Τι είναι το Quadcopter ( Τετρακόπτερο) από τι Αποτελείτε και πως λειτουργεί...

 
 Τα Μέρη Ενός Τετρακόπτερου (Drone)

Σημείωση: Όπου RPM = στροφές

Τι είναι ένα quadcopter; Ένα quadcopter, ή multirotor, drone,

ή quadrotor, είναι ένα απλό φέροντα μηχανικό όχημα που

έχει τέσσερις βραχίονες, και σε κάθε βραχίονα υπάρχει ένας

κινητήρας συνδεδεμένος σε μια έλικα. Υπάρχουν επίσης  

με τρία, έξι ή οκτώ βραχίονες, αλλά...
λειτουργούν με τον ίδιο κύριο 

άξονα όπως ένα τετράπτερο. Δύο από τους δρομείς στρέφονται

δεξιόστροφα, ενώ οι άλλοι δύο στρέφονται προς τα αριστερά. Επίσης
υπάρχει ακόμα σε καθε μοτέρ συνδεδεμένο ενα Speed Control (ESC)
Αυτό σκοπό έχει πέρνοντας την εντολή απο τον δέκτη να αυξομειώνει
τις στροφές του. Το Speed Contro αποτελείτε απο ένα ηλεκτονικό
κύκλωμα που βοηθάει στη λειτουργεία αυτή.

Τα quadcopters είναι αεροδυναμικά ασταθή και απαιτούν έναν 

υπολογιστή πτήσης για να μετατρέψουν τις εντολές εισόδου

στις εντολές που αλλάζουν τις RPM των έλικων για να παράγουν

την επιθυμητή κίνηση. Αυτή είναι η σύντομη περιγραφή στο 

ερώτημα τι είναι ένα quadcopter. Στη συνέχεια αυτού του 

άρθρου παρέχονται περαιτέρω πληροφορίες για να σας βάλει

τον κόσμο των quadcopters.

Τα Quadcopters διαφέρουν από ένα ελικόπτερο ή αεροσκάφος

σταθερής πτέρυγας με τον τρόπο που παράγουν δυνάμεις 

ανύψωσης και ελέγχου. Για ένα αεροσκάφος η άνοδος

παράγεται από τα πτερύγια, αλλά σε ένα quadcopter η

άνοδος παράγεται από τις έλικες. Ένα ελικόπτερο 

χρησιμοποιεί τον κύριο ρότορα του για να δημιουργήσει 

άνοδο, αλλά έχει επίσης την ικανότητα να 

μεταβάλλει το βήμα των πτερυγίων του ρότορα για να

παράγει δυνάμεις ελέγχου.

Η ιδέα quadcopter δεν είναι καινούργια. Τα επανδρωμένα 

quadcopter σχέδια εμφανίστηκαν στη δεκαετία του 1920 

και του 1930, αλλά αυτές οι πρώιμες έννοιες είχαν κακές 

επιδόσεις, υψηλό επίπεδο αστάθειας και απαιτούσαν πολλές

πιλοτικές ικανότητες. Η πρόοδος της ηλεκτρονικής τεχνολογίας 

στους υπολογιστές ελέγχου πτήσης, οι κινητήρες χωρίς πυρήνα 

ή χωρίς ψήκτρες, οι μικρότεροι μικροεπεξεργαστές, οι μπαταρίες,

τα επιταχυνσιόμετρα, οι κάμερες και ακόμη και τα συστήματα

GPS επέτρεψαν να σχεδιάσουν και να πετάξουν τα quadcopters. 

Η απλότητα του quadcopter έχει καταστήσει μια πολύ 

αποτελεσματική αεροφωτογραφίση καθώς και βίντεο.

Ένα τυπικό quadcopter έρχεται με έναν ελεγκτή 4 καναλιών

που στέλνει εντολές στο drone να επηρεάσει το γκάζι του, 

το pitch και roll. Η συχνότητα επικοινωνίας που 

χρησιμοποιείται από τους περισσότερους ελεγκτές είναι

2,4 GHz. Αυτή είναι και η τυπική συχνότητα που χρησιμοποιείται

για συνδέσεις WiFi. Παρόλο που είναι απίθανο να υπάρξουν 

παρεμβολές, μπορεί να είναι κάτι που αξίζει τον κόπο να ελέγξετε 

αν έχετε καθυστέρηση στην επικοινωνία ή κακή επικοινωνία

με το quadcopter σας.

Οι μπαταρίες που χρεισιμοποιούνται είναι οι λεγόμενες LiPo. Οι
μπαταρίες αυτές είναι ταχείας φόρτισης και είναι λειτουργικά πολύ
καλύτερες. παρέχουν μεγάλα ρεύματα ταχείες εκφορτίσεις λόγο
των αναγκών των μοτέρ.

Ο ελεγκτής (ρυθμιστές επάνω στο Τηλεχειριστήριο) διαθέτει επίσης 4
κουμπιά για να σας επιτρέψει να

κάνετε μικρές διορθώσεις στην τετραπλή συμπεριφορά πτήσης σας.

Εάν παρατηρήσετε ότι χωρίς τον έλεγχό σας, το μηχάνημα 

μετακινείται προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, η εφαρμογή

των τεσσάρων αυτόν κουμπιών θα στρέψει προς την αντίθετη

κατεύθυνση το σκάφος σας και θα απομακρύνει την απόκλιση.
Είναι σημαντικό να θυμάστε πάντα ότι υπάρχουν δύο σετ

προπέλας και δύο σετ μοτέρ που περιστρέφονται προς την 

αντίθετη κατεύθυνση. Το βήμα στις δύο ομάδες προπέλας 

είναι διαφορετικό. Έτσι, αν αλλάξετε τη σειρά από αντίθετες

έλικες, θα φυσούν αέρα επάνω αντί για κάτω. Αυτό οδηγεί σε μια

προς τα κάτω δύναμη στο quadcopter που οδηγεί στο κτύπημα

του drone σας στο έδαφος. Όταν βάλετε τις έλικες

βεβαιωθείτε ότι έχετε σημειώσει σε ποιοι κινητήρες ανήκουν. 

Αν κοιτάξετε προσεκτικά, η έλικα θα έχει ένα σήμα που να 

δείχνει σε ποιο σύνολο κινητήρων ανήκει.

Υπάρχουν τέσσερις κύριες δυνάμεις που δρουν σε ένα

quadcopter
Βαρύτητα - αυτό πρέπει να είναι προφανές σε όλους. 

Αυτή είναι η δύναμη που τραβάει το quadcopter προς

τα κάτω λόγω της μάζας του
Ανύψωση - αυτή είναι η δύναμη αντίδρασης προς τα 

πάνω στο quadcopter λόγω των προωθητήρων
Τάση - αυτή είναι η οριζόντια δύναμη αντίδρασης στο

quadcopter λόγω των προωθητήρων
Σύρετε - αυτή είναι η δύναμη προς τα πίσω στο quadcopter λόγω 

του αέρα. Φανταστείτε να είστε σε ένα αυτοκίνητο και βάλτε 

το χέρι σας έξω από το παράθυρο. Ο αέρας που χτυπά το χέρι

σας προσπαθεί να το ωθήσει πίσω.

Η αιώρηση λαμβάνει χώρα όταν η άνοδος προς τα 

πάνω εξισορροπεί την προς τα κάτω δύναμη βαρύτητας.

Για να φτιάξουμε ένα τετρακόπτερο που να πετάει σε, η δύναμη 

ανύψωσης πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη της 

βαρύτητας. Αυτό επιτυγχάνεται με την ταυτόχρονη αύξηση 

των στροφών RPM και των τεσσάρων ελίκων, γεγονός που 

παράγει περισσότερη άνοδος. Για να μειώσετε το 

υψόμετρο, οι RPM στροφές μειώνονται ταυτόχρονα και στις τέσσερις 

προπέλες. Στον πομπό σας, αυτό επιτυγχάνεται πιέζοντας το 

αριστερό ραβδί προς τα επάνω ή προς τα κάτω, το οποίο αυξάνει 

ή μειώνει τις στροφές RPM, γεγονός που κάνει το quadcopter 

σας να ανεβαίνει προς τα πάνω ή προς τα κάτω.
Προκειμένου να μετακινήσουμε το σκάφος προς τα 

αριστερά, προς τα δεξιά, η προς τα εμπρός και προς τα πίσω,

αλλάζουμε τη γωνία της ανυψωτικής δύναμης έτσι ώστε να

έχει μια κάθετη και οριζόντια συνιστώσα. Το κατακόρυφο 

στοιχείο εξακολουθεί να χρησιμεύει για να διατηρεί το 

quadcopter στον αέρα, ενώ το οριζόντιο στοιχείο επιτρέπει την

ώθηση του ελέγχου.

Για να μετακινήσουμε το quadcopter προς τα εμπρός ή προς τα

πίσω, προσαρμόζουμε το βήμα χρησιμοποιώντας το δεξί ραβδί 

στον πομπό. Αυτό που συμβαίνει είναι ότι οι εμπρόσθιες ελίκες

μειώνουν τα RPM, ενώ οι πίσω έλικες αυξάνουν τα RPM. Τώρα

η δύναμη ανύψωσης έχει μια οριζόντια συνιστώσα που οδηγεί

στην κίνηση του quadcopter προς τα εμπρός. Το αντίθετο συμβαίνει

να κάνει το quadcopter σας να πάει πίσω. Η εμπρόσθια στροφών

του ελίκτρου αυξάνεται, ενώ μειώνονται οι στροφές RPM του 

οπίσθιου έλικα.

Για να μετακινήσετε την πλατφόρμα quadcopter σας προς τα πλάγια,

συμβαίνει μια παρόμοια αλλαγή σε RPM, αλλά αυτή τη φορά είναι 

στην αριστερή και δεξιά προπέλες. Για να μετακινήσετε το δράκο σας

προς τα αριστερά, πρέπει να τοποθετήσετε ελαφρά την δύναμη 

ανύψωσης προς τα αριστερά. Αυτό γίνεται μειώνοντας τις σ.α.λ. 

στους αριστερούς ρότορες και αυξάνοντας τις σ.α.λ. στη δεξιά 

πλευρά. Μια παρόμοια αλλαγή στις στροφές RPM γίνεται για 

να μετακινήσετε το quadcopter σας προς τα αριστερά.

Το Yaw είναι λίγο πιο δύσκολο να απεικονιστεί. Σε ένα 

ελικόπτερο, έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί υπάρχει ένας 

ρότορας ουράς; Είναι εκεί για να μην περιστρέφεται το 

σώμα του ελικοπτέρου. Εάν οι κύριες λεπίδες περιστρέφονται

αριστερόστροφα, όπως και στα περισσότερα ελικόπτερα, η 

ατράκτου θα αρχίσει να περιστρέφεται δεξιόστροφα λόγω 

αντίδρασης ροπής. Αυτό είναι συνέπεια του Τρίτου Νόμου

δυναμικής του Νεύτωνα. Ο στροφείο ουράς εξισορροπεί την

αντίδραση ροπής στην άτρακτο ελικοπτέρου και εμποδίζει 

την περιστροφή της ατράκτου.

Σε ένα quadcopter, αν και οι τέσσερις έλικες περιστρέφονταν 

με τον ίδιο τρόπο, τότε το σώμα του quadcopter σας θα

περιστρέφεται με το αντίθετο τρόπο. Αλλά προφανώς δεν το 

κάνει. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δύο από τις έλικες 

περιστρέφονται δεξιόστροφα και οι άλλες δύο περιστρέφονται 

αριστερόστροφα. Έτσι, ένα σύνολο ελίκων παράγει ροπή προς

τη μία κατεύθυνση, αλλά οι άλλες δύο έλικες παράγουν ροπή 

προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αυτά ακυρώνονται, οπότε το 

quadcopter σας δεν περιστρέφεται.

Για έναν ελιγμό στροφής, θέλουμε το quadcopter να 

περιστραφεί. Αυτό γίνεται με τη μείωση των RPM σε ένα 

σύνολο ρότορων, αυξάνοντας ταυτόχρονα τις στροφές RPM 

στην άλλη ομάδα ρότορα. Τώρα υπάρχει μια καθαρή ροπή προς

τη μία κατεύθυνση, οπότε το quadcopter σας περιστρέφεται.

Για να παραχθεί η αντίθετη περιστροφή, οι στροφές RPM 

στις έλικες απλά αντιστρέφονται. Η κατεύθυνση του ελιγμού 

περιστροφής ελέγχεται από το αριστερό ραβδί στον ελεγκτή.

Το quadcopter σας πετά και κινείται αλλάζοντας τα RPM 

κάθε έλικας. Έτσι, όταν μετακινείτε ένα ραβδί στον πομπό

σας, αυτή η εντολή πρέπει να μετατραπεί στις σωστές εντολές 

κάθε έναν από τους τέσσερις κινητήρες του quadcopter σας. 

Αυτό γίνεται από το σύστημα ελέγχου πτήσης. Ο σκοπός του 

υπολογιστή πτήσης είναι να απλοποιήσει τον συντονισμό του 

ελέγχου και των τεσσάρων ελίκων που χρειάζονται για να κάνουν 

το σκάφος να πετάξει. Ο υπολογιστής ελέγχου πτήσης έχει τη

δυνατότητα σύνδεσης με πολλές άλλες συσκευές και 

αισθητήρες. Η κύρια συσκευή με την οποία συνδέεται είναι

ο δέκτης τηλεχειριστηρίου, ο οποίος συνδέεται με τον 

απομακρυσμένο πομπό σας.

Στο προηγμένο quadcopter, ο ελεγκτής πτήσης έχει επίσης έναν 

πομπό για να επικοινωνεί με τον δέκτη σας, για να παρέχει 

αμφίδρομη επικοινωνία. Τυπικοί αισθητήρες έρχονται με πιο 

σύνθετα quadcopters περιλαμβάνουν το GPS, γυροσκόπιο 

πυρήνα και baramoter.