The Ultimate PVC Quadcopter: 16 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Se você é um iniciante em busca de um quadricóptero para ajudá-lo a molhar os pés em uma construção inicial, ou se você é um pouco mais experiente e está apenas procurando por um quadro barato e confiável, não procure além do The Ultimate PVC Quadcopter! Este é um quadro de 450 mm extremamente barato, cerca de US $ 12 para todo o hardware, e também extremamente durável, o meu resistindo a dezenas de travamentos em velocidade máxima com nada mais do que um par de hélices quebradas! Os componentes eletrônicos são 100% protegidos, seja dentro dos braços de PVC ou sob o dossel Lexan, o que significa 1: você nunca terá que substituir nenhum componente eletrônico e 2: você terá o mais voador (sem trocadilhos:)) com aparência de quadricóptero DIY por aí! Este instrutível irá mostrar-lhe o processo de criação deste quadricóptero e como fazê-lo você mesmo!

Etapa 1: Introdução e Design

Quando criança, adorava brincar com tubos e conectores de PVC e usá-los para criar qualquer coisa que pudesse imaginar. Muitos anos depois, ganhei um pequeno drone de Natal, que foi muito divertido, mas tinha uma câmera de resolução muito baixa e um curto tempo de vôo. Eu queria comprar um drone mais profissional, mas sendo apenas um estudante do segundo ano do ensino médio, não havia como pagar por isso. Decidi projetar meu próprio quadricóptero para ser potente o suficiente para levantar uma câmera decente, ter um tempo de vôo mais razoável e, acima de tudo, ser econômico. Por causa da minha experiência de infância com tubos de PVC, concluí que eles poderiam ser usados para construir uma estrutura quadricóptero simples e durável. Comecei a fazer alguns esboços e protótipos de quadros e eventualmente acabei com os designs acima.

Este quadro usa 1 "de PVC Schedule 21 porque tem paredes finas, tornando-o significativamente mais leve do que, mas tão resistente quanto outro tubo do mesmo tamanho, e com 1" de diâmetro, é largo o suficiente para caber alguns dos componentes eletrônicos dentro de um aparência agradável e limpa. Ser capaz de proteger os componentes eletrônicos na parte interna do quadro é um grande benefício do design deste quadricóptero, pois me economiza dinheiro e incomoda porque não tenho que substituir nenhuma peça quebrada em caso de acidente. Para as placas eletrônicas e a cobertura, usei policarbonato Lexan por causa de sua resistência, leveza e transparência para a estética. O design e a escolha dos materiais para este quadricóptero resultam do fato de que acredito que mexer pode ser uma forma de arte, e que a estética é tão importante quanto, e até mesmo um elogio, a funcionalidade. Para mim, a aparência deste quadricóptero possui a combinação perfeita de simplicidade e complexidade. Ter a eletrônica escondida nos braços de PVC faz com que o quadricóptero pareça elegante e simples, mas deixar alguns fios visíveis sob o dossel lexan claro enfatiza a verdadeira complexidade de seu design.

Agora, sem mais delongas, vamos começar a construir!

Todos os desenhos e diagramas foram criados por mim em papel ou em Adobe Illustrator para iOS.

Etapa 2: o que você precisa

Aqui está o que usei para construir este quadricóptero. Eu o dividi em partes necessárias para a estrutura e o sistema de energia, bem como as ferramentas necessárias. Quadro:

• Tubo de PVC Cronograma 21 de 1”
• 1”conector cruzado de PVC
• Folha de Lexan 8 x 10”
• 6 x 32 parafusos Phillips de 3”x 4
• 6 x 32 porcas de cúpula x 4
• Porcas de bloqueio de nylon M6 x 4
• Arruelas M6
• Parafusos M3
• Impasses de náilon de 1”x 4
• Gravatas zip
• Fita de espuma dupla face
• fita adesiva
• Tira de velcro e quadrados de velcro adesivos
• Acoplador de PVC de 4 "para trem de pouso

Sistema de energia:

• Motores sem escova Aerosky 980kv x 4
• Hobbywing 20A ESC x 4
• KK2.1.5 Flight Controller
• Combo transmissor e receptor Flysky FS-CT6B
• Bateria lipo Turnigy Nanotech 2200 mAh 45-90c 3s
• Carregador lipo Imax B6
• Alarme de tensão da bateria lipo
• Hélices slowfly Gemfan 10 "(obtenha mais de 4 porque você quebrará algumas)
• Fio de silício de calibre 10 e 12
• Conectores XT60 x pelo menos 5 pares
• Conectores bullet de 3,5 mm - pelo menos 12 pares
• fios servo macho para macho - pelo menos 5
• Tubulação termorretrátil
• Manga de fio (opcional)
• Conector JST (opcional)

Ferramentas:

• Cortador de tubo de PVC
• Furadeira
• chave Allen
• Cortador / removedor de fio
• Ferro de solda e solda
• Vise Grip
• Serrote
• Pistola de calor ou fogão
• Balanceador de hélice
• Pistola de cola
• Caneta de feltro ou apontador

Etapa 3: Montagem da estrutura: Achatamento dos suportes do motor

Para a primeira etapa da construção do quadro, precisamos fazer um local para montar os motores. Amassei as pontas do tubo para criar uma área plana e agradável para os motores serem montados nos braços. Para os braços, cortei o tubo de PVC em quatro segmentos de 8 1/2”. Em seguida, marquei uma linha ao redor do tubo a 2”de distância do final. Aqueci o cachimbo sobre o fogão, segurando apenas a área de 2 que marquei sobre o queimador até que a ponta ficasse macia e maleável. Enquanto o cachimbo ainda estava quente e macio, alisei-o com uma tábua de corte alinhando a borda do cortar a tábua com a linha afiada de antes e pressioná-la para baixo até que esfrie e fique rígida novamente. Repeti esse processo para os três braços restantes.

Etapa 4: Montagem da estrutura: placas de Lexan

Para montar e proteger o controlador de vôo e o receptor, bem como manter a estrutura unida, o quadricóptero precisa de um sistema de placas centrais. Mandei cortar a folha de Lexan de 8 x 10 "em dois círculos com diâmetros de 4 1/2" e 4 1/4 "para serem as placas inferior e superior, respectivamente. A placa inferior é usada como plataforma para montar o controlador de vôo e o receptor, e a placa superior é uma tampa para protegê-los. Cada placa tem 4 orifícios perfurados em um padrão X para que os quatro parafusos 6 x 32 possam passar por todos os 4 braços e por ambas as placas para manter tudo junto. As placas são separadas por espaçadores de náilon de 1 ", pelos quais os parafusos 6 x 32 também passam. Os parafusos são fixados na parte superior da placa superior com porcas em forma de cúpula.

Etapa 5: Montagem da estrutura: montagens do motor de perfuração

Agora que os suportes do motor estão achatados e as placas Lexan instaladas, é hora de fazer os orifícios para os parafusos do motor. Usei uma cruz de montagem de motor que combinava com o padrão de orifícios dos meus motores para marcar onde os orifícios deveriam estar. Depois de marcar os orifícios com uma ponta afiada, fiz dois orifícios de 19 mm um do outro para os parafusos e 1 orifício grande entre eles para a folga do eixo do motor.

Etapa 6: fazer o trem de pouso

É sempre bom ter algo para o seu quadricóptero pousar. Para o meu, fiz um trem de pouso com um acoplador de PVC de 4 ". Usei uma serra para cortar o acoplador em quatro tiras de aproximadamente 3/4" de largura e, em seguida, coloquei essas tiras em uma panela de água fervente por cerca de trinta segundos para amolecer eles. Eu os tirei e os moldei com as mãos nas pernas de aterrissagem. Prendi o trem de pouso aos braços do quadricóptero com laços zip. Até agora, este trem de pouso funciona muito bem e é muito flexível, o que ajuda a absorver o choque durante pousos bruscos.

Etapa 7: Sistema de energia: Visão geral

Agora que o quadro está completo, passamos para o sistema de energia do quadricóptero. O sistema de energia consiste em motores, controladores eletrônicos de velocidade (ESCs), chicote de fios, controlador de vôo, transmissor, receptor e bateria. Conforme mostrado no diagrama acima, os motores se conectam aos ESCs, os ESCs se conectam ao chicote de fios e o chicote de fios se conecta à bateria. O transmissor (TX) envia um sinal sem fio para o receptor (RX), que envia esse sinal para o controlador de vôo através dos fios servo macho para macho. O controlador de vôo traduz esse sinal e o envia para os ESCs por meio dos servo fios dos ESCs. Os ESCs então convertem esse sinal em pulsos elétricos que fluem através dos fios de fase dos motores e os giram. Agora que sabemos como tudo funciona, podemos começar no sistema de energia.

Etapa 8: Motores e ESCs

Precisamos preparar os motores e os ESCs para se conectarem uns aos outros e ao chicote de fios. Soldei conectores bullet machos de 3,5 mm a cada um dos fios do motor para que pudessem ser conectados aos ESCs e os selei com termorretrátil. Fiz um pequeno gabarito de solda fazendo furos em uma prancha de madeira para segurar os conectores de bala enquanto estava soldando. Fixei os motores aos suportes do motor dos braços com parafusos M3 e aparafusei-os com uma chave allen.

Uma vez que os ESCs vieram com conectores bullet fêmea já instalados, eu apenas soldei conectores XT60 machos na extremidade da bateria (fios vermelho e preto) de cada ESC, para permitir que sejam plugados no chicote de fios.

Etapa 9: Instalação de chicotes elétricos e eletrônicos

Chicote de Fios

Um dos componentes elétricos mais importantes é o chicote de fios ou divisor de bateria. Isso distribui a energia da bateria para todos os quatro ESCs e motores. Para fazer o chicote de fios, soldei um conjunto (estou me referindo a um par de fio vermelho e preto como um conjunto) de fio de bitola 10 a um conector XT60 macho e descasquei a outra extremidade dos fios para cerca de meia polegada. Em seguida, cortei e descasquei quatro conjuntos de fio de calibre 12 e os soldou ao conjunto de fio de calibre 10. Soldei conectores XT60 fêmeas nas pontas dos fios de calibre 12 e isolei tudo com termorretrátil. Eu também adicionei um conector JST ao chicote de fios para um cabo de alimentação extra, caso eu quisesse adicionar outros componentes eletrônicos como engrenagem FPV ou luzes LED no futuro. Dica: Ao soldar um chicote de fios, lembre-se de que os conectores fêmeas vão no extremidade "quente", ou o lado de onde a energia fluirá. Os conectores machos são usados nas extremidades opostas para onde a energia fluirá. Além disso, lembre-se de deslizar o termorretrátil sobre os fios antes de soldar os conectores XT60 neles. Se você esquecer de fazer isso, poderá ter que dessoldar o conector, deslizar o termorretrátil e soldar o conector de volta, o que pode ser uma verdadeira dor. Confie em mim, eu sei. Instalação de eletrônicos Depois de fazer o chicote de fios, conectei os motores aos ESCs, conectei os ESCs ao chicote de fios e coloquei os ESCs e o chicote de fios dentro da estrutura do tubo. Eu também fiz furos nos braços para que o plugue da bateria do chicote de fios e os fios do servo do ESC saíssem. Para evitar o superaquecimento dos ESCs dentro da estrutura, fiz três orifícios nos braços próximos aos suportes do motor para funcionar como aberturas para resfriar os ESCs. O ar empurrado para baixo pelas hélices fluirá pelos orifícios e entrará no tubo para resfriar os componentes eletrônicos. Eu também perfurei um orifício embaixo da montagem do motor para ser um ponto de entrada para o interior do tubo para os fios de fase dos motores se conectarem aos ESCs.

Etapa 10: Controlador de voo e conexões do receptor

Montei o controlador de vôo e o receptor na placa inferior Lexan usando fita de espuma de dupla face. A fita de espuma funciona muito bem para segurar os componentes e filtrar as vibrações antes que cheguem ao controlador de vôo. Em seguida, conectei os condutores do servo ESC ao controlador de vôo.

Para conectar os fios ESC ao controlador de vôo, pegue o fio do servo de cada ESC e conecte-o aos pinos correspondentes no controlador de vôo. Por exemplo, o motor dianteiro esquerdo é o Motor 1, então o fio do servo ESC desse motor será conectado ao primeiro conjunto de pinos no lado direito da placa. O fio do servo ESC do motor 2 será conectado ao segundo conjunto de pinos, o motor 3 o terceiro e o motor 4 o quarto. Existem 8 conjuntos de pinos para fios de servo ESC no controlador de vôo KK2, mas como este é um quadcopter com apenas 4 motores e ESCs, apenas os primeiros 4 conjuntos de pinos serão usados.

Motor 1 = dianteiro esquerdo, Motor 2 = dianteiro direito, Motor 3 = traseiro direito, Motor 4 = traseiro esquerdo

Em seguida, conectei os canais do receptor aos do controlador de vôo. No KK2 Flight Controller, os pinos do receptor estão no lado esquerdo da placa e os pinos do canal são Aileron, Elevator, Throttle, Rudder e Auxiliary nessa ordem, da frente para trás na placa. Eu conectei os canais correspondentes entre o controlador de vôo e o receptor com fios servo macho para macho.

Dica: os pinos mais próximos do interior da placa de controle de vôo são os pinos de sinal, portanto, os fios branco / amarelo devem ser conectados a eles.

Etapa 11: Programação do controlador de vôo

CERTIFIQUE-SE DE FAZER ESTA ETAPA SEM HÉLULAS

Antes de voar, o controlador de vôo precisa ser programado e calibrado. Esta é uma das etapas mais fáceis, mas pode ser potencialmente a mais perigosa. Sempre certifique-se de que as hélices não estejam instaladas antes de configurar o controlador de vôo para evitar ferimentos. Na placa KK2, a primeira coisa a fazer é o teste do receptor. Isso garante que cada stick no transmissor está mudando o valor correto no controlador de vôo. Se você descobrir que uma entrada do stick está produzindo uma saída para trás no controlador (por exemplo, o lado esquerdo no stick do aileron aparece como uma entrada do aileron direito no controlador de vôo), você pode reverter esse canal no transmissor.

Em seguida, é escolher o layout do motor. Vá para o menu principal do KK2 e selecione "Load Motor Layout". Como este drone tem 4 motores, com 2 na frente e 2 na parte traseira, selecione "Modo QuadroCopter X". O controlador de vôo mostrará o layout do motor e a direção em que os motores devem girar. O motor 1 na frente esquerda deve girar no sentido horário, o motor 2 no sentido anti-horário, o motor 3 no sentido horário e o motor 4 no sentido anti-horário.

Em seguida, calibre os ESCs.

1. Desconecte a bateria e desligue o transmissor
2. Empurre o acelerador totalmente para cima no transmissor enquanto ele estiver desligado.
3. Ligue o transmissor
4. Conecte a bateria ao quadricóptero
5. Pressione e segure imediatamente os botões 1 e 4 na placa KK2
6. Assim que a tela exibir "Throttle Passthrough", abaixe totalmente o acelerador do transmissor, mantendo os botões 1 e 4 pressionados.
7. Os ESCs emitirão um bipe indicando que todos os 4 ESCs estão calibrados.

Em seguida, verifique as direções de rotação do motor. Para fazer isso, ligue e arme o quadricóptero conectando a bateria, ligando o transmissor e levando o manche do acelerador para o canto inferior direito. A placa emitirá um bipe indicando que o quad está armado, o que significa que os motores estão livres para girar. Mais uma vez, VERIFIQUE SE AS HÉLICAS ESTÃO DESLIGADAS. Aumente o acelerador e observe em que direção os motores estão girando. Colocar um pedaço de fita adesiva na lateral dos motores pode ajudar nesta etapa. Os motores devem girar de acordo com o esquema de layout do motor. Se um motor estiver girando na direção errada, simplesmente desconecte e troque quaisquer dois dos conectores em forma de bala nos fios de fase do motor que se conectam aos ESCs, e o giro do motor será revertido.

Por último, calibre o acelerômetro da placa.

1. Coloque o quadricóptero em uma superfície plana
2. Vá para o menu principal da placa KK2 e selecione "Calibração ACC"
3. pressione continuar e deixe a placa se calibrar

O controlador de vôo agora está calibrado e pronto para voar!

Etapa 12: Balanceamento de hélices

Estamos quase terminando, mas antes de instalar as hélices elas precisam ser balanceadas. Há muitos benefícios em balancear hélices, como maior longevidade do motor, "gelatina" ou vídeo sem distorção e até mesmo um quadricóptero mais silencioso. Como muitos balanceadores de hélice são caros, decidi criar o meu próprio. Meu balanceador de hélice consiste em uma estrutura de pino de madeira, alguns ímãs de neodímio e um "balanceador de ponta de dedo" que comprei por alguns dólares na Amazon. A estrutura de madeira tem duas lanças com cerca de 6 "de altura que permitem o encaixe em hélices de até 12". Nas extremidades das barras há dois ímãs de neodímio colados a quente na estrutura. O balanceador de hélice na ponta do dedo se encaixa entre os ímãs, tocando apenas um deles, mas é mantido no lugar pela força magnética do outro, resultando em um balanceador de hélice extremamente sensível e preciso.

Lâminas de equilíbrio

1. Prenda a hélice com o balanceador de hélice na ponta do dedo
2. Coloque o balanceador de ponta do dedo e a hélice entre os dois ímãs e defina a hélice horizontalmente
3. O lado mais pesado do suporte é o lado mais pesado, então fita adesiva deve ser adicionada à lâmina oposta para equilibrá-la
4. Coloque a lâmina horizontalmente novamente e se a lâmina cair para um lado, remova ou aplique a fita de acordo. A hélice será capaz de ficar na horizontal quando as pás estiverem equilibradas.

Equilibrando o Hub

1. Defina a hélice verticalmente entre os dois ímãs
2. Qualquer que seja o lado que caia é o lado pesado do cubo, e cola quente deve ser adicionada ao lado oposto do cubo para equilibrá-lo

Se a hélice puder ficar em qualquer posição em que for colocada sem cair, então ela está devidamente balanceada e pronta para ser instalada.

Etapa 13: Instalação de hélices

A última etapa antes do vôo é instalar as hélices. Usando o esquema de layout do motor, instalei hélices no sentido horário nos motores girando no sentido horário e vice-versa. As hélices no sentido horário têm um "R" impresso nelas próximo ao tamanho e passo (ou seja, 1045R), enquanto as hélices no sentido anti-horário não. Coloquei duas hélices verdes na frente e duas brancas atrás para me ajudar a acompanhar a orientação do quadricóptero.

Em vez de usar os sinos padrão que vêm com os motores para segurar as hélices (você também pode jogá-los fora porque eles VÃO soltar durante o vôo e fazer você bater), prendi minhas hélices com porcas de náilon. As porcas de segurança possuem um anel de náilon especial dentro delas que garante que as hélices nunca possam se soltar durante o vôo. Para apertar as porcas de segurança, usei uma alça de torno. Sob as porcas de segurança, instalei uma arruela para ajudar a distribuir a pressão da porca na hélice de maneira mais uniforme.

A estrutura é montada, os componentes eletrônicos são instalados, o controlador de vôo é programado e as hélices estão balanceadas e prontas, então só há uma coisa a fazer. Decolar!

Etapa 14: Alarme de bateria e tensão

A bateria é presa na parte inferior do quadricóptero com uma tira de velcro, que é colocada entre a placa inferior do Lexan e o conector cruzado de PVC.

O alarme de tensão da bateria está preso à estrutura com um quadrado adesivo de velcro. Antes de decolar, ligo o conector de equilíbrio da bateria (conector branco) ao alarme de tensão da bateria. Assim que a voltagem da bateria cair abaixo de 10 V durante o vôo, o alarme disparará, avisando-me para pousar.

Etapa 15: decolando

Se você é novo no vôo, não tenha medo! Aqui está um guia rápido sobre como decolar e muito mais com seu novo quadricóptero.

1. Conecte o alarme de bateria e tensão e ligue o transmissor.
2. Arme seu quadricóptero colocando o manche do acelerador (acionamento esquerdo na maioria dos transmissores) para o canto inferior direito.
3. Lentamente, aumente o acelerador até que o quadricóptero esteja a alguns centímetros do solo e, em seguida, pouse-o imediatamente. Parabéns! Você completou o hop test.
4. Continue pulando até se sentir confortável no ar.
5. Salte mais alto e permaneça no ar cada vez mais.
6. Sinta sua autoridade de guinar, arremessar e rolar enquanto você pula.
7. Pratique mover o quadricóptero para frente, para trás, para a esquerda e para a direita ao pairar.
8. Depois de ter baixado os movimentos básicos, pratique o uso do manípulo de guinada e o controle dos movimentos do leme.

Faça o que fizer, não se exiba ou tente fazer qualquer coisa sobre a qual você não tenha certeza. Com o tempo, seus controles se tornarão uma segunda natureza para você, mas por enquanto apenas se concentre no básico para evitar travamentos.

Etapa 16: Conclusão

Concluindo, posso dizer com certeza que alcancei meu objetivo de criar um quadricóptero durável e econômico com um tempo de vôo razoável! Esta construção me custou apenas cerca de US $ 300 (provavelmente menos ainda sem ter que comprar peças para prototipagem), o que é extremamente barato em comparação com a maioria dos outros drones desse tamanho no mercado. Com esta configuração, posso obter cerca de 11 minutos de tempo de vôo, o que é uma grande melhoria em relação ao tempo de vôo do meu drone anterior. O quadro também se revelou extremamente robusto e sofreu incontáveis batidas, algumas quase a toda velocidade na lateral da minha casa ou direto no chão após uma tentativa de virar, com o único dano sendo um par de hélices quebradas. Para fotos aéreas e vídeo, este quadricóptero pode facilmente carregar uma câmera de vídeo, que fica pendurada na bandeja da minha câmera feita com um cartão de biblioteca com um suporte de câmera preso a ele. Este quadricóptero me permitiu tirar as fotos mostradas acima.

Eu não tive muitos problemas grandes, ou cometi grandes erros durante este projeto, já que praticamente acabei de criar um design e continuei melhorando até que ele se tornasse o melhor que eu poderia fazer. No entanto, aprendi algumas coisas que gostaria de compartilhar com você para ajudá-lo a evitar possíveis problemas no futuro.

1. Não vá atrás das coisas mais baratas que você pode encontrar

O ditado "você obtém o que paga" está realmente vindo à mente agora. Não compre as coisas mais baratas possíveis, porque tudo isso fará com que você gaste mais dinheiro mais tarde. Por exemplo, comecei com um ferro de solda super barato de $ 8,99 pensando que me pouparia dinheiro, apenas para ter que comprar um novo e mais caro mais tarde, quando o mais barato parasse de funcionar.

2. Não seja um perfeccionista

Embora possa parecer que ser absolutamente perfeito é essencial para construir um bom quadricóptero, acredite em mim, todo o perfeccionismo fará com que você gaste dinheiro extra, demore mais tempo para terminar sua construção e cause estresse desnecessário. Claro, ser absolutamente exato e perfeito com tudo é bom, mas os quadricópteros são inteligentes o suficiente para voar perfeitamente bem, mesmo se sua construção for apenas "boa o suficiente".

3. Não se apresse

Construir um quadricóptero é uma coisa muito empolgante, mas certifique-se de não ficar muito animado e pular muito cedo. Planeje cuidadosamente sua construção primeiro, para que você não acabe comprando uma tonelada de peças que talvez nem precise no longo prazo. (a menos que você esteja fazendo um protótipo, no entanto, em que a compra de peças que não usará no produto final é inevitável)

4. Aguente firme

Construir um drone do zero é definitivamente uma tarefa difícil, e às vezes você pode simplesmente desistir, mas, por favor, não faça isso. Faça a pesquisa, peça ajuda online se estiver confuso, dê um tempo, mas faça o que fizer, não desista, porque não há nada mais gratificante do que ver algo que você construiu pairando bem diante de seus olhos.

Obrigado pela leitura

Agradeço muito a sua visita para ler este Instructable e espero que tenha inspirado você a construir este drone, ou mesmo projetar o seu próprio! Se você tiver alguma dúvida, fique à vontade para me perguntar nos comentários abaixo!

Happy Flying!

Primeiro prêmio no concurso Drones 2016