Cách chế tạo một thiết bị bay không người lái UAV (Phần 1)

Phần 1: Các thuật ngữ thường gặp

Chủng loại

UAV: (Unmanned Aerial Vehicle): phương tiện bay không người lái, danh từ để chỉ chung mọi thiết bị bay sử dụng phương thức điều khiển từ xa
Drone: Từ đồng nghĩa với UAV, nhưng thường nó được dùng để chỉ các thiết bị bay không người lái dùng cho các mục đích quân sự, còn từ UAV được dùng để chỉ các thiết bị sử dụng cho mục đích giải trí.
Multirotor: Có thể hiểu là các thiết bị bay sử dụng nhiều cánh quạt (dạng lên thẳng)
Hexacopter UAV sử dụng sáu động cơ/cánh quạt
Octocopter UAV sử dụng tám động cơ/cánh quạt
Quadcopter UAV có bốn động cơ/cánh quạt và bốn cánh tay đỡ. Đặc điểm là thường sư dụng 2 dạng kết cấu tay đỡ là dạng chũ thập “+” (phía trướccó một tay) và dạng chữ “X” (phía trước có 2 tay)
Tricopter UAV có ba động cơ/ cánh quạt và thường có 3 tay đỡ.
Spyder UAV kiểu “Spyder” (thường là UAV loại quad hoặc hexa) mà các cánh tay đỡ motor không nằm đối xứng với nhau khi nhìn từ trên xuống
 V-Tail UAV có bốn động cơ/cánh quạt nhưng ở mỗi cặp tay đỡ tạo thành hình chữ “V”
 X4 / X8  X4 và X8 là dạng UAV với 4 cánh tay đỡ; X4 thì có 4 động cơ ở cuối mỗi tay còn X8 thì có 2 động cơ trên một tay (1 cái ở mặt trên và 1 cái ở mặt dưới)
 Y3 / Y6  Y3 và Y6 là dạng UAV với 3 cánh tay đỡ; Y3 thì có 3 động cơ ở cuối mỗi tay còn Y6 thì có 2 động cơ trên một tay (1 cái ở mặt trên và 1 cái ở mặt dưới)
 Cỡ (mm)  đo bằng đơn vị milimet (ví dụ 450 mm), nó thể hiện khoảng cách lớn nhất giữa 2 động cơ trên một UAV. Cỡ của UAV cũng có thể dùng định xác định “lớp'” UAV (micro, mini, ..)
 RTF Ready-to-fly :  UAV không cần lắp ráp và có thể thực hiện bay ngay.
ARTF hoặc ARF Almost-ready-to-fly:  UAV đã lắp ráp hầu hết các thành phần trong đó chưa bao gồm máy thu (RX) và máy phát tín hiệu (TX), gọi chung là RC.
BNF Bind-And-Fly: UAV đã được lắp ráp hoàn thiện gồm của RX, người điều khiển chỉ cần chọn một TX tương thích và tích hợp với RX để thực hiện điều khiển. Các UAV sản xuất theo hướng này được người dùng lựa chọn nhằm tiết kiệm chi phí cũng như có thể dễ dàng để phát triển các UAV mới.
Quadcopter
V-Tail
Octocopter

UAV 4 cánh Quadcopter 

UAV đuôi chữ V 

Khung UAV 8 cánh Octocopter 

Bộ phận cơ khí

Khung Khung giống như bộ xương của máy bay nhằm liên kết các bộ phận lại với nhau. Một khung đơn giản thường thì motors connected to aluminum or other lightweight extrusions (“arm”) sau đó sẽ được nối với thân chính.
Vỏ Nhằm bảo vệ các bộ phận của thiết bị, đảm bảo tính thẩm mỹ đôi khi còn nhằm cải thiện mặt khí động của thiết bị. Một số UAVs có vỏ nhựa đóng vai trò như là khung thân.
Càng hạ cánh/ Chân Càng hạ cánh ở multirotor thường không có bánh xe như ở các máy bay thông thường nhằm tránh việc chúng di chuyển và giảm trọng lượng thiết bị, càng có thể được lắp đặt hoặc tháo dời. Ở một số UAV, càng khi được lắp có thể gặp lại khi bay nhờ các servo.
Bảo vệ cánh quạt  Đây là một bộ phận bảo vệ có tác dụng bảo vệ cánh quạt khỏi sự va đập với các vật thể khác, hạn chế tối thiểu các hư hỏng.
Đèn LED (Light Emitting Diode) có thể lắp lên UAV để xác định vị trí của chúng trong khi trời tối hoặc điều kiện ánh sáng thấp.
Giảm chấn Giảm chấn là các núm cao su có tác dụng hạn chế các rung chấn khi UAV hoạt động
Trọng tâm (Center of Gravity – CG) là điểm mà ở đó khối lượng của máy bay được phân bố đều.
Kẹp Kẹp ống là các đầu nối thường dùng trên các ống tuýp tròn để lắp các thiết bị lên ống.
Đầu nối Dùng để lắp và thoát các dây điện, được gắn vào cuối các dây. Đầu nối phổ biến dùng cho pin là loại Deans & XT60, còn với bộ điều khiển bay và các cảm biến thì dùng đầu nối 0.1″
G10 Đây là một loại composite sợi thủy tinh, vật liệu này được sử dụng phổ biến thay cho sợi cacbon để làm khung UAV vì độ cứng và trọng lượng nhẹ nhưng đặc biệt là giá thành rẻ hơn
Dampener
Hình ảnh có liên quan
UAV Shell
Hình ảnh có liên quan Hình ảnh có liên quan Kết quả hình ảnh cho 0.1″ spaced connector

Giảm chấn

Càng hạ cánh

Vỏ UAV

Kẹp ống

Đầu nối  Deans & XT60

Đầu nối 0.1″

Thiết bị và bộ phận thực hiện bay

BEC (Battery Eliminator Circuit) là một mạch điều chỉnh điện áp lắp trong ESC có thể cung cấp một dòng điện DC 5V power tới bất kỳ thiết bị điện tử nào
Cánh quạt Cánh quạt là bộ phận có bề mặt khí động nhằm tạo ra lực nâng cho UAV. Một bộ cánh quạt thường có hai hoặc bốn cánh, các cánh có thể là cánh gập hoặc cánh cố định
CW / CCW CW (Clockwise) chiều quay theeo chiều kim đồng hồCCW (Counter-Clockwise) chiều quay ngược chiều kim đồng hồ. Ở các UAV đa cánh, thông thường người ta sử dụng các cặp cánh quay ngược chiều kim đồng hồ.
Bộ điều tốc ESC (Electronic Speed Controller) được kết nối với pin, motor và bộ điều khiển bay, có chức năng kiểm soát tốc độ quay của motor.
Pin LiPo (Lithium Polymer) là loại pin phổ biến nhất hiện nay dùng trên các thiết bị bay không người lái UAV bởi trọng lượng nhẹ (so với khả năng lưu trữ) và tốc độ chuyển đổi dòng điện cao Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại pin nền Lithium như LiFe, LiMn, LiOn, …
Động cơ (Motor) dùng để quay cánh quạt; các UAV nhỏ thường được sử dụng động cơ có chổi than còn với UAV lớn thì động cơ không chổi than được sử dụng rộng rãi hơn nhiều
Mạch điện tử PCB  (Printed Circuit Board) là một miếng phẳng làm từ sợi thủy tinh với các thiết bị điển tử được hàn lên
Bộ phân nguồn (Power Distribution) Trong UAV có rất nhiều thiết bị sử dụng điện, do đó nguồn pin cần được chia nhỏ. Đó chính là lí do ta cần tới bộ phân nguồn (bảng mạch hoặc dây cáp). Nó nối với nguồn âm và dương của pin sau đó nối với nguồn của các thiết bị khác (hoạt động ở cùng một điện áp)
Đầu đạn (Propeller Adapter) Thiết bị dùng để nối trục động cơ và cánh quạt
Prop Saver Một loại moay ơ lắp trên đầu trục động cơ và thay thế cho đầu đạn
Servo Servo là một loại thiết bị dẫn động, có thể quay với các góc chính xác
Lực đẩy Lực đẩy là lực do động cơ và cánh quạt tạo ra (ở một điện áp ổn định), thường được đo bằng kilogram (Kg) hoặc pound (Lbs)
LiPo Battery
Propellers
Power Distribution

Kết quả hình ảnh cho Propeller adapter

Pin LiPo

Cánh quạt CW / CCW

Mạch phân nguồn 

Đầu đạn (Propeller Adapter) (Propeller Saver)

Thiết bị điều khiển

Trạm điều khiển mặt đất Có thể thay thế hoặc dùng kết hợp với transmitter cầm tay dùng để điều khiển UAV. Nó có thể gồm transmitter, ăng-ten, video receiver, màn hình, pin, máy tính và một số thiết bị khác
Kênh Số kênh trên transmitter liên quan tới số tín hiệu độc lập mà transmitter có thể gửi
Bộ điều khiển bay Flight Controller Bộ điều khiển bay có thể coi như là bộ não của UAV điều khiển tất cả các tiến trình xử lí dữ liệu, tín hiệu và  tính toán. Nhân của một bộ điều khiển bay thường là một “microcontroller”. Bộ điều khiển bay thường có tích hợp lên một bảng bảng mạch các cảm biến, bao gồm gia tốc kế, con quay hồi chuyển, áp kế, la bàn, GPS,… Nếu bộ điều khiển bay có khả năng tự điều khiển máy bay (ví dụ như có khả năng điều khiển để tự định vị tọa độ dựa vào GPS), thì có thể xem nó là một thiết bị bay tự lái.
Cáp (Wiring Harness) Nó được sử dụng để kết nối RX tới bộ điều khiển bay và một số thiết bị khác.
Tần số HF/ UHF / VHF Đơn vị đo tần số sóng là Héc (Hz) HF – High Frequency: tần số cao; VHF – Very High Frequency:  tần số rất cao; UHF – Ultra High Frequency: tần số cực cao
Sketch / Code Là chương trình được nạp vào bộ điều khiển
Receiver  (RX) Là thiết bị xử lý các tín hiệu nhận được.
Transmitter / Radio (TX) Là thiết bị phát ra các tín hiệu điều khiển tới RX
Tích hợp (Binding) Cần tích hợp TX và RX để chúng có thể giao tiếp với nhau, một số bộ RX và TX đi cùng nhau có thể đã được tích hợp sẵn
 
Base Station

Base Station

Transmitter

Transmitter

Flight Controller

Flight Controller

Cảm biến và thiết bị định hướng

Cảm biến gia tốc (Accelerometer)  Cảm biến gia tốc đo gia tốc theo một trong ba phương, đơn vị đo thường là “g” hay gia tốc trọng trường.
Cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscope) Cảm biến con quay hồi chuyển dùng để đo gia tốc góc theo 1 trong ba phương, đơn vị đo là độ trên giây bình .
Cảm biến áp suất/độ cao (Barometer/Altimeter) Cảm biến áp suất cung cấp các thông số về độ cao của UAV thông qua việc đo lường sự thay dổi áp suất theo độ cao.
Cảm biến IMU (Inertial Measurement Unit) gồm một cảm biến gia tốc và một cảm biến con quay hồi chuyển
Cảm biến từ (Magenetometer) Ở các dạng robot đơn giản, cả biến từ được sử dụng như một là bàn để xác định phương hướng
Ống Pitot  Thiết bị đo tốc độ dòng khí
Ăng-ten (Antena) Ăng ten là thiết bị dùng để nhận và gửi các tín hiệu đến và đi của UAV (các tín hiệu thường do transmitter tạo ra). Ăng-ten có nhiều laoji như có thể chia làm hai loại là ăng-ten đơn hướng (directional) và đa hướng (omnidirectional)
La bàn (Compass) La bàn sẽ cung cấp các chỉ dẫn phương hướng.
Hộp đen (Flight Recorder) Hộp đen sẽ ghi lại các giá trị từ các cảm biến trên UAV. Những thông số có thể sẽ được nạp vào bộ điều khiển bay trong các lần sau.
Pitch Pitch is the angle of the nose to tail with respect to the ground, or in other words, the rotation of an aircraft about the axis from wing to wing
Roll Roll is the rotation of the aircraft along the axis from its nose to its tail
Yaw Yaw is the rotation of an aircraft about an axis perpendicular (90 degrees to) to the plane formed between the nose / tail and wing tips
Roll Pitch Yaw

Roll / Pitch / Yaw

Airspeed Sensor

Airspeed Sensor

GPS

GPS Module

Thiết bị ghi và truyền dẫn hình ảnh

Thiết bị thu phát hình không dây FPV: (First Person View): UAV thường được lắp một camera điều khiển có thể nhận được các hình ảnh trực tiếp từ màn hình hoặc kính thực tế ảo được ghi lại từ camera đó
Gimbal: Dùng để lắp camera, có thể được điều khiển xoay chỉnh bằng một servo hoặc động cơ không chổi than. Chức năng của nó là ổ định camera, chống rung.
Camera GoPro: Là một trong những loại camera được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay để quay và truyền tải video trên các phương tiện di chuyển
Màn hình LCD: (Liquid Crystal Display) phát hình ảnh nhận được qua Receiver
Màn hình OSD: (On Screen Display)  hiển thị các thông số gửi từ thiết bị bay (như độ cao, tọa độ GPS, …)
Kính thự tế ảo VR: (Virtual Reality) sẽ cho người đeo các trải nghiệm ấn tượng về hình ảnh
Gimbal

2-Axis Gimbal

FPV Monitor

LCD Monitor for FPV

VR Glasses

VR Glasses

Trả lời