در این مقاله به بررسی نحوه پرواز کواد کوپتر ها و کنترل پروازی این ربات های پرنده به صورت کلی و عمومی خواهیم پرداخت. واقعا به نظر شما کوادکوپتر ها چگونه پرواز می کنند؟
دسته بندی پهپاد ها
پهپاد ها و ربات های پرنده عموما به سه دسته پهپاد های عمو پرواز ( مولتی روتور ) ، پهپاد های افق پرواز ( هواپیمای های بال ثابت ) و پهپاد های عمو و افق پرواز ( VTOL ) تقسیم بندی می شوند. کواد کوپترها زیر مجموعه پهپاد های عمود پرواز و یا مولتی روتور ها هستند که در این قسمت به بررسی نحوه عملکرد پروازی آن ها خواهیم پرداخت.
می توانید برای شناخت بیشتر پهپاد ها و کاربرد های آن و همچنین مولتی روتور ها به مقاله های مربوطه مراجعه کنید.
ساختار کواد کوپتر ها
کوادکوپتر همانطور که از نامش پیداست از یک بدنه به همراه چهار بازو تشکیل شده است که بر روی هر بازو یک موتور ( روتور ) برای پرواز قرار دارد.
این ربات های پرنده برای پرواز و حرکت به طرفین تنها به همین چهار موتور اکتفا می کنند و به هیچ سیستم راهبری و قطعه اضافه دیگری برای جهت گیری و پرواز نیاز ندارند.
موتور های استفاده شده در ربات های پرنده عموما از نوع موتور براشلس ها می باشد که برای کسب اطلاعات بیشتر راجع به این نوع موتور ها می توانید به مقاله موتور براشلس ها در سایت مراجعه کنید.
پرواز کواد کوپتر ها چگونه است؟
همانطورکه گفته شد کواد کوپتر ها برای پرواز و حرکت به طرفین تنها به 4 موتور خود نیاز دارند. این موتور ها با چرخش نیروی بالا برنده ای( تراست ) برای غلبه به نیرو وزن و جاذبه زمین تولید می کنند که باعث پرواز کواد کوپتر خواهد شد.
محل قرار گیری و چرخش موتور ها در کواد کوپتر به شدت مهم است و در نوع و عملکرد این ربات های پرنده تاثیری بسیار زیادی دارد. از این جهت کوادکوپتر ها در انواع و شکل های مختلف تولید می شوند که هرکدام ویژگی های منحصر به فردی دارند. اما به صورت کلی ساختار و نحوه عملکرد تمام آن ها یکسان می باشد.
نحوه قرار گیری و چرخش موتور ها در کواد کوپتر
موتور ها در کواد کوپتر به صورت قطری با یکدیگر جهت چرخش یکسانی دارند. یعنی همواره دو موتور در جهت عقربه های ساعت و دو موتور دیگر در خلاف عقربه های ساعت می چرخند تا از چرخش کوادکوپتر در هنگام پرواز به دور خود جلوگیری کرده و کنتر کاملی بر روی حرکات کوادکوپتر داشته باشند.
همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید موتور های 1 و3 در جهت عقربه های ساعت و موتور های 2 و 4 در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند.
مغز متفکر ربات های پرنده یا فلایت کنترلر
در کواد کوپتر ها برای حفظ تعادل و کنترل پرواز خود نیاز است تا هر چهار موتور به صورت مداوم و لحظه ای با یکدیگر ارتباط داشته باشند تا از زمین خورد ربات پرنده جلوگیری شود.
موتور ها به تنهایی توانایی تنظیم و تصمیم گیری را ندارند بنابراین نیاز است تا از یک سیستم کنترلی و به اصطلاح مغز متفکر در این ربات های پرنده استفاده شود. این مغز متفکر را فلایت کنترلر می نامند.
فلایت کنترلر ها با دریافت اطلاعات از سنسور ها و رادیو کنترل دستوراتی را به موتور ها ارسال می کنند و با کنترل سرعت چرخش هر موتور که واحد آن RPM می باشد همواره سعی در متعادل نگه داشتن کواد کوپتر و اجرای دستورات ارسالی شما از طریق رادیو کنترلر را دارد.
نحوه پرواز کواد کوپتر ها
کواد کوپتر ها برای حرکت به هر جهت در فضا و پرواز نیاز دارند تا ارتفاع خود را کم و یا زیاد کنند ، به طرفین حرکت کنند و یا به دور خود بچرخند.همانطور که گفتیم این ربات های پرنده برای انجام این کار ها تنها به 4 موتور براشلس خود نیاز دارند. در ادامه توضیح خواهیم داد که کوادکوپتر ها هرکدام از فعالیت های ذکر شده را چگونه تنها با کنترل سرعت چرخش این چهار موتور انجام خواهد داد.
افزایش یا کاهش ارتفاع در پرواز کواد کوپتر ها
برای کاهش و یا افزایش ارتفاع پروازی نیاز است تا هر چهار موتور براشلس کواد کوپتر به صورت همزمان و یکسان سرعت چرخش خود را کم و یا زیاد کنند تا نیروی برا و بالا برنده تولیدی کاهش و یا افزایش یابد.
چرخش به دور خود در پرواز کواد کوپتر ها
کواد کوپتر برای حرکت در فضا نیاز دارد تا به دور خود نیز بچرخد که به این حرکت اصلاحا یاو ( Yaw ) گفته می شود . این حرکت برای کوادکوپترهای دوربین دار بسیار مهم است چرا که نیاز دارند تا همواره با دوربین نصب شده بر روی کوادکوپتر جلوی خود را به صورت واضح مشاهده کنند و کور کورانه به اطراف حرکت نکنند.
برای چرخش کواد کوپتر به دور خود باید دو موتور به صورت قطری سرعت چرخش خود را زیاد و دو موتور دیگر سرعت چرخش خود را کم کند.
این کار باعث افزایش گشتاور در محور Z کواد کوپتر شده و در نتیجه کواد کوپتر به دور خود خواهد چرخید.
حرکت به طرفین در پرواز کواد کوپتر ها
کوادکوپتر برای حرکت به طرفین دارای 2 محور پیچ ( pitch ) و رول ( roll ) می باشد که محور پیچ برای حرکت به چپ و راست و محور رول برای حرکت به عقب و جلو استفاده می شود. برای حرکت در این محور ها باید دو موتور سمتی که کواد کوپتر به آن جهت قصد حرکت دارد سرعت خود را کاهش داده و دو موتور سمت دیگر سرعت چرخش خود را افزایش دهند.
در مقاله های بعدی به بررسی تخصی تر وعلمی تر دینامیک پروازی کواد کوپتر ها خواهیم پرداخت.
