МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЛИЦЕЙ № 24 г. НЕРЮНГРИ
678960 Республика Саха (Якутия), г. Нерюнгри, пр. Ленина 12/1 тел.6-21-37, факс 7-68-18
_____________________________________________________________________________
НОУ «ИНТЕЛЛЕКТ 21 ВЕК»
Создание беспилотного летательного аппарата «Скаут» с использованием 3D-печати
Выполнил:
Сезько Илья 8г
Руководители проекта:
Миколайчук Владимир Александрович, учитель робототехники
Дёминов Сергей Иванович, учитель робототехники
Нерюнгри 2016 г.
Содержание
13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc448945252" 14Введение15
Теоретическая часть
1 Этап. Создание элементов модели в программе «Solidworks»
2 Этап. Печать элементов конструкции на 3D - принтере
3 Этап. Сборка и настройка беспилотного летательного аппарата
4 Этап. Установка дополнительного оборудования для поиска очагов возгорания
5 Этап. Испытания готовой модели «Скаут»
Заключение15
Список использованной литературы
Введение
Актуальность: создание беспилотных летательных аппаратов набирает все большую популярность в стране и мире. Доступность комплектующих, а также возможность печати дополнительных деталей на 3D принтере любой сложности еще больше упрощает процесс сборки.
Цель: создать разведывательный беспилотный летательный аппарат малых габаритов с использованием 3D печати, используемый для разведки очагов возгорания.
Задачи:
Изучить соответствующую техническую литературу о создании беспилотных летательных аппаратов;
Произвести сборку опытного образца с использованием деталей, созданных на 3D принтере;
Провести настройку оборудования и испытания летательного аппарата в различных погодных условиях;
Сравнить полученный аппарат с аналогом из магазина;
Установить на беспилотный летательный аппарат дополнительное оборудование необходимое для разведки местности и поиска очагов возгорания в полевых условиях.
Гипотеза: возможно ли создать беспилотный летательный аппарат, не уступающий заводским аналогам, работающий в полевых условиях, используя готовую раму и детали, напечатанные на 3d-принтере.
Предмет исследования: использование 3D-печати для создания беспилотного летательного аппарата и оснащение его дополнительным оборудованием.
Объект исследования: беспилотный летательный аппарат
Методы исследования: Методы эмпирического исследования (наблюдение, сравнение, измерение, анализ и синтез); теоретический (изучение технической литературы по данному вопросу), экспериментальный, сравнительный.
Практическая значимость: создаваемый квадрокоптер имеет весомые преимущества в виде малых габаритов и более низкой цены, по сравнению с заводскими аналогами, а также возможность установки дополнительного оборудования для поиска очагов возгорания.
Теоретическая часть
Беспилотный летательный аппарат (БПЛА), в просторечии иногда используется название «беспилотник» или «[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]» (от [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] drone [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ])) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] без [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Создан для [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], наблюдения и других задач, в реальном времени за наземными [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Различают беспилотные летательные аппараты:
беспилотные неуправляемые;
беспилотные автоматические;
беспилотные дистанционно-пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА).
БПЛА принято делить по таким взаимосвязанным параметрам, как масса, время, дальность и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]: Выделяют следующие классы аппаратов
«[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]» (условное название) массой до 10 кг, временем полёта около 1 часа и высотой полета до 1 километра;
«[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]» массой до 50 кг, временем полёта несколько часов и высотой до 35 километров;
средние («миди») до 1000 кг, временем 1012 часов и высотой до 910 километров;
тяжёлые с высотами полёта до 20 километров и временем полёта 24 часа и более.
Исторически сложилось так, что изначальное применение БПЛА определялось как боевое. Однако с начала 2000-х годов колоссальное значение стали приобретать «микро-беспилотники», разрабатываемые не для военных, а сугубо гражданских целей.
Гражданская область применения БПЛА весьма обширна: от сельского хозяйства и строительства до нефтегазового сектора и сектора безопасности. «Дроны» гражданского назначения могут использоваться в работе служб по чрезвычайным ситуациям (контроль пожарной безопасности); [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (патрулирование зон); предприятий [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (наблюдение за посевами),[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (лесоохрана и контроль рыбного промысла); компаний, занимающихся [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ](картографирование); институтов географии и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]; компаний нефтегазового сектора (мониторинг нефтегазовых объектов); строительных предприятий (инспектирование строек); [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (аэрофото- и видео съемка) и др.
1 Этап. Создание элементов модели в программе «Solidworks»
SolidWorks программный комплекс для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства. Обеспечивает разработку объемных моделей изделий любой степени сложности и назначения.
В программе SolidWorks создаем 3D модели будущих дополнительных элементов, которые в последующем будут установлены на
·беспилотный летательный аппарат.
Первое что нам потребуется для работы в лесном массиве это опознавательные огни, для которых мы создаем удерживающий кронштейн (Рисунок 1).
Далее мы рисуем корпус для аккумулятора, который защитит его при жестких посадках в условиях использования дрона в лесном массиве и горной местности (Рисунок 2).
Так как наш беспилотный летательный аппарат создается с целью поиска очагов возгорания в лесных массивах, то нам обязательно потребуется камера для записи данных полета и регистрации очагов возгорания.
Создаем в программе SolidWorks крепление для камеры, в качестве образца мы берем камеру Highscreen HD, которая сочетает в себе хорошее качество видео съемки, а также малые габариты и устойчивость к повреждениям (Рисунок 3).
Для регистрации температуры и задымленности в лесном массиве, в условиях плохой видимости, мы используем плату управления от робота УМКИ, на которой установлены необходимые нам датчики. В целях экономии места с платы управления мы убираем не нужные нам элементы и подготавливаем 3D модель корпуса, который будет служить защитой для платы. (Рисунок 4).
2 Этап. Печать элементов конструкции на 3D - принтере
Для изготовления элементов для крепления дополнительного оборудования использовался 3D - принтер. Процесс печати деталей длительный и интересный. Файлы моделей сохраняются в формате .stl, а затем открываются в программе для 3D-принтера и передаются на печать. Время печати элементов:
удерживающий кронштейн – 15 минут
корпус для аккумулятора – 122 минуты
крепление для камеры – 56 минут
корпус для платы с датчиками – 180 минут (Рисунок 5).
3 Этап. Сборка и настройка беспилотного летательного аппарата
Для начала внутрь рамы помещаем плату распределения питания, так чтобы был доступ к выводам. Напаиваем на плату распределения питания провода от регуляторов оборотов, соблюдая полярность (Рисунок 6).
Припаиваем провода от моторов к регуляторам оборотов (если вращение будет неверно, то меняем местами 2 любых провода мотора меняя тем самым полярность) (Рисунок 7).
Устанавливаем полётный контроллер и подключаем сигнальные провода от регуляторов к контроллеру полётов (Рисунок 8).
Подключаем приёмник (Рисунок 9).
Устанавливаем курсовую видео камеру и видео передатчик (Рисунок 10).
Настраиваем дрона через компьютер в программе Betaflight и калибруем регуляторы, гироскоп, настраиваем приёмник с аппаратурой управления. (Рисунок 11).
Производим сборку дрона (Рисунок 12).
4 Этап. Установка дополнительного оборудования для поиска очагов возгорания
Производим установку дополнительного оборудования, используя разработанные и напечатанные на 3D принтере элементы.
Для начала устанавливаем кронштейн для опознавательных огней и подключаем их к плате распределения питания (Рисунок 13).
Устанавливаем камеру Highscreen HD и монтируем ее на дрона с помощью крепления (Рисунок 14).
Помещаем аккумулятор и плату с датчиками в защитные корпуса, а затем устанавливаем их на беспилотный летательный аппарат (Рисунок 15).
5 Этап Испытания готовой модели «Скаут»
Исследование №1.
Цель: Определить основные полетные характеристики собранного беспилотного аппарата (максимальная высота, скорость полета, время беспосадочного полета, дальность полета) (Рисунок 16).
№
Характеристики (потверждённые)
1
Максимальная высота полёта
100м
2
Скорость полёта
~45км/ч
3
время беспосадочного полёта
до 14мин
4
Дальность полёта
до 1000 м
Вывод: в ходе исследования я выяснил, что высота полета составляет ~ 200 м при прямой видимости, скорость - более 45 км/ч, время беспосадочного полета около 15 минут, радиус полета составляет ~ 1000 м
Исследование №2.
Цель: Выяснить, как ведет себя беспилотный аппарат в различные погодные условия (порывистый ветер, дождь, ясная погода) (Рисунок 17).
Вывод: ветер является единственным фактором, который влияет на полет, но при увеличении скорости данный фактор становится малозначительным.
Исследование №3.
Цель: сравнить собранный квадрокоптер с магазинным аналогом. Табл. 1 - Сравнительные характеристики двух беспилотников (Рисунок 18)
№
Характеристика
AR.Drone 2.0
Собранный аппарат
1
Скорость
до 18 км/ч
~ 45 км/ч
2
Время полета без подзарядки
до 12 минут
до 15 минут
3
Дальность управления
до 50 м
до 1000 м
4
Размеры
450x450x95 мм
175 х 205 х 195 мм
5
Масса
420 г
499г
6
Управление
Wi-Fi
Пульт управления с частотой 2,4 GHz
Стоимость проекта:
№
Наименование
Кол-во шт.
Цена руб.
Итого
1
Регулятор оборотов Emax Simonk 12А
4
450
1800
2
Мотор DYS BE1806
4
450
1800
3
Рама Lisam 210
1
1200
1200
4
Контроллер полета SP Racing F3
1
1500
1500
5
Винт Kingkong 5040
4
60
240
6
Видеопередатчик с камерой
1
1700
1700
7
Плата распределения питания
1
300
300
8
Аккумулятор 1500mAh
1
925
925
9
Аппаратура управления
1
7500
7500
10
Видеомонитор
1
3500
3500
11
Камера Highscreen HD
1
2600
2600
12
Плата управления робота УМКИ
1
4000
4000
Итого
26065
Стоимость заводских прототипов беспилотных аппаратов данного класса в г. Нерюнгри без учета навесного оборудования составляет 37000 и выше.
Заключение
Мной было проведено исследование информации в сфере создания беспилотных летательных аппаратов и проведены необходимые расчеты, созданы элементы крепления дополнительного оборудования на 3D-принтере с помощью, которых мне удалось создать беспилотный аппарат, который превосходит свои заводские аналоги по основным характеристикам и способен работать в условиях высокогорья и лесного массива.
Список использованной литературы:
Беспилотные летательные аппараты. Основы устройства и функционирования./ П.П. Афанасьев, И.С. Голубев, В.Н. Новиков, С.Г. Парафесь, М.Д. Пестов, И.К. Туркин/ Под редакцией И.С. Голубева и И.К. Туркина. - Издание второе, переработанное и дополненное. - М.: 2008
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратах./ [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] – Физмат лит. М.: 2009
Основы проектирования беспилотных летательных аппаратов с учетом экономической эффективности./ Дракин И.И. – Машиностроение. М.: 1973
Приложение
Рисунок 1. Удерживающий кронштейн
Рисунок 2. Корпус для аккумулятора
Рисунок 3. Крепление для камеры
Рисунок 4. Защитный корпус для платы с датчиками
Рисунок 5. Печать деталей на 3D принтере
Рисунок 6. Напаиваем на плату распределения питания провода от регуляторов оборотов, соблюдая полярность
Рисунок 7. Припаиваем провода от моторов к регуляторам оборотов
Рисунок 8. Устанавливаем полётный контроллер и подключаем сигнальные провода
Рисунок 9. Подключаем приёмник
Рисунок 10. Устанавливаем курсовую видео камеру и видео передатчик
13 PAGE \* MERGEFORMAT 141815
Приложенные файлы
