بخشی از مقاله
چکیده
کواد کوپتر که چندسالی هست خیلی از ربات سازان را به طرف خود کشیده است یک نوع ربات پرنده که با چهار موتور و چهار پروانه ثابت روی آن ساخته می شود . که هر جفت موتور در خلاف جهت هم حرکت می کنند و معمولا برد کنترل کننده و درایور موتور روی آن موجود می باشد که جهت حرکت موتور ها و سرعت آن ها را تنظیم می کند .
ساخت کوادکوپتر امروزه بین علاقمندان به ربات ،دانشجویان و حتی دانش آموزان خیلی محبوبیت پیدا کرده است و هر سال چندین مسابقه داخل کشوری و بین المللی برگذار می گردد . البته استفاده های خیلی زیادی هم در صنایع مختلف از جمله نظامی ، فیلم برداری ، عکاسی ، امداد و... دارد که محبوبیت این ربات را دوچندان کرده است این ربات بر خلاف ظاهر آن که خیلی ساده به نظر می رسد پیچیده است و کنترل آن و ساخت این ربات دقت زیادی را می طلبد.
مقدمه
کوادکوپتر ها در شکل های مختلفی ساخته می شوند بعضی ها با فیبرهای نازک و سبک بدنه آن را می سازند بعضی ها با پرینترهای سه بعدی برای خود بدنه کوادکوپتر طراحی می کنند و البته بعضی ها ترجیح می دهند از بدنه های آماده استفاده کنند . در مورد موتورهای این ربات ها می توان گفت که از موتورهای براشلس سرعت بالا استفاده می شود که نیاز به درایورهای خاص خوشان را دارند که در بازار بصورت آماده موجود می باشند و یا اگر شخص سازنده الکترونیکی باشد می تواند خودش نسبت به نوع موتورش برای خودش طراحی کند که مطمئنا بهتر از مدل آماده خواهد شد .
یکی از مهمترین قسمت های این ربات باطری این ربات می باشد که باید سبک ولی زیاد شارژ نگه دارد که از باطری های مختلفی نسبت به نوع ربات استفاده می شود .یکی دیگر از قطعات خیلی مهم که در کوادکوپتر استفاده می شود فرستده و گیرنده می باشد . که امروزه چون تصویر را هم انتقال می دهند از فرستنده گیرنده های سرعت بالا و در فرکانس های 2.4 گیگاهرتزی و … استفاده می شود که البته می توان از هر نوع فرستنده مناسب استفاده کرد.
شکل - 1 تصویر کلی از کواد کوپتر و نحوه حرکت موتورها
کواد کوپتر هوشمند با بهره گیری از محبوس سازی گاز جهت پرواز نا محدود
در این کواد کواد کوپتر سعی شده به پرواز نا محدود برای رسیدن به مسافت های طولانی استفاده شود.در این کواد سعی شده از انرژی تولید شده توسط موتورها دوباره به باتری برگشت نمایید و از باتری به میزان بیشتری استفاده نمود.
ویژگی اصلی این کواد استفاده از گاز هلیوم به دلیل سبکی نسبت به هوا می باشد. در این کواد در بدنه ی کربن آن که وزن بسیار کمی دارد گاز هلیوم تزریق شده این کار باعث بی وزن شدن کواد کوپتر میشود این عمل باعث میشود تا نیروی کمتری برای بلند کردن کواد استفاده شود با استفاده از این تکنین ، عمر پروازی کواد به راحتی از حالت معمول 30 دقیقه به 2 ساعت افزایش یافته است این عمل زمانی صورت میگیرد که تمام مدت ربات در حال حرکت باشد.
هرچه ارتفاع کواد بیشتر شود نسبت جاذبه کمتر و گازهلیوم خود به تنهایی باعث بی وزنی و بدون نیاز به موتور بالا می رود.
این ویژگی برای اولین بار در جهان بر روی کواد قرار گرفته و زمان پرواز آن افزایش یافته است.
استفاده از موتورها برای شارژ مجدد باتری
حال باید از موتورها ،استفاده ی بیشتری نمود از همین رو از موتورهای دو شافت استفاده شده یک طرف آن برای تولید نیروی برا و طرف آن داخل سیم پیچ میرود این عمل باعث می شود که 20 درصد نیروی استفاده شده دوباره به باتری در حالت معمول بازگردد . در آینده تصمیم به بازدهی بیشتر با استفاده از تکنیک های موتور را داریم تا بتوان 50 درصد شارژ باتری را ازاین طریق اعمال کنیم.
استفاده از سلول خورشیدی
همانطور که میدانید از سلول خورشیدی جهت شارژ باتری در محیط واقعی به دلیل نیاز بودن به آمپر بالا برای راه اندازی موتور و استفاده از باتری های آمپر بالا نمیتوان استفاده نمود و اینکار درصورت اجرا زمان بسیار طولانی نیاز دارد تا باتری به شارژ قابل قبول برسد.حال که از تکنیک های قبل استفاده شده برای بی وزن سازی کواد با استفاده از گاز هلیوم و استفاده از موتور برای معکوس سازی شارژ باتری میتوان 20 درصد شارژ را با استفاده از سلول های خورشیدی تامین نمود.
با استفاده از این 3 کار که برای اولین بار در جهان بر روی کوادکوپتر صورت میگیرد می توان به راحتی %70 باتری را با استفاده از انرژی تولیدی از همان باتری تامین نمود از این رو زمان پرواز از 30 دقیقه به بیشتر از 5ساعت افزایش پیدامیکند سعی بر آن است که این انرژی به مدت 1 یکروز به طور مداوم انرژی حرکت کواد را تامین کند این در حالی است که هر 4 موتور به طور یکزمان و به صورت کامل با حداکثرسرعت در حال کار باشد در صورتی که در محیط واقعی این کار هیچگاه صورت نمیگیرد و شاید % 25 موتور ها کار کنند.
قابلیت حرکت بر روی زمین
با توجه به برق مصرفی بسیار بالای موتور های براشلس سعی شده در این ربات با استفاده از مکانیزم حرکتی بر روی زمین به صورت تانکی استفاده شود تا در زمان خالی بودن شارژ باتری جهت پرواز بر روی زمین به مسیر خود ادامه دهد.این امکان زمانی فراهم میشود که ربات شارژ مورد نیاز جهت پرواز را ندارد ولی از آنجایی که شارژ حرکتی بر روی زمین کمتر از موتورهای براشلس است پس میتوان حداکثراستفاده را زمان شارژ شدن باتری جهت پرواز مجدد بهره برد و برای رسیدن به مسیر بدون توقف ادامه داد.
سنسورهای کوادکوپتر
در این ربات برای رسیدن به مقصد مورد نیاز سنسور هایی تعبیه شده که برخی از این سنسور ها مانند نمونه های موجود در بازار در کوادکوپترها موجود می باشد و برخی دیگر صرفا مختص به این کواد برای رسیدن به هدف استفاده شده است.
کنترل فشار گاز هلیوم : در دما های متفاوت گاز واکنش های متفاوتی نشان میدهد از همین رو باید با این واکنش ها با توجه به برنامه ی تعیین شده عمل شود تا از سقوط کواد جلوگیری شود.
ماژول : GPS جهت رسیدن به نقطه ی مورد نظر استفاده شده و قابلیت بازگشت به خانه را به صورت کاملا خودکار و رسیدن به هدف را قادر می باشد.
ماژول : GSM جهت ارتباط با اینترنت و ارسال و دریافت پیام و قابلیت ارتباط تلفنی با کواد و برنامه ریزی آن از راه دور و ردیابی آن
دوربین : از دوربین برای فیلمبرداری استفاده شده و برخی اطلاعات جهت رد کردن موانع در آن پردازش میشود.
سنسور فشار : برای نمونه برداری از فضاهایی که ربات می رود.
سنسور دما : از این سنسور برای نمونه برداری از دما و تنظیم شرایط گاز هلیوم و دما کوادکوپتر استفاده می شود.
میزان آلایندگی های موجود در هوا : صرفا جهت نمونه برداری برای کارهای تحقیقاتی
ژیروسکوپ : یکی از مهمترین سنسورهای موجود در کواد جهت مقابله با باد و کنترل تعادل ربات
قطب نما : این سنسور با پیدا کردن قطب های زمین و داده های GPS با زاویه سنجی مثلث ها از نقطه ی یک به نقطه ی تعیین شده برای ربات استفاده میشود به این صورت که مقتصات جغرافیای محل با مختصات جغرافیایی محل مورد انتظار به روش مثلث زاویه یابی میشود و بعد به صورت مستقیم حرکت میکند تا در کمترین زمان به نقطه ی مورد نظر برسد.
فاصله سنج : این سنسور برای خودمختار بودن ربات استفاده شده تا از خوردن به موانع جلوگیری به عمل اید.
شکل - 2 فریم کربم جهت محبوس سازی و اجرای طرح
