Prof. Univ. D r. Ing. Nicu -George B îzdoacă cotutelă Drd. Ing. Dan Andr ițoiu IULIE 2019 CRAIOVA 2 UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA FACULTATEA DE… [616193]

1

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA
FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE ȘI
ELECTRONICĂ

DEPARTAMENTUL DE MECATRONICĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ
George -Cătălin Cioacă

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
Prof. Univ. D r. Ing. Nicu -George B îzdoacă
cotutelă
Drd. Ing. Dan Andr ițoiu

IULIE 2019
CRAIOVA

2

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA
FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE ȘI
ELECTRONICĂ

DEPARTAMENTUL DE MECATRONICĂ

SISTEM ROBOTIC AERIAN AUTONOM
George -Cătălin Cioacă

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
Prof. Univ. D r. Ing. Nicu -George Bzdoacă
cotutelă
Drd. Ing. Dan Andrițoiu

IULIE 2019
CRAIOVA

3
„Oamenii de știință visează să facă lucruri mărețe. Inginerii le fac. ”
James A. Michener
„Omul se află la granița dintre animal și robot.”
Michelle Rosenberg
„Tehnologia este natura om ului modern.”
Octavio Paz

4
DECLARAȚIE DE ORIGINALITATE

Subsemnatul Cătălin -George Cioacă , student: [anonimizat], Calculatoare și Electronică a Universit ății din Craiova, certific prin prez enta că am luat la
cunoșt ință de cele prezentate mai jos și că î mi asum, în acest context, originalita tea proiectului meu de
licență :
 cu titlul SISTEM ROBOTIC AERIAN AUTONOM ,
 coordonată de prof. Dr. Ing. Nicu Bîzdoacâ cotutelă Drd. Ing. Dan Andrițoiu ,
 prezentată în sesiunea iulie 2019 .
La elaborarea proiectului de licență, se consideră plagiat una dintre următoarele acțiuni:
 reproducerea exactă a cuvintelor unui alt autor, dintr -o altă lucrare, în limba română sau prin
traducere dintr -o altă limbă, dacă se omit ghilimele și referința precisă,
 redarea cu alte cuvinte, reformularea prin cuvinte proprii sau rezumarea ideilor din alte
lucrări , dacă nu se indică sursa bibliografică,
 prezentarea uno r date experimentale obținute sau a unor aplicații realizate de alți autori fără
menționarea corectă a acestor surse,
 însușirea totală sau parțială a unei lucrări în care regulile de mai sus sunt respectate, dar care
are alt autor.
Pentru evitarea acest or situații neplăcute se recomandă:
 plasarea într e ghilimele a citatelor directe și indicarea referinței într -o listă corespunzătoare la
sfărșitul lucrării,
 indicarea în text a reformulării unei idei, opinii sau teorii și corespunzător în lista de referin țe
a sursei originale de la care s -a făcut preluarea,
 precizarea sursei de la care s -au preluat date experimentale, descrieri tehnice, figuri, imagini,
statistici, tabele et caetera ,
 precizarea referințelor poate fi omisă dacă se folosesc informații sau teorii arhicunoscute, a
căror paternitate este unanim cunoscută și acceptată.
Data , Semnătura candidat: [anonimizat] ,

5

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA
Facultatea de Automatică, Calculatoare și Electronică

Departamentul de Mecatronică Aprobat la data d e
…………………
Șef de departament,
Prof. dr. ing.
Marius BREZOVAN /
Emil PETRE /
Dorian COJOCARU

PROIECTUL DE DIPLOMĂ

Numele și prenumele student: [anonimizat]/ –
ei:
George -Cătălin Cioacă

Enunțul temei:

SISTEM ROBOTIC AERIAN AUTONOM

Datele de pornire:

Quadcop terele sunt clasificate ca și aeronave cu aripi rotative
Spre deosebire de elicoptere, quadcopter de obicei folosesc
pale cu pas fix și simetric opus pe axele formate de rotoare.
Mișcarea unui quadcopter se realizează prin modificarea
turației rotoare lor modificând astfel tracțiunea și directia.

Conținutul proiectului:

Descriere Hardware
Descriere Software
Descriere GUI (Graphic User Interface)

Material grafic obligatoriu:
Desene de proiectare/asamblare sistem
Scheme electronice si de comand

Consultații:
zilnice
Conducătorul științific
(titlul, nume și prenume,
semnătura): Prof. Dr. Ing. Nicu Bîzdoacâ cotutelă Drd. Ing. Dan
Andrițoiu

Data eliberării temei:
01.12.2019

Termenul estimat de predare a
proiectului: 01.07.2019

6

Data predăr ii proiectului de către
student și semnătura acestuia:

7

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA
Facultatea de Automatică, Calculatoare și Electronică

Departamentul de Mecatronică

REFERATUL CONDUCĂTORULUI ȘTIINȚIFIC

Numele și prenumele candida tului/ -ei: Geor ge-Cătălin Cioacă
Specializarea: Mecatronică
Titlul proiectului : SISTEM ROBOTIC AERIAN AUTONOM
Locația în care s -a realizat practica de
documentare (se bifează una sau mai
multe din opțiunile din dreapta): În facultate □
În producție □
În cercet are □
Altă locație: [se detaliază ]

În urma analizei lucrării candidatului au fost constatate următoarele:
Nivelul documentării Insuficient
□ Satisfăcător
□ Bine
□ Foarte bine
□
Tipul proiectului Cercetare
□ Proiectare
□ Realizare
practică □ Altul
[se detaliază ]
Aparatul matematic utilizat Simplu
□ Mediu
□ Complex
□ Absent
□
Utilitate Contract de
cercetare □ Cercetare
internă □ Utilare
□ Altul
[se detaliază ]
Redactarea lucrării Insuficient
□ Satisfăcător
□ Bine
□ Foarte bine
□
Partea grafică, desene Insuficient ă
□ Satisfăcătoare
□ Bună
□ Foarte bună
□
Realizarea
practică Contribuția autorului Insuficientă
□ Satisfăcătoare
□ Mare
□ Foarte mare
□
Complexitatea
temei Simplă
□ Medie
□ Mare
□ Complexă
□
Analiza cerinț elor Insuficient
□ Satisfăcător
□ Bine
□ Foarte bine
□
Arhitectura Simplă
□ Medie
□ Mare
□ Complexă
□

8
Întocmirea
specificațiilor
funcționale Insuficientă
□ Satisfăcătoare
□ Bună
□ Foarte bună
□
Implementarea Insuficientă
□ Satisfăcătoa re
□ Bună
□ Foarte bună
□
Testarea Insuficientă
□ Satisfăcătoare
□ Bună
□ Foarte bună
□
Funcționarea Da
□ Parțială
□ Nu
□
Rezultate experimentale Experiment propriu
□ Preluare din bibliografie
□
Bibliografie Cărți
Reviste
Articole
Referințe web

Comentarii
și
observații

În concluzie, se propune:

ADMITEREA PROIECTULUI
□ RESPINGEREA PROIECTULUI
□

Data, Semnătura conducătoru lui științific,

9
REZUMATUL PROIECTULUI
Un multicopter este un vehicul aerian mecanic simplu, a cărui mișcare este controlată prin accelerarea
sau încetinirea m ai multor motoare/ propulsoare . Spre deosebire de elicoptere, multicopterele de obicei
folosesc pale cu pas fix și simetric opus pe axele formate de rotoare.
Termenii cheie :
FC = Flight Controller (Controler de zbor)
ESC = Electronic Speed Controller
GND = Ground
GPIO = General Purpose Input Output
GPS = Global Positioning System
LiPo = Lithium Pol ymer
PCB = Printed Circuit Board
PPM = Pulse Position Modulation
PWM = Pulse Width Modulation
Rx = Receiver
Tx = Transmitter
VTOL = Vertical Take Off and Landing
USB = Universal Serial Bus

10
MULȚUMIRI
Mulțumesc în special familiei, profesorilor si prietenilor care au ajutat, într -un fel sau altul, ca această
lucrare să fie dusă cu bine la final!

11
PROLOG

12
Cuprins
1 INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 18
1.1 SCOPUL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 18
1.2 MOTIVAȚIA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 18
1.3 CE ESTE UN QUADCOPTER ? ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 26
2 QUADCOPTER – SCURT B REVIAR TEORETIC ………………………….. …………………………. 28
2.1 ELICEA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 28
2.1.1 Principiu de funcționare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 28
2.1.2 Elice de propulsive ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 31
2.1.3 Modelarea matematică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 33
3 DESCRIERE HARDWARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 37
3.1 CONFIGURAȚIA DE ZBOR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 37
3.1.1 Cadrul ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 38
3.2 MOTOARELE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 40
3.3 ELECTRONIC SPEED CONTROLLER (ESC) ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 42
3.4 CONTROLERUL DE ZBOR (FLIGHT CONTROLLER ) ………………………….. ………………………….. ………………………… 43
3.5 MICROCONTROLER PIXHAWK PX4 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 44
3.5.1 Caracteristici cheie: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 45
3.5.2 Senzori ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 46
3.5.3 Interfețe ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 46
3.5.4 Specificatii tehnice: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 46
3.5.5 Senzor: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 47
3.5.6 Interfață: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 47
3.5.7 Conectivitate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 47
3.5.8 Specificații processor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 47
3.6 ACCELEROMETRU /GYROSCOP IMU 6000 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 48
3.7 MAGNETOMETRU LSM303D ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 49
3.7.1 Aplicații ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 49
3.8 MODUL GPS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 50
3.9 MODUL TELEMETRIE 3DR 433M HZ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 51
3.10 ACUMULATORUL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 52
3.11 ÎNCARCATORUL DE ACUMULATOARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 54
3.12 TRANSMIȚĂTORUL ȘI RECEPTORUL RC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 55
3.13 FRSKY X8R 2.4G 16CH ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 56
3.14 FRSKY 2.4GH Z ACCST TARANIS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 57

13
4 ASAMBLAREA ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 58
5 PROGRAMAREA ESC -URIL OR ………………………….. ………………………….. ………………………. 60
5.1 CALIBRAREA ESC-URILOR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 60
5.2 MONTAREA ESC-URILOR ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 61
6 DESCRIERE SOFTWARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 62
6.1 PROGRAMAREA CONTROLER ULUI DE ZBOR (FLIGHT CONT ROLLER ) ………………………….. ………………………….. …… 62
6.2 CALIBRAREA ACCELEROME TRULUI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 65
6.3 CALIBRARE MAGNETOMETR U ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 66
6.4 CALIBRAREA RADIOCOMEN ZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 67
6.5 MODURILE DE ZBOR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 68
6.6 SETAREA REGULATOARELO R DE TIP PROPORȚIONA L INTEGRATOR DERIVAT IVE ………………………….. …………………… 70
6.7 ARMAREA MOTOARELOR ȘI PREGATIREA DE ZBOR ………………………….. ………………………….. ……………………… 71
7 DOMENIILE DE U TILIZARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 73
7.1 AGRICULTURĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 73
7.2 FOTOGRAFIE AERIENĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 74
7.3 COMERCIAL E, INDUSTRIALE ȘI CONS TRUCȚII ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 74
7.4 DRONE RACING & SPORTS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 75
7.5 LIVRAREA ȘI TRANSPORT AERIAN ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 75
7.6 COMBATEREA INCENDIILO R ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 76
7.7 FORȚELE MILITARE ȘI A RMATE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 77
7.8 MAPARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 77
7.9 MINERIT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 78
7.10 ALTE DOMENII DE ULILI ZARE A QUADCOPTERELO R: ………………………….. ………………………….. …………………….. 79
7.10.1 In industria medicală. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 79
7.10.2 Apararea legii. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 79
7.10.3 Recreere, Hobby & Distracție. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 79
7.10.4 Robotică și aplicații experimentale. ………………………….. ………………………….. ………………………. 79
7.10.5 Supraveghere și monitorizare. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 79
7.10.6 Operațiuni de căutare și salvare. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 79
7.10.7 Monitorizarea vieții sălbatice. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 79
7.10.8 Divertisment. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 79
7.10. 9 Gradinărit. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 79
7.10.10 Jurnalism. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 79
7.10.11 Transportul de persoane. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 79
7.10.12 Topografie. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 79

14
7.10.13 Acoperire aeriana. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 79
7.10.14 Expansiunea telecomunicaților. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 79
7.10.15 Previziuni și monitorizare meteo. ………………………….. ………………………….. …………………………. 79
8 CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 80
8.1 CONCLUZII GENERALE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 80
8.2 CONTRIBUȚII PERSONALE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 80
8.3 DEZVOLTĂRI VIITOARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 81
9 BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 82
10 REFERINȚE WEB ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 84
11 CODUL SURSĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 86
12 CD / DVD ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 87
13 INDEX ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 88

15
Figuri
FIGURA 1-1 PLANOR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 18
FIGURA 1-2 HELICOPTER ORNITOPTER ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 19
FIGURA 1-3 PARAȘUTA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 19
FIGURA 1-4 CONCEPT ELICE COAXIAL E ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 19
FIGURA 1-5 STUDIUL PASARILOR FAC UT DE OTTO LILENTHAL ………………………….. ………………………….. ……………………….. 20
FIGURA 1-6 ORVILLE ZBOARĂ LA KITTY HAWK 1903 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 21
FIGURA 1-7 AVIONUL „VUIA I” MARTIE 1906 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 21
FIGURA 1-8 GYROPLANE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 22
FIGURA 1-9 GYROPLANE COAXIAL 1933 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 23
FIGURA 1-10 SYKORSKY R-4 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 24
FIGURA 1-11 BELL H-47 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 25
FIGURA 1-12 IAR 330 PUMA SOCAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 25
FIGURA 2-1 ELICE PERECHE CW-CCW ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 29
FIGURA 2-2 CARACTERISTICILE ELIC EI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 29
FIGURA 2-3 FARMAN MF.11 CU ELICE DE PROPULS IVE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 31
FIGURA 2-4 MODEL QUADCOPTER ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 33
FIGURA 3-1 CONFIGURAȚII ZBOR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 37
FIGURA 3-2 CADRUL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 38
FIGURA 3-3 MONTARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 38
FIGURA 3-6 ASAMBLARE PARȚIALĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 39
FIGURA 3-8 MOTOARE DC………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 40
FIGURA 3-9 MOTOR BRUSHLESS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 41
FIGURA 3-10 ELECTRONIC SPEED CONTROLLER ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 42
FIGURA 3-11 PIXHAWK PX4 PIX 2.4.8 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 44
FIGURA 3-12 GYROSCOP IMU 6000 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 48
FIGURA 3-13 LSM303D ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 49
FIGURA 3-14 U-BLOX GPS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 50
FIGURA 3-15 TELEMETRIE 3DR 433M HZ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 51
FIGURA 3-16 ACUMULATOARE FOLOSITE ÎN ACEST PROIECT ………………………….. ………………………….. …………………………. 52
FIGURA 3-17 ISDT Q6 LITE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 54
FIGURA 3-18 FRSKY R9M TRANSMITTER ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 55
FIGURA 3-19 FRSKY X8R 2.4G 16CH ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 56
FIGURA 3-20 FRSKY TARANI S ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 57
FIGURA 4-1 ANSAMBLU ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 58
FIGURA 4-2 ANSAMBLU ESC-BRAȚ CU FIRE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 58

16
FIGURA 4-3 ATAȘAREA BRAȚELOR IN FUNCTIE DE CULORI ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 59
FIGURA 4-4 SURUB M3 INOX CU CAP IMBUS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 59
FIGURA 5-1 ESC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 60
FIGURA 5-2 MONTAREA ESC-URILOR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 61
FIGURA 5-3 FIXAREA ESC PE BRAȚ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 61
FIGURA 6-1 FEREASTRĂ DE CONFIGURARE FRAME ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 62
FIGURA 6-2 CONECTORI PIXHAWK 2.4.8 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 62
FIGURA 6-3 MISSION PLANER ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 63
FIGURA 6-4 FC NECONECTAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 64
FIGURA 6-5 WIZZARD DE CONFIGURAR E ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 64
FIGURA 6-6 CALIBRARE ACCELEROMET RU ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 65
FIGURA 6-7 CALIBRARE MAGNETOMETR U ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 66
FIGURA 6-8 CALIBRAREA STAȚIEI RA DIO ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 67
FIGUR A 6-9 MODURILE DE ZBOR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 68
FIGURA 6-10 FEREASTRĂ SETĂRI PID ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 70
FIGURA 6-11 POZIȚIA MANȘELOR PENT RU A ARMA COPTERUL ………………………….. ………………………….. ………………………. 71
FIGURA 7-1 AGRICULTURĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 73
FIGURA 7-2 FOTOGRAFIE AERIANĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 74
FIGURA 7-4 DRONE RACING ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 75
FIGURA 7-5 LIVRAREA ȘI TRANSPORT AERIAN ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 75
FIGURA 7-6 COMBATEREA INCENDIILO R ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 76
FIGURA 7-7 FORȚELE MILITARE ȘI A RMATE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 77
FIGURA 7-8 MAPARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 77
FIGURA 7-9 MINERIT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 78

17

R S A A

SISTEM ROBOTIC AERIAN
AUTONOM

ROBOTIC SYSTEM AIR
AUTONOMY

18
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, toat e 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, a u 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 înălțimilor, 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 inova toare 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 succes. Multe din proiectele lui
Leonardo s -au dovedit astfel fezabile.

Figura 1 -1 Planor

19

Figura 1-2 Helicopter Ornitopter

În jurul anului 1480, el a proiectat o parasuta de forma unei
piramide cu baza patrata, alaturi de car e 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 Lomo nosov realizează primul model cu elice
acționată de arc.

Figura 1 -4 Concept elice coaxiale

20

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 cart ea Der Vogelflug als Grundlage
der Fliegekunst („Zborul păsării ca baza a artei zborului”), care în prezent este cea mai importantă
publicație în tehnica zborului din secolul 19. Atenția publicului larg pentru carte a fost mică.
Companiile aeriene favoriza u 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 Steue rn erfordert, wozu
die Kraft des Menschen völlig ausreicht („Imitația planării, trebuie să fie 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 de cit aerul.
Dar visul s -a indeplinit de catre fratii Wright la data de 17 decembrie 1903 ca nd este efectuat
primul zbor cu motor al unui aparat mai greu decit aerul.

21

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 încer cări 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 v iteză 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 lemn,
având aripile din pânză întinsă pe o ramă. În anii
următori frații Wright îmbunătățesc con tinuu tehnica
zborului prin perfecționarea elicei și dotarea avionului
cu un motor mai puternic, produs de Alberto Santos
Dumont în 1906 – 1907.

Figura 1 -6 Orville zboară la Kitty Hawk 1903

În 1905 apar primii pionieri europeni ai
zborului, Traian Vui a, 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 Lindh olm pe o distanță de circa 40 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 Avionul „Vuia I” martie 1906
În ziua de 1 iulie 1902, el sosea la Paris, aducând în bagajele sale pro iectul 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

22

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 p ersonală. În 1904
obține un brevet pentru această invenție în Marea Britanie. Întreaga parte mecanică e terminată în
februarie 1905. Aparatul este gata în decembrie, după ce i se montează motorul, și este numit Vuia I,
poreclit Liliacul, din cauza formei s ale. 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 automobil,
cu aripile demontate, pentru a căpăta experiență în manevrarea lui.
Pe 18 martie 1906 la Mo ntesson, 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 aproape 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 decolare, 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, etc.). 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 la 0,6 metri înalțime timp de un minut cu tot cu pilot. Aparatul era însă
foarte instabil așa încâ t 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

23

considerat primul elicopter și primul zbor al unui elicopter, nefiind ajutat în niciu n fel de martorii
evenimentului
Îmbunătățirile aduse aparatului și experimentele făcute în același an au dus la atingerea unei
înalțimi de ap roximativ 2 metri, Cornu a abandonat însă dezvoltarea aparatului, acesta
nemaiprezentând stabilitate la inaltimi mai mari și punând în pericol viața pilotului.
Însă fratii Jacques si Louis Breguet și -au continuat cercetările și Giroplan Laboratoire,
compan ia inființată de ei, a fost un timpuriu elicopter . Proiectat integral de Louis Breguet , au
experimentat deja cu giravioane în 1909, cu toate acestea, el a ales să se concentreze pe avioane până
la sfârșitul anilor 1920. În 1929 el a anunțat o serie de br evete care au abordat stabilizarea zborului
giravioanelor, și, în 1931, Breguet a creat Syndicat d'Etudes de giroplan ( din franceză pentru
"Syndicatul pentru Studiile giroplanoarelor"), împreună cu Rene Dorand ca director tehnic. Scopul lor
a fost dezvolt area unui elicopter experimental, giroplan Laboratoire.

Figura 1 -9 Gyroplane coaxial 1933

24
Abia din anii ’20 au început să apară modele 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 aripă
fixă, cercetările în acest domeniu au fost destul de lente. Însă, un cercetător de origine rusă, Igor
Sykor sky 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 luptă. Acest model a fost Bell H -47.

25

Figura 1 -11 Bell H -47
De asemenea țara noastră se numara pri ntre 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

26
1.3 Ce este un quadcopter ?
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 ).
Quadcopter urile 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
latera l cât și longitudinal și pentru a crea un cuplu total dorit sau o forță de întoarcere

Quadcopter urile diferă de elicopterele convenționale, acestea utilizează rotoare care sunt
capabile să modifice înclinarea lamelor lor dinamic în timp ce se mișcă în jurul butucului rotorului. În
primele zile ale zborului, quadcopter urile (denumiți apoi ca "quadcopter " sau pur și simplu
"elicoptere") au fost văzuți ca soluții posibile la unele dintre problemele persistente în zborul vertical.
Problemele legate de controlu l 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 controlăre
de zbor ieftine, accelerometr e (IMU), sisteme globale de pozitionare si camere de luat vederi. Acest
lucru a condus la popularilarea configurației quadcopter 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, quadcopter urile sunt mai ieftine și mai durabile decât elicopterele
convenționale datori tă simplității lor mecanice. Lamele lor mai mici sunt de asemenea avantajoase,
deoarece posedă mai puțină energie cinetică, reducând capacitatea lor de a provoca daune. Pentru
quadcopter urile la scară redusă, acest lucru face vehiculele mai sigure pentru o interacțiune strânsă.
Este, de asemenea, posibilă montarea dispozitive lor de protecție care închid rotoarele, reducând astfel
potențial ul de deteriorare. Cu toate acestea, pe măsură ce crește mărimea, quadcopter urile fixe cu elice
dezvoltă dezavantaje față de elicopterele convenționale. Mărirea dimensiunii lamelor crește impulsul

27
lor. Acest lucru înseamnă că modific ările 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
lamel or.
Datorită ușurinței lor de construcție și de control, aeronavele quadcopter sunt frecvent
utilizate ca modele de aeronave.
Am încercat să construiesc un multicopter performant cu costuri minime, de aceea am ales să
folosesc un cadru de quadcopter dator ită 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 l a realizarea unui quadcopter original.

28
2 QUADCOPTER – SCURT BREVIAR TEO RETIC
2.1 Elicea
Elicea (din g reacă 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 f uncționa 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 aripioare le 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 principiul de funcționare este inversul turbinei, prin faptul că cedează energie
mediului înconjurător pe când turbina preia energia pote nțială din mediul înconjurător.

Paletele au de obicei un profil (lat . fillum = fir) sau contur o față fiind convexă obligând
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 modif icarea
vitezei sau poziției paletelor elicei.

29

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 ca lcul
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 quad copter 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 necesară rotirii unei elice la un anumit număr de rotații pe min ut este
calculată :
] [*** ) ( RPMPD Kp wattP

Figura 2 -2 Caracteristici le elicei

30
În general, o elice cu pas mai mare va con suma 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 quad acoptere 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 de 70% produce 70% energie și 30% căldură. Un moto r eficient de 90%
produce 9 0% energie și 10% căldură.
Cu motoare mai puțin eficiente nu numai ca se pierde o mulțime de putere (astfel timp d e
zbor), se obține, de asemenea o forță de tracțiune mai mică pe acceleraț ia completă. Acesta va avea
raspuns mai lent pentru a schimba [rpm] și lucru acest va influența stabilitatea quad copterului.
În general, crește rea pasul ui 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 lentă, dar va crește viteza vehiculului, care utilizează, de
asemenea, mai multă putere.

31

2.1.2 Elice de propulsiv e

Figura 2 -3 Farman MF.11 cu elice de propulsive
Acest tip de avion p ermite pilotului să fie în fața elicei care în timp ul 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:
nDuJ
definește raportul dintre vit eza 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
propr ietate 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
,

32

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 d e ecuațiile:

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
 .

33
2.1.3 Modelarea matematică
Structura schematică a quadc opterului este exemplificata in figura de mai jos. Pentru a
descrie miș carea quad copterului sunt necesare doar doua sisteme de referintă: solul, care reprezintă
sistemul fix de referință și șasiul quadcopterului.

Figura 2 -4 Model Quadcopter
Mițcarea aeronavei este intotdeauna planifica tă 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 refer inta 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 quad acopterului sunt definite. Cadrul mobil (X b, Y b, Zb)
este situat in centrul de greutate al quad copterului si orientat asa cum arata figura de mai sus. Pozitia
unghiulara a cadrului quad copterului in raport cu cel inerțial, este de obicei definit prin unghiu ri
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 rota tie R:

Care este ortoganală. In consecință transformata matricii de la cadrul inertial la cel al
quad copterului este R-1 = RT . vitezele unghilare de la cadru la cel inertial este

34
Legile de transformare sunt ν = W_η η ̇și η ̇= W_η^(-1) ν, în care vite za unghiulară ν este
definite prin vectorul vector ν= [p q r)]T. este important de observant că
poate fi definit doar
dacă
.
Prin urmare, dacă α este unghiul de rotație în jurul versorul u =
, este posibil să se
definească un cuaternion ca q =
T , cu
,
,
, Spre deosebire de unghiurile Euler, rotații cuaternion nu necesită un set de axe de
rotație predefinite, deoarece acestea se pot schimba continuu. Datorită f aptului că metoda 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 inerțială poate fi exprimat ă prin ξ = Qξ B, unde Q este matricea următoare:

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:
,unde matricea S de pinde
de componentele cuaternare , după cum urmează:

unde masa m se presupune a fi constantă. Fiecare rotor i are o viteză unghiulară ωi care
generează o forță
, k fiind constanta de ridicare (lift), astfel forța totală (thrust ) TB =
T cu
.
Împingere totală, împreună cu forța gravitațională reprezintă forța totală care acționează
asupra quad copter ului,
.
Ca urmare, componenta de translație a mișcării referitoare la cadrul corpului quadcopterului
este

35

B+
.
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,

Quad copter -ul are o structură simetrică cu privire la axa XB, Y B și ZB, astfel, matricea
inerțială este o diagonală
. De aici rezulta ca totalul momentelor externe M,
rata de schimbare a momentului unghiular H = Iν este luat în considerare și momentul care acționează
asupra quad copterului este furnizat de relația
.
Mai mult decât atât, viteza unghiulară și accelerația rotorului creează un cuplu

în jurul axei rotorului, unde b este constanta glisare și I M este momentul de inerție al rotorului
i. Din structura geometric ă a quad copter ului și cel al componentele
and
peste cadrul corpului,
este posib il pentru a obține informații despre momentele roll, pitch și yaw clipă, și anume

Unde l este distanța dintre r otor și centrul de greutate al qua dcopter și and
reprezintă
derivata ωi(t) în raport cu timpul, adică .
. Ulterior, ecuația care guvernează din amica de
rotație pot fi rezumată după cum urmează

în care Γ reprezintă forțele giroscopice și τ B cuplul extern. După puțină algebră, rezultă

36

în care
. În caz contrar, ecuația poate fi scris ca

În final, odată ce viteza unghiulară a fost evaluată, accelerația unghiulară în
cadrul inerțială poate fi ușor dedus ca
.

37

3 DESCRIERE HA RDWARE
3.1 Configurația de zbor
Configurația de zbor exemplifică 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
dispunerii rotoarelor: -configurație de tip “X”
-configurație de tip “+”

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 quad copterului / multicopterului.
În aceasta configur atie am obținut un timp mediu de zbor de 23 minute.

38

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 c omponentelor. 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 pro prietăți a le frame -ului sunt
robustețea și capacitatea de a absorbi vibrații. Aluminiul este
reziste nt 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 pro prietăți mecanice excepționale. Se
recomanda utilizarea tuburi lor din fibră de carbon pentru brațele
quad copter ului deoarece țesătura are o dispunere î n X, lucru ce
sporește rezistența dar și capacitatea de amortizare a vibrațiilor
produse de motoare. Singurul dezavantaj al acestui material high –
end îl reprezintă costul ridicat. Din cauza bugetului limitat,
optiune ideala a fost o co mbinație între brațe din profil de
aluminiu de 15mm și pentru partea centrală sticlote xtolit .
Figura 3 -3 Montare
Placile din sticlo -textolit (sticlostratitex) sunt realizate prin laminare si au in compozitie
tesatura de sticla impregnata cu rasina fenolica. Materialul este rezistent la temperaturi ridicate (pana
la 155°C) si are exce lente calitati mecanice si electrice, fiind un bun izolator electric.
Sticlotextolitul poate fi de asemenea prelucrat mai usor ca alte materiale, iar datorita
rezistentei sale ridicate la temperatura, poate înlocui laminatele rigide pe baza de rasna silic onica.
Quadcopterul din proiect es te de tip X , avantaj ul acestuia față de cel de tip + fiind stabilitatea
și accelerația mai mare, precum și o mai bună vizibilitate deoarece ”fața” nu este obstrucționată de
una din elice.

39

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

40

3.2 Motoarele
Scopul motoarelor electrice este de a converti energia electrică în energi e mecanică sub forma
mișcării de rotație. Aceste sisteme electromecanice sunt caracterizate de anumiți parametrii care ajută
la prezicerea performanțelor motorului. Viteza în absența sarcinii descrie viteza motorului când nu
este cuplu aplicat, iar viteza de mers în gol descrie momentul de cuplu 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 s implu, cuplul
fiind creat de forța de magnetism apărută între magneți staționari și electromagneți alimentați astfel
încât polaritatea dintre cele două componente să fie mereu inversă. Motoarele brushed (cu perii) , deși
au avantajul unui preț mai mic, au e lectromagneții plasați pe rotor și magneții ficși pe stator, de aceea
sunt predispusi supraîncălzirii, dar și uzurii din cauza comutatoarelor. La motoarele brushless,
electromagneții sunt plasați pe stator și magneții staționari pe rotor. Polaritatea elect romagneților este
schimbată de data aceasta de un circuit de control care îmbunătățește precizia motorului.

Figura 3 -8 Motoare DC
[RPM ]= KV * V
KV = rotații/volt, V= tensiunea de alimentare
Factorul KV este 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 pa rte, 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

41

evaluată în KV, în general un motor K V mai mic v a produce mai mult cuplu și un K V mai mare se va
reflecta in crșterea turației .

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

Datorita raportului pret/calitatea a fost ales motorul A2212 1000KV ( Figura 3 -9) care
are următoarele specificații:

Model: A2212 10T / 13T
Motor KV (RPM / V): 1000
Eficiență maximă: 80%
Capacitate ac tuală: 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 Brushless
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.

42

3.3 Electronic Speed Controller (E SC)
Electronic Speed Control (E SC) este un circuit ce 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
semnalul de la flight controller 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 tensiunea 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 i rosită, 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 complet „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 suplimen tare ar crește greutatea
dronei

43
3.4 Cont rolerul de zbor (Flight Controller)

Controle rul de zbor (Flight Controller ) este creierul unui quadcopter, cu ajutorul senzori lor de
la bord poate înțelege cum se deplasează acesta . Folosind datele furnizate de acești senzori, FC
folosește algoritmi pentr u 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 ocalizate în jurul FC. Acesta
trebuie să aibă conexiunea RX (receptorul), astfel încât să se poat ă 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 video).
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 f olosita pentru conexiunile WiFi.
Controlerul de zbor central, de asemenea, ia informații de la IMU, Gyroscope, module GPS și
senzor i 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 controlere lor de zbor cuprind IMU, GPS, G yroscope 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 exemplu de controler de zbor cent ral ar fi noul Pixhawk PX4 . Are o multitudine de
caracteristici și poate lucra cu o varietate de motoare.

44

3.5 Microcontrol er Pixhawk PX4
Controlerul Pixhawk (FMUv2) a fost lansat din sistemul original "PX4", care constă din
PX4FMU și diferite plăci de tip piggyb ack, 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 puternic și memorie flash pentru control ul zborului și
comunicațiilor.
 Un soclu pentru memorie SD.
 Giroscoap cu 3 axe pentru determinarea orientării.
 Un accelerometru cu 3 axe pentru determinarea influențelor exterioare.
 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 plăc i periferice.
 Interfețe de comunicații pentru conexiunile USB, JTAG și Serial.
 Conexiuni pentru intrarea radio PPM -SUM RC și ieșirile servo. \

45
3.5.1 Caracteristici cheie :
Principal sistem -pe-chip: STM32F427
CPU: 180 MHz ARM ® Cortex ® M4 cu FPU cu o singură prec izie
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
Redu ndante 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 .

46

3.5.2 Senzori
 ST Micro Mic ro 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
fluxu lui 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 M32F4 27 Cortex M4 cu unitate de
procesare cu puncte în virgulă mobile
 Frecvența principală: 256K, 168MHZ RAM
 32 biți STM32F103 coprocesor de rezervă

47
3.5.5 Senzor:
 L3GD20 Giroscop cu 16 biți digitale pe 16 bi ți
 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

48

3.6 Accelerometru/gyroscop IMU 6000

Familia MPU -6000/MPU -6050 ™ sunt
primele și singurele dispozitive din lume 6 -axe
MotionTracking concepute pentru putere mici,
low-cost, precum și ce rințele de înaltă performanță
la smar tphone -uri, tablete și senzori ușor de purtat .

Figura 3 -12 Gyro scop IMU 6000
Dispozitivele combină un giroscop pe 3 axe și un accelerometru cu 3 axe împreună cu un
bord digital Motion Procesor ™ (DMP ™ ) capabil de prelucrare complexă a 9 axe.
Dispozitivele sunt oferite în același 4x4x0.9 mm QFN și pinout oferind o cal e simplă de
upgrade și făcându -l ușor pentru a se potrivi pe spațiu l limitat al placi .
Funcțiile suplimentare includ un senzor de temperatură încorporat și un oscilator on -chip cu ±
variație de 1% față de intervalul de temperatură de funcționare.
Interfa ț de 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 electronic e de urmărire a mișcari în
spațiu l iber.
Platforma InvenSense MotionApps ™, rezumă complexitatea MPU 6050, offloads
management și oferă un set structurat de API -uri pentru dezvoltarea de aplicații.
MPU -6000/MPU -6050 ™ dispune d e urmărire a mișcări lor rapid e și lente, un giroscop
programabil din gama de ± 250 pe scară largă, ± 500, ± 1000, și ± 2,000 ° / sec (DPS) și un
accelerometru programabil de utilizator pe sc ară largă g ama de ± 2g, 4g ±, ± 8g, și ± 16g.

49

3.7 Magnetometru LSM303D
LSM303D este un si stem 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
LSM 303D in clude o magistrală de serie I2C interfață care acceptă modul standard și rapid
(100 kHz și 400 kHz) și standardul serial interfață SPI.
Sistemul poate fi configurat pentru a genera un semnal de întrerupere în cădere liberă,
detectare a mișcării și d etectarea câmpului magnetic. Pragurile generatoar e 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 ecran
 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

50

3.8 Modul GPS
Seria NEO -6 este o familie de stand -alone
receptoare GPS. Aceste receptoare flexibile și efic iente
oferă numeroase opțiuni 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 poziți onareal U -blox-6 folosește 50 -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 sat eliți 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.

51

3.9 Modul teleme trie 3DR 433Mhz
Acest set de telemetrie radio permite să se lege
de un controlor de zbor, cum ar fi APM sau Pixhawk
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, ch iar 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 Pixhawk ). 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 banda 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. 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.

52

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 Acumulatoare folosite în acest proiect
Când se alege un acumulator, trebuie luate în considerare mai multe aspecte: tensiunea
nominală, rata de descărcare, capacitatea acumulatorului. E de dorit să se găsească varianta cu cea
mai redusă masă. Zippy Compact sunt o alegere bună în acest sens: oferă aceleași perfo rmanțe 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 sun t 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 este 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 acel eași 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 detaliez cum au fost calculate valorile curenților în exemplul prec edent, 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 descărcare este 25C). Este unul

53
dintre cei doi indicatori ai valorii c urentului 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 u nitatea de
măsură și anume mAh (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 acu mulatorul 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 cure nți 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.

54

3.11 ÎNCARCATORUL DE ACUMULATOA RE
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 °, ecra nul 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 răcir e extrem de eficient, o
construcție internă optimizată și o tehnologie digitală de alimentare cu energie, acest încărcător este
perfect pentru toate necesitățile de încărcare.
Dispunând de o acuratețe crescută, o viteză sporită de 20 de ori și un control a l 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 creștere a răcirii cu 300%
• Procesor ARM cu viteză mare de 32 biți
• Actualizați firmware -ul utilizând calculatorul personal.

55

3.12 Transmițătorul și Rece ptorul 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. Î n 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 alt r eceptor 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

56

3.13 FrSky X8R 2.4G 16CH
Receptorul X8R comunică cu un modul X8 prin
spectrul 2.4ghz, oferind o performanță fără
preceden t 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 ")
Greutat e: 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 canalelor: 16CH (1 ~ 8c de la ieși rile canalelor convenționale, 1 ~ 16ch de la portul SBUS
sau combinați două X8R pentru a deveni un receptor cu 16 canale)

57

3.14 FrSky 2.4GHz ACCST TARANIS

Cel mai important aspect pentru
orice transmițător 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 si steme 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 există 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 activate)
Temperatura de funcționare: -10 ~ 60 ℃
Ecran LCD de iluminare din spate: 212 * 64, 2 combinații de cul ori pentru selectare
Model Memories: 60 (poate fi extins prin card SD)
Compatibilitate: Receptoare seria FrSky X, seria D și seria V8 -II (plus alte receptoare dacă se
utilizează un modul extern)
Versiunea Taranis X9D Plus -EU este compatibilă numai cu versiunea UE a receptorului din
seria X.

58

4 ASAMBLAREA
Asamblarea este partea cea mai distractivă și facilă (sau dificilă) a unui astfel de proiect. Este
bine a se porni de la o schiță bine conturată pentru a evita situațiile ambigue ce pot apărea pe parc urs.
Pentru acest quadcopter se porneste de la o configurație X, deci o dispunere radială a brațelor în jurul
unui punct fix ce va reprezenta centrul de greutate al dronei. În acest sens am pregătit cele 4 brațe
astfel: am dat găuri la unul din capete pent ru 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

59

Figura 4-3 Atașarea br ațelor 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

60

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 m inimă. Din această cauză
calibrarea este crucială. Se conecteaza temporar
un motor la ESC -ul dorit să fie calibrat.
Presupunând 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 prece dentul. Uneori, dacă pulsul semnalului este sub 1030µs, un al
patrulea ton este generat. Se pune throttle la minim, moment în care se aude din nou un sunet
caracteristic, de această dată format din tonuri de aceeași înălțime. În acest moment se poate acțio na
manșa throttle, iar motorul ar trebui să se rotească cu o viteză corespunzătoare.
În cazul în care motorul nu emite primul set de sunete atunci când este alimentat ESC -ul,
înseamnă că nu a fost programat corect sau este conectat greșit la receiver.

61

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 -2 Montarea ESC -urilor
Dispunerea lor ar trebui 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. Dispu nerea 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 dreptul 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 gr ijă), se inserează o bucată de 2 cm de tub termocontractibil 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. S e face
lipitura și se acoperă, ulterior, cu tubul
termocontractant sau cu bandă izolatoare. Se
securizez ESC -ul și firele conectate cu colier de
plastic.

Figura 5 -3 Fixarea ESC pe br aț

62

6 DESCRIERE SOFTWARE
6.1 Programarea controlerului de z bor (Flight Controlle r)
Se conectează FC -ul (Flight Controller) la calculator folosind un cablu micro USB – USB.
Se descarcă software -ul Mi ssion Planner .
Mission Planner este un software open -source care, în ultimii ani, a prins o mare
popularitate în rândul amatorilor de multicoptere, 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 / Install
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 toa te modulele.
Figura 6 -2 Conectori Pixhawk 2.4.8
Notă: Valoarea implicită a Pixhawk -ului este la o rată de transfer de 57600 baud pe portul său de
telemetrie.

63

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 ascensio nală)

8- Viteza aerului

9- Viteza față de sol

10- Statutul bateriei

11- Zona mesaje

12- Orizontul artificial

13- Starea GPS

14- Puncte misiune (curent / total)

15- Modul de zbor

64

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 intuitiv de programare.

Figura 6 -4 FC neconectat
Din meniul " Inițial Setup -> Mandatory Hardware " se fac setările inițiale. Pentru cadru
(frame) se alege configurația "X".
Figura 6 -5 Wizzard de configurare

65

6.2 Calibrarea accelerometrului
Pentru calibrarea accelerometrului este nevoie ca quad copterul 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 quad copterului să fie perpendiculare pe toate axele astfel ca valorile citite de accelerometru
să fie cât mai precise.

Figura 6 -6 Calibrare accelerometru

66

6.3 Calibrare magnetometru
Magnetometrul este influențat de liniile de câmp magnetic terestru. Aceste erori pot fi
minimizate prin introducerea unei declin ații 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 quad copterul pe cele 3 axe în ambele sensuri
trigonometric și orar .

Figura 6 -7 Calibrare magnetometru
Giroscopul nu are nevoie de ajustări deoarece el se auto -calibrează la fiecare reset.

67

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 telecomandă ies pe același pin). Marea majoritate a
receptoarelor de pe piață, însă, au standard PWM (fiecare ca nal 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 -8 Calibrarea stației radio

68

6.5 Modurile de zbor

Figura 6 -9 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 aj utorul 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 t otal pe PITCH , ROLL, YAW și însă
altitudinea rămâne constantă indiferent de poziția manșei THROTTLE . Menținerea altitudinii se face
cu ajutorul barometrului, astfel că dacă în zona în care este pilotată drona presiunea atmosferică
variază brusc, quad copter ul va urca sau va coborî în funcție de aceasta. Se menționează că altitudinea
nu variază "indiferent" de poziția manșei THROTTLE . Această afirmație este 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 poziției manșei de throttle.
Modul " LOITER " este un mod "ALT HOLD " în care toate comenzile sunt blocate,
quad copterul 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.

69
Modul " RTL : Return to launch" oferă posibilitatea ca quad copterul 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 folositor 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 urc a 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.

70

6.6 Setarea regulatoarelor de tip proporțional integrator derivative

Figura 6 -10 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", utilizând canalul 6 (care trebuie să fie pus pe unul din cele 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 mai jos sunt ilustrate valorile mele ale PID -urilor.

71

6.7 Armarea motoarelor și pregatirea de zbor
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 -11 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 co ntrolerul nu armează motoare le:
 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 pentr u 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 la o
valoare cuprinsă în intervalul 1900 – 2000.

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

72
recalibrarea stației sau modificarea 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 car e, 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 conectează la terminal . Din meniul SETUP
se tastează comanda RESET .

73

7 DOMENIILE DE UTILIZA RE
7.1 Agricultură

Figura 7 -1 Agricultură

Supravegherea aeriană de rutină a terenurilor agricole vă poate oferi o analiză detaliată a
performanțelor culturilor.În plus, d ronele pot efectua această evaluare cu cheltuieli mici fără a afecta
mediul s au 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 speri e păsările 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 ag riculturii.
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.

74

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 vede a direct pe telefon și
obțineți nerea de înregistrari video de înaltă definiție.
Figura 7 -2 Fotografie aeriană
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 efe ctua lucrări
similare în domeniul constru cțiilor civile și
industriale. Dronele și, în special, quad -urile își
găsesc drumul în industria construcțiilor în multe
feluri.
Principalele 5 includ:
 Inspecțiile. Figura 7 -3 Construcții
 Monitorizarea angajatilor.
 Afișați clienților un aspect aerian al progresului construcției.
 Topografie.
 Securitate.

75

Monitorizarea frecventă ar putea aduce progrese semnificative în in frastructura de construcție,
ceea ce ar duce la performanțe îmbunătățite. În plus, în cazul în care aeronavele sunt destul de mici,
acestea se pot apropia si capta imagini care vă pot oferi o idee mai aprofundată a construcției.
Câteva companii folosesc ve hicule aeriene fără pilot pentru a înregistra punctele de vedere ale
șantierului de construcție și pentru a le folosi în modelele tridimensionale efectuate de arhitect. Nu
este doar un excelent instrument de construcție, dar și un instrument util de market ing în timp ce
încearcă să ab ordeze 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 asemanătoare jocurilor
video, cu excepția faptului că întâlniți scenarii
reale la manșa unui quadcopter.
Figura 7 -4 Drone r acing
7.5 Livrarea și transport aerian
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 articolelorcu ajutorul acestora.
Nu numai că vom obține livrări de
produse super -rapid , dar pu teți obține produs ul
livrat oriunde v -ați afla acum.
Figura 7 -5 Livrarea și transport aerian
Un mare obstacol este limitarea FAA în ceea ce priveș te utilizarea comercială a drone lor.
Acestea nu sunt permise în acest moment fără acordul expres al FAA.

76

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

Figura 7 -6 Combaterea incendiilor
Știm deja că elicopterele sunt folosite pentru lupta împotriva incendiilor, dar în curând
dronele ar put ea schimba acest lucru. Aeronavele se dezvoltă pentru a ajuta la lupta împotriva
incendiilor.
Vestea bună d espre acest lucru este compararea cu elicopterele care s unt periculoase pentru
operator, acestea sunt fără pilot.

77

7.7 Forțele militare și armate

Figura 7 -7 Forțele militare și armate
Dronele au avut numeroase utilizări în lumea război ului militar, tactic și modern.
Aceste sisteme aeriene fără pilot sunt folosite în sc opul loviturilor aeriene. Camerele de
dime nsiuni mici și puternice le fac pot rivite pentru det ectarea bombelor. Astfel, aceste drone sunt
capabili să ne informeze despre bombe neexplodate, salvând astfel vieți.
7.8 Mapare
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 captuarea de imagini pentru
cartografier ea unor astfel de locații.
Figura 7 -8 Mapare

78

7.9 Minerit

Dronele au frecventă aplicare în
locurile de muncă miniere din întreaga
lume. Se utilizează pentru a face față
lucrărilor care sunt periculoase sau grele
pentru lucrători.

Figura 7 -9 Minerit
Pentru a asigura oamenii , dronele 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 or ganizațiile miniere. Aplicarea dronelor
în acest segment oferă modele și hărți mult mai precise și sunt mult mai puțin costisitoare în
comparație cu metodele populare existente.
Întreprinderile miniere testează echipamentele quadcoptere împreună cu dispozi tivele de
vizionare multi -spectrale. Acesta permite companiilor să descopere minereu prin pilotarea de dron e în
jurul unor zone diferite și în interiorul puțurilor de mine .

79

7.10 Alte domenii de ulilizare a quadcopterelor:
7.10.1 In industria medicală.
7.10.2 Apara rea legii.
7.10.3 Recreere, Hobby & Distracție.
7.10.4 Robotică și aplicații experimentale.
7.10.5 Supraveghere și monitorizare .
7.10.6 Operațiuni de căutare și salvare.
7.10.7 Monitorizarea vieții sălbatice.
7.10.8 Divertisment.
7.10.9 Gradinărit.
7.10.10 Jurnalism.
7.10.11 Transportul de persoane.
7.10.12 Topografie.
7.10.13 Acoperir e aeriana.
7.10.14 Expansiunea telecomunicaților.
7.10.15 Previziuni și monitorizare meteo.

80
8 CONCLUZII
8.1 Concluzii generale
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, permițând 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
construirea sistemului fizic, de informații cum funcționează un quadcopter astfel încât să realizăm
diferite simulări, de resurse software pentru generarea s emnalelor de control și de aplicații pentru
configurarea diferitelor piese.
Pentru modelele fara pilot la 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 contribuții 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. Diferite 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 distanță folosind module de
comunicație.

81
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 s igur va exista
în continuare loc pentru îmbunătățire. În viitor se dorește ca acest sistem să fie comand at 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 pentru realizarea controlului de la
distanță.
 Introducerea comenzilor online de pe o pagină web, astfel încât controlul să fie făcut de
oriunde atât timp c ât microcontrolerul de comandă al quadcopterul este conectat la internet.
 Realizarea comunicației cu alte 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.

82
9 BIBLIOGRAFIE
Dan Andrițoiu , “ Sistem Aerian fără Pilot ”
Z. Zuo, “Trajectory tracking control design with command -filtered compensation for
a quadrotor,” IET Control Theory Appl., vol. 4, no. 11, p g. 2343 –2355, 2010.
P. Martin and E. Sala¨un, “The true role of acceleromter feedback in quadrotor control,”
IEEE International Conference on Robotics and Automation, pg. 1623 –1629, May 2010.
S. Bouabdallah, A. Noth, and R. Siegwart, “PID vs LQ control tec hniques applied to
an indoor micro quadrotor,” IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and
Systems, vol. 3, pg. 2451 –2456, 2004.
T. Madani and A. Benallegue, “Backstepping control for a quadrotor helicopter”, IEEE/RSJ
International Conferen ce on Intelligent Robots and Systems, pp. 3255 –3260, 2006.
K. M. Zemalache, L. Beji, and H. Marref, “Control of an under -actuated system: Application
to a four rotors rotorcraft,” IEEE International Conference on Robotic and Biomimetics, pg. 404 –
409, 2005.
H. Huang, G. M. Hoffmann, S. L. Waslander, and C. J. Tomlin, “Aerodynamics and control
of autonomous quadrotor helicopters in aggressive maneuvering,” IEEE International Conference
on Robotics and Automation, pg. 3277 –3282, Mai 2009.
A. Tayebi and S. McGi lvray, “Attitude stabilization of a four -rotor aerial robot,” 43rd IEEE
Conference on Decision and Control, vol. 2, pg. 1216 –1221, 2004.
I. C. Dikmen, A. Arısoy, and H. Temelta¸s, “Attitude control of a quadrotor,” 4th
International Conference on Recent Ad vances in Space Technologies, pg. 722 – 727, 2009.
G. V. Raffo, M. G. Ortega, and F. R. Rubio, “An integral predictive/nonlinear H1
control structure for a quadrotor helicopter,” Automatica, vol. 46, no. 1, pg. 29 –39, 2010.
P. Castillo, R. Lozano, and A. D zul, “Stabilisation of a mini rotorcraft with four
rotors,” IEEE Control Systems Magazine, pg. 45 –55, Dec. 2005.
Escare˜no, C. Salazar -Cruz, and R. Lozano, “Embedded control of a four -rotor UAV,”
American Control Conference, vol. 4, no. 11, pg. 3936 –3941, 2006.
R. He, S. Prentice, and N. Roy, “Planning in information space for a quadrotor helicopter in a
GPS-denied environment,” IEEE International Conference on Robotics and Automation, pg. 1814 –
1820, 2008.

83
G. M. Hoffmann, H. Huang, S. L. Waslander, and C. J . Tomlin, “Quadrotor, helicopter flight
dynamics and control: Theory and experiment,” Proceedings of the AIAA Guidance, Navigation and
Control Conference and Exhibit, August 2007.

84
10 REFERINȚE WEB
www.wikipedia.com
http://lazyzero.de/en/modellbau/kkmulticopterflashtool
http://wiki.openpilot.org/display/Doc/Rapi dESC+Database
http://en.wikipedia.org/wiki/American_wire_gauge#Tables_of_AWG_wire_sizes
http://a rdupilot.com/downloads/?did=82
http://magnetic -declination.com
https://pixhawk.ethz.ch/mavlink/
http://copter.ardupilot.com/wiki/auto -mode/
http://copter.ardupilot.com/wiki/common -planning -a-mission -with-waypoints -and-events/
http://copter.ardupilot.com/wiki/mission -command -list/#Condition -Yaw
http://copter.ardupilot.com/wiki/loiter -mode/
http://copter.ardupilot.com/wiki/circle -mode/
http://copter.ardupilot.com/wiki/rtl -mode/
http:/ /copter.ardupilot.com/wiki/land -mode/
http://copter.ardupilot.com/wiki/common -cameras -and-gimbals/
https://github.com/MegaPirateNG/ardupilot -mpng/tree/mpng -3.0.1 -r4/ArduCopter
www.ecalc.ch/xcoptercalc.htm?ecalc&lang=en
http://www.ecalc.ch/calcinclude/help/propcalchelp.htm
www.rctimer.com
www.hobbyking.com
www.frsky.com
https://docs.px4.io/en/flight_controller/pixhawk.html
https://www.progressiverc.com/media/X9DPlus.pdf

85
https://hobbyking.com/en_us/isdt -q6-lite-200w -battery -charger.html
http://ro.wikipedia.org/wiki/Elice
https://docs.px4 .io/en/flight_controller/pixhawk.html
http://www.invensense.com/mems/gyro/mpu6050.html
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet –
pdf/view/929289/STMICROELECTRONICS/LSM303D.html
http://www.u -blox.com/images/downloads/Product_Docs/NEO -6_DataSheet_%28GPS.G6 –
HW-09005%29.pdf
http://www.flying tech.co.uk/electronics/apm -3dr-radio -telemetry -kit-433mhz
http://myosuploads3.banggood.com/products/20190520/20190520014107R9M2019Non -EU-
A4.pdf
https://imgaz.staticbg.com/images/upload/2012/chenjianwei/X8R.pdf
https://www.bitcraze.io/2018/11/demystify ing-drone -dynamics/

86
11 CODUL SURSĂ

87
12 CD / DVD
Autorul atașează în această anexă obligatorie, versiunea electronică a aplicației, a acestei
lucrări, precum și prezentarea finală a tezei.

88
13 INDEX
A
Asamblarea ………………………….. …………………….. 58
B
Bibli ografie ………………………….. …………………….. 82
C
Cuprins ………………………….. ………………………….. 13
CD/DVD ………………………….. ………………………. 211
Cod sursa ………………………….. ……………………….. 86
Concluzie ………………………….. ……………………….. 80
D
Descriere hardware ………………………….. ………….. 37
Descriere software ………………………….. …………… 62
Domenii de ulilizare ………………………….. ………… 73
I
Introducere ………………………….. ……………………… 18
Index ………………………….. ………………………….. .. 212
Q
Scurt breviar teoretic ………………………….. ……….. 28
L
Lista figurilor ………………………….. ………………….. 15
P
Programare ESC ………………………….. ……………… 60
R
Referințe web ………………………….. ………………….. 84