The Ultimate PVC Quadcopter: 16 Steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Oavsett om du är en nybörjare som letar efter en fyrhjuling för att hjälpa dig att få fötterna våta i att bygga skrapa, eller om du är lite mer erfaren och bara letar efter en billig och pålitlig ram, behöver du inte leta längre än The Ultimate PVC Quadcopter! Detta är en 450 mm -ram som är extremt billig, till cirka $ 12 för all hårdvara, och är också extremt hållbar, min tål dussintals krascher med nästan full hastighet med inget mer än ett par trasiga propellrar! Elektroniken är 100% skyddad, antingen inuti PVC -armarna eller under lexan -baldakinen, vilket betyder 1: du kommer aldrig behöva byta ut några elektroniska komponenter och 2: du kommer att ha den snabbaste (ingen ordlek avsedd:)) snygg DIY quadcopter runt omkring! Denna instruerbara kommer att visa dig skapandeprocessen för denna quadcopter och hur du gör den själv!

Steg 1: Introduktion och design

Som barn älskade jag att leka med PVC -rör och kontakter och använda dem för att skapa allt jag kan tänka mig. Många år senare fick jag en liten drönare till jul, vilket var mycket roligt, men hade en kamera med mycket låg upplösning och kort flygtid. Jag ville köpa en mer professionell drönare, men eftersom jag bara var en sophomore på gymnasiet hade jag inget sätt att ha råd med det. Jag bestämde mig för att designa min egen quadcopter för att vara tillräckligt kraftfull för att lyfta en anständig kamera, ha en rimligare flygtid och framför allt vara kostnadseffektiv. På grund av min barndomserfarenhet med PVC -rör drog jag slutsatsen att de kunde användas för att konstruera en enkel och hållbar quadcopter -ram. Jag började göra några skisser och ramprototyper och slutade med designerna ovan.

Denna ram använder 1 "Schedule 21 PVC eftersom den är tunnväggig, vilket gör den betydligt lättare än, men lika robust som andra rör av samma storlek, och med 1" diameter, är tillräckligt bred för att passa en del av elektroniken inuti för en snyggt, rent utseende. Att kunna skydda elektroniken på insidan av ramen är en stor fördel med denna quadcopters design, eftersom det sparar pengar och besvär eftersom jag inte behöver byta ut några trasiga delar vid en krasch. För elektronikplattorna och baldakinen använde jag Lexan -polykarbonat på grund av dess styrka, lätthet och transparens för estetik. Designen och materialvalet för denna quadcopter härrör från det faktum att jag tror att pyssla kan vara en form av konst, och att estetik är lika viktig som, och till och med komplimang, funktionalitet. För mig har denna quadcopter utseende en perfekt kombination av enkelhet och komplexitet. Att ha elektroniken gömd i PVC -armarna får quadcoptern att se elegant och enkel ut, men att lämna några kablar synliga under den tydliga lexan -baldakinen understryker dess sanna inveckling.

Nu, utan vidare, låt oss bygga!

Alla ritningar och diagram skapades av mig antingen på papper eller i Adobe Illustrator för iOS.

Steg 2: Vad du behöver

Här är vad jag använde för att konstruera denna quadcopter. Jag har delat upp det i delar som behövs för ramen och elsystemet, liksom de verktyg som krävs. Ram:

• 1”Schema 21 PVC -rör
• 1”PVC -tvärkoppling
• 8 x 10”Lexan -ark
• 6 x 32 3”Phillips skruvar x 4
• 6 x 32 kupolmuttrar x 4
• M6 nylon låsmuttrar x 4
• M6 brickor
• M3 skruvar
• 1”nylonavstånd x 4
• Buntband
• Dubbelsidig skumtejp
• Scotch tejp
• Kardborreband och självhäftande kardborrefält
• 4”PVC -koppling för landningsställ

Strömsystem:

• Aerosky 980kv borstlösa motorer x 4
• Hobbywing 20A ESC x 4
• KK2.1.5 Flight Controller
• Flysky FS-CT6B kombinationssändare och mottagare
• Turnigy Nanotech 2200 mAh 45-90c 3s lipo-batteri
• Imax B6 lipoladdare
• Lipos batterispänningslarm
• Gemfan 10”slowfly propeller (få mer än 4 eftersom du kommer att bryta några)
• 10 och 12 gauge kiseltråd
• XT60 -kontakter x minst 5 par
• 3,5 mm kulanslutningar - minst 12 par
• manliga till manliga servotrådar - minst 5
• Krympslang
• Wire Sleeving (tillval)
• JST -kontakt (tillval)

Verktyg:

• PVC -rörskärare
• Borrmaskin
• Insexnyckel
• Wire cutter/stripper
• Lödkolv och löd
• Vise grepp
• Bågfil
• Värmepistol eller spis
• Propeller Balancer
• Limpistol
• Filtpenna eller skärpa

Steg 3: Rammontering: Utplattande motorfästen

För det första steget i rambygget måste vi göra en plats för att montera motorerna. Jag plattade ut ändarna på röret för att skapa en fin plan yta för motorerna att montera på armarna. För armarna skar jag PVC -röret i fyra 8 1/2”segment. Jag markerade sedan en linje runt röret 2”bort från änden. Jag värmde röret över spisen och höll bara det 2 område som jag markerade över brännaren tills den änden blev mjuk och formbar. Medan röret fortfarande var varmt och mjukt, plattade jag ut det med en skärbräda genom att rada upp kanten på kanten skärbräda med Sharpie -linjen från tidigare och tryckte ner den tills den svalnade och blev stel igen. Jag upprepade denna process för de 3 återstående armarna.

Steg 4: Rammontering: Lexan -plattor

För att montera och skydda flygkontrollen och mottagaren, samt hålla ihop ramen, behöver quadcoptern ett system med mittplattor. Jag fick det 8 x 10 "Lexan -arket skuren i två cirklar med diametrar på 4 1/2" och 4 1/4 "för att vara botten respektive topplattor. Bottenplattan används som en plattform för montering av flygkontrollen och mottagare, och topplattan är ett lock för att skydda dem. Plattorna har var och en 4 hål borrade i ett X -mönster så att de fyra 6 x 32 skruvarna kan gå igenom alla fyra armarna och genom båda plattorna för att hålla ihop allt. Plattorna är åtskilda av 1 "nylonstopp som även de 6 x 32 skruvarna går igenom. Skruvarna är fästa ovanpå topplattan med kupolmuttrar.

Steg 5: Ramram: Borrmotorfästen

Nu när motorfästena är platta och Lexan -plattorna installerade är det dags att borra hålen för motorskruvarna. Jag använde ett motorfästkors som matchade hålmönstret på mina motorer för att markera var hålen skulle vara. Efter att ha markerat hålen med en skärpa borrade jag två hål 19 mm tvärs över varandra för skruvar och ett stort hål mellan dem för att frigöra motoraxeln.

Steg 6: Gör landningsredskap

Det är alltid bra att ha något för din quadcopter att landa på. Till min gjorde jag landningsställ av en 4 "PVC -koppling. Jag använde en bågfil för att skära kopplingen i fyra ungefär 3/4" breda remsor och lade sedan dessa remsor i en kastrull med kokande vatten i cirka trettio sekunder för att mjukna dem. Jag tog ut dem och formade dem för hand till landningsbenen. Jag fäst landningsstället på quadcopterens armar med dragkedjor. Hittills fungerar landningsstället extremt bra och är mycket fjädrande, vilket hjälper till att absorbera stötar under hårda landningar.

Steg 7: Strömsystem: Översikt

Nu när ramen är klar går vi vidare till quadcopters kraftsystem. Kraftsystemet består av motorer, elektroniska hastighetsregulatorer (ESC), ledningsnät, flygkontroll, sändare, mottagare och batteri. Som visas i diagrammet ovan ansluter motorerna till ESC: erna, ESC: erna ansluts till kabelnätet och kabelnätet ansluts till batteriet. Sändaren (TX) skickar en signal trådlöst till mottagaren (RX), som skickar den signalen till flygkontrollen genom manliga till manliga servotrådar. Flygkontrollen översätter den signalen och skickar den till ESC genom ESC: s servotrådar. ESC: erna omvandlar sedan den signalen till elektriska pulser som flödar genom motorernas fasledningar och vrider motorerna. Nu när vi vet hur allt fungerar kan vi komma igång med kraftsystemet.

Steg 8: Motorer och ESC

Vi måste förbereda motorerna och ESC: erna för att ansluta till varandra och kabelnätet. Jag lödde 3,5 mm hankontakter till var och en av motorkablarna så att de kunde anslutas till ESC: erna och förseglade dem med värmekrympning. Jag gjorde en liten lödjigg genom att borra hål i en träplanka för att hålla kulanslutningarna medan jag lödde. Jag fäst motorerna på armarnas motorfästen med M3 -skruvar och skruvade in dem med en insexnyckel.

Eftersom ESC -enheterna redan hade installerade honkontakter, lödde jag bara XT60 -hankontakter till batteriänden (röda och svarta ledningar) på varje ESC, så att den kunde anslutas till kabelnätet.

Steg 9: Kabelnät och elektronikinstallation

Kabelhärva

En av de viktigaste elektriska komponenterna är ledningsnätet eller batteridelaren. Detta fördelar ström från batteriet till alla fyra ESC: er och motorer. För att göra kabelnätet lödde jag en uppsättning (jag hänvisar till ett par röda och svarta trådar som en uppsättning) med 10 gauge -tråd till en hane XT60 -kontakt och tog bort den andra änden av ledningarna till ungefär en halv tum. Jag klippte och tog bort fyra uppsättningar med 12 gauge tråd och lödde dem till uppsättningen med 10 gauge wire. Jag lödde kvinnliga XT60 -kontakter till ändarna på de 12 gauge -ledningarna och isolerade allt med värmekrympning. Jag har också lagt till en JST -kontakt till kabelnätet för en extra strömkabel, om jag skulle vilja lägga till annan elektronik som FPV -växel eller LED -lampor i framtiden. "het" ände, eller sidan som strömmen kommer att strömma ut från. Hankontakter används i motsatta ändar där strömmen kommer att strömma in. Kom också ihåg att skjuta värmekrympningen över trådarna innan du lödar XT60 -kontakter på dem. Om du glömmer det kan du behöva avlöda kontakten, skjuta på värmekrympan och löd kontakten igen, vilket kan vara en riktig smärta. Lita på mig, jag vet. Elektronikinstallation Efter att ha gjort kabelnätet kopplade jag in motorerna i ESC: erna, kopplade ESC: erna till kabelnätet och satte ESC: erna och kabelnätet inuti rörramen. Jag borrade också hål i armarna för att batterikontakten från ledningsnätet och ESC: s servotrådar skulle komma ut. För att förhindra att ESC överhettas inuti ramen, borrade jag tre hål i armarna nära motorfästena för att fungera som ventiler för att kyla ESC: erna. Luften som trycks ner av propellerna kommer att flöda genom hålen och in i röret för att kyla elektroniken. Jag borrade också ett hål under motorfästet för att vara en ingång till insidan av röret för att motorernas fasledningar ska anslutas till ESC: erna.

Steg 10: Anslutningar för flygkontroll och mottagare

Jag monterade flygkontrollen och mottagaren på lexans bottenplatta med dubbelsidig skumtejp. Skumtejpen fungerar utmärkt både för att hålla komponenterna på och för att filtrera vibrationer innan de når flygkontrollen. Därefter anslöt jag ESC -servoledningarna till flygkontrollen.

För att ansluta ESC -ledningarna till flygkontrollen, ta servotråden från varje ESC och anslut den till motsvarande stift på flygkontrollen. Till exempel är den främre vänstra motorn Motor 1, så ESC -servotråden från den motorn ansluts till den första uppsättningen stift på brädans högra sida. Motor 2: s ESC servotråd kopplas till den andra uppsättningen stift, Motor 3 är den tredje och Motor 4 är den fjärde. Det finns 8 uppsättningar stift för ESC servotrådar på KK2 flygkontrollen, men eftersom det här är en quadcopter med endast 4 motorer och ESC kommer endast de första 4 uppsättningarna stift att användas.

Motor 1 = fram vänster, motor 2 = höger fram, motor 3 = höger bak, motor 4 = vänster bak

Därefter kopplade jag mottagarens kanaler till flygkontrollens. På KK2 Flight Controller är mottagarpinnarna på vänster sida av kortet och kanalpinnarna är Aileron, Hiss, Throttle, Rudder och Auxiliary i den ordningen, från framsidan till baksidan på kortet. Jag kopplade motsvarande kanaler mellan flygkontrollen och mottagaren med manliga till manliga servotrådar.

Tips: Stiften närmast insidan av flygkontrollkortet är signalstiften, så de vita/gula ledningarna måste anslutas till dessa.

Steg 11: Programmering av flygkontrollen

GÖR DETTA STEG UTAN PROPELLÖRER

Innan du flyger måste flygkontrollen programmeras och kalibreras. Detta är ett av de enklaste stegen, men kan potentiellt vara det farligaste. Se alltid till att propellerna inte är installerade innan du konfigurerar flygkontrollen för att undvika skador. På KK2 -kortet är det första att göra mottagartestet. Detta säkerställer att varje stick på sändaren ändrar rätt värde på flygkontrollen. Om du upptäcker att en stickingång gör en bakåtutmatning på regulatorn (till exempel vänster på aileron -stickan visas som en höger aileron -ingång på flygkontrollen) kan du vända denna kanal på sändaren.

Därefter är det att välja motorlayout. Gå till KK2: s huvudmeny och välj "Ladda motorlayout". Eftersom denna drönare har 4 motorer, med 2 på framsidan och 2 på baksidan, välj "QuadroCopter X -läge". Flygkontrollen visar sedan motorlayouten och riktningen motorerna ska snurra. Motor 1 på vänster framsida ska snurra medsols, motor 2 moturs, motor 3 medsols och motor 4 moturs.

Kalibrera sedan ESC: erna.

1. Koppla ur batteriet och stäng av sändaren
2. Skjut gasreglaget helt upp på sändaren medan den är avstängd.
3. Slå på sändaren
4. Anslut batteriet till quadcopter
5. Tryck omedelbart på knapparna 1 och 4 på KK2 -kortet
6. När skärmen visar "Throttle Passthrough" drar du gasreglaget hela vägen ner på sändaren, medan du fortfarande håller knapparna 1 och 4.
7. ESC: erna piper för att indikera att alla 4 ESC: er är kalibrerade.

Kontrollera sedan motorns rotationsriktningar. För att göra detta, slå på och koppla in quadcoptern genom att ansluta batteriet, slå på sändaren och föra gasreglaget i nedre högra hörnet. Brädet kommer att pipa som indikerar att fyrhjulingen är tillkopplad, vilket betyder att motorerna är fria att snurra. Återigen, KONTROLLERA ATT PROPELLERNA ÄR AV. Vrid gasreglaget och observera åt vilket håll motorerna snurrar. Att sätta en bit tejp på sidan av motorerna kan hjälpa till med detta steg. Motorerna ska snurra enligt motorlayoutschemat. Om en motor snurrar i fel riktning kopplar du helt enkelt ur och byter två av kulanslutningarna på motorns fasledningar som ansluter till ESC: erna, och motorns snurr vänds.

Slutligen kalibrera brädans accelerometer.

1. Placera quadcopter på en plan yta
2. Gå till KK2 -kortets huvudmeny och välj "ACC Calibration"
3. tryck på fortsätt och låt kortet kalibrera sig själv

Flygkontrollen är nu kalibrerad och redo för flygning!

Steg 12: Balansera propellrar

Vi är nästan klara, men innan du installerar propellrarna måste de balanseras. Det finns många fördelar med att balansera propellrar, till exempel ökad motorns livslängd, "jello" eller distorsionsfri video och till och med en tystare quadcopter. Eftersom många propbalanserare är dyra bestämde jag mig för att skapa min egen. Min propbalanserare består av en trästomme, några Neodymium -magneter och en "Fingertip Prop Balancer" som jag köpte för ett par dollar på Amazon. Trästommen har två bommar som är cirka 6 "höga som gör att den kan passa upp till 12" propellrar. På ändarna av bommarna sitter två neodymmagneter som är varmt limmade på ramen. Fingertoppsbalansen passar in mellan magneterna, rör bara den ena av dem, men hålls på plats av den andra magnetens kraft, vilket resulterar i en extremt känslig och exakt propbalanserare.

Balanseringsblad

1. Spänn fast propellern med fingertoppens balanserare
2. Placera fingertoppsbalansen och propellern mellan de två magneterna och ställ propellern horisontellt
3. Oavsett vilken sida av stödet faller är den tunga sidan, så tejp bör läggas till det motsatta bladet för att balansera det
4. Placera bladet horisontellt igen och om bladet faller åt sidan, ta bort eller applicera tejp i enlighet därmed. Propellern kommer att kunna förbli horisontell när bladen är balanserade.

Balanserar navet

1. Ställ propellern vertikalt mellan de två magneterna
2. Oavsett vilken sida som faller är navets tunga sida och varmt lim bör läggas till motsatt sida av navet för att balansera det

Om propellern kan stanna i vilken position den är placerad i utan att falla, är den ordentligt balanserad och redo att installeras.

Steg 13: Installera propellrar

Det sista steget före flygningen är att installera propellrarna. Med hjälp av motorlayoutschemat installerade jag propellerna medurs på de moturs roterande motorerna och vice versa. Propeller medurs har ett "R" tryckt på sig bredvid storleken och stigningen (dvs. 1045R), medan propellerna moturs inte gör det. Jag satte två gröna propellrar fram och två vita på baksidan för att hjälpa mig att hålla reda på quadcopterens orientering.

Istället för att använda standardklockorna som medföljer motorerna för att hålla propellerna (du kan lika gärna slänga dem eftersom de KOMMER att flyga och få dig att krascha), säkrade jag mina propeller med låsmuttrar av nylon. Låsmuttrarna har en speciell nylonring inuti dem som säkerställer att propellrarna aldrig kan lossna under flygning. För att dra åt låsmuttrarna använde jag ett skruvstycksgrepp. Under låsmuttrarna installerade jag en bricka för att fördela trycket från muttern på propellern jämnare.

Ramen är monterad, elektroniken installerad, flygkontrollen är programmerad och propellerna är balanserade och klara, så det finns bara en sak kvar att göra. Ta av!

Steg 14: Batteri och spänningslarm

Batteriet hålls på undersidan av quadcoptern med en kardborreband som sitter mellan Lexans bottenplatta och PVC -tvärkontakten.

Batterispänningslarmet fästs på ramen med en kardborreband. Innan jag tar av kopplar jag in batteriets balansanslutning (vit kontakt) till batterispänningslarmet. När batteriets spänning sjunker under 10V under flygningen går larmet och säger att jag ska landa.

Steg 15: Flyga

Om du är ny på att flyga, var inte rädd! Här är en snabbguide om hur du lyfter och mer med din nya quadcopter.

1. Anslut batteriet och spänningslarmet och slå på sändaren.
2. Arm din quadcopter genom att föra gasreglaget (vänster pinne på de flesta sändare) till nedre högra hörnet.
3. Dra långsamt gasreglaget tills quadcoptern är några centimeter från marken och landa den omedelbart. Grattis! Du har slutfört hopptestet.
4. Fortsätt hoppa tills du känner dig bekväm i luften.
5. Hoppa högre och stanna i luften längre och längre varje gång.
6. Få en känsla av din yaw, pitch och roll auktoritet också medan du hoppar.
7. Öva på att flytta quadcoptern framåt, bakåt, vänster och höger medan du svävar.
8. När du har de grundläggande rörelserna nere, öva på att använda gaffelstaven och kontrollera dina roderrörelser.

Vad du än gör ska du inte visa upp dig eller försöka göra något du är osäker på. Med tiden kommer dina kontroller att bli andra natur för dig, men håll dig nu till grunderna för att undvika kraschar.

Steg 16: Slutsats

Sammanfattningsvis kan jag definitivt säga att jag uppnådde mitt mål att skapa en kostnadseffektiv, hållbar quadcopter med en rimlig flygtid! Denna konstruktion kostade mig bara cirka 300 dollar (förmodligen ännu mindre utan att behöva köpa delar för prototyper), vilket är extremt billigt jämfört med de flesta andra drönare av denna storlek på marknaden. Med denna inställning kan jag få cirka 11 minuters flygtid, vilket är en enorm förbättring från flygtiden för min tidigare drönare. Ramen visade sig också vara extremt robust och har utstått otaliga krascher, några med nästan full hastighet i sidan av mitt hus eller rakt ner i marken efter att ha försökt vända, med den enda skadan som någonsin varit ett par trasiga propellrar. För flygfoton och video kan den här quadcoptern enkelt bära en videokamera som hänger från min diy -kamerafack som består av ett bibliotekskort med ett kamerafäste som sitter fast på den. Denna quadcopter tillät mig att ta bilderna som visas ovan.

Jag hade inte många stora problem, eller gjorde några enorma misstag under det här projektet, eftersom jag precis kom på en design och fortsatte att förbättra den tills den blev så bra jag kunde. Jag lärde mig dock några saker som jag skulle vilja dela med mig för att hjälpa dig att undvika eventuella problem i framtiden.

1. Gå inte efter de billigaste sakerna du kan hitta

Påståendet "du får vad du betalar för" kommer verkligen att tänka på just nu. Köp inte de billigaste sakerna eftersom allt det kommer att göra är att du spenderar mer pengar senare. Till exempel började jag med ett superbilligt lödkolv på 8,99 dollar och trodde att det skulle spara mig pengar, bara för att behöva köpa ett nytt, dyrare lödkolv senare när det billiga slutade fungera.

2. Var inte perfektionist

Även om det kan verka som att vara helt perfekt är viktigt för att bygga en bra quadcopter, lita på mig på den här, allt perfektionism kommer att göra är att du spenderar extra pengar, tar längre tid att slutföra ditt bygge och ger dig onödig stress. Visst, att vara absolut exakt och perfekt med allt är trevligt, men quadcopters är tillräckligt smarta för att flyga helt fint även om din konstruktion bara är "tillräckligt bra".

3. Skynda dig inte

Att bygga en quadcopter är en mycket spännande sak, men se till att du inte blir för upphetsad och hoppar in för tidigt. Planera noga din konstruktion först, så att du inte kommer att köpa massor av delar som du kanske inte ens behöver i längden. (om du inte prototyper, där köp av delar du inte kommer att använda på slutprodukten är oundvikligt)

4. Häng på där

Att bygga en drönare från grunden är definitivt en skrämmande uppgift, och ibland kanske du bara vill ge upp, men snälla, gör det inte. Gör research, be om hjälp online om du är förvirrad, ta en paus, men vad du än gör, ge inte upp, för det finns inget mer givande än att se något du byggt sväva precis framför dina ögon.

Tack för att du läser

Jag uppskattar verkligen att du stannar till för att läsa denna Instructable, och jag hoppas att det inspirerade dig att bygga denna drönare, eller till och med designa din egen! Om du har några frågor är du välkommen att fråga mig i kommentarerna nedan!

Lycklig flygning!

Första pris i Drones Contest 2016