Dronien toiminnan perusteita

03.06.2019

Dronien toiminnan perusteita

Olen ollut aina kiinnostunut kaikenlaisesta teknologiasta. Mielestäni kiinnostavaa robotiikassa on se, että pääsee herättämään oman näkemyksensä erittäin yksityiskohtaisesti eloon haluamallaan tavalla. Olen ollut viime aikoina kiinnostunut varsinkin oman diy(tee se itse) dronen tekemisestä, joten olen päättänyt tutkia asiaa ja koota löytämäni perustiedot.

Dronien perusrakenne ja ohjaus

Dronet ovat helikopterien tyyppisiä lennokkeja, jotka koostuvat yleensä koon mukaan 4 tai 6 moottorista, joita ohjaa pieni lentotietokone. Droneissa on yleensä vastaanotin ottamaan vastaan sen lennättäjän ohjeita maasta. Niissä voi myöskin olla lähetin videokuvaa varten. Drone tarvitsee patterin, joka riittävän tehokas antaakseen virtaa kaikille sen kantaville varusteille. Patteri ei saa olla liian painava, jotta sen moottorien toiminta ei häiriintyisi

Osien toiminta: runko

Dronen runko toimii pidikkeenä kaikille siinä oleville elektronisille osille. Rungon on oltava riittävän kestävä ja kevyt, jotta dronen moottorien ei tarvitsisi kantaa ylimääräistä painoa. Tämän takia se yleensä valmistetaan lasikuidusta tai muovista, mutta se voidaan myöskin rakentaa puusta. Dronien rungon koko yleensä ilmoitetaan sen moottorien välisenä matkana millimetreinä esimerkiksi 150 mm, 250 mm ja 400 mm ovat yleisiä dronien kokoja.

Osien toiminta: moottori ja propellit ja nopeudenrajoittimet

Dronet tarvitsevat tehokkaat moottorit, jotka pystyvät ylläpitämään suhteellisen suurta kierroslukua kuumenematta liikaa. Moottorit jakautuvat yleensä harjallisiin ja harjattomiin moottoreihin. Harjalliset moottorit eivät tarvitse nopeudensäätäjää ja niitä voidaan hallita yksinkertaisella kytkimellä. Harjalliset moottorit ovat kuitenkin vähemmän sähkötehokkaita kuin harjattomat moottorit. Harjattomien moottorien hallitsemiseen tarvitaan nopeuden säätäjä, mikä lisää niiden hintaa. Nopeudensäätäjien pitää myöskin kestää mootorin toimimiseen vaadittu jännite. Harjattomat moottorit ovat kuitenkin parempia energiatehokkuudeeltaan, jonka takia niitä käytetään useammin droneissa.

Propellit:

Moottorit pyörittävät Propelleja, jotka loppupeleissä luovat nostovoiman. Dronessa on oltava 2 vastapäivään ja kaksi myötäpäivään suunnattua propellia, jotta se pysyisi tasapainossa. Propelleissa tärkeimmät ominaisuudet ovat sen läpimitta ja propellin kulkema matka per kierros(eng. pitch). Propellin läpimitan noustessa sen nostovoima

ja vaatima jännite nousevat. Kisadronien propellit ovat pieniä läpimitaltaan, kun taas isoja taakkoja nostavien kuvaus- dronien propellit ovat suuria läpimitaltaan. Mitä pidemmän matkan propelli kulkee kierroksellaan sitä tehokkaammin se tuottaa vääntöä ja täten vaatii vähemmän virtaa kiihtyvyyden hinnalla. Kisa- dronet tarvitsevat moottorit, joiden propelli kulkee pienen matkan kierroksella, koska ne tarvitsevat hyvän kiihtyvyyden.

Dronen lentotietokone vastaa nimensä mukaan dronen lentämisen mahdollistamisesta. Se vastaa mm. dronen vakauttamisesta ja moottorien hallinnasta. Lentotietokone tarvitsee vastaanottimen ja lähettimen viestiäkseen maassa olevan lennättäjän ohjaimen kanssa. Vastaanottimena ja lähettimenä voidaan käyttää nykyään vaikka wifiä, internet sirua tai radio lähetin/vastaanotinta.

Suosittelen kiinnostuneille lukemaan käyttämäni lähteet, koska niistä löytyy vielä yksityiskohtaisempaa tietoa dronien toiminnasta.

Teksti: Matias Sinisalo

Lähteet:

https://www.instructables.com/id/Make-an-H-Quadcopter-with-3D-printing/

http://mydronelab.com/blog/how-to-build-a-drone.html

https://dronebotworkshop.com/how-does-a-quadcopter-work/

https://www.quantumdev.com/brushless-motors-vs-brush-motors-whats-the-difference/

Robotiikan oppimiskeskus

Lummetie 4

01300 Vantaa

Projektisuunnittelija: Tuulia Kuismin,
0405487832, tuulia.kuismin@vantaa.fi