تريكوبتر مطبوعة ثلاثية الأبعاد يتم التحكم فيها بالصوت: 23 خطوة (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

هذه طائرة بدون طيار مطبوعة ثلاثية الأبعاد بالكامل يمكن التحكم فيها والتحكم فيها باستخدام التحكم الصوتي باستخدام Amazon's Alexa من خلال محطة أرضية يتحكم فيها Raspberry Pi. تُعرف طائرة التريكوبتر التي يتم التحكم فيها بالصوت أيضًا باسم أوليفر الثلاثي.

على عكس التكوين الأكثر شيوعًا للطائرة بدون طيار كوادكوبتر ، تحتوي Tricopter على 3 مراوح فقط. للتعويض عن درجة تحكم أقل ، يتم إمالة أحد الدوارات بواسطة محرك مؤازر. يتميز Oliver the Tri بـ Pixhawk Autopilot ، وهو نظام طيار آلي متقدم يستخدم بشكل كبير في البحث أو صناعة الطائرات بدون طيار المتقدمة. نظام الطيار الآلي هذا قادر على مجموعة متنوعة من أوضاع الطيران بما في ذلك المتابعة ، والملاحة بإحداثية ، والطيران الموجّه.

ستستخدم Alexa من Amazon وضع الطيران الإرشادي. سيقوم بمعالجة الأوامر الصوتية وإرسالها إلى المحطة الأرضية ، والتي تحدد هذه الأوامر إلى MAVLink (بروتوكول اتصالات المركبات الجوية الصغيرة) وترسلها إلى Pixhawk عبر القياس عن بعد.

هذه الطائرة ثلاثية المروحيات ، وإن كانت صغيرة ، قوية. يبلغ طوله حوالي 30 سم ويزن 1.2 كجم ولكن مع مجموعة الدعامة والمحرك الخاصة بنا ، يمكنه رفع ما يصل إلى 3 كجم.

الخطوة 1: المواد والمعدات

تريكوبتر

• 3 محركات DC بدون فرشات
• 3 أعمدة موتور
• 3 40A وحدة تحكم السرعة الإلكترونية
• مراوح مركبة 8 × 4 CCW
• لوحة توزيع الطاقة
• الأسلاك والموصلات
• محرك سيرفو TGY-777
• موصل البطارية والبطارية
• 6x6-32x1 "مسامير ، صواميل *
• 3M قفل مزدوج *
• العلاقات البريدية *

الطيار الآلي

• طقم الطيار الآلي Pixhawk
• GPS والبوصلة الخارجية
• 900 ميجا هرتز القياس عن بعد

التحكم بالسلامة RC

• زوج جهاز الإرسال والاستقبال
• التشفير PPM

محطة أرضية يتم التحكم فيها بالصوت

• مجموعة Raspberry Pi Zero W أو Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot أو أي من منتجات Amazon Echo

المعدات والأدوات

• محطة لحام
• طابعة 3D
• كماشة الأنف إبرة*
• المفكات *
• مجموعة مفاتيح ألين *

* تم شراؤه من متجر لاجهزة الكمبيوتر المحلي

الخطوة الثانية: تنظيم المحتوى

نظرًا لأن هذا مشروع معقد إلى حد ما وطويل الأجل ، فأنا أقدم طريقة لتنظيم هذا البناء إلى ثلاثة أقسام رئيسية يمكن تنفيذها في وقت واحد:

العتاد: الإطار المادي ونظام الدفع للطائرة ثلاثية المروحيات.

الطيار الآلي: تحسب وحدة التحكم في الرحلة إشارة PWM لتوفير كل من المحركات الثلاثة بدون فرش ومحرك مؤازر وفقًا لأمر المستخدم.

التحكم الصوتي: يسمح هذا للمستخدم بالتحكم في الطائرة بدون طيار باستخدام الأوامر الصوتية والتواصل عبر بروتوكول MAVLINK إلى لوحة Pixhawk.

الخطوة 3: تنزيل أجزاء إطار Tricopter

الإطار الكامل للطائرة ثلاثية المروحية مطبوع ثلاثي الأبعاد على Ultimaker 2+. يتم فصل الإطار إلى 5 مكونات رئيسية من أجل ملاءمة لوحة تصميم Ultimaker 2+ ولتسهيل إعادة طباعة أجزاء معينة وإصلاحها في حالة تعرضها للتلف في حادث. هم انهم:

• 2 ذراع محرك أمامي (main-arm.stl)
• 1 ذراع الذيل (tail-arm.stl)
• 1 قطعة ربط بين الذيل am وذراعي المحرك الأماميين (الذيل - قاعدة الذراع. stl)
• 1 حامل محرك خلفي (motor-platform.stl)

الخطوة 4: طباعة ثلاثية الأبعاد لإطار Tricopter

اطبع هذه الأجزاء بحشو بنسبة 50٪ على الأقل واستخدم الخطوط كنمط ملء. بالنسبة لسمك الغلاف ، استخدم سمك جدار 0.7 مم وسمك أعلى / أسفل 0.75 مم. أضف التصاق لوحة التصميم وحدد الحافة عند 8 مم. تمت طباعة هذا الإطار باستخدام خيوط بلاستيكية من نوع PLA ، ولكن يمكنك استخدام خيوط بلاستيك ABS إذا كنت تفضل طائرة مروحية ثلاثية أكثر قوة ولكن أثقل. باستخدام هذه الإعدادات ، استغرق الأمر أقل من 20 ساعة لطباعتها كلها.

إذا لم تكن الحافة ملتصقة بسطح الطباعة للطابعة ثلاثية الأبعاد ، فاستخدم عصا لصق وألصق التنورة بسطح الطباعة. في نهاية الطباعة ، قم بإزالة لوحة التصميم ، واغسل الصمغ الزائد ، ثم امسحه ليجف قبل إعادة وضعه في الطابعة.

الخطوة 5: إزالة الدعامات والحواف

ستتم طباعة الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد مع دعامات في كل مكان وبحافة خارجية يجب إزالتها قبل التجميع.

الحافة عبارة عن طبقة واحدة من PLA ويمكن نزعها بسهولة من الجزء باليد. من ناحية أخرى ، يصعب إزالة الدعامات. لهذا سوف تحتاج إلى زوج من كماشة الأنف الإبرة ومفك براغي مسطح الرأس. للدعم غير الموجود في الأماكن المغلقة ، استخدم كماشة الأنف لسحق الدعامات وسحبها. للحصول على دعامات داخل الثقوب أو المساحات المغلقة التي يصعب الوصول إليها باستخدام كماشة أنف الإبرة ، إما أن تقوم بالثقب من خلال الفتحة أو استخدام مفك براغي مسطح لإخراجها من الجانب ، ثم اسحبه للخارج باستخدام كماشة أنف الإبرة. عند إزالة الدعامات ، كن لطيفًا مع الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد لأنه يمكن أن ينقطع إذا كنت تشدد عليه كثيرًا.

بمجرد إزالة الدعامات ، قم برمل الأسطح الخشنة حيث اعتادت أن تكون الدعامات أو نحت بعناية الدعم المتبقي بسكين هواية. استخدم لقمة سنفرة أو طحن و dremel لتنعيم فتحات المسامير.

الخطوة 6: تجميع إطار Tricopter

للتجميع ، ستحتاج إلى ستة مسامير (يفضل أن تكون مسامير القص ، 6-32 أو أرق ، بطول 1 بوصة) لتأمين الإطار معًا.

خذ الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد المسماة main-arm. STL و tail-arm-base. STL. تتشابك هذه المكونات مثل أحجية الصور المقطوعة ، حيث يتم وضع قاعدة ذراع الذيل في منتصف الذراعين الرئيسيين. قم بمحاذاة فتحات المسامير الأربعة ثم أدخل البراغي من الأعلى. إذا لم تتلاءم الأجزاء معًا بسهولة ، فلا تجبرها. صنفر قاعدة ذراع الذيل حتى تفعل ذلك.

بعد ذلك ، حرك ذراع الذيل على الطرف البارز لقاعدة ذراع الذيل حتى تتم محاذاة فتحات المسامير. مرة أخرى ، قد تحتاج إلى الرمل قبل أن يصلح. اربطها من الأعلى.

لتجميع منصة المحرك ، تحتاج أولاً إلى إدخال المؤازرة في الفتحة الموجودة على ذراع الذيل ، والتوجيه للخلف. يجب أن يصطف الثقبان الأفقيان مع فتحات المسامير الموجودة على المؤازرة. إذا لم يكن الاحتكاك مناسبًا ، فيمكنك تثبيته في مكانه من خلال هذه الثقوب. ثم ضع بوق التحكم على المؤازرة ولكن لا تقم بتثبيته. يأتي ذلك في لحظة.

انزلق محور منصة المحرك في الفتحة الموجودة في نهاية ذراع الذيل والجانب الآخر فوق البوق. يجب أن يتلاءم القرن بشكل جيد مع الجزء الداخلي على المنصة. أخيرًا ، ضع مسمار البوق من خلال الفتحة الموجودة في المنصة والقرن كما هو موضح في الصورة أعلاه.

الخطوة السابعة: تركيب المحركات

لن تأتي المحركات عديمة الفرشاة بمحاور دافعة ولوحة متقاطعة مثبتة مسبقًا ، لذا قم بربطها أولاً. بعد ذلك ، تقوم بتثبيتها على منصة المحرك والأذرع الرئيسية للطائرة ثلاثية المروحية باستخدام البراغي المرفقة معها أو براغي وصواميل الماكينة M3. يمكنك إرفاق المراوح في هذه الخطوة لضمان التخليص والاستمتاع بأعمالك اليدوية ، ولكن قم بإزالتها قبل اختبار ما قبل الرحلة.

الخطوة 8: توصيل لوحة الطيار الآلي

قم بتوصيل المستشعرات بلوحة الطيار الآلي Pixhawk كما هو موضح في الرسم التخطيطي أعلاه. يتم تمييزها أيضًا في لوحة الطيار الآلي نفسها وهي واضحة تمامًا للاتصال ، أي يتصل الجرس بمنفذ الطنان ، ويتصل المحول بمنفذ التبديل ، وتتصل وحدة الطاقة بمنفذ وحدة الطاقة ، ويتصل القياس عن بُعد بمنفذ telem1. سيكون لنظام GPS والبوصلة الخارجية مجموعتان من الموصلات. قم بتوصيل الطرف الذي يحتوي على المزيد من المسامير بمنفذ GPS والصغير بـ I2C.

موصلات DF13 التي تدخل في لوحة الطيار الآلي Pixhawk هشة للغاية ، لذلك لا تسحب الأسلاك ، وتدفع واسحب مباشرة على الغلاف البلاستيكي.

الخطوة 9: توصيل نظام اتصالات الراديو

سيتم استخدام نظام اتصالات التحكم اللاسلكي كنسخة احتياطية للسلامة للتحكم في المروحية الرباعية في حالة حدوث عطل في المحطة الأرضية أو Alexa أو أخطاء في أمر لآخر.

قم بتوصيل مشفر PPM بجهاز استقبال الراديو كما هو موضح في الصورة أعلاه. تم تسمية كل من وحدة تشفير وجهاز الاستقبال PPM ، لذا قم بتوصيل S1 بـ S6 بدبابيس الإشارة من 1 إلى 6 بجهاز الاستقبال الخاص بك. سيحتوي S1 أيضًا على أسلاك أرضية وجهد ، والتي ستعمل على تشغيل جهاز الاستقبال من خلال تشفير PPM.

الخطوة 10: لحام لوحة توزيع الطاقة

سوف يأخذ PDB المدخلات من بطارية ليثيوم بوليمر (LiPo) بجهد وتيار 11.1 فولت و 125 أمبير ، وتوزيعه على ESCs الثلاثة وتشغيل لوحة الطيار الآلي Pixhawk من خلال وحدة الطاقة.

تم إعادة استخدام وحدة الطاقة هذه من مشروع سابق تم إنشاؤه بالتعاون مع صديق.

قبل لحام الأسلاك ، قم بقطع الحرارة تتقلص لتناسب كل من الأسلاك ، بحيث يمكن انزلاقها على الطرف الملحوم المكشوف لاحقًا لمنع حدوث دائرة قصر. يؤدي لحام موصل ذكر XT90 إلى وسادات PDB أولاً ، ثم أسلاك الـ 16 AWG إلى ESCs ، متبوعة بموصلات XT60 على هذه الأسلاك.

لتلحيم الأسلاك على وسادات PDB ، تحتاج إلى لحامها بشكل عمودي بحيث يمكن للانكماش الحراري أن يتناسب مع الأطراف ويعزلها. لقد وجدت أنه من الأسهل استخدام أيدي المساعدة لتثبيت الأسلاك في وضع مستقيم (خاصة كابل XT90 الكبير) ووضعها أعلى PDB على الطاولة. ثم قم بلحام السلك حول لوحة PDB. بعد ذلك ، حرك الحرارة المنكمشة لأسفل وقم بتسخينها لعزل الدوائر. كرر هذا مع بقية أسلاك ESC. لتلحيم XT60 ، اتبع الخطوة السابقة حول كيفية استبدال طرف بطارية ESC بـ XT60s.

الخطوة 11: توصيل الأسلاك بالمحركات وأجهزة التحكم الإلكترونية في السرعة

نظرًا لأننا نستخدم محركات تيار مستمر بدون فرش ، فإنها ستأتي بثلاثة أسلاك تتصل بأطراف الأسلاك الثلاثة لوحدة التحكم في السرعة الإلكترونية (ESC). لا يهم ترتيب توصيل الكبل في هذه الخطوة. سوف نتحقق من هذا عندما نقوم بتشغيل المروحية الثلاثية لأول مرة.

يجب أن يكون دوران جميع المحركات الثلاثة عكس اتجاه عقارب الساعة. إذا كان المحرك لا يدور عكس اتجاه عقارب الساعة ، فقم بتبديل أي اثنين من الأسلاك الثلاثة بين ESC والمحرك لعكس الدوران.

قم بتوصيل جميع وحدات ESC بلوحة توزيع الطاقة لتوفير الطاقة لكل واحد منهم. ثم قم بتوصيل ESC الأمامي الأيمن بمخرج pixhawk الرئيسي 1. قم بتوصيل ESC الأمامي الأيسر بمخرج pixhawk الرئيسي 2 ، المؤازرة بالخارج الرئيسي 7 ، والذيل المتبقي ESC للخارج 4.

الخطوة 12: إعداد برنامج الطيار الآلي الثابت

البرنامج الثابت الذي تم اختياره لبناء ثلاثي المروحية هو Arducopter من Ardupilot مع تكوين Tricopter. اتبع الخطوات في المعالج وحدد تكوين tricopter في البرنامج الثابت.

الخطوة 13: معايرة أجهزة الاستشعار الداخلية

الوصيف في التحدي الصوتي المنشط