѬӞ1*'Ү1 3+Ҫ1'¬1+&+2.+2$%Ӝ0Ð1 1JѭӡLGX\ӋWFKҩPVѫEӝ ĈѫQYӏ 1Jj\EҧRYӋ ĈLӇPWәQJNӃW 1ѫLOѭXWUӳGӵiQ iii 1KұQ[pWFӫDgLiRYLrQKѭӟQJGүQ «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« TP.+&0QJj\ WKiQJ QăP11 Th.S 3KҥP%ҥFK'ѭѫQJ iv NKұQ[pWFӫDJLiRYLrQSKҧQELӋQ «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« «««««««««««««««««««««««««««««««« TP.+&0QJj\ WKing QăP11 Th.S /r7KDQK7QJ v /Ӡ,&Ҧ0Ѫ1  7UѭӟFWLrQ, FK~QJHP [LQÿѭӧFJӱLOӡLFҧPѫQWUkQWUӑQJYjVkXVҳF QKҩW ÿӃQWKҫ\ 3KҥP%ҥFK'ѭѫQJ - QJѭӡL ÿmKӃWVӭFWҥRÿLӅXNLӋQYjWұQWuQKKѭӟQJGүQJySê, ÿӝQJYLrQ FK~QJHP trong VXӕWTXiWUuQKQJKLrQFӭXWKӵFKLӋQÿӗiQQj\ ;LQFKkQWKjQKFҧPѫQ ÿӃQWҩWFҧ TXêWKҫ\F{WKXӝF.hoa CѫNKt &KӃWҥR Pi\ BӝP{Q&ѫÿLӋQWӱWUѭӡQJĈҥLhӑF6ѭpKҥP.ӻ tKXұW7P.HCMQKӳQJQJѭӡL ÿmWUDQJ EӏFKRFK~QJHPQKӳQJNLӃQWKӭFFѫEҧQFNJQJQKѭÿmQKLӋWWuQK KѭӟQJGүQ JL~Sÿӥ FK~QJHP WURQJVXӕWNKyDKӑF YӯDTXD Vj VDXFQJ, [LQÿѭӧFFҧPѫQ, FKLDVҿQLӅPYXLQj\YӟLJLDÿuQKQJѭӡLWKkQ, FQJWұSWKӇOӟS&ѫÿLӋQWӱNKyD- QKӳQJQJѭӡLÿmOX{QӣErQ, TXDQWkP JL~Sÿӥ YjWҥRÿLӅXNLӋQWKXұQOӧLÿӇ FK~QJ W{LÿѭӧFKӑFWұSQJKLrQFӭX Yj KRjQWKjQKÿӗiQ WӕWQJKLӋSQj\. 7S+ӗ&Kt0LQKQJj\01 WKiQJ01 QăP11 1KyP WKӵFKLӋQ 1JX\ӉQ+ҧLĈăQJ7kP 1JX\ӉQ/r1KұW7KҳQJ vi 7Ï07Ҳ7%È2&È2 QuadURFRSWHUFzQÿѭӧFJӑLOjQuadrotor HHOLFRSWHUOjPӝWGҥQJPi\ED\OrQ WKҷQJÿѭӧFQkQJEӣLEӕQFiQKTXҥWÿһWWUrQPӝWNKXQJFKӳWKұS 0{ KuQK ÿѭӧF [k\ GӵQJ WKӓD PmQ Fҧ  \ӃX Wӕ Oj QKҽ Yj FKҳF FKҳQ 1KӳQJ FKX\ӇQÿӝQJFӫDP{KuQKÿѭӧFÿRÿҥFWK{QJTXDEӝ,08 (Inertial0HDVXUHPHQW8QLW FzQJӑLOjEӝÿROѭӡQJTXiQWtQK) EDRJӗPPӝWFRQTXD\KӗLFKX\ӇQhai WUөFYjFҧP ELӃQÿӝQJKLrQJEDWUөFYjÿѭDYӅYLÿLӅXNKLӇQWKӵFKLӋQWKXұWWRiQÿLӅXNKLӇQ PID cho ÿӝQJFѫWK{QJTXDSKѭѫQJSKiSÿLӅXFKӃÿӝUӝQJ[XQJ3:0 vii ABSTRACT A Quadrocopter, also called a Quadrotor Helicopter, is an aircraft that is lifted by four rotors on a cross-shaped frame. We succeeded in building a Quadrocopter with stiff and lightweight structure. Our Quadrocopter¶V in-flight dynamics was measured via an IMU (Inertial Measurement Unit) which equipped with a dual-axis gyroscope and a three axis tilt- sensor. A microcontroller took these sensorV¶ inputs and performed PID control algorithm on the four motors by varying PWM signals sent to each of the motors. viii 0Ө&/Ө& 7UDQJEuD i 1KLӋPYөÿӗiQWӕWQJKLӋS ii 1KұQ[pWFӫDJLiRYLrQKѭӟQJGүQ iii 1KұQ[pWFӫDJLiRYLrQSKҧQELӋQ iv /ӡLFҧPѫQ v 7yPWҳWÿӗiQ vi Abstract vii 0өFOөF viii 'DQKPөFKuQK x 'DQKPөFEҧQJ xiii &iFTX\ѭӟFYjKҵQJVӕOLrQTXDQ xiv &+ѬѪ1*7Ә1*48$1 1.1 6ӵNKiFQKDXJLӳD+HOLFRSWHUYjQuadrocopter 1 9ӅNӃWFҩXFѫNKtYjQJX\rQOêKRҥWÿӝQJ 1 9ӅWtQKQăQJÿLӅXNKLӇQ 3 1.2 7uQKKuQKQJKLrQFӭXWKXӝFOƭQKYӵFÿӅWjL 4 1.2.1 /ӏFKVӱSKiWWULӇQFӫDPi\ED\Quadrocopter 4 1.2.2 7uQKKuQKQJKLrQFӭXӣQѭӟFQJRjL 7 1.2.3 7uQKKuQKQJKLrQFӭXWURQJQѭӟF 10 1.3 1ӝLGXQJQJKLrQFӭXFӫDÿӅWjL 12 1.4 3KѭѫQJSKiSYjSKѭѫQJWLӋQQJKLrQFӭX 13 &+ѬѪ1*2: /é7+8<ӂ77,ӂ3&Ұ1 2.1 /êWKX\ӃWÿLӅXNKLӇQQuadrocopter 14 2.2 0{KuQKWRiQFӫDQuadrocopter 17 2.2.1 ĈӝQJKӑF 17 2.2.2 ĈӝQJOӵFKӑF 20 2.2.3 0{KuQK1HZWRQ-Euler 21 2.2.4 .KtÿӝQJKӑF 27 2.3 ĈLӅXNKLӇQÿӝQJFѫPӝWFKLӅXNK{QJFKәLWKDQ 32 2.4 %ӝOӑF.DOPDQ 36 2.4.1 .KiLQLӋPEӝOӑF 36 2.4.2 %ӝOӑF.DOPDQOjJu ? 36 2.4.3 %ҧQFKҩWFӫDEӝOӑF.DOPDQ 38 ix 2.4.4 4X\WUuQKѭӟFOѭӧQJ 38 2.4.5 6RViQKFiFEӝOӑFYӟLEӝOӑF.DOPDQ 40 2.5 *LiPViW- ÿLӅXNKLӇQJLDRWLӃSPi\WtQKGQJSKҫQPӅPLabVIEW 42 2.5.1 7әQJTXDQYӅLabVIEW 42 2.5.2 7uPKLӇXPӝWFKѭѫQJWUuQKLabVIEW 43 &+ѬѪ1* ;Æ<'Ӵ1*0Ð+Î1+QUADROCOPTER 3.1 6ѫÿӗNKӕLWәQJWKӇFӫDKӋWKӕQJ 46 3.2 7KLӃWNӃ FѫNKt 47 3.3 7KLӃWNӃKӋWKӕQJÿLӅXNKLӇQ 51 3.3.1 7D\ÿLӅXNKLӇQ 52 3.3.2 0ҥFKWUXQJWkP 53 3.3.3 Module RF 57 3.3&ҧPELӃQ,08 58 3.3.5 ĈӝQJFѫ%/'&Yj%ӝÿLӅXWӕF(6& 59 3.4 ;k\GӵQJWKXұWWRiQÿLӅXNKLӇQ 61 &+ѬѪ1*.ӂ748Ҧ7+Ӵ&1*+,ӊ0 4.1 ;k\GӵQJEӝOӑF.DOPDQFKRP{KuQKPi\ED\Quadrocopter 64 4.1.1 XӱOêWtQKLӋXFҧPELӃQ,08EұFWӵGR 64 4.1.2 TӕLѭXKyDWKXұWWRiQ.DOPDQ 65 4.1.3 XiFÿӏQKFiFWK{QJVӕYjKRjQFKӍQKEӝOӑF.DOPDQ 66 4.2 &KѭѫQJWUuQKJLiPViWGQJSKҫQPӅPLabVIEW 67 4.2.1 .LӇPWUDYj[ӱOêWtQKLӋXFҧPELӃQ 67 4.2.2 *LiPViWWUҥQJWKiLKRҥWÿӝQJFӫD4XDGURFRSWHU 69 4.3 .ӃWTXҧWKӵFQJKLӋP YjQKұQ[pW 73 4.3.1 ĈiSӭQJOӵFÿҭ\FӫD(6&± Motor 73 ĈiSӭQJFӫDP{KuQKYӟLFiFWK{QJVӕÿLӅXNKLӇQ3,' 77 &+ѬѪ1*.ӂ7/8Ұ1 5.1 1KӳQJNӃWTXҧÿҥWÿѭӧF 84 5.2 1KӳQJNӃWTXҧFKѭDÿҥWÿѭӧF YjELӋQSKiSNKҳFSKөF 85 5.3 +ѭӟQJSKiWWULӇQFӫDÿӅWjL 85 7jLOLӋXWKDPNKҧR 86 3KөOөF$ %ҧQYӁP{KuQK Pi\ED\ Quadrocopter 87 PKөOөF% VLÿLӅXNKLӇQATmega128 88 x '$1+0Ө&+Î1+ +uQK5&+HOLFRSWHU7-rex 600 1 +uQK&өPVZDVKSODWHWUrQFѫFҩXFiQKFӫD+HOLFRSWHU 1 +uQK&өPFiQKTXҥWÿX{LFӫD+HOLFRSWHU 2 +uQKQuadrocopter 2 +uQK1JX\rQOêKRҥWÿӝQJFӫDQuadrocopter 3 +uQK3KkQORҥLYұWWKӇED\ 4 +uQK%UHJXHW- Richet Gyroplane No.1 5 +uQKQuadURFRSWHUFӫD(WLHQQH2HPLFKHQ 5 +uQK³%ҥFKWXӝFED\´ 6 +uQK&RQYHUWDZLQJV0RGHO$ 6 +uQK6ҧQSKҭP;-3URFӫDKmQJ'UDJDQIO\,QQRYDWLRQV 7 +uQK6ҧQSKҭP0'-FӫDKmQJ0LFURGURQH 8 +uQK0i\WtQKÿӇKLӇQWKӏFiFWK{QJVӕYӅWuQKWUҥQJFӫDPi\ED\ 8 +uQK6ҧQSKҭP$5'URQHFӫDKmQJ3DUURW 9 +uQK6ҧQSKҭP0.%DVLFVHW0(FӫDKmQJ0LNUR.RSWHU 9 +uQK0{KuQKPi\ED\QJKLӋPWKXWҥL6ӣ.KRDKӑF- &{QJQJKӋ 10 +uQK0ӝWFKLӃFPi\ED\ÿӝQJFѫFӫDFkXOҥFEӝP{KuQK 11 +uQKQuadURWRUYjQKyPVLQKYLrQ &ѫÿLӋQWӱĈ+&{QJQJKLӋS+j1ӝL 11 +uQK5RERWWӵKjQKNLӇXQuadURWRUFӫD+ӑFYLӋQ.ӻWKXұW4XkQVӵ 12 +uQKĈӏQKQJKƭDFiFKѭӟQJFKX\ӇQÿӝQJFӫDQuadrocopter 14 +uQK+RYHU 15 +uQK7KURWWOH 15 +uQK5ROO 16 +uQK3LWFK 16 +uQK2.6 Yaw 17 +uQK+ӋTX\FKLӃX(Yj% 17 +uQK&iFOӵFYjPRPHQWWiFGөQJOrQQuadrocopter 20 +uQK0RPHQWTXiQWtQKNKӕLKuQKKӝSFKӳQKұW 25 +uQK0{KuQKFiQKTXҥWWURQJWKX\ӃWÿӝQJOѭӧQJ 28 +uQK 7KX\ӃWFѫEҧQYӅFiQKTXҥW 29 +uQK 2.12 +uQKGiQJNKtÿӝQJKӑFFӫDFiQK 31 +uQKĈӝQJFѫ%/'&LQUXQQHU 32 +uQKĈӝQJFѫ%/'&RXWUXQQHU 32 +uQK6ѫÿӗÿҩXGk\ÿӝQJFѫ%/'&Yj(6& 33 [...]... xoay (roll) (yaw) i so v Quadrocopter sau , Quadrocopter motor Quadrocopter Quadrocopter Quadrocopter: 14 Quad Quadrocopter 2 a Hover: Quad 1 = 2 = 2 Hover b Throttle: Quad Quad 3 Throttle + b H A H A Quadrocopter c Roll: Quad moment c Xb 15 Quad 3 = 4 = H) 4 Roll b + H A B A H B d Pitch: Quadrocopter bay lui b 5 Pitch + : quanh b H A B A H B e Yaw: Quadrocopter b sau 2 , Quadrocopter quay quanh tr... 1.2.3 trong a Quadrocopter t - HCM HCM 16 M - Theo PGS- b - [12] Quadrocopter t Quad Quad scope 10 HCM, 17 c Quadrocopter Quad - Quad , H cho 8 Quadroto H scope 11 9 Quad K Q , 1.3 Quadrocopter v.v Do Quadrocopter - 12 trong c - Quadrocopter l PWM - (gyroscope accelerometer) Quad 1.4 : -T h : Quadrocopter - - LabVIEW 13 Quadrocopter [2] 2.1 Quadrocopter (front) (right) oment (back) (left) 4 Quadrocopter. .. gia t Quad Quadrocopter xvii 1.1 nhau gi Quadrocopter [1] (Quadrocopter, Quadrotor hay Quad sau: 1.1.1 Quad -rex 600 1 - , gi 3 Helicopter Quad - Quadrocopter - - - Quad Quadrocopter 2 - Quad Quad nh Quad 5 Quadrocopter -sau: - : :t 4 -sau) 1.1.2 Quad (gyroscope) meter) Quad Quad 3 (accelero- Quad 1.2 1.2.1 Quadrocopter C Quadrocopter 1.6 Quadrocopter Charles Richet Richet Gyroplane No.1 yQuadrocopter... Charles Richet Richet Gyroplane No.1 yQuadrocopter 75Kg 5m 4 nh 1.7 Breguet- Richet Gyroplane No.1 Quadrocopter 2 Quadrocopter 1.8 Quad 5 8 Quadrocopter Quadrocopter 1956, Convertawings l t Oemichen B song song theo hai xoay G de Bothezat hai Convertawings Model A Quad , Quadrocopter bay 6 v [14] 1.2.2 Quadrocopter a anfly Innovations [1] - 11 - Innovations - [1] - (Vertical Take Off and Landing... 2 , Quadrocopter quay quanh tr c Zb theo theo 2 quay) quanh tr c Zb theo 16 6 Yaw : + b H A B A H B Quadrocopter [2] 2.2 2.2.1 7 E E [m] [rad] moment [Nm] V B [m/s], v Quadrocopter 17 Quadrocopter Quadrocopter, d B [rad/s], [N], v OE: g c xE: yE: zE: OB: g xB: yB: zB: (xE,yE Quadrocopter Quadrocopter Quadrocopter E - Vector v [m] E E - B: E = [X Y Z ] T (2.1) [rad] T E (2.2) E => =[ E] T E E ]T = [X