کوادکوپتر چیست , یک کوادکوپتر چگونه کار می کند؟

کوادکوپتر

در چند سال اخیر بازار فروش کوادکوپترها برای استفاده شخصی و تفریحی بسیار افزایش یافته است. در سراسر جهان امروزه کوادکوپترها و درونز ها در طیف وسیعی با قیمت های بسیار بالا یا حتی بسیار ارزان به فروش می رسند. انواع مختلف در طراح ها و رنگ های مختلف از این محصول در بازارهای سراسر دنیا یافت می شود. امروزه کوادکوپترها به عنوان پهباد ها (UAVs) و هواپیماهای بدون سرنشین (Drones) به دلیل طراحی آسان، و همچنین تطبیق پذیری شهرت گسترده ای دارند. کوادکوپترها در اندازه ها و قیمت های متنوعی در دسترس هستند.

خلاصه ای از کوادکوپتر

کوادکوپترها یک شیوه اقتصادی برای معرفی خود به دنیای وسایل هوایی کنترل از را دور هستند. به پرواز درآوردن آن ها جالب است، و با کمی تمرین و صبر هرکسی می تواند یادبگیرد که چگونه یک کوادکوپتر را به پرواز درآورد.

کوادکوپتر چیست؟ 

کوادکوپتر، یا مالتی روتر (چند پروانه)، یا پهباد، یا کوادروتر، یک وسیله مکانیکی پروازی ساده با چهار بازو است، که در هر یک از بازوها موتوری به یک پروانه متصل شده است. مالتی کوپترها با سه، شش یا هشت بازو نیز وجود دارند، اما عمدتا شبیه به کوادکوپتر عمل می کنند. دو پروانه در جهت عقربه های ساعت و دو پروانه دیگر خلاف جهت ساعت می چرخند. کوادکوپترها به لحاظ ایرودینامیکی ناپایدار هستند، و به یک کامپیوتر پرواز نیاز دارند تا فرمان های ورودی را به فرمان هایی تبدیل کنند که RPM های (دور موتور) پروانه ها را تغییر دهند تا حرکت مطلوب و مورد نظر را ایجاد نمایند. این پاراگراف در واقع پاسخی کوتاه به سؤال بالا بود. در ادامه این مقاله اطلاعات بیشتری برای آشنایی شما با دنیای کوادکوپترها ارائه می دهیم.

کوادکوپترها با هلیکوپترها یا هواپیماهای بال ثابت تفاوت دارند چرا که نیروهای بالارونده و کنترلی ایجاد می کنند. چرا که در هواپیما بلند شدن بوسیله بال ها انجام می شود، اما در کوادکوپتر این امر توسط پروانه ها صورت می گیرد. هلیکوپتر از روتر اصلی خود برای بلند شدن استفاده می کند، اما در عین حال می تواند چرخش تیغه های روتر را به منظور ایجاد نیروهای کنترلی تغییر دهد.

ایده کوادکوپتر جدید نیست. طراحی های کوادکوپترهای با سرنشین در دهه 1920 و 1930 ارائه شد، اما این ایده ها دارای عملکردی نامطلوب، و سطح بالایی از ناپایداری بودند، و به حجم بالایی از فرمان های خبان نیاز داشتند. با پیشرفت فناوری الکترونیک در کامپیوترهای کنترل پرواز، موتورهای بدون هسته یا براش لس، میکروپردازشگرهای کوچکتر، باتری ها، دوربین ها، و حتی سیستم های GPS طراحی و پرواز کوادکوپترها امکان پذیر شد. سادگی کوادکوپترها آن را به یک وسیله عکسبرداری هوایی و پلت فرم ویدئویی مؤثر تبدیل کرده است.

یک کوادکوپتر چگونه کار می کند؟

یک کوادکوپتر چگونه در حالت شناور (درجا پرواز کردن) می ماند یا در هر مسیری پرواز می کند، یا چگونه در موقع لمس وسیله کنترل از راه دور بلند می شود یا می نشیند. این سوالات سوالی است که ممکن است برای تمام خریداران این وسیله یا تمام مشتریان ایجاد گردد. پهبادها همچنین می توانند از طریق نرم افزار ناوبری نقطه بینابین به طور مستقل و همچنین در هر مسیری برای رفتن از نقطه ای به نقطه ای دیگر پرواز کنند. در اینجا به تکنولوژی کوادکوپتر می پردازیم که این مسئله را ممکن ساخته است.

جهت پروانه کوادکوپترتلو  به همراه چرخش موتور و سرعت است که پرواز و مانورپذیری آن را میسر ساخته است.

کنترل کننده

یک کوادکوپتر معمولی دارای 4 کانال کنترل است که فرمان ها را به پهباد ارسال می کند تا دریچه کنترل سوخت، انحراف، اوج و چرخش آن را تحت تأثیر قرار دهد. فرکانس ارتباطات اغلب کنترل کننده ها 2.4 GHz است. این عدد همچنین فرکانس معمول مورد استفاده برای اتصالات وای فای است. گر چه  وقوع تداخل غیر محتمل است، درصورتی که با تأخیر ارتباط یا توقف ارسال داده ها در کوادکوپتر خود مواجه شدید ارزش دارد که موارد را بررسی کنید.

کنترل کننده دارای 4 دکمه فرمان دهنده است تا حداقل اصلاحات را در رفتار پروازی کوادکوپتر شما ایجاد کند. اگر متوجه شدید که بدون ورودی فرمان کنترل، پهباد در یک جت خاص شناور است، کاربرد دکمه فرمان برای آن ورودی کنترل در جهت مخالف می تواند حالت شناوری را برطرف سازد.

پروانه ها

لازم است که همواره به خاطر داشته باشید که دو دسته پروانه، و دو دسته موتور وجود دارند ک در جهت مخالف می چرخند. چرخش دو دسته پروانه ها متفاوت است. بنابراین اگر یک دسته از پروانه های مخالف را انتخاب کنید، هوا را به جای پایین به بالا می فرستند. این امر منجر به نیروی رو به پایین در کوادکوپتر می شود و بدین ترتیب پهباد شما معلق می ماند و پرواز نمی کند. هنگامیکه پروانه ها را انتخاب می کنید مطمئن شوید که به کدام موتور تعلق دارند. اگر با دقت نگاه کنید، پروانه دارای یک علامت است که دسته موتورهایی که به آن تعلق دارند را نشان می دهد.

سیستم کنترل پرواز

کوادکوپتر شما با تغییر RPM های هر پروانه پرواز و حرکت می کند. بنابراین وقتی دسته ی کنترل کننده خود را حرکت می دهید، این فرمان باید به فرمان های مطلوب برای هر چهار موتور در کوادکوپتر شما تبدیل شود. این امر توسط سیستم کنترل پرواز انجام می شود. هدف کامپیوتر پرواز آسان سازی هماهنگی کنترل همه چهار پروانه لازم برای پرواز کوادکوپتر شماست. کامپیوتر کنترل پرواز می تواند به چند دستگاه و سنسور دیگر متصل شود. دستگاه اصلی که به آن متصل می شود گیرنده کنترل از راه دور است، که به فرستنده از راه دور شما مرتبط شده است.

در کوادکوپترهای پیشرفت، کنترل کننده پرواز همچنین دارای یک فرستند است تا کنترل کننده شما ارتباط داشته باشد، تا یک ارتباط دو طرفه را ایجاد نماید. سنسورهای معمول که در کوادکوپترهای پیچیده تر وجود دارند شامل GPS، قطب نمای ژیروسکوپی، و بارومتر هستند.

جهت موتور کوادکوپتر برای انحراف

انحراف به معنای انحراف یا چرخش سر کوادکوپتر به سمت راست یا چپ است. در یک پهباد همچون DJI Mavic Pro، عمل انحراف بوسیله دسته کنترل راست بر کنترل کننده از راه دور انجام می شود. حرکت دسته به سمت چپ یا راست کوادکوپتر را به چپ یا راست می چرخاندو

حرکت در ایستگاه زمینی کنترل از راه دور سیگنال هایی را به کنترل کننده پرواز ارسال می کند که داده هایی را به مدارهای ESC کوادکوپتر می فرستد که وضعیت موتور را کنترل می کند و به موتور سرعت می دهد.

برای مشاهده عینی این امر، به نمای وضعیت پروانه کوادموپتر در زیر نگاه کنید. این نمایی از کوادکوپتر DJI Phantom 3 است، که از بالا با تیغه ها نشان داده شده است که از 1 تا 4 علامت گذاری شده اند.

در نمای بالا، می توانید وضعیت موتور کوادکوپتر را مشاهده کنید، که 4/2 موتورها خلاف جهت ساعت (موتورهای CCW) و 3/1 موتور (موتورهای CW) در جهت ساعت می چرخند. درحالی ک دو دسته از موتورهای کوادکوپتر طوری تنظیم شده باشند که در جت مخالف بچرخند، مجموع انداز حرکت زاویه ای براب با صفر است.

حرکت زاویه ای معادل چرخشی حرکت خطی ست و بوسیل ضرب سرعت زاویه ای در لحظه اینرسی محاسبه می شود. لحظه اینرسی چیست؟ مشابه با حجم است، جز اینکه با چرخش سر و کار دارد. حرکت زاویه ای ب سرعت چرخش روترها بستگی دارد.

به لحاظ مفهومی، لحظه اینرسی به معنای ارائه مقاومت جسم به تغییر در سرعت زاویه ای است.

درصورت عدم وجود گشتاوری بر موتورهای کوادکوپتر، مجموع حرکت زاویه ای باید ثابت باقی بماند که برابر با صفر است. برای درک حرکت زاویه ای کوادکوپتر بالا، تصور کنید ک روتهای آبی خلاف جهت ساعت 2 و 4 دارای حرکت زاوی ای مثبت و موتورهای سبز کوادکوپتر در جهت ساعت دارای حرکت زاوی ای منفی هستند. من برای هر موتور مقادیر -4,+4,-4,+4 را تعیین کرده ام، که برابر با صفر است.

برای چرخش پهباد، کاهش سرعت زاویه ای موتور 1 می تواند حرکت زاویه ای -2 را به جای -4 ایجاد کند. اگر اتفاق دیگری رخ نداد، مجموع حرکت زاویه ای موادکوپت هم اکنون +2 خواهد بود. اکنون، این اتفاق نمی تواند رخ دهد. پهباد در حال حاضر در جهت ساعت می چرخد بنابراین بدنه آن دارای حرکت زاویه ای -2 خواهد بود.

دینامیک های کوادکوپتر سایما

چهار نیروی اصلی در یک کوادکوپتر عمل می کنند.

جاذبه: این امر باید برای همه آشکار باشد. این نیرویی ست که کوادکوپتر را با توجه جرم آن به پایین می کشد.

بالابری: این نیوی واکنشی بالارونده بر کوادکوپتر با توجه به پروانه ها ست

پرتاب: این نیروی واکنشی افقی بر کوادکوپتر با توجه به پروانه هاست.

کشش: این نیروی عکس بر کوادکوپتر با توجه به هوا است. تصور کنید که در یک ماشین قرار دارید، و دست خود را بیرون از پنجره قرار داده اید. هوایی که به دست شما برخورد می کند سعی دارد دست شما ا به عقب براند.

معلق بودن کوادکوپتر

معلق بودن زمانی رخ می دهد که نیروی بالا برنده با نیروی پایین برنده جاذبه در حالت تعادل قرار داشته باشند. برای بالا بردن پهباد، لازم است تا نیروی بالابرنده بیشتر از نیروی جاذبه باشد. این امر با افزایش RPM در همه چهار پروانه به طور همزمان میسر می شود، که بالاروندگی بیشتری را ایجاد می کند.  برای کاهش ارتفاع، RPM به طور همزمان در چهار پروانه کاهش پیدا می کند. بر کنترل کننده شما، این امر با حرکت دسته به بالا یا پایین انجام می شود، که RPM روتر را کاهش یا افزایش می دهد، که باعث می شود کوادکوپتر شما به بالا یا پایین حرکت کند.

برای حرکت پهباد به چپ، راست، جلو، و عقب، ما زاویه نیروی بالا برنده را تغییردادیم بدین ترتیب دارای بش های عمودی و افقی است. بخش عمودی همچنان برای حفظ کوادکوپتر در هوا به کار برده می شود، درحالیکه بخش افقی پرتاب کنترلی را ایجاد می کند.

حرکت کوادکوپتر

برای حرکت کوادکوپتر به جلو یا عقب، ما با استفاده از دسته راست بر کنترل کننده پرتاب را تنظیم می کنیم. آنچه که رخ می دهد این است که پروانه های جلویی RPM را کاهش می دهند، درحالیک پروانه های عقبی RPM را افزایش می دهند. اکنون نیروی بالا برنده دارای بخش افقی ست که منجر به حرکت کوادکوپت به سمت بالا می شود. عکس این امر بای حرکت کوادکوپتر به عقب انجام می شود. RPM پروانه جلویی افزایش می یابد، درحالیکه RPM پروانه عقبی کاهش پیدا می کند.

برای حرکت غیر مستقیم کوادکوپتر خود، تغییر مشابهی در RPM رخ می دهد، اما این بار این تغییر بر پروانه های چپ و راست ایجاد می شود. برای حرکت پهباد خود به سمت چپ، لازم است تا نیروی چپ را اندکی به چپ منحرف سازید. این امر با کاهش RPM بر روترهای چپ، و افزایش RPM بر طرف راست انجام می شود. یک تغییر مشابه در RPM های روتر رخ می دهد تا کوادکوپتر شما به چپ حرکت کند.

معرفی کواد کوپتر و کاربردهای آن

 

در صنعت هواپیمایی اختراعات قابل چشمگیری رخ داده است با ساخت انواع پهبادها و هلیشات ها و انواع کواد کوپتر،میتوانیم به نجات بسیاری از انسان هاو فیلمبرداری های مهم و حساس و عبور از مکان های صعب العبور میتوان از این امکانات استفاده کرد و بهترین و زیباترین لحظات را ثبت کرد.با وجود چنین وسایلی میتوان به بشر بهنرین کمک ها رو بکنیم.از این ابزار به نحویی میتوان به امدادو نجات و فیلم برداری های هوایی و زمینی میتوان استفاده کرد. 

کوادکوپتر در واقع همان هلیکوپتری است که چهار ملخ دارد. کوادکوپترها به دلیل طراحی خاصی که نسبت به هلیکوپترها دارند، پرواز پایدارتری داشته که آن ها را برای کارهای نظارتی و تصویر برداری هوایی مناسب می کند. به خصوص، از آن ها در تحقیقات UAV ( هواپیمای بدون سرنشین که برای جمع آوری اطلاعات و عکس برداری استفاده می شود unmanned aerial vehicle) طی سال های اخیر استفاده های زیادی شده است. کوادکوپترها در سایزهای متفاوتی ارائه می شوند. بعضی از آن ها ابعادی در حد یک CD دارند و بعضی دیگر پهنایی به اندازه ی یک متر دارند.

یک کواد کوپتر چگونه کار می کند ؟

در طراحی و ساخت کواد کوپتر ها از المان های متفاوتی استفاده میشود . توجه مهندسین به نحوه ی ساخت و تولید درست موجب می شود تا خروجی کار یک پرنده ۴ موتوره ای باشد که میتوان برای مصارف گوناگون از آن بهره جست . در طراحی کواد کوپتر ها یک کیت اصلی وجود دارد که بر روی آن نصب می شود . وظیفه ی این کیت کنترل و هدایت پرواز از طریق چیپ ها و سنسور هایی است که در آن تعبیه شده است . مثلا سنسور قطب نما و شتاب سنج برای حفظ تعادل و تشخیص جهت پرنده نسبت به زمین در حین پرواز استفاده می شوند . کواد کوپتر دارای ۴ ملخ می باشد که نحوه ی چینش آن ها بسیار مهم است . هر ملخ در خلاف جهت ملخ های کناری خود و هم جهت با ملخ روبرویی خود می چرخد .

هلیکوپتر دارای یک ملخ بزرگ است که تمام توان لازم برای بالا کشیدن هلیکوپتر را فراهم می کند. همچنین یک ملخ کوچک هم روی دم وجود درد که گشتاور ایرودینامیکی ناشی از ملخ بزرگ را خنثی می کند.(بدون ملخ کوچک، بدنه هلیکوپتر با سرعت ملخ بزرگ و در خلاف جهت چرخش آن به دور خودش خواهد چرخید)برخلاف هلیکوپتر، یک کوادکوپتر از چهار ملخ برای تولید نیروی بالابرنده استفاده می کند و هر ملخ یک چهارم وزن را تحمل میکند. بنابراین به موتورهای با قدرت کمتر و ارزان تر نیاز است. کنترل حرکت کوادکوپتر به وسیله تغییر دادن نیروی نسبی ناشی از هر ملخ به دست می آید.

چهار ملخ یک کوادکوپتر در رئوس یک مربع قرار داده شده اند که هر دو ملخی که در رئوس مقابل هم (به صورت قطری) قرار دارند در یک جهت می چرخند. یعنی دو ملخ در جهت عقربه های ساعت و دو ملخ در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند. در واقع هر ملخ مخالف جهت ملخ همسایه ی خود می چرخد. اگر تمام ملخ ها در یک جهت بچرخند، حرکت کواد مانند هلیکوپتری است که روی دم خودش ملخ ندارد. 

این دوران حول محور عمودی ناشی از عدم تعادل در گشتاور ایرودینامیکی است گشتاور ایرودینامیکی ناشی از جفت ملخ اول به وسیله گشتاور تولیدی توسط جفت ملخ دوم (که درخلاف جهت اولی می چرخند) خنثی می شود. حال اگر به جای کوادکوپتر یک مولتی کوپتر داشته باشیم، برای بدست آوردن تعادل و پرواز پایدار، باید به تعداد موتورهایی که در یک جهت می چرخند، موتورهایی که در خلاف جهت آن ها می چرخند نیز وجود داشته باشد.

برای کنترل تعادل کوادکوپتر باید به وسیله سنسورها اندازه گیری بی وقفه انجام شده و تنظیمات سرعت به ملخ ها اعمال شود. این تنظیمات به صورت اتوماتیک توسط یک سیستم کنترل برای حفظ تعادل کواد انجام می شود. یک کوادکوپتر تعدادی درجه آزادی (قابل کنترل) دارد که هر کدام از این درجه های آزادی به وسیله تنظیم نیروی تولیدی هر ملخ قابل کنترل است. پایداری و کنترل یک هواپیما که می تواند آزادانه در سه بعد حرکت کند نسبت به خودرو یا کشتی که فقط می توانند در دو بعد حرکت کنند بسیار پیچیده تر است. هر تغییر در یکی از جهت ها روی سایر جهت ها هم تاثیر خواهد گذاشت. مطابق شکل زیر، سه خط فرضی را تصور کنید که از یک هواپیما عبور کرده و نقطه برخورد آن ها در مرکز ثقل هواپیما است.

هواپیما می تواند حول هرکدام از این محورها چرخش کند. چرخش حول این محورها اساس کار جهت گیری هواپیما و حرکت به سمت مطلوب را شکل می دهد. اصطلاحات فنی این چرخش ها به شکل زیر است:

-چرخش حول محوری که ا زجلو به عقب هواپیما عبور کرده roll یا دوران حول محور طولی نام دارد.

-چرخش حول محوری که از کناره های هواپیما عبور کرده Pitch یا دوران حول محور عرضی نام دارد.

-چرخش حول محوری که به صورت عمودی از هواپیما عبور کرده yaw یا دوران حول محور عمودی نام دارد.

یک کواد کوپتر با افزایش سرعت و راندمان دو ملخ که در یک طرف هستند قادر است به صورت افقی یا عمودی بچرخد . مثلا اگر بخواهیم پرنده را به سمت راست بچرخانیم کافی است سرعت دو ملخی که در سمت چپ هستند را زیاد کنیم و به تبع آن سرعت چرخش دو ملخ در جهت مخالف کاهش می یابد . یا اگر بخواهیم کواد کوپتر را به سمت جلو هدایت کنیم سرعت ملخ های جلو را زیاد میکنیم و به تبع آن سرعت ملخ های عقب کاهش می یابد . در نتیجه این موضوع قابل استنباط است که به طور کل تمام تعادل و جهت حرکت کوادکوپتر با کم و زیاد شدن ملخ‌ها صورت میگیرد 

کاربرد لوازم یدکی کوادکوپتر

کوادهای شخصی در سال های اخیر چه به عنوان وسیله ای برای سرگرمی و چه به عنوان وسیله ای برای خلق عکس های زیبا توسط عکاس های حرفه ای خیلی مورد توجه قرار گرفته اند. با پیشرفت تکنولوژی، کاربردهای تازه ای از کوادها در حال ظهور کردن است که در ادامه به بخشی از آن ها می پردازیم:

صنعت هواپیمایی

یکی از کاربردهای جالب کوادها استفاده در صنعت هواپیمایی است. البته وقتی هواپیما در آسمان یا باند فرود است به هیچ عنوان کوادها مسئله خوش آیندی نیستند چرا که امکان برخورد و صدمه دیدن هواپیما وجود دارد، اما می توان از کوادها به منظور بررسی و تشخیص عیب های ظاهری بدنه ی هواپیما که نقش مهمی در ایمنی پرواز دارد استفاده کرد. این کار در گذشته به وسیله ی مهندسان آموزش دیده انجام می شده است. اما اکنون تنها نیاز است که کواد به همراه یک دوربین HD به پرواز درآید و مهندس ناظر آن را کنترل کرده و تصاویر و فیلم های لازم را از بدنه هواپیما تهیه کند و سپس با بررسی فیلم ها و تصاویر، نقص های بدنه ی هواپیما را تشخیص دهد. در واقع در این کاربرد نیاز به حضور فیزیکی انسان حذف شده است. 

مداد و نجات

از کوادها می توان در عملیات نجات و کمک به افرادی که دچار سوانح و بلایای طبیعی شده اند هم استفاده نمود. مثلا در شرایطی که افراد امداد رسان در حال جستجوی منطقه هستند می توان با به پرواز درآوردن کوادها و تهیه تصاویر و فیلم از منطقه ی تحت  بررسی، نقاطی را که افراد مصدوم در آن جا قرار دارند شناسایی کرده و تیم امداد رسان را به آن جا هدایت نمود. هم چنین به عنوان کاربردی که در آینده می تواند مطرح شود استفاده از ربات های امداد رسان که با کوادها به صورت رادیویی لینک ارتباطی دارند می تواند کیفیت امداد رسانی را ارتقا بخشد.

معادن

در معادن نیز می توان کوادها را مورد استفاده قرار داد. چرا که برای تهیه تصاویر معدن جهت تشخیص نقاط خطرناک و حادثه خیز مانند دیواره های دارای درزه و ورودی معادن می تواند به کار آید. این بررسی ها می تواند در صورت ریزش دیواره های معدن خطرات جانی برای ناظران به همراه داشته باشد. همچنین در گذشته باید تصاویر هوایی با هلیکوپتر تهیه می شد که هزینه بالایی داشت. وجود کواد می تواند این هزیه را بسیار پایین آورد. در کل در کارهای نظارتی که برای کارکنان معدن  می تواند خطرات جدی وجود داشته باشد، بهتر است نقش نظارتی به کوادها واگذار شود.

بعضی از شرکت های بزرک هم مانند Amazon و FedEX از کوادها برای تحویل محموله های خود در مناطق محلی استفاده کرده اند. هم چنین بعضی از پیتزا فروشی ها هم دست به چنین اقدامی زده اند.

چرخش کواد در ملخ ها باید چگونه بچرخند؟

در کواد کوپترها برای این که take-off و فرود نرمی داشته باشیم باید ۴ موتور با سرعت یکسان به گردش درآیند. (فرض بر این است که وزن کواد کوپتر به صورت مساوری روی بدنه یا فریم قرار گرفته است).

متمایل شدن به چپ یا راست

برای متمایل شدن (یا چرخش) به راست یا چپ باید سرعت دو موتوری که در یک طرف هستند نسبت به سرعت دو موتوری که در طرف دیگر هستند افزایش پیدا کند. برای مثال اگر بخواهیم به سمت چپ متمایل شویم باید موتورهای سمت راست بدنه سریع تر بچرخند و موتورهای سمت چپ هم سرعت خود را کاهش بدهند. برای متمایل شدن به سمت راست باید خلاف حالتی که بیان شد اتفاق بی افتد، یعنی موتورهای  سمت چپ باید افزایش سرعت داده و موتورهای سمت راست سرعت خود را کاهش دهند. به تصویر زیر دقت کنید.

متمایل شدن به جلو یا عقب

به همین ترتیب برای متمایل شدن به سمت جلو، دو موتور عقب باید سرعت را افزایش داده و موتورهای جلویی سرعت را کاهش بدهند. برای متمایل شدن به عقب باید معکوس این عملیات تکرار شود. یعنی دو موتور جلوی سرعت خود را افزایش داده و دو موتور عقبی سرعت خود را کاهش دهند.

چرخش به چپ یا راست حول محور عمودی

برای این که کواد به سمت چپ یا راست بچرخد باید دو موتور که به صورت قطری رو به روی هم هستند سرعت خود را افزایش دهند. برای چرخش ساعتگرد (به سمت راست) حول محور عمودی، باید دو موتوری که پاد ساعتگرد می چرخند افزایش سرعت پیدا کنند و دو موتور دیگر سرعت خود را کاهش دهند. هم چنین برای چرخش پادساعت گرد (به سمت چپ) حول محور عمودی، باید دو موتوری که ساعت گرد می چرخند افزایش سرعت داده و دو موتور دیگر سرعت خود را کاهش دهند. 

افزایش یا کاهش ارتفاع

با چرخش هر کدام از ملخ های کواد نیرویی به سمت بالا به کواد وارد می شود که مجموع نیروی حاصل از چرخش چهار ملخ همان نیروی بالا برنده ی کواد است. نیروی گرانش هم که برابر با وزن کواد است به سمت پایین به آن وارد خواهد شد. حال اگر این دو نیرو برابر با هم باشند، هم دیگر را خنثی کرده و کواد در یک ارتفاع ثابت باقی می ماند. در صورت بیشتر بودن نیروی بالابرنده، ارتفاع کواد افزایش پیدا می کند و در صورت بیشتر بودن نیروی گرانش، ارتفاع کواد کاهش پیدا خواهد کرد.

حرکت افقی به جلو یا عقب

به منظور حرکت افقی کوادکوپتر رو به جلو باید موتورهای عقبی نسبت به موتورهای جلویی سریع تر بچرخند که باعث متمایل شدن کواد به جلو می شود. حال در این وضعیت اگر سرعت تمام موتورها به یک میزان افزایش یابد، کواد به سمت جلو حرکت خواهد کرد. برای حرکت به سمت عقب هم عکس این مطلب درست است. یعنی باید موتورهای جلویی سریع تر بچرخند و سپس سرعت تمام موتورهای به یک میزان افزایش پیدا کند.

در این حالت نیروی بالابرنده ی کواد دیگر عمودی نیست و مایل می شود پس دارای یک مولفه ی عمودی و یک مولفه ی افقی خواهد بود. مولفه ی عمودی بسته به این که از نیروی گرانش بیشتر، کمتر یا مساوی با آن باشد، به ترتیب سبب افزایش، کاهش و حفظ ارتفاع کواد می شود. اما مولفه افقی نیروی بالا برنده کواد را به سمت جلو هدایت می کند.

معرفی قطعات کوادکوپتر

حال که با کاربردها و اصول پرواز کواد آشنا شدیم بهتر است درباره اجزای آن هم اطلاعاتی بدست آوریم. یک کواد معمولا شامل قطعاتی مانند : فریم یا بدنه، موتور، ملخ، باتری، سنسورهای IMU، کنترل کننده پرواز، فرستنده و گیرنده می باشد. 

فریم

بدنه یا فریم ساختاری است که قطعات روی آن نصب می شود و باید دارای استقامت کافی باشد تا بتواند لرزش های ناشی از چرخش موتورها را تا حد ممکن خنثی کند. بدنه کوادکوپتر از ۲ یا ۳ بخش تشکیل شده است که لزوما هم نباید از یک جنس باشند.

-صفحه مرکزی که بردهای الکترونیک روی آن قرار می گیرند.

-چهار بازوی اصلی که به صفحه ی مرکزی وصل می شوند.

-چهار چنگک یا نگه دارنده ی موتورها که به انتهای بازوها وصل می شوند.

جنس بدنه عمدتا از مواد زیر می باشد: فیبر کربن، الومینیوم، چوب مانند MDF

موتور

برای به پرواز درآوردن کوادها نیاز به موتورهایی پرسرعت است که با ولتاز DC کار می کنند و البته مشکلاتی مانند از بین رفتن جاروبک ها و جرقه زنی در آن ها وجود ندارد. به بیان دیگر عملکرد سریع، بی وقفه و صحیح موتورها جزء حیاتی ترین عوامل در پرواز کواد است. به همین دلیل بهترین گزینه استفاده از موتورهای براشلس است.

 این موتورها از این لحاظ که برای چرخاندن شافت از سیم پیچ و آهنربا استفاده می کنند به موتورهای DC معمولی شبیه هستند، اما روی شافت خود هیچ جاروبکی که باعث تغییر جهت جریان سیم پیچ ها شود ندارند (به همین دلیل به آن ها brushless یا بدون جاروبک می گویند). در عوض در مرکز خود سه سیم پیچ دارند که ثابت شده اند، به این معنا که سیم ها مستقیما به آن ها متصل بوده و نیازی به جاروبک ندارند. در فضای اطراف سیم پیچ ها تعدادی آهن ربا درون محفظه یک استوانه که به شافت متصل است قرار گرفته اند.

موتورهای براشلس نسبت به موتورهای DC معمولی سریع تر می چرخند و در یک سرعت معین توان کمتری مصرف می کنند. این موتورها به این دلیل که در جاروبک ها توان تلف شده ای ندارند (چون اصلا جاروبک ندارند) مصرف انرژی بهینه تری داردند.

موتورهای براشلس در انواع مختلفی عرضه می شوند که از نظر سایز و مصرف جریان تفاوت دارند. در زمان انتخاب موتور باید وزن، سایز، اندازه ملخ یا پروانه مورد استفاده و در نهایت به میزان جریان مصرفی دقت کرد. در تصویر زیر یک نمونه موتور براشلس که مربوط به یک فلاپی گردان قدیمی است را مشاهده می کنید. استاتور این موتور همان سیم پیچ های مرکزی است که ثابت هستند و روتور هم که در شکل به صورت وارونه در سمت راست قرار گرفته دارای آهن ربای دائمی است. چرخش این موتورهای نیازمند برد الکترونیک مخصوصی است.

ESC

Electronic speed controller) ESC) یک برد الکترونیکی است که به موتور می گوید که با چه سرعتی بچرخد و برای هر موتور یک عدد نیاز است. هر کدام از ESC ها باید به صورت مستقیم یا از طریق برد توزیع کنند توان، به باتری متصل گردند. چرخش موتورها با سرعت بسیار دقیق به منظور پرواز پایدار اهمیت وجود ESC را نشان می دهد.

اغلب موتورهای براشلس دارای ۳ فاز هستند، بنابراین منبع تغذیه DC برای چرخاندن آن ها مناسب نیست. راه حل استفاده از  ESC است. ESC سه سیگنال فرکانس بالا با فاز متفاوت اما قابل کنترل را به طور پیوسته برای چرخش موتور تولید می کند و  هم چنین می تواند با source کردن جریان کافی باعث شود تا موتور در صورت نیاز توان بیشتری مصرف کند. ESC یک برد کنترل موتور ارزان قیمت با یک ورودی باتری و یک خروجی ۳ فاز برای موتور است. هر ESC به طور مستقل با یک سیگنال PPM (یا PWM) کنترل می شود. برای یک کوادکوپتر، کنترلر باید توانایی تولید فرکانس های تا حد امکان بالا را داشته باشد تا موتور بتواند به منظور پایداری بیشتر کواد، خیلی سریع تغییر سرعت دهد. برای مثال سیگنال PPM با ۲۰۰ یا ۳۰۰ هرتز مناسب است.

دوفاکتور مهم در انتخاب ESC نقش دارند:

توانایی source کردن جریان کافی که حداقل باید ۱۰ آمپر باشد.

امکان تغییر فرکانس سیگنال در محدوده دلخواه و قابل تنظیم.

در شکل زیر یک نمونه ESC که توانایی source کردن ۳۰ آمپر را دارد مشاهده می کنید.

کنترل کننده پرواز

هیچ انسانی قادر نیست تا با استفاده از قوانین فیزیک بیان شده جهت پرواز کواد، تعادل کواد را حفظ کرده و آن را به مقصد مورد نظر هدایت کند. این جاست که کنترل کننده های پرواز وارد بازی می شوند. در واقع برد کنترل کننده پرواز مغز کواد است. این برد بر اساس ورودی، سرعت موتورها را کنترل می کند. مثلا فرمان حرکت افقی که از طرف خلبان صادر می شود به برد کنترل کننده پرواز داده شده و این برد سرعت موتورها را متناسب با این دستور تنظیم می کند. همچنین برای پروازی دقیق تر نیاز است تا علاوه بر کنترل خلبان، کنترل های دیگر که ناشی از اندازه گیری سرعت، شتاب، جهت، موقعیت جغرافیایی و … است به کواد اعمال شود. در نتیجه سنسورهایی مانند شتاب سنج و ژیروسکوپ که برای تعیین سرعت موتورها به کار می روند در این قسمت قرار گرفته اند. قسمتی که مسئول اندازه گیری است، IMU یا واحد اندازه گیری داخلی نام دارد.

IMU یک سنسور الکترونیکی است که وظیفه اندازه گیری سرعت، جهت و نیروی گرانش کواد را بر عهده دارد. این اندازه گیری ها کمک می کند تا محاسبات لازم برای تغییر سرعت موتور ها انجام شود. IMU ترکیبی از یک شتاب سنج ۳ محور و یک ژیروسکوپ (گردش نما) ۳ محور می باشد. در برخی موارد از یک مغناطیس سنج ۳ محور هم برای پایداری بیش تر محور عمودی استفاده می شود.

IMU چگونه کار می کند؟

شتاب سنج، نیرو و شتاب را اندازه گیری می کند، بنابراین گرانش به سمت پایین هم حس می شود. چون شتاب سنج، حس گرهای ۳ محور دارد، در نتیجه جهت دستگاه را هم می تواند تشخیص دهد.

ژیروسکوپ سرعت زاویه ای را اندازه گیری خواهد کرد. به بیان دیگر سرعت گردش حول سه محور را به دست می آورد.

استفاده از شتاب سنج به تنهایی

اگر فقط از شتاب سنج استفاده شود می توان جهت را نسبت به سطح زمین به دست اورد. اما وقتی لرزش موتورهای زیاد باشد، شتاب سنج نمی تواند لرزش را از جهت تشخیص دهد و ناپایدار می شود. بنابراین برای حل این مشکل سراغ ژیروسکوپ می رویم. در نتیجه بین لرزش و حرکت واقعی تمایز قائل خواهیم شد.

استفاده از ژیروسکوپ به تنهایی

ژیروسکوپ معمولا دچار رانش یا drift می شود به این معنا که اگر شروع به چرخش سنسور کنیم، خروجی ژیروسکوپ سرعت زاویه ای خواهد بود اما در صورت متوقف کردن حرکت، مطمئن نیستیم که خروجی ژیروسکوپ هم صفر می شود. اگر تنها از ژیروسکوپ استفاده شود بعد از توقف هم چنان خروجی غیر صفر وجود خواهد داشت. به همین دلیل از شتاب سنج هم در کنار ان استفاده می شود.

تریم کردن کواد کوپتر چیست؟

اگر جز کاربران کوادکوپتر می باشید حتما این اصطلاح را تا به حال شنیده اید، که پرنده به تریم نیاز دارد ، یا پرواز کواد کوپتر شما تریم نیست!

تریم به معنای متوازن و دقیق پرواز کردن است و در معنای ساده تر به معنای حفظ تعادل و توازن پرنده هنگام پرواز میباشد.

زمانی که شما در حال هدایت یک مولتی روتور هستید ممکن است در حین هاور پرنده ، متوجه شوید که کوادکوپتر متمایل به راست ، چپ، جلو یا عقب است و تعادل کافی ندارد ، در این جا پرنده نیاز به تریم کردن دارد.

تریم کردن یک پرنده تنها در زمان پرواز مشخص میشود اما در حالت کلی ، کوادکوپترهایی که به تازگی کالیبراسیون شده اند نیازی به تریم نخواهند داشت. کواد کوپترها معمولا در اثر شرایط خاص جوی و یا وجود امواجهای شدید ماهواره ای ، ممکن است متوازن پرواز نکنند و در این زمان نیاز به تریم شدن دارند.

برای تریم کردن کواد کوپتر در حال پرواز و حفظ تعادل پروازی ، کافیست توسط ریموت کنترل تریم را انجام دهید. در اکثر کوادکوپترها به ویژه کوادکوپترهای سایما ، طریقه تریم کردن به ک شکل میباشد.

به طور کلی وقتی پرنده شما به یکی از سمتها متمایل است تنها کافیست با فشردن دکمه روی ریموت کنترل و با دادن دستوری خلاف جهت تمایل پرنده، مولتی روتور را تریم کرده و تعادل پروازی را به روال قبل برگردانیم

در کوادکوپترهای سری سایما بر ربوی ریموت کنترل ۴ دکمه تعبیه شده است، با فشردن هرکدام و تکرار آن در چندین بار و با شنیدن صدای بوق پرنده، متوجه میشوید که عمل تریم انجام شده است.

به همین آسانی میتوانید پرنده خود را تریم کنید تا توازن پرواز در آن انجام پذیرد.

هلیشات 

هلیشات از دو کلمه هلی (به معنای هلیکوپتر) و شات (به معنای عکاسی و تصویر برداری) تشکیل شده است ، به نوع جدیدی از تصویر برداری هوایی و از نگاهی نوین هلیشات گفته می شود.

در زمانهای دورتر برای تصویر برداری هوایی از هلیکوپترهای بزرگ استفاده می کردند به این ترتیب که یک پرنده مثل هواپیما یا هلیکوپتر با خلبان به همراه یک تیم تصویر برداری و دوربین بر فراز محیطی که قصد تصویر برداری داشتند پرواز کرده و اقدام به تصویر برداری می نمودند ، که طبیعتا این نوع از تصویر برداری هزینه های بسیار زیادی داشت که مقرون به صرفه نبود ، همچنین کیفیت مطلوب و مورد قبول نیز حاصل نمی شد ، در نتیجه در حال حاضر از این روش تصویر برداری هوایی یا هلیشات کمتر استفاده می کنند.

با پیدایش مولتی روتور ها رویای پرواز در محیطهای و فضاهای نا ممکن پدیدار گشت و با پیشرفت علم و ساخت انواع مولتی روتور و کوادکوپتر دریچه ای نوین به سوی تصویر برداری هوایی یا هلیشات گشوده شد.

امروزه از هلیشاتها در سطوح گسترده ای نظیر تصویر برداری صنعتی ، تصویر برداری هنری ، نقشه برداری و تصویر برداری در مناطق صعب العبور استفاده می کنند.

امروزه از هلیشاتها در سطوح گسترده ای نظیر تصویر برداری صنعتی ، تصویر برداری هنری ، نقشه برداری و تصویر برداری در مناطق صعب العبور استفاده می کنند.

علم پرواز با کوادکوپتر و عمود پروازها و روش پرواز با آنها یکی از ملزومات برای ورود به دنیای حرفه ای هلی شات می باشد ، در مرحله بعدی یک هلیشات کار حرفه ای باید دید تصویر برداری حرفه ای هم داشته باشد ، بنابراین تمرین و ممارست در یادگیری هلی شات بسیار مهم می باشد ، از همه مهمتر نحوه پرواز با یک مولتی روتور نیز بسیار مهم می باشد ، اگر میخواهید یک هلیشات کار حرفه ای شوید باید خلبان خوبی نیز باشید!