Thiết kế quadrotor với khả năng định vị bằng gps



Quadrotor  is  a  type  of  unmanned  aerial  vehicles  that  has  drawn  much attention  for  research  for  its  compact  design  and  various  potential  applications. 

To put into use effectively a quadrotor, it is necessary that the quadrotor navigate autonomously.  For  this  reason,  the  main  objective  of  this  study  is  to  design  a quadrotor that can perform a pre-planned journey. This requires the utilization of Global  Positioning  System  (GPS).  In  order  to  achieve  this  goal,  quadrotor  has been  designed  and  a  few  GPS  receivers  have  been  experimented  for  with  static and  dynamic  accuracy  analysis.  An  appropriate  GPS  receiver  module  has  been choosen  and  the  quadrotor  has  been  able  to  perform  the  planned  journey autonomously.  By  integrating  a  camera  and  improving  the  accuracy  of  popular and low-priced GPS receiver modules, this study suggests various applications of quadrotors such as aerial image acquisition in a specific area, life rescue, earning warning and control of forest fire, etc. 

Keyword: quadrotor, GPS 

Title: Quadrotor Design for Autonomous GPS Navigation 


TÓM TẮT 

Quadrotor là một dạng máy bay không ngƣời lái đƣợc thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu vì thiết kế nhỏ gọn và có tiềm năng ứng dụng cao. Tuy nhiên, để có thể  ứng dụng hiệu quả, quadrotor cần có  khả  năng bay tự  động. Vì  vậy  mục tiêu của đề tài là thiết kế một mô hình bay 4 cánh có thể bay ổn định tự động theo hành  trình  định  sẵn.  Điều này đòi hỏi  phải  ứng  dụng  hệ  thống định  vị  toàn  cầu (GPS). Để thực hiện yêu cầu trên, mô hình quadrotor đƣợc thiết kế, một số máy thu GPS đƣợc kiểm tra độ chính xác trong các thí nghiệm tĩnh và động. Kết quả đã chọn đƣợc loại máy thu GPS phù hợp và máy bay đã có thể bay tự động theo hành trình định trƣớc. Với việc tích hợp máy  ảnh và nâng cao độ chính xác của việc định vị thông qua GPS, đề tài mở ra nhiều ứng dụng của quadrotor nhƣ thu thập  không  ảnh  trong  khu  vực định trƣớc,  hỗ  trợ  trong  công  tác  cứu  hộ,  phòng chống và cảnh báo cháy rừng, v.v. 


NỘI DUNG:


THIẾT KẾ QUADROTOR VỚI KHẢ NĂNG ĐỊNH VỊ BẰNG GPS ................9

ABSTRACT ........................................................................................................9

TÓM TẮT ...........................................................................................................9

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................... 10

1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................... 10

1.2. Lịch sử vấn đề .................................................................................... 10

1.3. Mục tiêu và phạm vi đề tài ................................................................. 10

1.4. Hƣớng giải quyết vấn đề .................................................................... 10

1.5. Cấu trúc bài báo ................................................................................. 11

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................... 12

2.1. TÌM HIỂU VỀ QUADROTOR .......................................................... 12

2.1.1 Quadrotor là gì? ............................................................................. 12

2.1.2 Điều khiển quadrotor...................................................................... 12

2.1.3 Tìm hiểu về mô hình động lực học [13] .......................................... 14

2.1.4 Mô hình tính toán khí động học ...................................................... 19

2.2. TỔNG QUAN VỀ GPS [14] .............................................................. 20

2.2.1 Giới thiệu về GPS .......................................................................... 20

2.2.2 Độ chính xác và nguyên lý hoạt động của GPS .............................. 21

2.2.2.1 Độ chính xác của máy thu GPS ............................................. 21

2.2.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy thu GPS ................................. 21

2.2.3 Tín hiệu GPS.................................................................................. 23

2.2.4 Nguồn lỗi của tín hiệu GPS ............................................................ 23

CHƢƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................ 25

3.1. THIẾT KẾ MÔ HÌNH BAY QUADROTOR ..................................... 25

3.1.1 Tính toán các thông số chế tạo ....................................................... 25

3.1.2 Các thành phần cấu tạo nên quadrotor ............................................ 25

3.1.2.1 Động cơ ................................................................................ 25

3.1.2.2 Bộ điều tốc: .......................................................................... 27

3.1.2.3 Cánh quạt:............................................................................. 28

3.1.2.4 Bộ điều khiển từ xa ............................................................... 28

3.1.2.5 PIN ....................................................................................... 29

3.1.2.6 GPS ...................................................................................... 30

3.1.2.7 Mạch điều khiển ................................................................... 33

3.1.3 Thiết kế mô hình bay quadrotor...................................................... 37

3.1.3.1 Khung mô hình ..................................................................... 37

3.1.3.2 Sơ đồ kết nối quadrotor ......................................................... 39

3.1.4 Nạp và chỉnh sửa chƣơng trình cho mô hình .................................. 41

3.1.4.1 Phần mềm Mission Planner ................................................... 41

3.1.4.2 Tùy chỉnh thông số cho quadrotor ......................................... 42

3.2. MỘT SỐ THÍ NGHIỆM VỀ QUADROTOR VÀ GPS ...................... 47

3.2.1 Thí nghiệm tĩnh GPS ...................................................................... 47

3.2.1.1 Mục tiêu và bố trí thí nghiệm ................................................ 47

3.2.1.2 Cách thức thực hiện .............................................................. 48

3.2.1.3 Kết quả ................................................................................. 49

3.2.2 Thí nghiệm động với GPS .............................................................. 53

3.2.2.1 Mục tiêu và bố trí thí nghiệm ................................................ 53

3.2.2.2 Cách thức thực hiện .............................................................. 53

3.2.2.3 Kết quả ................................................................................. 54

3.2.3 Thí nghiệm bay theo hành trình với GPS uBlox Neo 6P ................. 54

3.2.3.1 Mục tiêu và bố trí thí nghiệm ................................................ 54

3.2.3.2 Cách thức thực hiện .............................................................. 55

3.2.3.3 Kết quả ................................................................................. 58

3.3. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 59

3.3.1 KẾT LUẬN ................................................................................... 59

3.3.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................. 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO .



LƯU Ý:

Tài liệu được chia sẻ bởi Thành viên có FB "Nguyễn Minh Hoàng" chỉ được dùng phục vụ mục đích học tập và nghiên cứu.



LINK DOWNLOAD



Quadrotor  is  a  type  of  unmanned  aerial  vehicles  that  has  drawn  much attention  for  research  for  its  compact  design  and  various  potential  applications. 

To put into use effectively a quadrotor, it is necessary that the quadrotor navigate autonomously.  For  this  reason,  the  main  objective  of  this  study  is  to  design  a quadrotor that can perform a pre-planned journey. This requires the utilization of Global  Positioning  System  (GPS).  In  order  to  achieve  this  goal,  quadrotor  has been  designed  and  a  few  GPS  receivers  have  been  experimented  for  with  static and  dynamic  accuracy  analysis.  An  appropriate  GPS  receiver  module  has  been choosen  and  the  quadrotor  has  been  able  to  perform  the  planned  journey autonomously.  By  integrating  a  camera  and  improving  the  accuracy  of  popular and low-priced GPS receiver modules, this study suggests various applications of quadrotors such as aerial image acquisition in a specific area, life rescue, earning warning and control of forest fire, etc. 

Keyword: quadrotor, GPS 

Title: Quadrotor Design for Autonomous GPS Navigation 


TÓM TẮT 

Quadrotor là một dạng máy bay không ngƣời lái đƣợc thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu vì thiết kế nhỏ gọn và có tiềm năng ứng dụng cao. Tuy nhiên, để có thể  ứng dụng hiệu quả, quadrotor cần có  khả  năng bay tự  động. Vì  vậy  mục tiêu của đề tài là thiết kế một mô hình bay 4 cánh có thể bay ổn định tự động theo hành  trình  định  sẵn.  Điều này đòi hỏi  phải  ứng  dụng  hệ  thống định  vị  toàn  cầu (GPS). Để thực hiện yêu cầu trên, mô hình quadrotor đƣợc thiết kế, một số máy thu GPS đƣợc kiểm tra độ chính xác trong các thí nghiệm tĩnh và động. Kết quả đã chọn đƣợc loại máy thu GPS phù hợp và máy bay đã có thể bay tự động theo hành trình định trƣớc. Với việc tích hợp máy  ảnh và nâng cao độ chính xác của việc định vị thông qua GPS, đề tài mở ra nhiều ứng dụng của quadrotor nhƣ thu thập  không  ảnh  trong  khu  vực định trƣớc,  hỗ  trợ  trong  công  tác  cứu  hộ,  phòng chống và cảnh báo cháy rừng, v.v. 


NỘI DUNG:


THIẾT KẾ QUADROTOR VỚI KHẢ NĂNG ĐỊNH VỊ BẰNG GPS ................9

ABSTRACT ........................................................................................................9

TÓM TẮT ...........................................................................................................9

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................... 10

1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................... 10

1.2. Lịch sử vấn đề .................................................................................... 10

1.3. Mục tiêu và phạm vi đề tài ................................................................. 10

1.4. Hƣớng giải quyết vấn đề .................................................................... 10

1.5. Cấu trúc bài báo ................................................................................. 11

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................... 12

2.1. TÌM HIỂU VỀ QUADROTOR .......................................................... 12

2.1.1 Quadrotor là gì? ............................................................................. 12

2.1.2 Điều khiển quadrotor...................................................................... 12

2.1.3 Tìm hiểu về mô hình động lực học [13] .......................................... 14

2.1.4 Mô hình tính toán khí động học ...................................................... 19

2.2. TỔNG QUAN VỀ GPS [14] .............................................................. 20

2.2.1 Giới thiệu về GPS .......................................................................... 20

2.2.2 Độ chính xác và nguyên lý hoạt động của GPS .............................. 21

2.2.2.1 Độ chính xác của máy thu GPS ............................................. 21

2.2.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy thu GPS ................................. 21

2.2.3 Tín hiệu GPS.................................................................................. 23

2.2.4 Nguồn lỗi của tín hiệu GPS ............................................................ 23

CHƢƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................ 25

3.1. THIẾT KẾ MÔ HÌNH BAY QUADROTOR ..................................... 25

3.1.1 Tính toán các thông số chế tạo ....................................................... 25

3.1.2 Các thành phần cấu tạo nên quadrotor ............................................ 25

3.1.2.1 Động cơ ................................................................................ 25

3.1.2.2 Bộ điều tốc: .......................................................................... 27

3.1.2.3 Cánh quạt:............................................................................. 28

3.1.2.4 Bộ điều khiển từ xa ............................................................... 28

3.1.2.5 PIN ....................................................................................... 29

3.1.2.6 GPS ...................................................................................... 30

3.1.2.7 Mạch điều khiển ................................................................... 33

3.1.3 Thiết kế mô hình bay quadrotor...................................................... 37

3.1.3.1 Khung mô hình ..................................................................... 37

3.1.3.2 Sơ đồ kết nối quadrotor ......................................................... 39

3.1.4 Nạp và chỉnh sửa chƣơng trình cho mô hình .................................. 41

3.1.4.1 Phần mềm Mission Planner ................................................... 41

3.1.4.2 Tùy chỉnh thông số cho quadrotor ......................................... 42

3.2. MỘT SỐ THÍ NGHIỆM VỀ QUADROTOR VÀ GPS ...................... 47

3.2.1 Thí nghiệm tĩnh GPS ...................................................................... 47

3.2.1.1 Mục tiêu và bố trí thí nghiệm ................................................ 47

3.2.1.2 Cách thức thực hiện .............................................................. 48

3.2.1.3 Kết quả ................................................................................. 49

3.2.2 Thí nghiệm động với GPS .............................................................. 53

3.2.2.1 Mục tiêu và bố trí thí nghiệm ................................................ 53

3.2.2.2 Cách thức thực hiện .............................................................. 53

3.2.2.3 Kết quả ................................................................................. 54

3.2.3 Thí nghiệm bay theo hành trình với GPS uBlox Neo 6P ................. 54

3.2.3.1 Mục tiêu và bố trí thí nghiệm ................................................ 54

3.2.3.2 Cách thức thực hiện .............................................................. 55

3.2.3.3 Kết quả ................................................................................. 58

3.3. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 59

3.3.1 KẾT LUẬN ................................................................................... 59

3.3.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................. 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO .



LƯU Ý:

Tài liệu được chia sẻ bởi Thành viên có FB "Nguyễn Minh Hoàng" chỉ được dùng phục vụ mục đích học tập và nghiên cứu.



LINK DOWNLOAD

M_tả

M_tả

Chuyên mục:

Không có nhận xét nào: