Acest proiect a fost realizat cu scopul de a crea un sistem robotic aerian autonom, capabil să execute auto -decolări, misiunile prestabilite și să… [616194]

1

R S A A

SISTEM ROBOTIC AERIAN
AUTONOM

ROBOTIC SYSTEM AIR
AUTONOMY

2
1 INTRODUCERE
1.1 Scopul
Acest proiect a fost realizat cu scopul de a crea un sistem robotic aerian autonom, capabil să
execute auto -decolări, misiunile prestabilite și să auto -aterizeze, toate acestea cu posibilitatea de
monitorizare și comandă de la o stație terestră.
1.2 Motivația
Una dintre cele mai mari și vechi dorințe ale omenirii a fost să zboare. Acest ideal este consemnat
și in mitologia antică, unde Icar împreună cu tatăl său Daedalus, au construit labirintul din Creta, în care
regele Cretei, Minor, l -a închis pe Minotaur.
Bănuiți că l-ar fi ajutatpe Teseu să fugă atunci când venise să ucidă Minotaurulul Dedal si Icar au
fost închiși în labirint de catre Minor.
Pentru a scăpa, au faurit niște aripi de pene și ceară și au zburat din labirint. Fascinat de frumusețea
înălțimil or, Icar s -a apropiat prea mult de soare, în ciuda sfatului tatălui său. Helios, invidios ca oamenii
pot zbura, a topit aripile lui Icar, iar acesta s -a prăbușit în Marea Egee, murind.
Pași mici au fost facuți de -a lungul timpului de multe minți in ovatoare ale istoriei. Leonardo
daVinci este cel care a fost fascinat cel mai mult de -a lungul întregii sale vieți de zbor. Leonardo a
studiat zborul păsărilor și a scris mai multe studii despre acesta, printre care Codexul asupra
zborului păsărilor din 1505. A conceput și
diverse aparate de zburat, printre care una cu
aripi batante (ornitopter) și o mașină de zburat
cu aripă rotativă (helicopter). Proiectele lui
Leonardo pentru o parașută au fost recreate cu
mijloacele acelei epoci și testate cu su cces.
Multe din proiectele lui Leonardo s -au dovedit
astfel fezabile.

Figura 1 -1 Planor

3
Figura 1 -2 Helicopter si Ornitopter

În jurul anului 1480, el a proiectat o parasuta de forma unei
piramide cu baza patrata, alaturi de care a mentionat: "Dacă omul are
un cort de pânză scrobita, larg pe fiecare latura de 12 coți și înalt tot de
12 coți, el va putea să -și dea drumul de la orice înălțime, fără să i se
întâmple nimic rău".

Figura 1 -3 Parașuta

În 1754 Mihail Lomonosov realizează primul model cu elice
acționată de arc.

Figura 1 -4 Concept elice coaxiale

4
Au mai fost multe idei de -a lungul vremii de a realiza zborul, dar cel care a pus bazele zborului
modern a fost Otto Lilienthal, care în anul 1889 publică cartea Der Vogelflug als Grundlage der
Fliegekunst („Zborul păsării ca baza a artei zborului”), care în prezent e ste cea mai importantă publicație
în tehnica zborului din secolul 19. Atenția publicului larg pentru carte a fost mică. Companiile aeriene
favorizau principiul „mai ușor decât aerul”, ceeace ducea la dezvoltarea balonului către dirijabil.
Și totuși Lilienthal a desemnat aceasta ca o aberație și a spus: Die Nachahmung des Segelflugs
muss auch dem Menschen möglich sein, da er nur ein geschicktes Steuern erfordert, wozu die Kraft des
Menschen völlig ausreicht („Imitația planării, trebuie să f ie posibilă și omului deoarece, necesită numai
o manevrare pricepută pentru care puterea lui este suficientă”).
Frații Lilienthal și -au dat seama că o formă curbată al aripilor este mai importanantă fiindcă se
creează o portanță mai mare decât forma plană. Forma caracteristică al aripilor la păsări a fost observate
și de alți „tehnicieni de zbor”, dar frații Lilienthal erau primi care au efectuat măsurători exacte al
acestora.

Figura 1 -5 Studiul
pasarilor facut de Otto Lilenthal
Din nefericire, el si-a gasit sfirsitul pe 10 august 1896 in timp ce isi testa propriul lui aparat de
zbor, astfel fiind primul om care a realizat un zbor cu un aparat mai greu decit aerul.
Dar visul s -a indeplinit de catre fratii Wright la data de 17 decembrie 1903 cind este efectuat
primul zbor cu motor al unui aparat mai greu decit aerul.

5
Construirea elicei creează o serie de greutăți, spre exemplu problema unghiului paletelor elicei,
care trebuia să ridice în aer un motor de 12 CP (cai putere) cu patru cilindri și răcire cu apă, având o
greutate de 110 kg.
În cele din urmă, după multe încercări infructuoase, la 17 decembrie 1903, Orville reușește să
zboare timp de 12 secunde, pe o distanță de 37 de metri, cu o viteză de 10,8 km/h. Wilbur, la rândul
său, reușește să zboare în aceeași zi, de data aceasta timp de 59 de secunde, 260 metri cu o viteză de 19
km/h.

Avionul lor, Kitty Hawk, avea lățimea
(inclusiv aripile) de 12,3 m, lungimea de 6,4 m și o
greutate de 340 kg, fiind construit exclusiv din l emn,
având aripile din pânză întinsă pe o ramă. În anii
următori frații Wright îmbunătățesc continuu tehnica
zborului prin perfecționarea elicei și dotarea avionului
cu un motor mai puternic, produs de Alberto Santos
Dumont în 1906 – 1907.

Figura 1 -6 Orvi lle zboară la Kitty Hawk 1903

În 1905 apar primii pionieri europeni ai zborului,
Traian Vuia, care zboară în Paris, pe o distanță de 12 m, în
ziua de 18 martie 1906 și Jacob Christian Hansen
Ellehammer, care în septembrie 1906 zboară pe insula
Lindholm pe o distanță de circa 40 de m.
Dupa aproape un secol, compatriotului nostru
Traian Vuia, i -au fost recunoscute meritele sale aduse in
domeniul aeronauticii si anume, primul aparat de zbor
prezentat oficial la o expozitie internationala.
Figura 1 -7 Avion ul „Vuia I” martie 1906
În ziua de 1 iulie 1902, el sosea la Paris, aducând în bagajele sale proiectul unui original
„aeroplan -automobil”, conceput în perioada studenției, și macheta aferentă, realizată pe parcursul
ultimelor douăsprezece luni. În iarna lui 1902/1903, Vuia începe construcția aparatului, perfecționând
până în minime detalii planurile originale la care lucrase cu un an înainte la Lugoj. Se lovește din nou

6
de probleme de natură financiară, dar reușește să le depășească, ajutat și de mentorul său Coriolan
Brediceanu. În toamna lui 1904 începe să -și construiască și un motor, tot invenție personală. În
1904obține un brevet pentru această invenție în Marea Britanie. Întreaga parte mecanică e terminată în
februarie 1905. Aparatul este gata în dece mbrie, după ce i se montează motorul, și este numit Vuia I,
poreclit Liliacul, din cauza formei sale. Avea prevăzută o greutate totală de 250 kg, o suprafață de
susținere de 14 m² și un motor de 20 CP. Primele experimente au început în 1905, ca pe un autom obil,
cu aripile demontate, pentru a căpăta experiență în manevrarea lui.
Pe 18 martie 1906 la Montesson, lângă Paris, aparatul Vuia I a zburat pentru prima dată. După
o accelerație pe o distanță de 50 de metri, aparatul s -a ridicat la o înălțime de aproap e un metru, pe o
distanță de 12 m, după care palele elicei s -au oprit și avionul a aterizat.
Multe ziare din Franța, Statele Unite și Marea Britanie au scris despre primul om care a zburat
cu un aparat mai greu decât aerul, echipat cu sisteme proprii de d ecolare, propulsie și aterizare. De
atunci a fost scoasă în evidență și propagată ideea că Vuia a reușit cu aparatul său să decoleze de pe o
suprafață plată, folosind numai mijloace proprii, "la bord", fără "ajutor extern" (pantă, cale ferată,
catapultă, e tc.). Totuși, au fost și mai există multe contradicții și dezbatere asupra definiției de primul
aeroplan.

Figura 1 -8
Gyroplane
În 1907 francezii
Jacques si Louis Breguet
au reusit sa creeze
Gyroplane 1, un aparat ce s -a ridicat de
la sol și a staționat l a 0,6 metri înalțime
timp de un minut cu tot cu pilot. Aparatul
era însă foarte instabil așa încât a fost nevoie de câte un om la fiecare capăt al său pentru a -l ține în
echilibru.
În același an un alt francez, Paul Cornu, a creat un aparat ce l -a ridicat pe realizatorul sau la 0,3
metri pentru 20 de secunde și, chiar daca nu a depășit performantele fratilor Breguet, acesta este
considerat primul elicopter și primul zbor al unui elicopter, nefiind ajutat în niciun fel de martorii
evenimentului

7
Îmbunătățirile aduse aparatului și experimentele făcute în același an au dus la atingerea unei
înalțimi de aproximativ 2 metri, Cornu a abandonat însă dezvoltarea aparatului, acesta nemaiprezentând
stabilitate la inaltimi mai mari și punând în pericol viaț a pilotului.
Însă fratii Jacques si Louis Breguet și -au continuat cercetările și Giroplan Laboratoire,
compania inființată de ei, a fost un timpuriu elicopter . Proiectat integral de Louis Breguet , au
experimentat deja cu giravioane în 1909, cu toate aces tea, el a ales să se concentreze pe avioane până
la sfârșitul anilor 1920. În 1929 el a anunțat o serie de brevete care au abordat stabilizarea zborului
giravioanelor, și, în 1931, Breguet a creat Syndicat d'Etudes de giroplan ( din franceză pentru
"Syndic atul pentru Studiile giroplanoarelor"), împreună cu Rene Dorand ca director tehnic. Scopul lor
a fost dezvoltarea unui elicopter experimental, giroplan Laboratoire.

Figura 1 -9 Gyroplane coaxial 1933

8
Abia din anii ’20 au început să apară mode le capabile să asigure stabilitate, să se ridice mai sus
și să petreacă mai mult timp în aer. Datorită lipsei dezvoltării tehnologice necesare controlului
aeronavelor cu aripă mobila, a căror dinamică de zbor este de o complexitate superioara celor cu arip ă
fixă, cercetările în acest domeniu au fost destul de lente. Însă, un cercetător de origine rusă, Igor
Sykorsky a reusit in anul 1942 sa pună bazele producției de serie a primului elicopter. Acest model a
fost Sykorsky R -4.

Figura 1 -10 Sykorsky R -4
Notorietatea acestui gen de aparat de zbor a cresct datorită proprietății sale de a decola și ateriza
pe verticală, prima lui utlizare militară a fost în timpul războiului din Koreea cănd a fost folosit la
evacuarea răniților din câmpul de lup tă. Acest model a fost Bell H -47.

9

Figura 1 -11 Bell H -47
De asemenea țara noastră se numara printre producătorii de astfel de aeronave militare, care
sunt produse la IAR Gimbav, cunoscută și ca IAR Brașov care este una dintre intreprinderile aeronatice
ale României, care produce elicopterul IAR 330 , elicopter de tip Puma , fabricat sub licență.

Figura 1 -12 IAR 330 Puma SOCAT

1.3 Ce este un quadcopter ?

10
Un quadcopter, numit, de asemenea , un elicopter quad rotor sau multirotor elicopter , este ridica t
și propulsat de patru rotoare . Quadcopter urile sunt clasificate ca nave rotor , spre deosebire de aeronave
cu aripi fixe, deoarece ridicarea lor este generată de un set de rotoare (elice orientate vertical ).
Quadcopters utilizează, în general, două perechi de elici identice fixe; două în sens orar (CW)
și două în sens invers acelor de ceasornic (CCW). Acestea utilizează variația independentă a vitezei
fiecărui rotor pentru a obține controlul. Prin schimbarea vitezei fiecărui rotor este posibilă generarea în
mod specific a unei împingeri totale dorite ; pentru a localiza centrul de împingere atât lateral cât și
longitudinal; și pentru a crea un cuplu total dorit sau o forță de întoarcere

Quadcopters diferă de elicopterele convenționale, acestea utilizează rotoare care sunt capabile
să modifice înclinarea lamelo r lor dinamic în timp ce se mișcă în jurul butucului rotorului. În primele
zile ale zborului, quadoptrii (denumiți apoi ca "quadrotors" sau pur și simplu "elicoptere") au fost văzuți
ca soluții posibile la unele dintre problemele persistente în zborul vertical. Problemele legate de
controlul inductiv al cuplului (precum și problemele de eficiență provenite de la rotorul coadă, care nu
generează o ridicare utilă) pot fi eliminate prin contra -rotație, iar lamele relativ scurte sunt mult mai
ușor de construit. În anii 1920 și 1930 au apărut numeroase desene și modele. Aceste vehicule au fost
printre primele vehicule de lansare și aterizare verticale (VTOL) mai grele decât aerul. Cu toate acestea,
prototipurile timpurii au suferit din cauza performanței slabe , iar prototipurile ulterioare au necesitat o
sarcină prea mare de lucru pilot, din cauza unei augmentări slabe a stabilității și a unei autorități de
control limitate.
La sfarsitul anilor 2000, avansurile in domeniul electronicii au permis productia de controale
de zbor ieftine, accelerometre (IMU), sisteme globale de pozitionare si camere de luat vederi. Acest
lucru a condus la configurarea quadcopter devenind popular pentr u vehiculele aeriene fără pilot. Cu
dimensiunile mici și manevrabilitatea lor, aceste quadcoptere pot fi transportate atât în interi or, cât și în
aer liber.
La o mărime mică, quadcopterile sunt mai ieftine și mai durabile decât elicopterele
convenționale datori tă simplității lor mecanice. Lamele lor mai mici sunt de asemenea avantajo ase,
deoarece posedă mai puțină energie cinetică, reducând capacitatea lor de a provoca daune. Pentru quad –
copters la scară redusă, acest lucru face vehiculele mai sigure pentru o interacțiune strânsă. Este, de
asemenea, posibilă montarea quadcopterelor cu dispozitive de protecție care închid rotoarele, reducând
astfel potențial ul de deteriorare. Cu toate acestea, pe măsură ce crește mărimea, quadcopatoarele fixe
cu elice dezvoltă dezavantaje față de elicopterele convenționale. Mărirea dimensiunii lamelor crește
impulsul lor. Acest lucru înseamnă că modificările vitezei lamelor durează mai mult, ceea ce are un
impact negativ asupra controlului. Elicoptrii nu se confruntă cu această problemă, deoarece mărirea
dimensiunii discului rotorului nu afectează în mod semnificativ capacitatea de a controla pasul lamelor.

11
Datorită ușurinței lor de construcție și de control, aeronavele quadcopter sunt frecvent utilizate
ca modele de aeronave model de aeronave
Am încercat să construiesc un multicopter performant cu cost uri minime, de aceea am ales să
folosesc un cadru de quadcopter datorită stabilității mărite a acestei platforme.
În capitolele următoare o să fie descrisă platforma experimentală realizată de mine, împreună
cu suportul teoretic minima care a condus la rea lizarea unui quadcopter original.

2 QUADCOPTER – SCURT BR EVIAR TEORETIC
2.1 Elicea

12
Elicea (din greacă helix, "spirală") organ mașină având forma unor aripi sau a unor lopeți fixate
pe un ax rotati v care servește la punerea în mi șcare a
unui avion, a unei nave.
Descoperitorul sau inventatorul elicei care
funcționa este austriacul Joseph Ressel (1793 – 1857).
Elicea este un agregat care utilizează diferența
de presiune dintre intradosul și extradosul palelor
acesteia care apare în mișcarea de rotație a elicei.

2.1.1 Principiu de funcționare

Palele sau aripioarele elicei sunt în așa fel amplasate, încât produc prin rotație unde asimetrice
de aer sau apă, prin aceasta iau naștere forțe de presiune și absorbție care determină la rândul lor
formarea unui curent în mediul respectiv.

Fiecare pală a elicei contribuie la acest efect motric de propulsie.

O elice după prin cipiul de funcționare este inversul turbinei, prin faptul că cedează energie
mediului înconjurător pe când turbina preia energia potențială din mediul înconjurător.

Paletele au de obicei un profil (lat. fillum = fir) sau contur o față fiind convexă obligâ nd fluidul
să efectueze o cale mai lungă ca și pe partea opusă, această diferență de viteză între cele două părți
creează efectul de sorb (sugere), intensitatea acestui efect poate fi reglată prin modificarea vitezei sau
poziției paletelor elicei.

13
Elicele, alături de motoare, sunt cele mai
importante elemente ale unui multicopter. în
funcție de ele se aleg toate celelalte piese. Alegerea
lor este un pas foarte important și dificil deoarece
un calcul incorect poate duce la prăbușirea
aeronavei chiar de la primul zbor. Când se aleg
elicele trebuie să se țineță cont de 3 caracteristici:
sens de rotație, diametru și pas. Un quadcopter
folosește două tipuri de elice: elice ce se rotesc în
sens orar ( CW) și elice ce se rotesc în sens
trigonometric ( CCW ). Sensul rotației este dat de
înclinația palelor.

Figura 2 -1 Elice pereche CW -CCW
Mărimile ce caracterizează o elice sunt Diametrul (length ), Pasul ( pitch ) și constanța
specific Kp (este furnizată de producător).
Astfel, puterea necesar ă rotirii unei elice la un anumit număr de rotații pe minut este calculată :
] [*** ) ( RPMPD Kp wattP

Figura 2 -2 Caracteristici le elicei

14
În general, o elice cu pas mai mare va consuma mai mult curent. Pasul poate fi definit ca distanța
parcursă într -o rotație completă. Pe scurt, un pas mai mare înseamnă o rotație mai lentă, cuplu mai mare
și stabilitate sporită (recomandate pentru quadacoptere mai grele, cu cameră pentru FPV/POV). Pentru
acrobații sunt recomandate elice cu pas mic care dezvoltă accelerații mari. Eu am optat pentru elice din
policarbonat cu diametrul de 12 inch și pas 4.5.
Un motor eficient 70% produce 70% de energie și 30% căldură. Un motor eficient de 90%
produce 90% de energie și 10% căldură.
Cu m otoare mai puțin eficiente nu numai ca se pierde o mulțime de putere (astfel timp de zbor),
se obține, de asemenea o forță de tracțiune mai mică pe acceleratia completă. Acesta va avea raspuns
mai lent pentru a schimba rpm și lucru acest va influența stabi litatea quadcopterului.
În general, a crește pasul elicei și lungime va atrage un consum mai mare de curent. De
asemenea pitch poate fi definit ca distanța de deplasare în timpul unei rotații a elicei. Într -un cuvânt,
pas mai mare înseamnă rotație mai lent ă, dar va crește viteza vehiculului, care utilizează, de asemenea,
mai multă putere.

15
2.1.2 Elice de propulsive
Figura 2 -3 Farman MF.11 cu
elice de propulsive
Acest tip de avion permite
pilotului să fie în fața elicei care în timpul
rotației va împinge avionul.
Acest tip de elice l -a
folosit pilotul francez Farman
(1913), principiul fiind folosit de avioanele
militare britanice Airco D.H.1 și Airco D.H.2 cu scopul
ca în față să fie posibilă folosirea mitralierei, ulterior au fost introduse combinații dintre elicele de
tracțiune și cele de propulsie (Dornier Do 335 sau Cessna Skymaster).
Formula prin care se calculează deplasarea:
nuJ
definește raportul dintre viteza curentului axial
uA și viteza punctelor exterioare de
pecircumferința elicei
)(nD .
In contrast cu turbinele, la viteze de 700 km/h paletele elicelor de avion au un unghi mult mare
față de axă.
În matematică, elicea este o curbă strâmbă, deci situată într -un spațiu tridimensional, având o
proprietate esențială care o deosebește de toate celelalte curbe strâmbe: are raportul dintre curbură și
torsiune constant. Cea mai simplă elice posibilă este definită prin următoarele trei ecuații scrise într -un
sistem de coordonate cartezian:

) cos(t x
,
)sin(t y
,
tz
.
Atunci cand parametrul t crește, iar sistemul cartezian descrie ales este drept, punctul (x, y, z)
descrie o elice cu torsiunea pozitivă în jurul axei z.
În coordonate cilindrice
),,( hr , aceeași elice este descrisă de ecuațiile:

16

1r,
t
,
th
.
Toate celelalte elice se obțin din aceasta printr -o rotație, o translație sau o schimbare de scală.
Lungimea elicei generale definită într -un sistem de coordonate cartezian prin ecuațiile:
), cos(t ax

),sin(t ay

,btz
cu
T t ,0 ,este data de
2 2b a TL  .
Curbura acestei elice generale este
2 2b aak
 ,iar torsiunea ei este
2 2b ab
 .

2.1.3 Modelarea matematică
Structura schematică a quadcopterului este exemplificata in figura de mai jos. Pentru a descrie
miscarea quadcopterului sunt necesare doar doua sisteme de referintă: solul, care reprezintă sistemul
fix de referință și șasiul quadcopterului.

17

Figura 2 -4 Model Quadcopter
Mițcarea aeronavei este intotdeauna planificată folosind hărți geografice, de aceea este folositor
sa definim solul ca sistem fix de referinta tangent la suprafața Pamântului. Un astfel de sistem de
referinta este cel care utilizeaza coordonatele Nord, Est, Sud, Vest. Originea acestui sistem de referinta
este localizat intr -un punct de pe suprafata solului si X, Y, Z sunt axele direcționate pe directiile Nord,
Est si in jos. Acest sistem fix de referinta al solului este vazut ca un cadru inertial in care coordonatele
liniare absolute (x,y,z) ale quadacopterului sunt definite. Cadrul mobil (X b, Y b, Zb) este situat in centrul
de greutate al quadcopterului si orientat asa cum arata figura de mai sus. Pozitia unghiulara a ca drului
quadcopterului in raport cu cel inerțial, este de obicei definit prin unghiuri Euler : roll roll φ, pitch θ
and yaw ψ . Simplificind, deducem ca vectorul de pozitie inertial si vectorul unghiului Euler prin of ξ
= [ x y z]T și η = [ φ θ ψ]T . Transformarea de la cadrul quad la cel inertial se realizeaza folosind
matricea de rotatie R :
[𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑐𝑜𝑠 𝜓𝑐𝑜𝑠 𝜓 𝑠𝑖𝑛 𝜃 𝑠𝑖𝑛 𝜑 − 𝑐𝑜𝑠 𝜑 𝑠𝑖𝑛 𝜓𝑐𝑜𝑠 𝜑 𝑐𝑜𝑠 𝜓 𝑠𝑖𝑛 𝜃 + 𝑠𝑖𝑛 𝜑 𝑠𝑖𝑛 𝜓
𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑠𝑖𝑛 𝜓𝑐𝑜𝑠 𝜑 𝑐𝑜𝑠 𝜓 + 𝑠𝑖𝑛 𝜃 𝑠𝑖𝑛 𝜑 𝑠𝑖𝑛 𝜓𝑐𝑜𝑠 𝜑 𝑠𝑖𝑛 𝜃 𝑠𝑖𝑛 𝜓 − 𝑐𝑜𝑠 𝜓 𝑠𝑖𝑛 𝜑
− 𝑠𝑖𝑛 𝜃 𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑠𝑖𝑛 𝜑 𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑐𝑜𝑠 𝜑]
Care este ortoganal ă. In consecință transformata matricii de la cadrul inertial la cel al
quadcopterului este R-1 = RT . vite zele unghilare de la cadru la cel inertial este
𝑊η−1=[1𝑠𝑖𝑛 𝜑 𝑡𝑎𝑛 𝜃𝑐𝑜𝑠 𝜑 𝑡𝑎𝑛 𝜃
0𝑐𝑜𝑠 𝜑 − 𝑠𝑖𝑛 𝜑
0 𝑠𝑒𝑐 𝜃 𝑠𝑖𝑛 𝜑𝑐𝑜𝑠 𝜑 𝑠𝑒𝑐 𝜃]
Legile de transformare sunt ν = W_η η ̇și η ̇= W_η^(-1) ν, în care viteza unghiulară ν este
defini te prin vectorul vector ν= [p q r)]T. este important de observant c ă 𝑊η−1 poate fi definit doar dacă
𝜃≠𝜋
2+ 𝑘𝜋 ,(𝑘∊𝑍).
Prin urmare, dacă α este unghiul de rotație în jurul versorul u = (𝑢1 ,𝑢2,𝑢3), este posibil să se
definească un cuaternion ca q = [𝑞0 𝑞1 𝑞2 𝑞3]T , cu 𝑞0=𝑐𝑜𝑠(𝛼2⁄), 𝑞1=𝑠𝑖𝑛(𝛼2⁄)𝑢1 , 𝑞2=

18
𝑠𝑖𝑛(𝛼2⁄)𝑢2 , Spre deosebire de unghiurile Euler, rotații cuaternion nu necesită un set de axe de rotație
predefinite, deoarece acestea se pot schimba continuu. Datorită faptului că meto da de rotație în jurul
unei direcții arbitrare are o singură axă de rotație, grade le de libertate nu poate fi pierdut e; prin urmare,
blocarea cardanică nu poate avea loc. Transformarea reprezentării vitezele de translație din cadrul
corpului cu cea inerția lă poate fi exprimat ă prin ξ = Qξ B, unde Q este matricea următoare:
[𝑞02+𝑞12−𝑞22−𝑞322(𝑞1𝑞2−𝑞0𝑞3)2(𝑞0𝑞2+𝑞1𝑞3)
2(𝑞1𝑞2+𝑞0𝑞3)𝑞02−𝑞12+𝑞22−𝑞322(𝑞2𝑞3−𝑞0𝑞1)
2(𝑞1𝑞3−𝑞0𝑞2)2(𝑞0𝑞1−𝑞2𝑞3)𝑞02−𝑞12−𝑞22+𝑞32]
Ca matricea R, Q este ortogonală; Prin urmare, este Q -1 = QT. Din punct de vedere al vitezelor
unghilare , transformarea implicat ă poate fi scris ă astfel : s: q̇=𝑆 ν,unde matricea S de pinde de
componentele cuaternare , după cum urmează:
𝑆=1
2[−𝑞1−𝑞2−𝑞3
𝑞0−𝑞3𝑞2
𝑞3𝑞0−𝑞1−𝑞2 𝑞1𝑞0]
𝐹=𝑑(𝑚 v𝐵 )/𝑑𝑡 +ν×(𝑚 v𝐵 )
unde masa m se presupune a fi constantă. Fiecare rotor i are o viteză unghiulară ωi care
generează o forță 𝑓𝑖=[00𝜔𝑖2], k fiind constanta de ridicare (lift), astfel forța totală (thrust ) TB =
[00𝑻]T cu 𝑇=∑𝑓𝑖6
𝑖=1=𝑘∑𝜔𝑖6
𝑖=1.
Împingere totală, împreună cu forța gravitațională reprezintă forța totală care acționează asupra
quad copter ului,
𝐹=𝑄𝑇𝐹𝑔+𝑇𝐵.
Ca urmare, componenta de translație a mișcării referitoare la cadrul corpului quadcopterului
este
𝑚v̇B+ ν×(𝑚 v𝐵 )=𝑄𝑇𝐹𝑔+𝑇𝐵.
În scopul de a obține aceeași ecuație cu privire la cadrul inerțial, să observă că forța centrifugă
este anulat ă deoarece cadrul inerțial nu se rotește și, astfel,
𝑚𝜉̈=𝐹𝑔+𝑄𝑇𝐵
Quad copter -ul are o structură simetrică cu privire la axa XB, Y B și ZB, astfel, matricea inerțială
este o diagonală 𝐼=𝑑𝑖𝑎𝑔(𝐼𝑥𝑥,𝐼𝑦𝑦,𝐼𝑧𝑧). De aici rezulta ca totalul momentelor externe M, rata de
schimbare a momentului unghiular H = Iν este luat în conside rare și momentul care acționează asupra
quad copter ului este furnizat de relația

19
𝑀=𝑑(Iν)/𝑑𝑡 +ν×(Iν ).
Mai mult decât atât, viteza unghiulară și accelerația rotorului creează un cuplu
𝜏𝑀𝑖=𝑏𝜔𝑖2+𝐼𝑀𝑖𝜔𝑖̇
în jurul axei rotorului, unde b este constanta glisare și I M este momentul de inerție al rotorului
i. Din structura geometrică a quad copter ului și cel al componentele 𝑓𝑖 and 𝜏𝑀𝑖 peste cadrul corpului,
este posib il pentru a obține informații despre momentele roll, pitch și yaw clipă, și anume
[𝜏𝜑
𝜏𝜃
𝜏𝜓]=
[ 3
4𝑘𝑙(𝜔22+𝜔32−𝜔52−𝜔62)
𝑘𝑙(−𝜔12−𝜔22
4+𝜔32
4+𝜔42+𝜔52
4−𝜔62
4)
𝑏(−𝜔12+𝜔22−𝜔32+𝜔42−𝜔52+𝜔62)+𝐼𝑀(𝜔1̇+𝜔2̇+𝜔3̇+𝜔4̇+𝜔5̇+𝜔6̇)]

Unde l este distanța dintre r otor și centrul de greutate al quad copter și and 𝑥̇𝜔𝑖 reprezintă
derivata ωi(t) în raport cu timpul, adică . 𝑑𝜔𝑖(𝑡)𝑑𝑡⁄. Ulterior, ecuația care guvernează din amica de
rotație pot fi rezumată după cum urmează
𝐼ν̇+ν×(Iν)+Γ=τB
în care Γ reprezintă forțele giroscopice și τ B cuplul extern. După puțină algebră, rezultă
ν̇=𝐼−1([𝑝
𝑞
𝑟]×[𝐼𝑥𝑥𝑝
𝐼𝑦𝑦𝑞
𝐼𝑧𝑧𝑟]−𝑰𝒓[𝑝
𝑞
𝑟]×[0
0
1]𝜔𝛤+𝜏)
în care 𝜔𝛤=𝜔1−𝜔2+𝜔3−𝜔4+𝜔5−𝜔6. În caz contrar, ecuația poate fi scris ca
[𝑝̇
𝑞̇
𝑟̇]=[(𝐼𝑦𝑦−𝐼𝑧𝑧)𝑞𝑟/𝐼𝑥𝑥
(𝐼𝑧𝑧−𝐼𝑥𝑥)𝑝𝑟/𝐼𝑦𝑦
(𝐼𝑥𝑥−𝐼𝑦𝑦)𝑝𝑞/𝐼𝑧𝑧]−𝑰𝒓[𝑞/𝐼𝑥𝑥
−𝑝/𝐼𝑦𝑦
0]𝜔𝛤+[𝜏𝜑/𝐼𝑥𝑥
𝜏𝜃/𝐼𝑦𝑦
𝜏𝜓/𝐼𝑧𝑧]
În final, odată ce viteza unghiulară a fost evaluată, accelerația unghiulară în
cadrul inerțială poate fi ușor dedus ca 𝑞̈=𝑑(𝑆 ν)/𝑑𝑡.

20

3 DESCRIERE HARDWARE
3.1 Configurația de zbor
Configurația de zbor exemplific ă modul în care sunt dispuse motoarele precum și la setul de
piese alese pentru a garanta încadrarea în parametrii de zbor.
In cazul quadcopterelor există două configurații "standard" din punct de vedere al dispu nerii
rotoarelor: -configurație de tip “X”
-configurație de tip “+”

21

Figura 3 -1 Configurații zbor
În capitolele următoare vor fi prezentate succesiv piesele
componente selecționate alături de informații generale și indici de
performanță ce trebuie urmăriți atunci când se achizitioneaza
elementele componente ale quadcopterului / multicopterului.
În ace asta configuratie am obținut un timp mediu de zbor de 23
minute.

3.1.1 Cadrul
Primul pas făcut în proiectarea multicopterului este
alegerea cadrului (frame).
Cadrul unui quadcopter este structura principală sau
scheletul pe care vor fi atașate restul componentelor. După ce sa
decis configuratia (fotografiere aeriene, curse, m icro-freestyle
etc.), se decide ce dimensiune se potrivește cel m ai bine cerințelor .
Materialele cele mai folosite sunt aluminiul, lemnul și fibra de
carbon. Cele mai importante proprietăți ale frame -ului sunt
robustețea și capacitatea de a absorbi vibrații. Aluminiul este rezistent și ușor însă este ineficient
împotriva vibrațiilor.

Figura 3 -2 Cadrul
Lemnul prezintă proprietăți foarte bune de absorbție, este relativ ușor, însă fragilitatea lui îl
face eficient doar dacă este folosit pentru piesa centrală a cadrului. Fibra de carbon este cel mai bun
material, având proprietăți mecanice excepționale. Se recomanda utilizarea tuburilor din fibră de
carbon pentru brațele quadcopterului deoarece țesătura are o dispunere în X, lucru ce sporește rezistența
dar și capacitatea de amortizare a vibrațiilor produse de motoare. Singurul dezavantaj a l acestui material

22
high-end îl reprezintă costul ridicat. Din cauza bugetului limitat, optiune ideala a fost o combinație între
brațe din profil de aluminiu de 15mm și pentru partea centrală sticlotextolit .
Figura 3 -3 Montare
Placile din sticlo -textolit (sticlostratitex) sunt realizate prin laminare si au in compozitie
tesatura de sticla impregnata cu r asina fenolica. Materialul este rezistent la temperaturi ridicate (pana
la 155°C) si are excelente calitati mecanice si electrice, fiind un bun izolator electric.
Sticlotextolitul poate fi de asemenea prelucrat mai usor ca alte materiale, iar datorita re zistentei
sale ridicate la temperatura, poate înlocui laminatele rigide pe baza de rasna siliconica.
Quadcopterul din proiect este de tip X, avantajul acestuia față de cel de tip + fiind stabilitatea
și accelerația mai mare, precum și o mai bună vizibilita te deoarece ”fața” nu este obstrucționată de una
din elice.

23

Figura 3 -4 Brat initial și asamblat complet Figura 3 -5 Cadru montat
Figura 3 -6 Asamblare parțială Figura
3-7 Finisare mecanică

3.2 Motoarele
Scopul motoarelor electrice este de a converti energia electrică în energie mecanică sub
forma mișcării de rotație. Aceste sisteme electromecanice sunt caracterizate de anumiți
parametrii care ajută la prezicerea performanțelor motor ului. Viteza în absența sarcinii descrie
viteza motorului când nu este cuplu aplicat, iar viteza de mers în gol descrie momentul de cuplu

24

maxim al motorului când viteza acestuia este de 0 RPM (revolutions per minute). Alți
parametrii de interes sunt cuplul , curentul și tensiunea de alimentare a motorului. Modul de
funcționare al acestor motoare este simplu, cuplul fiind creat de forța de magnetism apărută
între magneți staționari și electromagneți alimentați astfel încât polaritatea dintre cele două
compone nte să fie mereu inversă. Motoarele brushed (cu perii), deși au avantajul unui preț mai
mic, au electromagneții plasați pe rotor și magneții ficși pe stator, de aceea sunt predispusi
supraîncălzirii, dar și uzurii din cauza comutatoarelor. La motoarele bru shless, electromagneții
sunt plasați pe stator și magneții staționari pe rotor. Polaritatea electromagneților este
schimbată de data aceasta de un circuit de control care îmbunătățește precizia motorului.

Figura 3 -8
RPM= KV * V
KV = rota ții/volt, V= tensiunea de alimentare
Factorul Kv este cel mai folosit pentru a descrie capacitățile unui motor. După cum se
observă, la aceeași tensiune este proporțional cu numărul de rotații pe minut (RPM). Tipul de
motor trebuie adaptat tipului de quadcopter dorit. O dronă de mare performanță, acrobatică, va
avea un motor de viteză mare. Pe de altă parte, un quadcopter folosit în zboruri lungi, trebuie
să consume cât mai puțină energie, de aceea motoarele cu Rpm mic sunt de dorit în această
situație .
Motoarele sunt scurgerea principală a energiei bateriei de pe quad copter , prin urmare, obținerea
unei combinații eficiente de elice și motor este foarte importantă. Vit eza motorului este evaluată în KV,
în general un motor K V mai mic v a produce mai mult cuplu și un KV mai mare se va reflecta in crșterea
turației.

Tracțiune totală = Masă totală * 2
Tracțiune motor = Tracțiune totală / 4

25

Datorita raportului pret/calitatea fost ales motorul A2212 1000KV ( Figura 3 -9) care este
un motor cu următoarele specificații:

Model: A2212 10T / 13T
Motor KV (RPM / V): 1000
Eficiență maximă: 80%
Capacitate actuală: 12A / 60S
Curent fără sarcină (A): 0,5A @ 10V
Max. Eficiență Curent: 4 -10A
Valori maxime (W): 150
Rezistența internă (mΩ): 90
Poli: 14
Diametrul axului (mm): 3.17
Baterii LiPO: 2S -3S
Lungime (mm): 27,5
Lățime (mm): 27
Greutate (gm): 64
Figura 3 -9 Motor
Motoarele alese nu sunt cele mai performante, au un raport calitate/preț foarte bun. Pentru
randament maxim se pot folosi motoare Brushless cu rulmenți ceramici.

3.3 Electronic Speed Controller (ESC)

26
Electronic Speed Control (ESC) este un circuit c e îndeplinește două funcții principale.
Prima este de a acționa asemenea unui regulator de tensiune, reducând tensiunea furnizată de
baterie până la valoarea necesară funcționării motoarelor și microcontrollerelor. A doua funcție
este de a converti semnalu l de la flight c ontroller într-un semnal de control pentru motorul
brushless.

Figura 3 -10 Electronic Speed Controller
Spre deosebire de speed controllerele bazate pe rezistori, ESC -urile nu funcționează aplicând
motoarelor fracțiuni din tensiune a de alimentare proporționale cu viteza pe care o dorim, ci aplicând
intreaga tensiune, dar oprind -o si pornind -o extrem de rapid. În cazul celor apărute primele, diferența
de tensiune nefolosită pentru mișcarea motorului ar fi fost irosită, fiind disipată sub formă de căldură.
Variind raportul dintre timpii de „ON” (tensiune maximă) și „OFF” (tensiune de 0V), ESC -ul variază
de fapt tensiunea medie citită de motor. Cu alte cuvinte, la orice moment de timp, tensiunea de control
este ori complet „ON” ori comp let „OFF”. Aceasta face ca acest tip de control să fie, cel puțin teoretic,
100% eficient. În realitate totuși, ESC -urile sunt dispozitive imperfecte, eroarea acestora datorându -se
în principal timpului de comutare al tranzistoarelor folosite în circuit și rezistențelor interne.
BEC (Battery Eliminator Circuit ) este circuitul ce regulează tensiunea furnizată de baterie. Este
extrem de folositor în aplicații de quadcopter, deoarece bateriile suplimentare ar crește greutatea dronei
3.4 Control erul de zbor (Flight Controller)

Controlerul de zbor (FC) este creierul unui quadcopter, cu ajutorul senzorilor de la bord poate
înțelege cum se deplasează acesta. Folosind datele furnizate de acești senzori, FC folosește algoritmi

27
pentru a calcula cât de repede fiecare motor ar trebui să se rotească pentru ca quadcopterul să se
comporte așa cum pilotul comandă prin intermediul intrărilor de tip stick pe TX (Transmițătorul
Radio). Majoritatea cablurilor de pe quadcopter vor fi l ocali zate în jurul FC. Acesta trebuie să aibă
conexiunea RX (receptorul), astfel încât să se poată spune ce vrea pilotul să facă. Odată cu introducerea
BetaFlight OSD (afișare pe ecran), chiar fluxul video de la camera FPV trece prin FC la VTX
(transmițător vid eo).
Un quadcopter tipic vine cu un controler cu 4 canale, acest controler central de zbor trimite
această informație la controlerele electronice de turație (ESC) ale fiecărui motor care, la rândul lor,
dirijează motoarele pentru a crește sau a reduce viteza.
Frecvența de comunicație utiliz ată de majoritatea controlerelor este de 2,4 GHz. Aceasta este,
de asemenea, frecventa tipica folosita pentru conexiunile WiFi.
Controlerul de zbor central, de asemenea, ia informații de la IMU, Gyroscope, module GPS și
senzori de detectare a obstacolelor dacă este pe quadcopter. Efectuează calcule utilizând parametri de
zbor programați și algoritmi, apoi trimite aceste date controlorilor de viteză electronici(ESC).
De fapt, majoritatea co ntrolere lor de zbor cuprind IMU, GPS, Gyroscope și multe alte
caracteristici pentru a controla zborul și stabilitatea quadcopter. În multe cazuri, acestea au dublu IMU
pentru redundanță și alte caracteristici de siguranță, cum ar fi Return -To-Home.
Un exem plu de controler de zbor cent ral ar fi noul Pixhawk PX4 . Are o multitudine de
caracteristici și poate lucra cu o varietate de motoare.

3.5 Microcontrol er Pixhawk PX4

28
Controlerul Pixhawk (FMUv2) a fost lansat din sistemul original "PX4", care constă din
PX4FMU și diferite plăci de tip piggyback, inclusiv PX4IO și PX4IOAR
Figura 3 -11 Pixhawk PX4 PIX 2.4.8
Sistemul de management al zborului PX4FMU include:
 PX4-FMU (unitatea de gestionare a zborului).
 Un microcontroler Cortex M4F p uternic și memorie flash pentru controlul zborului și
comunicațiilor.
 Un soclu pentru memorie SD.
 Giroscoap cu 3 axe pentru determinarea orientării.
 Un accelerometru cu 3 axe pentru determinarea influențelor exterioar e.
 Un compas (magnetometru).
 Un senzor de presiune barometric pentru determinarea altitudinii.
 Conexiune pentru un UBLOX LEA GPS ce poate fi montat extern pentru a determina poziția
absolută.
 Interconexiuni de placă interconectabile pentru adăugarea diferitelor plăci periferice.
 Interfețe de comunicații pentru conexiunile USB, JTAG și Serial.
 Conexiuni pentru intrarea radio PPM -SUM RC și ieșirile servo. \

29
3.5.1 Caracteristici cheie:
Principal sistem -pe-chip: STM32F427
CPU: 180 MHz ARM ® Cortex ® M4 cu FPU cu o singură precizie
RAM: 256 KB SRAM (L1)
Sistemul de protecție împotriva defecțiunilor pe sistem: STM32F100
Procesor: 24 MHz ARM Cortex M3
RAM: 8 KB SRAM
WiFi: ESP8266 extern
GPS: U -Blox ® 7/8 (Hobbyking ® ) / U -Blox 6 ( Robotics 3D)
Flux optic: unitatea de flux PX4
Redundante surse de alimentare și failover automat
Comutator de siguranță extern
Indicator vizual principal LED multicolor
Indicator audio cu piezo, cu mai multe tensiuni
Card microSD pentru înregistrări rapide pe perioade lungi de timp .

30
3.5.2 Senzori
 ST Micro Micro L3GD20H giroscop cu 16 biți
 ST Micro Micro LSM303D Accelerometru / magnetometru cu 14 biți
 Inversense MPU 6000 accelerometru / giroscop cu 3 axe
 MEAS MS5611 barometru
3.5.3 Interfețe
 5x UART (porturi seriale), un capabil de mare putere, 2x cu control al fluxului
HW
 2x CAN (unul cu transmițător intern 3.3V, unul cu conector de extensie)
 Spektrum DSM / DSM2 / DSM -X® Intrare compatibilă prin satelit
 Futaba S.BUS® de intrare și ieșire compatibile
 Intrare semnal sumă PPM
 RSSI (PWM sau tensiune) de intrare
 I2C
 SPI
 3.3 și 6.6V intrări ADC
 Port microUSB intern și extensie port microUSB extern
3.5.4 Specificatii tehnice:
 Placa se integrează PX4FMU + PX4IO
 Pixhawk este dotat cu o nouă tehnologie a cipurilor și senzorilor cu 32 de biți
 Procesor:32 biți 2M memorie flash ST M32F427 Cortex M4 cu unitate de
procesare cu puncte în virgulă mobile
 Frecvența principală: 256K, 168MHZ RAM
 32 biți STM32F103 coprocesor de rezervă

31
3.5.5 Senzor:
 L3GD20 Giroscop cu 16 biți digitale pe 16 biți
 LSM303D accelerometru / magnetometru pe 14 biți pe 14 biți
 MPU6000 accelerometru / magnetometru cu 6 axe
 MS5611 barometru de înaltă precizie
3.5.6 Interfață:
 5 * UART, 1 * compatibil de înaltă tensiune, 2 * de
control al fluxului hardware
 DSM / DSM2 / DSM -X intrări compatibile cu
receptorul prin satelit
 Futaba SBUS intrare și ieșire
 Intrare semnal PPM
 RSSI (PWM sau tensiune) de intrare
 3,3 și 6,6 VADC
 Interfață USB externă MICRO
3.5.7 Conectivitate
 1x I2C
 1x CAN (2x opțional)
 1x ADC
 4x UART (2x cu control al debitului)
 1x Consola
 8x PWM cu suprasarcină manuală
 6x intrare PWM / GPIO / PWM
 Intrare S.BUS / PPM / spectru
 SIBUS de ieșire
3.5.8 Specificații processor
 32bit STM32F427 Miez Cortex -M4F cu FPU
 168 MHz
 256 KB RAM
3.6 Accelerometru/gyroscop IMU 6000

32
MPU -6000 încorporează InvenSense lui MotionFusion ™ și run -time firmware -ul de calibrare
care permite producătorilor să elimine selecția costisitor și complex,
calificarea, și integr area la nivel de sistem de dispozitive discrete în
produse -mișcare activat, și garantează că algoritmi senzor de fuziune
și procedurile de calibrare livra performanțe optime pentru
consumatori.
Familia MPU -6000/MPU -6050 ™ de piese sunt
primele și singurele dispozitive din lume 6 -axe
MotionTracking concepute pentru putere mici, low –
cost, precum și cerințele de înaltă performanță de
smartphone -uri, tablete și senzori de ușor de purtat .
Figura 3 -12 Gyroscop IMU 6000
Cele MPU -6000/6050 Dispozitivele combină un giroscop pe 3 axe și un accelerometru cu 3
axe pe aceeași siliciu mor împreună cu un bord digital Motion Procesor ™ (DMP ™) capabil de
prelucrare complexe 9 -axa algoritmi MotionFusion. Integrate algoritmi MotionF usion 9 -axa părțile
"acces magnetometre externe sau a altor senzori prin intermediul unui maestru auxiliar I ² C autobuz,
care permite dispozitivelor să se adune un set complet de date de senzori fără intervenție de la procesorul
sistemului. Dispozitivele sunt oferite în același 4x4x0.9 amprenta mm QFN și pinout ca actualul MPU –
3000 ™ familie de integrate giroscoape 3 -axe, oferind o cale simplă de upgrade și făcându -l ușor pentru
a se potrivi pe spațiu placi limitate.
Familia -MPU 6000 este alcătuită di n două părți cu caracteristici rezumate în tabelul de mai jos.
Pentru a economisi spațiu, dimensiunea pachetului de dispozitive a fost condus până la o amprenta la
sol de 4x4x0.9mm (QFN). Funcțiile suplimentare includ un senzor de temperatură încorporat și un
oscilator on -chip cu ± variație de 1% față de intervalul de temperatură de funcționare.
Interfață mișcare devine rapid o funcție cheie în mai multe dispozitive electronice de larg
consum, inclusiv smartphone -uri, tablete, console de jocuri, și smart -TV, deoarece oferă un mod intuitiv
pentru consumatori de a interacționa cu dispozitivele electronice de urmărire mișcare în spațiu liber și
livrarea acestor mișcări ca intrare comenzi.
Platforma InvenSense MotionApps ™, care vine cu rezumate complexitatea pe bază de
mișcare -MPU 6050, offloads management senzor de sistemul de operare și oferă un set structurat de
API-uri pentru dezvoltarea de aplicații.
De urmărire de precizie de mișcări atât de rapide și lente, părțile dispun de un giroscop
programabil de u tilizator gama de ± 250 pe scară largă, ± 500, ± 1000, și ± 2,000 ° / sec (DPS) și un
accelerometru programabil de utilizator pe scară largă Gama de ± 2g, 4g ±, ± 8g, și ± 16g.

3.7 Magnetometru LSM303D

33
LSM303D este un sistem tip pachet care include un
senzor de accelerație digital 3D și un senzor magnetic digital.

LSM303D are scale de accelerare liniară completă
de ± 2g / ± 4g / ± 6g / ± 8g / ± 16g și magnetic ă de ± 2 / ± 4 / ± 8 / ± 12 gauss.

Figura 3 -13 LSM303D
LSM303D in clude o magistrală de seri e I2C interfață care acceptă modul standard și rapid (100
kHz și 400 kHz) și standardul serial SPI interfață.
Sistemul poate fi configurat pentru a genera un semnal de întrerupere pentru cădere liberă,
detectare a mișcării și detectarea câmpului magnetic. Pragurile generatoar de întrerupere sunt
programabile de catre utilizator.
Blocurile magnetice și accelerometrul pot fi activat e sau pus e în modul de pornire separat.

LSM303D este disponibil într -o capsula de plastic (LGA) și este garantată funcțion area pe un
interval de temperatură extins de la -40 ° C la +85 ° C.
3.7.1 Aplicații
 Busole compacte cu înclinare
 Orientarea display
 Detectarea poziției
 Funcții activate de mișcare
 Detectarea caderii libere
 Pedometre
 Economie inteligentă de energie pentru dispozitive portabile
 Gaming și dispozitive de realitate virtuală
 Identificarea impactului
 Monitorizarea vibrațiilor și compensarea

34
3.8 Modul GPS
Seria NEO -6 este o familie de stand -alone
receptoare GPS. Aceste receptoare flexibile și eficiente
oferă numeroase opțiun i de conectivitate într -o
miniaturală carcasa de 16 x 12,2 x 2,4 mm . Arhitectura
lor compactă și de putere conferă opțiuni de a face din
modulul NEO -6 modulul ideal pentru dispozitive

Figura 3 -14 u-blox GPS
Motorul de poziționareal U -blox-6 folosește 5 0-canale și are un Time -To-First-Fix (TTFF) de
sub o secundă. Are motor dedicat de achiziție, cu 2 milioane de corelări pe secundă, este capabil de
căutări paralele în spațiu -timp-frecvență multiple, permițându -i să găsească sateliți instantaneu.
Designul și tehnologia inovatoare suprimă sursele de bruiajele și atenuează efectele pe căi multiple,
oferind receptoarelor NEO -6 GPS performanțe excelente de navigare, chiar și în cele mai dificile medii.

35

3.9 Modul telemetrie 3DR 433Mhz
Acest set de telemetrie radio permite să se lege de un
controlor de zbor, cum ar fi APM sau Multiwii AIO prin
intermediul unui dispozitiv echipat cu un port USB, cum ar fi
un calculator, laptop sau tabletă dotată cu o conexiune USB
(OTG). Acesta permite nu numai să se vizualizeze datele
în timp real, cum ar fi poziția GPS în direct suprapusă pe
o hartă (în cazul în care controlorul de zbor are opțiunea
GPS) pentru tensiunea sistemului, poziția, punct de
referință navagatie, orizont artificial, chiar și mult mai mult,
folosind software open source bazate pe
Figura 3 -15 telemetrie 3DR 433Mhz
MAVlink e ideal pt o stație de la sol (exemplu ArduCopter). Exista si posibilitatea să se zboare chiar și
aeronave cu un joystick prin intermediul computerului și setările de actualizare live! Sau poate fi folosit
in orice proiecte DIY, care are nevoie de o interfață serială wireless.

Acest kit oferă un preț scăzut mare, interval mai lung (aproximativ o mila cu antene furnizate) și
performanțe superioare. Sistemul utilizează b anda de 433Mhz și furnizează un link full -duplex, folosind
modulele HopeRF de la HM -TRP.

Firmware -ul include un bootloader care permite upgrade -uri firmware de radio prin interfața
serială, și configurarea parametrilor sistemului. Upgrade -uri de firmware și de configurare sunt pe
deplin susținute în Planner Mission APM. Configurarea este, de asemenea, posibilă prin intermediul
configuratorului 3DR Radio și comenzi AT.
Interfață pentru modulul este standard de -5V tolerant TTL serial / FT232 serial USB.

36
3.10 Acumulatorul
Există numeroase tipuri de acumulatori, însă doar unul
singur dintre ele face față provocărilor impuse de astfel de
drone: LiPo (Lythium Polymer). Deoarece LiPo au cel
mai bun raport W/g (Watt/gram) și pot debita
curent de pâna la 50 ori mai mare decât cel
de incarcare. Acumulatorii LiPo sunt
formați, de obicei, din celule de 3.7V
conectate în serie producând o tensiune mai
mare, însă curentul debitat este constant.
Figura 3 -16 Acumulatoa re
folosite în acest proiect
Când se alege un acumulator, trebuie luate în considerare mai multe aspecte: tensiunea
nominală, rata de descărcare, capacitatea acumulatorului ( Figura 8 ). E de dorit să se găsească varianta
cu cea mai redusă masă. Zippy Compact sunt o alegere bună în acest sens: oferă aceleași performanțe
ca și variantele standard, iar greutatea este mai mică. Tensiunea nominală se calculează în funcție de
numărul de celule legate în serie din acumulator. Această valoare este de multe ori inscripționată și pe
eticheta produsului, în cazul în care sunt menționate doar numărul de celule legate în serie (NS) și în
paralel.
Putem folosi formula de mai jos pentru a obține tensiunea de la bornele acumulatorului:
Uacumulator (V)= NS * 3.7V
NS est e inscripționat pe etichetă astfel: 2S, 3S,4S etc. În cazul în care avem de -a face cu o notație de
formă 2S2P înseamnă că celulele sunt legate în serie 2 câte 2, iar grupările astfel formate sunt dispuse
în paralel. Astfel se obține un acumulator ce poate oferi un curent maxim mai mare decât un acumulator
2S1P cu aceleași specificații.
Exemplu : LiPo 1 cu specificațiile 2S1P 5000mAh 20 C va suporta un curent maxim de 100A. LiPo 2
cu specificațiile 2S2P 5000mAh 20 C va suporta un curent maxim de 200A.

Să det aliez cum au fost calculate valorile curenților în exemplul precedent, dar mai întâi trebuie
să menționez ce este rata de descărcare. Apare pe eticheta acumulatorilor ca o valoare numerică urmată
de litera C (pentru acumulatorul din Figura 8 rata de descăr care este 25C). Este unul dintre cei doi
indicatori ai valorii curentului maxim ce poate fi "tras" din acumulator. Celălalt indicator îl reprezintă
capacitatea LiPo -ului. O puteți identifica ușor deoarece este valoarea notată cu fontul cel mai mare,
tocmai pentru a fi ușor lizibilă. Pe unele etichete vine împreună cu unitatea de măsură și anume mAh

37
(miliAmperi/oră). Capacitatea mai face referință și la durata de funcționare în standarde nominale a
acumulatorului între două încărcări succesive (dacă avem un LiPo de 5000mAh și îl folosim să
alimentăm un circuit care trage 500mA, atunci ne putem aștepta la aproximativ 10 ore de funcționare
continuă a ansamblului). Curentul maxim pe care îl poate debita un acumulator LiPo poate fi calculat
folosind formula:

Curent Maxim = Capacitate * Rată Descărcare

De exemplu, pentru acumulatorul din Figura 3 -16 care este de 5000 mAh și 25C curentul maxim
constant este:

lmax= 5800 mAh * 25C = 125 A

Acumulatorul se alege în funcție de necesitățile motoarelor. Astfel, pentru motoarele alese de
mine (care am stabilit că pot "trage" și curenți de 23A) am avea nevoie de un Lipo care să reziste la

ILIPO = lmotor – peak*Nr Motoare = 23*6 = 138 A

Cum I max este 138A avem certitudinea că acumulatorul va face față chiar și atunci când
motoarele sunt rulate la maxim.

3.11 ÎNCARCATORUL DE ACUMULATOARE

38
Special conceput pentru sistemul de încărcare
inteligent, acest încărcător mic are o capacitate dublă de
alimentare a majorității încărcătoarelor litere.
Dispunând de un ecran LCD de 2, 4 "cu ecran de
auto-luminozitate și un unghi vizibil de 178 °,
ecranul este încă vizibil chiar și sub lumina
puternică a soarelui.

Figura 3 -17 iSDT Q6 Lite
iSDT a redus mărimea încărcătorului Q6 cu 50% și a introdus un nou design rotund care se
potrivește cu ușurință în buzunar sau geantă. Dispunând de un sistem de răcire extrem de eficient, o
construcție internă optimizată și o tehnologie digitală de alimentare cu energie, acest încărcător este
perfect pentru toate necesitățile de încărcare.
Încărcătorul Q6 Lite se învârte în câteva secunde. Dispunând de o acuratețe crescută, o viteză
sporită de 20 de ori și un control al închiderii metalice cu o singură cheie pentru a crea o experiență de
încărcare mai raționalizată.
Caracteristici:
• ARM Cortex -M4
• 20x viteză îmbunătățită
• Afișaj IPS de 2,4 "cu auto -luminozitate
• Ventilatorul cu rulment de mare viteză crește creșterea răcirii cu 300%
• Procesor ARM cu viteză mare de 32 biți
• Actualizați firmware -ul utilizând calculatorul personal.

39
3.12 Transmițătorul și Receptorul RC

Pentru acest proiect s -a optat la alegerea
modulului FrSky R9M Transmitter, acesta oferă
o soluție simplă și necostisitoare pentru acele
pliante care doresc să -și păstreze investițiile în
transmițător lor 900 MHz existente, în timp ce
se de beneficii semnificative și avantajele fără
interferențe operare de 2,4 GHz.

Figura 3 -18 FrSky R9M Transmitter
Sistemul de control radio R9M este primul sistem cu rază lungă de acțiune FrSky care
funcționează la frecvența de 900MHz. Modulul R9M oferă 4 ieșiri de putere RF comutate astfel încât
să puteți alege puterea corespunzătoare pentru diferite situații de zbor . În comparație cu un alt receptor
FrSky de 2,4 GHz, precum receptorul L9R, receptorul R9 are o durată de funcționare mai mare de până
la 10 km și mai mult. Mai mult decât atât, R9 este, de asemenea, un receptor de redundanță care se
poate conecta la un al t receptor pentru a asigura securitatea aeronavei dumneavoastră.
Specificație:
Modul transmițător R9M 2019 900MHz
Tensiune Vin: 6.5V -13V
Alimentare externă: 6.5V ~ 13V
Interfața de telemetrie: port inteligent
Interfață de upgrade: port intelligent
Modulări: PXX sau CPPM (detectată automat)
Frecvența de operare RF: 915MHz
Compatibilitate: Receptoare din seria R9

40
3.13 FrSky X8R 2.4G 16CH
Receptorul X8R comunică cu un modul X8 prin
spectrul 2.4ghz, ofer ind o performanță fără
precedent și o fiabilitate fără glitch, care nu a fost
observată niciodată în sistemele bazate pe R / C FM
/ AM. .

Figura 3 -19 FrSky X8R 2.4G 16CH
Specificație:
Receptor de telemetrie FrSky X8R
Dimensiune: 46,5 x 27 x 14,4 mm (1,83 "x 1,06" x .56 ")
Greutate: 16,8 g (.59 oz)
Tensiune de operare: 4V -10.0V
Curent de operare: 100mA @ 5V
Gama de operare:> 1,5km (Full Range)
Ieșire RSSI: ieșire analogică de tensiune (0 ~ 3.3V)
Firmware Upgradeable (Aveți firmware -ul SUA)
Numărul can alelor: 16CH (1 ~ 8c de la ieșirile canalelor convenționale, 1 ~ 16ch de la portul SBUS sau
combinați două X8R pentru a deveni un receptor cu 16 canale)

41
3.14 FrSky 2.4GHz ACCST TARANIS

Cel mai important aspect pentru
orice transmițăto r este menținerea unei
conexiuni solide cu receptorul. FrSky este
bine cunoscut pentru tehnologia ACCST
care folosește frecvența, profitând de
întreaga bandă de 2,4 GHz.

Figura 3 -20 FrSky TARANIS

FrSky a reușit să introducă un transmițător la un preț de intrare care depășește multe dintre cele
mai bune sisteme de marcă de pe piață. S -ar putea să vă faceți griji căci calitatea a fost redusă pentru a
menține prețurile în jos. Compromisul de calitate din motive de preț nu este pentru modul FrSky.
Specificație:
Taranis X9D Plus
Număr de canale: Până la 16 canale
Tensiune de operare: 6 ~ 15V (2S, 3S Lipos sunt acceptabile)
Curent de funcționare: maxim 260mA (modulul RF și iluminatul din spate sunt activ ate)
Temperatura de funcționare: -10 ~ 60 ℃
Ecran LCD de iluminare din spate: 212 * 64, 2 combinații de culori pentru selectare
Model Memories: 60 (poate fi extins prin card SD)
Compatibilitate: Receptoare seria FrSky X, seria D și seria V8 -II (plus alte r eceptoare dacă se
utilizează un modul extern)
Versiunea Taranis X9D Plus -EU este compatibilă numai cu versiunea UE a receptorului din
seria X.

42

4 ASAMBLAREA
Asamblarea este partea cea mai distractivă și facilă (sau dificilă) a un ui astfel de proiect. Este
bine a se porni de la o schiță bine conturată pentru a evita situațiile ambigue ce pot apărea pe parcurs.
Pentru acest quadcopter seporneste de la o configurație X, deci o dispunere radială a brațelor în jurul
unui punct fix ce v a reprezenta centrul de greutate al dronei. În acest sens am pregătit cele 4 brațe astfel:
am dat găuri la unul din capete pentru fixarea brațelor de piesa centrală din sticlotextolit și pentru
introducerea în interiorul bării de aluminiu a firelor lor de comandă.

Figura 4 -1 Ansamblu

Figura 4 -2 Ansamblu ESC -Braț cu fire

43

Figura 4 -3 Atașarea brațelor in functie de culori

Ulterior am montat suportul motor pe brat
folosind șuruburi cu cap imbus. Opțional se poate
monta un tren de aterizare. Anterior au fost
colorate brațele quadcopterului pentru a marca
direcția arbitrară de zbor în negru -fata, rosu -spate

Figura 4 -4 Surub M3 inox cu cap IMBUS

44
5 PROGRAMAREA ESC -URIL OR
5.1 CALIBRAREA ESC -urilor
Un ESC cu un nou firmware nu știe care
sunt valorile maxime și minime ale throttle -ului
pentru care să comande motorului turație
maximă, respectiv minimă. Din această cauză
calibrarea este crucială. Se conecteaza temporar
un motor la ESC -ul dorit să fie calibrat.
Presupunâ nd că au fost introduse emițătorul din
modulul FrSky în telecomandă, se pornește și se
setează manșa de throttle la maxim (FOARTE
IMPORTANT!).
Figura 5 -1 ESC
Se conectează pinul de comandă al ESC -ului pe canalul 3 al receiver -ului FrSky și apoi se
alimentează ESC -ul direct din acumulator. În acest moment se aude un sunet caracteristic format din 3
tonuri, fiecare mai înalt decât precedentul. Uneori, dacă pulsul semnalului este sub 1030µs, un al
patrulea ton este generat. Se pune throttle la minim, m oment în care se aude din nou un sunet
caracteristic, de această dată format din tonuri de aceeași înălțime. În acest moment se poate acționa
manșa throttle, iar motorul ar trebui să se rotească cu o viteză corespunzătoare.

În cazul în care motorul nu emi te primul set de sunete atunci când este alimentat ESC -ul,
înseamnă că nu a fost programat corect sau este conectat greșit la receiver.

45

5.2 MONTAREA ESC -urilor
Această etapă necesită maximum de atenție deoarece ordinea în care sunt conectate fazele
motorului pe ESC îi determină sensul de rotație. Fazele (A, B, C) sunt etichetate pe firele motoarelor.

Figura 5 -1 Montarea ESC -urilor
Dispunerea lor ar trebu i să fie una concentrică, astfel: se taie doi conductori de culori diferite
(pentru plus și minus, roșu și negru) de dimensiunea diametrului exterior al plăcii din sticlotextolit. Se
conectează plusul și minusul fiecărui ESC. Dispunerea firele de -a lungul razei piesei centrale din
sticlotextolit (pe dedesubtul piesei de jos, adică firele să fie expuse în exterior ). La unul din capetele
conductorilor se conectează alimentarea primului ESC. Apoi, se conectează restul driver -elor, pe rând,
astfel: ESC -ul în d reptul brațului corespunzător, se dezizolează conductorii dispuși circular (cei lungi)
în dreptul firelor de alimentare de la ESC (trebuie expus celpuțin 1 cm de fir, deci se taie de jur împrejur
cu grijă), se inserează o bucată de 2 cm de tub termocontrac tibil pe fiecare dintre firele lungi (plus și
minus) pentru a putea izola ulterior lipitura, cu ajutorul unei pensete se face o gaură în lițele
expuse, în care se introduce capătul firului de
alimentare corespunzător al ESC -ului. Se face
lipitura și se aco peră, ulterior, cu tubul
termocontractant sau cu bandă izolatoare. Se
securizez ESC -ul și firele conectate cu colier de
plastic.

Figura 5 -2 Fixarea ESC pe braț

46

6 DESCRIERE SOFTWARE
6.1 PROGRAMAREA Controlerului de Zbor (Flight Controller)
Se conectează FC -ul (Flight Controller) la calculator folosind un cablu micro USB – USB.
Se descarcă software -ul Mission Planner.
Mission Planner este un software open -source care, în ultimii ani, a prins o mare popularitate
în rândul amatorilor de mu lticoptere, oferind o concurență semnificativă software -urilor consacrate în
domeniu. Pentru a urca software -ul pe controler, aveți nevoie de o versiune de un flight controller
Pixhawk 2.4.8. Se lanseaza Mission Planner si se selectează INITIAL SETUP / Ins tall Firmware /
Arducopter V3.6.9.

Figura 6 -1 Fereastră de configurare frame
În cazul în care este folosit GPS -ul se conectează la mufa GPS. Modulele adiționale precum
OSD (On Screen Display) și Telemetrie se pot conecta la mufa RF Telemetry.

REAMINTESC: Pentru orice modul
la care comunicația cu FC -ul se realizează
prin interfață serială (Rx/Tx) cum sunt GPS –
uI, OSD -ul și Telemetria, pinii RX și TX ai
modulului se conectează la TX -ul, respectiv
RX-ul FC -ului. VCC și GND sunt comune
pentru toat e modulele.
Figura 6 -2 Conectori Pixhawk 2.4.8
Notă: Valoarea implicită a APM -ului este la o rată de transfer de 57600 baud pe portul său de telemetrie.

47

Figura 6 -3 Mission Planer
1- Viteza aerului (Viteza relativa la sol
dacă nu este instalat un senzor de aer)

2- Crosstrack error and turn rate (T)

3- Direcția de zbor

4- Unghiul de inclinare

5- Calitatea conecțiunii telemetriei radio (% pachete pierdute)

6- Timpul GPS

7- Altitudinea ( bara albastră este rata ascensională)

8- Viteza aerului

9- Viteza față de sol

10- Statutul bateriei

11- Zona mesaje

12- Orizontul artificial

48

13- Starea GPS

14- Puncte misiune (curent / total)

15- Modul de zbor

Pentru a putea vizualiza în timp real parametrii controlerului și pentru a face reglajele necesare
unui zbor cât mai echilibrat este nevoie de o interfață grafică corespunzătoare. Aceasta se numește
Mission Planner și vine cu un mediu foarte simplist și in tuitiv de programare.

Figura 6 -4 FC neconectat

49
Din meniul " Inițial Setup -> Mandatory Hardware " se fac setările inițiale. Pentru cadru
(frame) se alege configurația "X".
Figura 6 -5 Wizzard de configurare

50
6.2 CALIBRAREA ACCELEROMETRULUI
Pentru calibrarea accelerometrului este nevoie ca quadcopterul să fie așezat în diferite poziții pe
fiecare axă (level, left side, right side, nose down, nose up, back side). Foarte important este ca pozițiile
quadcopterului să fie perpen diculare pe toate axele astfel ca valorile citite de accelerometru să fie cât mai
precise.

Figura 6 -6
Calibrare
accelerometru

51
6.3 CALIBRAREA MAGNETOMETRULUI
Magnetometrul este influențat de liniile de câmp magnetic terestru. Aceste erori pot fi minimizate
prin introducerea unei declinații care se poate calcula cu ajutorul: magnetic -declination
Valoarea obținută se trece în câmpul "Declination" și apoi se apasă butonul "Live Calibration". În
acest moment trebuie să rotesc continuu quadcopterul pe cele 3 axe în ambele sensuri trigonometric și orar
.

Figura 6 -9 Calibrare
magnetometru
Giroscopul nu are nevoie de ajustări deoarece el se auto -calibrează la fiecare reset.

52

6.4 CALIBRAREA RADIOCOMENZII
Calibrarea radiocomenzii decurge rapid dacă totul a fost făcut corect până acum. Toate versiunile
mai recente de 2.9 au un standard prestabilit de comunicare între controler și receptorul radiocomenzii
denumit PPM (toate canalele din telecoma ndă ies pe același pin). Marea majoritate a receptoarelor de pe
piață, însă, au standard PWM (fiecare canal din telecomandă are propriul pin de ieșire pe PCB). Dacă în
meniul "Radio Calibration" nu este afișat niciun semnal înseamnă că receptorul comunică PWM, iar placa
este setată pe PPM. Pentru a rezolva această problemă trebuie să se modifice codul sursă al programului de
pe FC.
Cea mai comună ordine a canalelor este ROLL, PITCH, THROTTLE, YAW, MODE, AUX2,
CAMPITCH, CAM ROLL.
Foarte important este ca și în meniul stației ordinea să fie aceeași (în general A.E.T.R )
(Ailerons. Elevator. Throttle. Rudder)

Figura 6 -10 Calibrarea stației radio

53

6.5 MODURILE DE ZBOR

Figura 6 -11 Modurile de
zbor
Din meniul
"Flight Modes" se
pot selecta
în timp
real și sunt programe prestabilite ce vin în
ajutorul pilotului. În general, modurile
de zbor se aleg cu ajutorul canalului 5 al telecomenzii. În modul "Stabilize" pilotul are controlul total. În
general, se folosește la setarea PID -urilor și în zborurile incipiente pentru acomodarea cu comenzile dronei.
Control total înseamnă că dacă pilotul setează o comandă, drona va interpreta semnalul fără a mai face
modificări indiferent de altitudinea de zbor. Este recomandat a fi folosit acest mod doar dacă pilotul are o
experiență solidă în calibrarea și pilotarea dronelor.
Modul " Alt Hold " permite pilotului controlul total pe PITCH , ROLL, YAW și însă altitudinea
rămâne constantă indiferent de poziția manșei THROTTLE . Menținerea altitudinii se face cu ajutorul
barom etrului, astfel că dacă în zona în care este pilotată drona presiunea atmosferică variază brusc,
quadcopterul va urca sau va coborî în funcție de aceasta. Se menționează că altitudinea nu variază
"indiferent" de poziția manșei THROTTLE . Această afirmație e ste adevărată pentru valori THROTTLE
cuprinse între 40% – 60%. Dacă acestea sunt mai mici de 40%, respectiv mai mari de 60%, drona va coborî
sau va urca cu o viteză de aproximativ 2.5m/s. Acest mod oferă siguranță în cazul unei schimbări
accidentale a pozi ției manșei de throttle.

54
Modul " LOITER " este un mod " ALT HOLD " în care toate comenzile sunt blocate,
quadcopterul fiind "lipit" pe cer. Spre deosebire de celelalte moduri, acesta folosește și GPS -ul pentru a
menține o poziție cât mai exactă. Parametrii pot fi modificați de către pilot însă într -o măsură minimalistă,
doar pentru a corecta unele imperfecțiuni de poziție și de altitudine.

Modul " RTL : Return to launch" oferă posibilitatea ca quadcopterul să se întoarcă la punctul de
lansare independent de comenzile pilotului. Acest mod este dependent de GPS . înainte de a zbura, este
recomandat ca LED -ul de la GPS este aprins. Modul RTL este foarte fol ositor în cazul în care pilotul nu
își mai poate da seama în ce poziție se află drona sau, din diferite motive, acesta nu mai are control asupra
ei.

Trebuie, însă, foarte prudenți deoarece, în acest mod, drona va urca la o altitudine prestabilită, iar
apoi va veni în linie dreaptă spre poziția de început. Astfel, în cazul în care în drumul ei se vor afla obstacole,
aceasta nu le va putea ocoli, coliziunile fiind iminente. De aceea este foarte important ca înainte de a activa
acest mod pilotul să se asigure ca intre el și dronă nu se află niciun obiect ce ar putea obstrucționa traiectoria
dronei.

55

6.6 SETAREA regulatoarelor de tip proporțional integrator derivative

Figura 6 -12 Fereastră setări PID
Pentru o reglare mai eficientă a PID -urilor se poate selecta din meniul COPTER PIDS funcția
canalului 6 ca fiind cea de setare a PID -urilor. Astfel, în timp ce copterul zboară în mod "Stabilize",

56
utilizând canalul 6 (care trebuie să fie pus pe unul din cel e 3 potențiometre ale stației), se poate regla în
timp real valoarea PID -ului pe una din direcții. După ce se obține un PID optim, se aterizează și se
selectează alt parametru de setat și se zboara din nou în care se reglează PID -ul aferent. în figura de m ai jos
sunt ilustrate valorile mele ale PID -urilor.

6.7 ARMAREA MOTOARELOR Șl PREGĂTIREA PENTRU ZBOR

57
Pentru a evita unele accidente datorate unei valori accidentale ale THROTTLE -ului, softul este
prevăzut cu o secvență de siguranță. Acesta constă în mutarea manșei de YAW (Rudder) la maxim, iar cea
de THROTTLE la minim pentru aproximativ 4 – 5 secunde.

Figura 6 -13 Poziția manșelor pentru a arma copterul
Dacă nu sunt executați întocmai acești pași, FC -ul nu va porni motoarele. Odată ce controlerul vede
această secvență de semnale, va considera că este pregătit de zbor și va arma motoarele. Problema este că
semnalele nu ajung mereu la controler, iar armarea nu se poate face decât în acest mod.
Principalele motive pentru care controlerul nu armează motoarele:
 Canalele nu sunt puse în ordinea corectă (Ailerons. Elevator. Throttle. Rudder).
 Valoarea maximă a YAW -ului nu este mai mare de 1600 – 1700. Din unele motive e posibil ca
atunci când a fost calibrată stația, valoarea maximă citită pentru YAW să fie mai mică de 1900 –
2000. Această problemă se rezolvă prin recalibrarea stației sau modificarea limitei superioare
pentru canalul de YAW (EPA – End Point Adjusment) din meniul stației l a o valoare cuprinsă în
intervalul 1900 – 2000.

 Valoarea THROTTLE este mai mare de 1000 – 1100. Pentru ESC -urile modificate cu soft
SimonK, valoarea minimă de armare este aproximativ 1050. Această problemă se rezolvă prin

58
recalibrarea stației sau modifica rea limitei inferioare pentru canalul de THROTTLE (EPA – End
Point Adjusment) din meniul stației.
 ESC -uri necalibrate corect. Punctele de MIN și MAX nu sunt identice la toate cele 6 ESC -uri.
 Accelerometrul nu este calibrat.
 Magnetometrul nu este calibrat.
 Este în alt mod decât "Stabilize", iar GPS -ul nu este fixat.

În cazul în care, după ce au fost verificate toate punctele de mai sus controlerul nu se armează
motoarele, FC -ul se resetează din terminal, după care se șterge firmware -ul. Pentru aceasta se conectează
placa la PC, se lansează MissionPlanner și se conecte ază la terminal. Din meniul SETUP se tastează
comanda RESET .

59

7 DOMENIILE DE UTILIZA RE QUAD
7.1 Agricultură

Supravegherea aeriană de rutină a terenurilor agricole vă poate oferi o analiză detaliată a
performanțelor culturilor.În plus, dronele pot efectua această evaluare cu cheltuieli mici fără a afecta mediul
sau domeniile. Astfel are ca rezultat o creștere a productiei, ci și va crește randamentul acestora culturilor
Dronele sunt utilizați pentru a pulveriza pesticidele, pentru a sperie păsă rile care mănâncă culturi
și pentru a efectua alte activități. Aproximativ zece zile de muncă obișnuită se efectuează în aproximativ
două zile din cauza acestor quadcoptere. Ideea sa răspândit pe tot globul și a fost folosită în multe elemente
ale agricult urii.
Un astfel de proiect vine de la business -ul Vine Rangers din California , care testează folosirea
UAV -urilor cu ajutorul camerelor cu infraroșu pentru a găsi ceea ce cu ochiul liber nu poate vedea în
procesul de vinificație. Cu o combinație de software aceștia verifică bolile, apoi analizează gradul, stresul,
respirația frunzelor, randamentul etc., pentru a îmbunătăți vinul și strugurii.

60

7.2 Fotografie aerienă
Fotografia aeriană este în realitate printre utilizările primare ale
dronilor.
Datorită tehnologiei îmbunătățite, mai mult de 40%
din drone sunt echipate pentru a ține camera foto.
Dronele, în zilele noastre, sunt precise și pot obține
imagini clare cu posibilitatea să gestionați ceea ce captează camera video
și vedea direct pe telefon și obțineținerea de înregistrari video de înaltă definiție.
7.3 Comerciale, industriale și construcții
Unii oameni cred, mai devreme sau mai târziu, că dronele vor
lucra alături de noi pentru a pune bazele unei clădiri și a efectua
lucrări similare în domen iul construcțiilor civile și industriale.
Dronele și, în special, quad -urile își găsesc drumul în
industria construcțiilor în multe feluri.
Principalele 5 includ:
 Inspecțiile.
 Monitorizarea angajatilor.
 Afișați clienților un aspect aerian al progresului construcției.

61
 Topografie.
 Securitate.
Monitorizarea frecventă ar putea aduce progrese semnificative în infrastructura de construcție, ceea
ce ar duce la performanțe îmbunătățite. În plus, în cazul în care aeronavele sunt destul de mici, acestea se
pot apro pia si capta imagini care vă pot oferi o idee mai aprofundată a construcției.
Câteva companii folosesc vehicule aeriene fără pilot pentru a înregistra punctele de vedere ale
șantierului de construcție și pentru a le folosi în modelele tridimensionale efect uate de arhitect. Nu este doar
un excelent instrument de construcție, dar și un instrument util de marketing în timp ce încearcă să abordeze
sau să vândă un proiect.

7.4 Drone Racing & Sports
Este o altă utilizare populară a dronelor care își găsește
drumul în viața noastra. Mai mulți utilizatori încep să intre în
această activitate și să o urmeze ca un hobby.
Este ca o cursă aseman ătoare jocurilor video,
cu excepția faptului că întâlniți scenarii reale la manșa
unui quadcopter.
7.5 Livrarea și transportul aeria n
Una dintre multele utilizări inovatoare ale dronelor, care a
prins foarte repede interesul media, a fost alimentarea și livrarea
de produse. Companiile mari, cum ar fi DHL, Amazon,
Dominos și FedEx , testează cu ajutorul transportul
local al articolelor cu ajutorul acestora.
Nu numai că vom obține livrări de produse
super -rapid, dar puteți obține produsul livrat oriunde v –
ați afla acum.

62
Un mare obstacol este limitarea FAA în ceea ce privește utilizarea comercială a dronelor. Acestea
nu sunt permise în a cest moment fără acordul expres al FAA.
Firmele de distribuție și comercianții cu amănuntul se confruntă încă cu numeroase provocări
pentru a avea această tehnologie posibilă, însă este vorba doar de timp pentru rezolvarea acestor probleme.
În planurile Amazon Prime Air peste câțiva ani acestia intenționează să utilizeze mașinile de
comandă pentru a trimite comenzile clienților,exemplu: un set de adidași ajung cu o jumătate de oră mai
puțin.
Aceste drone sunt construite cu senzori care le permit să evite obstacolele de -a lungul căii, să
aterizeze în apropierea unei case sau a oricărui alt loc și să se întoarcă la postul de comandă.

7.6 Combaterea incendiilor

Știm deja că elicopterele sunt folosite pentru lupta împotriva incendiilor, dar în curând dronele ar
putea schimba acest lucru. Aeronavele se dezvoltă pentru a ajuta la lupta împotriva incendiilor.
Vestea bună despre acest lucru este compararea cu elicopt erele care sunt periculoase pentru
operator; dronele sunt fără pilot.

63
7.7 Forțele militare și armate

Dronele au avut numeroase utilizări în lumea războiului militar, tactic și modern.
Aceste sisteme aeriene fără pilot sunt folosite în scopul loviturilor aeriene. Camerele de dimensiuni
mici și puternice le fac potrivite pentru detectarea bombelor. Astfel, aceste drone sunt capabili să ne
informeze despre bombe neexplodate, salvând astfel vieți.
Sectorul apărării oricărei națiuni efectuează, de obicei, sond aje frecvente pentru a asigura siguranța
locului și a oamenilor. Folosirea quad -urilor, în această situație, ar putea reduce munca fizică la jumatate.

7.8 Maparea aplicațiilor
Dronele au avut, de asemenea, un impact semnificativ
în domeniul cartografierii.
Există părți ale pământului care nu sunt
rapid accesibile pentru oameni. Cu toate acestea,
pentru obiectivul de înțelegere a peisajului și
pregătirea hărților 3D, au fost folosite camere
de zbor. Acest sistem este acum disponibil
pentru toată lumea să capt eze imagini pentru cartografierea
unor astfel de locații.
7.9 Minerit

64

Dronele au frecvent ă aplicare în locurile de muncă miniere din întreaga lume. Se utilizează pentru
a face față lucrărilor care sunt periculoase sau grele pentru lucrători.
Pentru a asigura oamenii, drone le sunt, de asemenea, folosite pentru a scana spații periculoase, cum
ar fi intrările de mină și pereții groapelor, mai ales dacă locul este considerat nesigur și periculos.
Atât maparea, cât și modelarea sunt esențiale pentru organizațiile miniere. Aplica rea UAV în acest
segment oferă modele și hărți mult mai precise și sunt mult mai puțin costisitoare în comparație cu metodele
populare existente.
Echipat cu un echipament unic, puteți utiliza, de asemenea, drone pentru a căuta minerale.
Întreprinderile min iere testează echipamentele quadcoptere împreună cu dispozitivele de vizionare multi –
spectrale. Acesta permite companiilor să descopere minereu prin pilotarea de drone în jurul unor zone
diferite și în interiorul puțurilor de mine
8 CONCLUZII
8.1 Concluzii gene rale
Obiectivele principal e al acestei lucrări a fost dezvoltarea unui sistem de tip quadcopter care să fie
capabil să zboare comandat de la distanță de un operator sau total autonom, dar si integrarea mai multor
dispozitive într -un sistem aerian, permițâ nd transferul informației destinate controlului acestuia, realizarea
unei telecomenzi software și dezvoltarea unui program cu scopul de a face robotul autonom.
Pentru realizarea întregului proiect a fost nevoie de componente hardware necesare pentru
const ruirea sistemului fizic, de informații cum funcționează un quadcopter astfel încât să realizăm diferite

65
simulări, de resurse software pentru generarea semnalelor de control și de aplicații pentru configurarea
diferitelor piese.
Pentru modelele fara pilot l a bord, simplitatea si economia construirii reprezinta avantaje de
necontestat, operatiunile de intretinere fiind extrem de reduse, iar costurile legate de functionare,
nesemnificative.
8.2 Contribuții personale
Consider ca această lucrarea include contribuți i personale în realizarea practică a proiectului, dar
necesită și informații teoretice pentru realizarea ei.
Sistemul a fost construit de mine începând cu lipirea diferitelor cabluri la componente și realizarea
tuturor legăturilor electrice necesare. Dife rite teste s -au făcut în continuare pentru verificarea pieselor și
realizarea programelor.
Am realizat configurarea ESC -urilor, controlarea motoarelor și diferite proceduri de siguranță ale
sistemului. Am realizat transmisia și recepția comenzilor de la d istanță folosind module de comunicație.

8.3 Dezvoltări viitoare

Deși multicopterele și controlul autonom al acestora au fost studiate extensiv de -a lungul timpului,
se pot găsi mereu noi direcții promițătoare de studiu și dezvoltare.
Așa cum a fost menționate de la început, acest sistem de tip quadcopter are o multifuncționaliate
foarte largă. Pentru realizarea unui sistem cât mai stabil și cât mai sigur va exista în continuare loc pentru

66
îmbunătățire. În viitor se dorește ca acest sistem să fie coma ndat de la distanțe mai mari și atașarea unei
camere pentru identificarea obiectelor.
Următoarele sarcini ce pot fi îndeplinite prin dezvoltari viitoare :
 Realizarea comunicației între mai mulți roboți. 
 Folosirea unor module cu rază lungă de comunicație p entru realizarea controlului de la distanță.
 Introducerea comenzilor online de pe o pagină web, astfel încât controlul să fie făcut de oriunde
atât timp cât microcontrolerul de comandă al quadcopterul este conectat la internet.
 Realizarea comunicației cu a lte unități robotice pentru îndeplinirea sarcinilor mai complexe și
urmărirea lor.
Aceste sarcini pot fi îndeplinite și vor ajuta în crearea unui sistem cât mai performant și stabil în mediul
exterior.