- Để bảo vệ các thiết bị điện tử: Các thiết bị điện tử nhạy cảm như cảm biến, bộ điều khiển và camera cần được bảo vệ khỏi va đập, rung động và các yếu tố môi trường.. - Lắp Ráp và Kiểm
Trang 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế và phát triển hệ thống chân và vỏ cho máy bay không
người lái - UAV
NGUYỄN ĐỨC THẾ VŨ Vu.ndt205476@sis.hust.edu.vn Ngành Cơ điện tử Chuyên ngành Cơ Điện Tử Thông Minh
Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Thuận
Chữ ký của GVHD
Trang 2ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
1 Thông tin về sinh viên:
Họ và tên SV: Nguyễn Đức Thế Vũ Lớp: Cơ điện tử 03 - K65 ĐT: 0913365559 Email: Vu.ndt205476@sis.hust.edu.vn
Hệ đào tạo: Chính quy
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử
Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Thời gian làm ĐATN: Từ ngày 17/07/2024 đến 28 /08 /2024
2 Tên đề tài: Thiết kế và phát triển hệ thống chân và vỏ cho máy bay không người lái – UAV
HÀ NỘI, 08/2024
Hà Nội, ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn
Trang 3ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho Giáo viên hướng dẫn)
Tên đề tài: Thiết kế và phát triển hệ thống chân và vỏ cho máy bay không người lái – UAV
Họ và tên SV: Nguyễn Đức Thế Vũ Lớp: Cơ Điện Tử 03 – K65
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Thuận NỘI DUNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN I Tác phong làm việc ………
………
II Những kết quả đạt được ………
………
………
………
………
………
III Hạn chế của đồ án ………
………
………
………
………
IV Kết luận
Người hướng dẫn đề nghị cho phép sinh viên (không) được bảo vệ đề tài tốt nghiệp trước Hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp.
Đánh giá: ……… điểm
Hà Nội, ngày tháng năm 20
Giáo viên hướng dẫn
Trang 4ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho Giáo viên phản biện)
Tên đề tài: Thiết kế và phát triển hệ thống chân và vỏ cho máy bay không người lái – UAV
Họ và tên SV: Nguyễn Đức Thế Vũ Lớp: Cơ Điện Tử 03 – K65
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Giáo viên phản biện: TS Cao Xuân Bình NỘI DUNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN I Những kết quả đạt được ………
………
………
………
………
………
II Hạn chế của đồ án ………
………
………
………
………
………
III Kết luận
Người duyệt (không) đồng ý để sinh viên được bảo vệ đề tài tốt nghiệp trước Hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp.
Đánh giá: ……… điểm
Hà Nội, ngày tháng năm 20
Giáo viên phản biện
Trang 5Lời cảm ơn
Trước hết, em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc đến thầy
TS Nguyễn Xuân Thuận, người đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ em trong suốtquá trình thực hiện đồ án này Những ý kiến đóng góp và sự chỉ dẫn của thầy
đã giúp em hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất
Em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả quý thầy cô Khoa Cơ Điện Tử Đại HọcBách Khoa Hà Nội, những người đã trang bị cho em những kiến thức cơ bản,cũng như đã nhiệt tình hướng dẫn chúng em trong suốt khóa học vừa qua Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các bạn bè, những người đãluôn bên cạnh, hỗ trợ và chia sẻ cùng em trong suốt thời gian thực hiện đồ ánnày Sự giúp đỡ và động viên từ các bạn đã là nguồn động lực lớn lao giúp emvượt qua những khó khăn
Mặc dù đã cố gắng hết sức, nhưng không tránh khỏi những thiếu sót, em mongnhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ thầy/cô và các bạn để có thể cảithiện và hoàn thiện hơn trong những công trình sau này
Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 6Tóm tắt nội dung đồ án
Đồ án này tập trung vào việc thiết kế chân hạ cánh và khung bảo vệ chodrone, với mục tiêu đảm bảo an toàn, tính ổn định và bảo vệ tối đa cho cácthiết bị điện tử bên trong, đặc biệt là PX4 Khung bảo vệ được thiết kế từ vậtliệu nhẹ nhưng cứng cáp như sợi carbon, với khả năng chống va đập, chốngbụi bẩn và giảm chấn Chân hạ cánh dạng ống, làm từ sợi carbon hoặc nhôm,được tích hợp lớp giảm chấn và bề mặt chống trượt, giúp drone ổn định và antoàn khi hạ cánh Cả hai bộ phận đều được tối ưu hóa về mặt trọng lượng vàkhí động học để đảm bảo hiệu suất bay tốt nhất Quy trình thiết kế bao gồmviệc lựa chọn vật liệu, phác thảo sơ bộ, mô hình hóa 3D, phân tích và tối ưuhóa, chế tạo nguyên mẫu, và thử nghiệm thực tế Kết quả đồ án mang lại mộtgiải pháp thiết kế toàn diện, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và thực tiễn chodrone
Để đạt được các mục tiêu trên, đồ án sẽ thực hiện một loạt các thí nghiệm và
mô phỏng trên Abaqus Kết quả thu được sẽ được phân tích và so sánh để đưa
ra đánh giá cho các hệ thống mới
Sinh viên thực hiện
Ký và ghi rõ họ tên
Trang 7MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu
1.1.1 Giới thiệu chung về các hệ thống UAV
1.1.2 Các loại UAV
1.1.3 Sử dụng UAV trong các điều kiện môi trường khác nhau
1.2 Vấn đề và mục tiêu
1.2.1 Vấn đề cần giải quyết
1.2.1.1 Vấn đề với chân UAV
1.2.1.2 Vấn đề với khung UAV
1.2.1.3 Giải pháp tổng quan
1.2.2 Mục tiêu…………
1.2.2.1 Phân tích và đánh giá hiện trạng
1.2.2.2 Thiết kế và mô phỏng
1.2.2.3 Lựa chọn vật liệu
1.2.2.4 Chế tạo và lắp ráp
1.2.2.5 Thử nghiệm và tinh chỉnh
1.2.2.6 Đảm bảo tính tương thích và an toàn
1.3 Tóm tắt nội dụng đồ án
CHƯƠNG 2.HỆ THỐNG UAV
2.1 Cấu hình hệ thống
2.1.1 Hệ thống cơ khí
2.1.2 Hệ thống điện…
2.1.3 Hệ thống điều khiển
2.1.4 Phần mềm ………
Trang 82.2 Hệ thống cơ khí
2.2.1 Khung máy……
2.2.2 Cánh quạt………
2.2.3 Động cơ…………
2.2.4 Hệ thống hạ cánh………
2.3 Hệ thống điện
2.3.1 Pin/Battery……
2.3.2 ESC (Electronic Speed Controller)
2.3.3 Bộ phân phối nguồn(PDB)
2.3.4 BEC (Battery Elimination Circuit)
2.3.5 Cáp kết nối và dây điện
2.3.6 Antenna………
2.3.7 Module sạc……
2.4 Hệ thống phần mềm điều khiển UAV
2.4.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển UAV bằng phần mềm QGroundControl
2.4.2 Các thành phần trong hệ thống điều khiển UAV với QGroundControl
2.4.3 Sử dụng điều khiển UAV với QGroundControl
2.5 Kết nối hệ thống
2.5.1 Hệ thống cơ khí…
2.5.2Hệ thống điện…
2.5.3 Hệ thống điều khiển…
2.5.4 Mô tả kết nối giữa các hệ thống…
CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ PHỤ TRỢ CHO UAV
3.1 Yêu cầu
3.1.1 Chức năng
Trang 93.1.2 Mục tiêu…………
3.2 Thiết kế hệ thống cơ khí phụ trợ
3.2.1 Thiết kế lại chân cho UAV
3.2.1.1 Quy trình thiết kế
3.2.1.2 Phương án thiết kế
3.2.1.3 Mẫu thiết kế
3.2.2 Thiết kế khung vỏ cho UAV…………
3.2.2.1 Quy trình thiết kế
3.2.2.2 Phương án thiết kế
3.2.2.3 Mẫu thiết kế
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÀN MÔ PHỎNG ĐỘ BỀN CỦA HỆ THỐNG PHỤ TRỢ SỬ DỤNG ABAQUS
4.1 Phần mềm sử dụng
4.2 Quy trình và kết quả mô phỏng
4.2.1 Mô phỏng chân UAV
4.2.2 Mô phỏng khung vỏ
4.3 Kết quả và đánh giá
4.3.1 Đánh giá chân mới
4.3.2 Đánh giá khung vỏ
CHƯƠNG 5 CHẾ TẠO LẮP RÁP VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG PHỤ TRỢ CHO UAV
5.1 Chế tạo hệ thống phụ trợ bằng in 3D
5.2 Đánh giá hệ thống mới
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Kết luận
5.2 Hướng phát triển trong tương lai
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 10DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1 Ứng suất, biến dạng của nhựa 22
Trang 11DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1 Phụ kiện trợ lực 17
Hình 3.2 Chân cũ nhưng đã được lắp trợ lực 17
Hình 3.3 Chân được thiết kế thêm 18
Hình 3.4 Nắp che 20
Hình 3.5 Khung vỏ bảo vệ 20
Trang 12Hình 3.6 Khung vỏ được lắp lên drone 20
Hình 4.1 Modun đàn hồi của các loại nhựa 23
Hình 4.2 Part chân mới được import từ solidworks 23
Hình 4.3 Cài đặt thông số vật liệu cho chân drone 24
Hình 4.4 Chọn Dynamic, Implicit để mô phỏng động lực học 24
Hình 4.5 Tạo hệ số ma sát cho chân drone với nền đất 25
Hình 4.6 Gán vận tốc cho nền theo phương Oy 25
Hình 4.7 Đặt lực xung quanh khung bảo vệ 26
Hình 4.8 Chân cũ rơi từ vị trí 5cm 26
Hình 4.9 Chân mới rơi từ vị trí 5cm 27
Hình 4.10 Chân cũ rơi từ vị trí 10cm 27
Hình 4.11 Chân mới rơi từ vị trí 10cm 27
Hình 4.12 Chân cũ rơi từ vị trí 15cm 27
Hình 4.13 Chân mới rơi từ vị trí 15cm 28
Hình 4.14 Chân cũ rơi từ vị trí 20cm 28
Hình 4.15 Chân mới rơi từ vị trí 20cm 28
Hình 4.16 Chân cũ rơi từ vị trí 1m 28
Hình 4.17 Chân mới rơi từ vị trí 1m 29
Hình 4.18 Chân mới rơi từ vị trí 2m 29
Hình 4.19 Chân mới rơi từ vị trí 5m 29
Hình 4.20 Hình ảnh khung bị móp nhìn từ bên ngoài 30
Hình 4.21 Hình ảnh khung bị móp nhìn từ bên trong 30
Hình 5.1 Mô hình in 3D chân drone mới 31
Hình 5.2 Mô hình in 3D khung vỏ bảo vệ 31
Hình 5.3 Lắp ráp khung vỏ bảo vệ lên drone 32
Trang 13CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu
Các hệ thống UAV (Unmanned Aerial Vehicle) hay còn gọi là máy baykhông người lái, là các thiết bị bay tự động hoặc điều khiển từ xa, khôngcần người lái trên tàu bay Chúng có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
UAV được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau:
- Theo kích thước và tầm bay:
+ Micro UAV: Kích thước nhỏ, thường được sử dụng cho cácnhiệm vụ trong môi trường hẹp, như trong nhà hoặc khu vựcnhỏ
+ Mini UAV: Kích thước lớn hơn micro UAV, thường được
sử dụng cho các nhiệm vụ địa phương và bảo mật
+ Small UAV: Có tầm hoạt động rộng hơn, thường được sửdụng cho các nhiệm vụ giám sát và khảo sát
+ Medium UAV: Có khả năng mang theo nhiều thiết bị vàcảm biến, phù hợp cho các nhiệm vụ quân sự và dân sự quy
mô trung bình
+ Large UAV: Cung cấp khả năng mang tải lớn và hoạt độnglâu dài, thường được sử dụng cho các nhiệm vụ quân sự hoặcnghiên cứu khoa học
- Theo kiểu bay:
+ Fixed-Wing UAV: Có cánh giống như máy bay truyềnthống, thích hợp cho các nhiệm vụ dài hạn và tầm bay xa.+ Rotary-Wing UAV (Quadcopter, Hexacopter, Octocopter):
Có cánh quạt quay, có khả năng bay đứng yên và di chuyển
Trang 14linh hoạt, phù hợp cho nhiệm vụ giám sát và khảo sát địa hìnhphức tạp.
+ Hybrid UAV: Kết hợp giữa cánh cố định và cánh quạt quay,mang lại khả năng linh hoạt và hiệu quả trong nhiều tìnhhuống
- Môi Trường Nông Thôn: UAV được sử dụng để giám sát mùamàng, phát hiện sâu bệnh, và quản lý tài nguyên nước Các UAV cóthể thu thập dữ liệu chi tiết về đất đai và cây trồng, giúp cải thiệnnăng suất nông nghiệp
- Môi Trường Ven Biển: UAV có thể khảo sát bờ biển, theo dõi sựthay đổi mực nước biển, và thực hiện các nhiệm vụ cứu hộ trên biển.UAV cần có khả năng chống chịu điều kiện thời tiết khắc nghiệt và
sự xâm thực của môi trường biển
- Môi Trường Núi và Vùng Đồi: UAV được sử dụng để khảo sát địahình, theo dõi sự thay đổi của môi trường và các nhiệm vụ cứu hộtrong các khu vực khó tiếp cận Chúng cần có khả năng hoạt độngtrong điều kiện gió mạnh và độ cao lớn
1.2 Vấn đề và Mục tiêu
1.2.1 Vấn đề cần giải quyết
Các vấn đề liên quan đến hệ thống khung và chân UAV là rất quantrọng, vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, độ bền, và khả năng hoạtđộng của UAV
1.2.1.1 Vấn Đề với Chân UAV
- Độ Bền Không Tốt:
Trang 15+ Chân UAV thường phải chịu lực tác động lớn trong quátrình cất cánh và hạ cánh, đặc biệt khi UAV nặng hoặc khi hạcánh không chính xác Các chân làm từ vật liệu nhẹ hoặckhông đủ chắc chắn có thể dễ bị gãy hoặc bị hư hại.
+ Không có thiết kế chân UAV phù hợp cho các ứng dụng đặc
thù có thể khiến việc sử dụng chân không phù hợp trở nên khókhăn
->Giải pháp: Tùy chỉnh hoặc thiết kế chân theo yêu cầu cụ
thể của nhiệm vụ và điều kiện hoạt động Có thể áp dụng các phươngpháp mô phỏng và thử nghiệm để tối ưu hóa thiết kế
1.2.1.2 Vấn Đề với Khung UAV
- Không có khung phù hợp ngoài thị trường: Thị trường UAV có thểkhông cung cấp các khung đáp ứng chính xác yêu cầu về kích thước,hình dạng hoặc tính năng cần thiết cho các ứng dụng cụ thể
->Giải pháp: Xây dựng khung tùy chỉnh hoặc chế tạo khung
theo yêu cầu cụ thể của dự án Việc thiết kế khung theo yêucầu có thể giúp giải quyết vấn đề không phù hợp với các tùychọn có sẵn trên thị trường
- Để bảo vệ các thiết bị điện tử: Các thiết bị điện tử nhạy cảm như cảm biến, bộ điều khiển và camera cần được bảo vệ khỏi va đập, rung động và các yếu tố môi trường
->Giải pháp: Thiết kế khung với lớp bảo vệ bổ sung hoặc vỏ
bọc để bảo vệ các thiết bị điện tử Có thể sử dụng vật liệu chống sốc
và có khả năng cách nhiệt tốt để giảm thiểu ảnh hưởng từ các yếu tốbên ngoài
1.2.1.3 Giải Pháp Tổng Quan
- Thiết Kế Tinh Tế và Tinh Chỉnh:
+ Áp dụng các công cụ thiết kế 3D và phần mềm mô phỏng đểtối ưu hóa cấu trúc của khung và chân UAV Điều này giúpxác định các điểm yếu và cải thiện độ bền
- Chất Liệu Chất Lượng Cao:
+ Sử dụng vật liệu nhẹ nhưng chắc chắn như sợi carbon chokhung và chân Các vật liệu này không chỉ giúp giảm trọnglượng mà còn tăng cường độ bền
- Tùy Chỉnh Theo Nhu Cầu:
+ Cân nhắc việc thiết kế và chế tạo các phần tử tùy chỉnh đểphù hợp với nhu cầu cụ thể của từng nhiệm vụ và điều kiệnhoạt động
Trang 16- Xác Định Yêu Cầu:
+ Xác định các yêu cầu cụ thể cho chân và khung như tảitrọng, khả năng chống sốc, và tính năng bảo vệ Điều này baogồm các điều kiện môi trường nơi UAV sẽ hoạt động
1.2.2.2 Thiết Kế và Mô Phỏng
- Thiết Kế CAD: sử dụng Solidworks
+ Sử dụng phần mềm thiết kế 3D (CAD) để tạo mô hình chitiết của khung và chân UAV Thiết kế phải bao gồm các yếu tốnhư khả năng chịu lực, trọng lượng nhẹ, và tính năng bảo vệ
- Mô Phỏng và Phân Tích: sử dụng Abaqus
+ Áp dụng các công cụ mô phỏng (CAE) để kiểm tra khả năngchịu lực, chống va đập và phân tích ứng suất của thiết kếkhung và chân Điều này giúp phát hiện các điểm yếu tiềm ẩn
và điều chỉnh thiết kế trước khi chế tạo
1.2.2.3 Lựa Chọn Vật Liệu
- Vật Liệu Chất Lượng Cao:
+ Chọn vật liệu phù hợp như sợi carbon cho khung và chân.Vật liệu này cần phải có độ bền cao, trọng lượng nhẹ, và khảnăng chống sốc
1.2.2.4 Chế Tạo và Lắp Ráp
- Chế Tạo Các Bộ Phận:
+ Sử dụng các phương pháp chế tạo chính xác như in 3D đểsản xuất các bộ phận của khung và chân theo thiết kế đã tối ưuhóa
- Lắp Ráp và Kiểm Tra:
+ Lắp ráp các bộ phận vào hệ thống UAV và thực hiện cáckiểm tra chức năng để đảm bảo tất cả các thành phần hoạtđộng đúng cách và đạt yêu cầu thiết kế
Trang 171.2.2.5 Thử Nghiệm và Tinh Chỉnh
- Thử Nghiệm Hiện Trường:
+ Thực hiện các bài kiểm tra thực địa để đánh giá hiệu suấtcủa khung và chân trong điều kiện hoạt động thực tế Điều nàybao gồm việc kiểm tra khả năng chống sốc, độ bền, và tính ổnđịnh trong các tình huống bay khác nhau
- Tinh Chỉnh Thiết Kế:
+ Dựa trên kết quả thử nghiệm, thực hiện các tinh chỉnh cầnthiết để cải thiện hiệu suất và độ bền của khung và chân Điềunày có thể bao gồm việc thay đổi thiết kế, vật liệu hoặc cấutrúc của các bộ phận
1.2.2.6 Đảm Bảo Tính Tương Thích và An Toàn
- Trình bày vấn đề cần giải quyết và giải pháp đưa ra
- Nêu ra mục tiêu chính của nghiên cứu
Trang 18- Trình bày rõ hơn về hệ thống cơ khí
2.3 Hệ thống cơ khí
- Trình bày rõ hơn về hệ thống điện
2.4 Hệ thống điều khiển UAV
- Nêu ra phần mềm điều khiển và trình bày cấu trúc và các thành phần
của hệ thống điều khiển
2.5 Kết nối hệ thống
- Đưa ra kết nối 3 hệ thống trên
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHỤ TRỢ CHO UAV
III.1 Yêu cầu
- Nêu chức năng và mục tiêu của hệ thống phụ trợ của UAV
III.2 Thiết kế hệ thống cơ khí phụ trợ
- Nêu quy trình, phương án để thiết kế cuối cùng đưa ra bản mẫu thiết
kế cho 2 hệ thống phụ trợ của UAV
CHƯƠNG 4: TÌNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐỘ BỀN CỦA HỆ THỐNG PHỤ TRỢ SỬ DỤNG ABAQUS
IV.1 Phần mềm sử dụng
- Giới thiệu chung về phần mềm sử dụng và nêu ra các phần chính sử
dụng trong đồ án
IV.2 Quy trình và cách thức mô phỏng
- Đưa ra quy trình, cách thức mô phỏng để đưa ra kết quả mô phỏng
được
IV.3 Kết quả và đánh giá
- Đưa ra kết quả mô phỏng từ đó đánh giá khả năng hoạt động của các
thiết bị phụ trở được thiết kế
CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO LẮP RÁP VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG PHỤ TRỢ CHO UAV
- In 3D và lắp ráp vào hệ thống UAV
- Đưa ra hình ảnh khi đã lắp ráp lại
- Đánh giá sơ lược hệ thống UAV mới sau khi được lắp thêm các thiết bị
Trang 19CHƯƠNG II HỆ THỐNG UAV
2.1 Cấu hình hệ thống
2.1.1 Hệ thống cơ khí:
- Khung máy : Khung xương chính, chịu lực và bảo vệ các thànhphần khác
- Cánh quạt : Tạo lực đẩy cho UAV để bay lên và điều khiển hướng
- Động cơ : Chuyển động cánh quạt, điều chỉnh tốc độ quay để điềukhiển UAV
- Hệ thống hạ cánh: Chân hấp thụ va chạm khi hạ cánh
2.1.2 Hệ thống điện:
- Pin: Cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống UAV
- ESC : Điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên lệnh từ bộ điều khiểntrung tâm
- BEC (Battery Elimination Circuit): giảm điện áp từ pin xuống mức
điện áp phù hợp để cung cấp cho các thành phần điện tử nhạy cảm
- PDB (Power Distribution Board): là bảng phân phối nguồn điện từ
- Cảm biến IMU (Inertial Measurement Unit): Bao gồm gia tốc kế vàcon quay hồi chuyển, dùng để đo lường góc nghiêng và gia tốc củaUAV
- GPS Module: Cung cấp thông tin vị trí địa lý, hỗ trợ định vị và dẫnđường
- Máy thu tín hiệu : Nhận lệnh từ bộ điều khiển từ xa của người vậnhành
- Antenna: Giúp truyền và nhận tín hiệu từ bộ điều khiển từ xa
Trang 202.1.4 Phần mềm:
- Phần mềm điều khiển mặt đất (Qgroundcontrol Software): Giaodiện giúp người vận hành kiểm soát và giám sát UAV từ xa, cungcấp các chức năng như lập trình lộ trình bay, giám sát thời gian thực,v.v
- Firmware: Phần mềm nhúng trong bộ điều khiển bay, chịu tráchnhiệm xử lý các lệnh và dữ liệu cảm biến
- Phần mềm truyền thông: Hỗ trợ việc truyền tải dữ liệu giữa UAV
và thiết bị điều khiển mặt đất, như video trực tiếp hoặc thông tin cảmbiến
2.2 Hệ thống cơ khí
2.2.1 Khung máy:
- Khung máy là xương sống của UAV, chịu lực và là nơi gắn kết các
thành phần khác như động cơ, pin, cánh quạt, và các thiết bị điện tử.Khung máy phải đủ cứng cáp để chịu được trọng lượng và lực tácđộng trong quá trình bay, nhưng cũng cần nhẹ để giảm thiểu tiêu thụnăng lượng
2.2.2 Cánh quạt:
- Cánh quạt tạo lực đẩy, giúp UAV bay lên, hạ xuống, hoặc duy trì
độ cao Số lượng cánh quạt có thể từ 2 (đối với trực thăng) đến 4, 6,
8 hoặc nhiều hơn (đối với quadcopter, hexacopter, octocopter) tùythuộc vào thiết kế UAV Tốc độ quay và góc nghiêng của cánh quạtđiều chỉnh hướng bay và tốc độ của UAV
2.2.3 Động cơ:
- Động cơ quay cánh quạt với tốc độ cao, biến năng lượng điện thành
động năng để tạo lực đẩy Có hai loại động cơ chính: động cơ khôngchổi than (brushless) và động cơ có chổi than (brushed) Động cơkhông chổi than thường được sử dụng trong UAV nhờ độ bền cao vàhiệu suất tốt hơn
2.2.4 Hệ thống hạ cánh:
- Hệ thống hạ cánh bao gồm các chân hoặc bộ phận hấp thụ va chạm,
giúp bảo vệ UAV và các thiết bị trên máy khi hạ cánh Nó cần phảichắc chắn để chịu được trọng lượng của UAV và bảo vệ các thànhphần nhạy cảm như camera hoặc gimbal khi tiếp đất
Trang 212.3 Hệ thống điện
2.3.1 Pin/Battery:
- Pin cung cấp năng lượng điện cho toàn bộ hệ thống UAV, bao gồm
động cơ, hệ thống điều khiển, và các cảm biến Dung lượng pin(thường được đo bằng milliampere-giờ - mAh) quyết định thời gianbay của UAV Các loại pin phổ biến nhất được sử dụng là pin LiPo(Lithium Polymer) do có trọng lượng nhẹ và khả năng cung cấp dòngđiện cao
2.3.2 ESC (Electronic Speed Controller):
- ESC là bộ điều khiển tốc độ động cơ, nhận tín hiệu từ bộ điều khiển
bay và điều chỉnh dòng điện đến động cơ để thay đổi tốc độ quay củacánh quạt ESC đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì ổn địnhbay và điều khiển hướng di chuyển của UAV
2.3.3 Bộ phân phối nguồn (Power Distribution Board - PDB):
- PDB là bảng phân phối nguồn điện từ pin đến các thành phần khác
như ESC, bộ điều khiển bay, và các hệ thống phụ trợ khác Nó giúpđảm bảo rằng mọi thành phần của UAV đều nhận được nguồn điệncần thiết và bảo vệ hệ thống khỏi quá tải hoặc ngắn mạch
2.3.4 BEC (Battery Elimination Circuit):
- BEC là một bộ phận của ESC hoặc một thiết bị riêng biệt, có nhiệm
vụ giảm điện áp từ pin xuống mức điện áp phù hợp để cung cấp chocác thành phần điện tử nhạy cảm như bộ điều khiển bay, cảm biến,hoặc bộ thu tín hiệu Điều này giúp bảo vệ các thiết bị này khỏi bịhỏng do điện áp quá cao
2.3.5 Cáp kết nối và dây điện:
- Các cáp kết nối và dây điện trong UAV đóng vai trò dẫn điện giữa
các thành phần như pin, ESC, động cơ, và các hệ thống điều khiểnkhác Dây điện cần được chọn với độ dày phù hợp để chịu đượcdòng điện mà không gây tổn thất năng lượng hoặc sinh nhiệt quámức
2.3.6 Antenna:
- Antenna là bộ phận thu và phát tín hiệu, giúp UAV giao tiếp với bộ
điều khiển từ xa hoặc hệ thống điều khiển mặt đất Antenna phải
Trang 22được cấp nguồn điện để hoạt động và đóng vai trò quan trọng trongviệc duy trì kết nối tín hiệu giữa UAV và người điều khiển.
2.3.7 Module sạc:
- Module sạc là thiết bị ngoài, được sử dụng để sạc lại pin của UAV.
Một module sạc thông minh có thể điều chỉnh dòng sạc, bảo vệ pinkhỏi quá nhiệt, quá tải, hoặc sạc quá mức, kéo dài tuổi thọ pin vàđảm bảo an toàn khi sử dụng.
2.4 Hệ thống phần mềm điều khiển UAV
2.4.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển UAV bằng phần mềm QGroundControl:
Sơ đồ hệ thống điều khiển:
Trang 232.4.2 Các thành phần trong hệ thống điều khiển UAV với QGroundControl:
- QGroundControl (Phần mềm điều khiển mặt đất):
+ Đây là phần mềm chính mà bạn sử dụng trên máy tính, máytính bảng hoặc điện thoại thông minh QGroundControl cungcấp giao diện đồ họa để lập trình lộ trình bay, giám sát cácthông số của UAV như tốc độ, độ cao, vị trí, và tình trạng pin
Trang 24Bạn cũng có thể điều chỉnh các thiết lập của UAV và nhận dữliệu thời gian thực từ UAV.
- Bộ điều khiển từ xa (Remote Controller):
+ Đây là thiết bị cầm tay truyền thống với cần điều khiển
(joysticks) và các nút bấm để điều khiển UAV theo cách thủcông Bộ điều khiển này giao tiếp với máy thu tín hiệu trênUAV để gửi các lệnh điều khiển như thay đổi độ cao, hướngbay, hoặc kích hoạt các chế độ bay đặc biệt
- Máy thu tín hiệu (Receiver on UAV):
Máy thu tín hiệu nằm trên UAV, nhận tín hiệu từ bộ điềukhiển từ xa và chuyển tiếp chúng tới bộ điều khiển bay Máythu này cũng có thể nhận tín hiệu từ QGroundControl thôngqua kết nối không dây (như Wi-Fi hoặc RF) khi điều khiểnUAV ở chế độ tự động hoặc bán tự động
- Bộ điều khiển bay (Flight Controller):
Bộ điều khiển bay là bộ não của UAV, xử lý các tín hiệu từmáy thu tín hiệu, cảm biến (như GPS, IMU) và các lệnh từQGroundControl để điều khiển động cơ và cánh quạt, đảm bảoUAV duy trì ổn định và thực hiện các lệnh điều khiển chínhxác
2.4.3 Sử dụng điều khiển UAV với QGroundControl:
- Lập trình lộ trình bay tự động: Bạn có thể sử dụng
QGroundControl để lập trình lộ trình bay tự động bằng cách đặt cácđiểm waypoint trên bản đồ UAV sẽ tự động bay theo lộ trình này màkhông cần sự can thiệp thủ công
- Điều khiển thủ công: Khi cần thiết, bạn có thể chuyển sang chế độ
điều khiển thủ công bằng bộ điều khiển từ xa, sử dụng các cần điềukhiển để điều chỉnh hướng bay, độ cao và tốc độ của UAV
- Giám sát thời gian thực: Trong suốt quá trình bay,
QGroundControl cung cấp các thông số thời gian thực như vị tríGPS, tốc độ, độ cao, và tình trạng pin, giúp bạn theo dõi và điềuchỉnh UAV kịp thời