Đồ án thiết kế và thi công mô hình máy bay quadcopter tại HCMUTE

• Tác giả: Lương Quốc Ân
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đình Phú
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Máy Bay Quadcopter
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Nội dung nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu chi tiết
• 1.4. Giới hạn
• 1.5. Bố cục
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lý thuyết bay, điều khiển của quadcopter
• 2.2. Động học và phương trình toán học
• 2.2.1. Lý thuyết điều khiển quadcopter
• 2.2.2. Lý thuyết chuyển động của quadcopter và mô hình động lực học
• 2.2.3. Mô hình tính toán khí động lực học
• 2.2.4. Tính toán các thông số chế tạo
• 2.3. Lý thuyết bộ điều khiển PID
• 2.3.1. Khâu tỉ lệ
• 2.3.2. Khâu tích phân
• 2.3.3. Khâu vi phân
• 2.3.4. Xây dựng thuật toán điều khiển
• 2.4. Lưu đồ điều khiển cất cánh, hạ cánh, tới lùi, trái phải
• 2.4.1. Lưu đồ điều khiển cất cánh, hạ cánh
• 2.4.2. Lưu đồ điều khiển tiến lùi
• 2.4.3. Lưu đồ điều khiển trái phải
• 2.5. Giới thiệu linh kiện
• 2.5.1. Động cơ DC không chổi than (BRUSHLESS DC MOTOR)
• 2.5.1.1. Giới thiệu chung
• 2.5.1.2. Nguyên lý hoạt động và điều khiển động cơ
• 2.5.1.3. Một số loại động cơ dùng trong quadcopter
• 2.5.2. Bộ điều tốc – ESC (Electronic speed controller)
• 2.5.2.1. Giới thiệu chung
• 2.5.2.2. Cấu tạo và kết nối ESC
• 2.5.3. Cảm biến cân bằng Gyroscape L3G4200D
• 2.5.3.1. Cấu tạo chi tiết
• 2.5.4. Board điều khiển – Board Arduino Uno
• 2.5.4.1. Giới thiệu chung
• 2.5.4.2. Dung lượng pin
• 2.5.7. Bộ RX – TX và tay cầm Flysky I6
• 2.5.7.1. Giới thiệu chung
• 2.5.7.2. Thông số kỹ thuật
• 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
• 3.1. Tính toán và thiết kế hệ thống
• 3.1.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
• 3.1.2. Tính toán và thiết kế mạch
• 3.1.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch
• 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.1. Thi công hệ thống
• 4.2. Lập trình kiểm tra hệ thống
• 4.3. Lập trình hệ thống
• 4.4. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
• 4.5. Setup tay cầm
• 4.6. Hướng dẫn sử dụng, thao tác
• 4.6.1. Hướng dẫn sử dụng
• 4.6.2. Quy trình thao tác
• 5. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ
• 5.1. Lắp ráp và thi công phần cứng máy bay
• 5.2. Cảm biến gyro L3G4200D
• 5.3. Bộ điều khiển TX-RX
• 5.4. Kết nối ESC với arduino
• 5.5. Điều chỉnh các thông số PID
• 5.6. Board arduino và phần mềm IDE
• 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết quả đạt được và hạn chế
• 6.2. Nhận xét và đánh giá
• 6.3. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Thiết kế Quadcopter tại HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công mô hình máy bay quadcopter tại HCMUTE của sinh viên Lương Quốc Ân và Phan Ngọc Tường (2017) tập trung vào thiết kế quadcopter, bao gồm cả khía cạnh phần cứng và phần mềm. Đồ án đã khảo sát và phân tích mô hình máy bay quadcopter, lựa chọn các linh kiện phù hợp như Arduino quadcopter, cảm biến cân bằng Gyroscape L3G4200D, động cơ không chổi than, và ESC (Electronic Speed Controller). Quá trình thiết kế mạch điện tử quadcopter được mô tả chi tiết, bao gồm sơ đồ nguyên lý và tính toán các thông số quan trọng. Đặc biệt, đồ án nhấn mạnh vào lập trình quadcopter, cụ thể là việc sử dụng phần mềm quadcopter để điều khiển các động cơ và ổn định máy bay. Thiết kế cơ khí quadcopter cũng được đề cập, mặc dù chi tiết không được trình bày rõ ràng. In 3D quadcopter có thể được xem xét như một hướng phát triển trong tương lai để tối ưu hóa thiết kế.

1.1. Cơ sở lý thuyết và thiết kế

Phần này trình bày cơ sở lý thuyết về động học quadcopter và động lực học quadcopter, là nền tảng cho việc thiết kế mô hình máy bay quadcopter. Đồ án đề cập đến các phương trình toán học mô tả chuyển động của quadcopter, bao gồm cả mô hình momen quay và lực đẩy. Việc tính toán các thông số chế tạo quadcopter được thực hiện dựa trên các phương trình này. Thuật toán PID được lựa chọn để điều khiển quadcopter, và các khía cạnh của thuật toán này được giải thích. Thiết kế mạch điện tử quadcopter được mô tả với sơ đồ nguyên lý chi tiết. Thiết kế phần mềm quadcopter được trình bày qua lưu đồ thuật toán điều khiển các chế độ bay như cất cánh, hạ cánh, tiến, lùi, trái, phải. Lập trình Arduino được sử dụng để thực hiện điều khiển. Mạch điều khiển quadcopter được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu về cân bằng và ổn định. Các vấn đề an toàn quadcopter cũng cần được xem xét trong quá trình thiết kế và vận hành.

1.2. Thi công và thử nghiệm

Phần này tập trung vào thi công quadcopter, bao gồm việc lựa chọn và lắp ráp các linh kiện. Quá trình lắp ráp quadcopter được mô tả bước-by-bước, cùng với hình ảnh minh họa. Việc kiểm tra hệ thống sau khi lắp ráp được thực hiện để đảm bảo hoạt động đúng chức năng. Đồ án nêu rõ cách điều chỉnh các thông số PID để đạt được hiệu quả điều khiển tốt nhất. Kết quả thử nghiệm quadcopter bao gồm các hình ảnh và số liệu đo đạc, cho thấy khả năng bay và ổn định của mô hình. Các vấn đề lỗi thường gặp quadcopter và cách khắc phục cũng được đề cập. Bảo trì quadcopter là một khía cạnh quan trọng cần lưu ý để đảm bảo tuổi thọ và hiệu suất hoạt động. Ứng dụng quadcopter trong thực tế, ví dụ như phun thuốc trừ sâu hay cứu hộ, được đề cập như hướng phát triển trong tương lai. Giáo trình quadcopter hoặc tài liệu quadcopter có thể hỗ trợ trong việc cải thiện đồ án.

II. Đánh giá và ứng dụng

Đồ án này có giá trị học thuật cao. Nghiên cứu quadcopter được thực hiện khá toàn diện, từ khía cạnh lý thuyết đến thực tiễn. Đồ án cung cấp những kiến thức và kinh nghiệm thiết thực cho sinh viên ngành kỹ thuật điện tử truyền thông. Dự án quadcopter này đóng góp vào việc phát triển công nghệ máy bay không người lái tại Việt Nam. Sinh viên HCMUTE có thể tận dụng kết quả nghiên cứu này để phát triển các ứng dụng thực tiễn. Nghiên cứu khoa học HCMUTE sẽ được nâng cao nhờ các đồ án tốt nghiệp chất lượng như thế này. Khoa kỹ thuật HCMUTE có thể sử dụng đồ án này như một ví dụ tiêu biểu cho sinh viên.

2.1. Giá trị học thuật

Đồ án Thiết kế và thi công mô hình máy bay quadcopter tại HCMUTE có giá trị học thuật đáng kể. Nó kết hợp lý thuyết và thực hành một cách hiệu quả. Các phần cơ sở lý thuyết được trình bày rõ ràng, dễ hiểu. Việc áp dụng thuật toán PID để điều khiển quadcopter là một điểm mạnh của đồ án. Kết quả nghiên cứu được trình bày chi tiết với hình ảnh và số liệu rõ ràng. Đồ án cũng cung cấp hướng phát triển cho các nghiên cứu tương lai. Đây là một ví dụ điển hình của dự án tốt nghiệp HCMUTE thành công. Đánh giá đồ án cần xem xét tính khả thi và hiệu quả của mô hình quadcopter. Bài viết quadcopter hoặc video quadcopter minh họa cho đồ án sẽ làm tăng tính hấp dẫn.

2.2. Ứng dụng thực tiễn

Mô hình máy bay không người lái quadcopter có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ứng dụng quadcopter trong nông nghiệp, như phun thuốc trừ sâu, là một hướng ứng dụng tiềm năng. Trong lĩnh vực cứu hộ, quadcopter có thể được sử dụng để vận chuyển hàng cứu trợ đến những vùng khó tiếp cận. Quadcopter HCMUTE được thiết kế có thể được cải tiến và phát triển để đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau. Giải pháp quadcopter có thể được thương mại hóa. Việc nghiên cứu và phát triển quadcopter cũng đóng góp vào sự phát triển kinh tế và công nghệ của đất nước. Đồ án tốt nghiệp HCMUTE này là một bước khởi đầu quan trọng. Trường đại học HCMUTE có thể hỗ trợ sinh viên để phát triển các ứng dụng thực tiễn của mô hình này.