Сборка БПЛА: Моделирование рамы квадрокоптера

АЭРО

Сборка БПЛА: Моделирование рамы квадрокоптера

Кейс-лонгрид для обучающихся и наставников образовательных организаций в рамках Национального проекта по развитию беспилотной авиации в Томской области

О чём кейс?

Кейс позволит погрузиться в одно из самых полезных для человека направлений - разработку и создание дрона от 3D модели корпуса до полностью прошитого летающего дрона. В этом модуле мы рассмотрим сборку квадрокоптера.

Кому полезен этот кейс?

Кейс будет полезен обучающимся и наставникам образовательных организаций, технологических кружков для погружения в повестку беспилотной авиации с наиболее интересной стороны - путем выполнения практического задания по конструированию квадрокоптера.

Тренды и инновации

Проект "Беспилотные авиационные системы" в Томской области — это инициатива, которая направлена на использование дронов для разных задач.

Уже сейчас дроны могут помогать в сельском хозяйстве, например, для мониторинга полей и растений, проводить обследования территорий, доставлять лекарства и продукты, участвовать в поисково-спасательных операциях и даже обеспечивать безопасность.

Такие же, как и вы молодые люди уже сейчас изучают, как эффективно применять беспилотники. Это отличная возможность для вас познакомиться с современными инновациями и в будущем стать специалистами в востребованной отрасли.

Данный кейс - это ВТОРОЙ шаг, чтобы попробовать “руками” современные беспилотные технологии и СКОНСТРУИРОВАТЬ свой собственный беспилотник.

О проекте по развитию беспилотной авиации:

Проект «Беспилотные авиационные системы» в Томской области — это инициатива, которая направлена на использование дронов для разных задач.

Уже сейчас дроны могут помогать в сельском хозяйстве, например, для мониторинга полей и растений, проводить обследования территорий, доставлять лекарства и продукты, участвовать в поисково-спасательных операциях и даже обеспечивать безопасность.

Молодые люди уже сейчас изучают, как эффективно применять беспилотники. Это отличная возможность для вас познакомиться с современными инновациями и в будущем стать специалистами в востребованной отрасли.

Данный кейс — это первый шаг, чтобы попробовать «руками» современные беспилотные технологии и спроектировать свой собственный беспилотник

О Национальной технологической инициативе и рынке НТИ «Аэронет»:

Одним из направлений (рынков) Национальной технологической инициативы является рынок «Аэронет». Он направлен на создание новых технологических решений в беспилотной отрасли, развитие предприятий по производству разных типов БПЛА.

Для школьников присоединиться к рынку «Аэронет» можно уже сейчас — в ходе участия в Национальной технологической олимпиаде. Для обучающихся 8-11 классов есть несколько подходящих профилей — Беспилотные авиационные системы, автономные транспортные системы, летающая робототехника. А данный кейс даст вам основы, необходимые для сборки квадрокоптера.

Подробнее о рынке Аэронет

Где работать?

Знакомьтесь — компании рынка «Аэронет»!

Компания «Аэроб»

Российская инжиниринговая компания, разработчик уникальных беспилотных воздушных судов самолетного типа и систем автоматизированного управления БАС. Специализация «Аэроб» — развитие новых экономичных технологий аэрофотосъемки, видеосъемки, мониторинга и обработки результатов по стандартам аэрогеодезии.

Сайт

Кем работать?

Примерь на себя профессии будущего!

Структура кейса

Кейс состоит из подробного описания задания, содержит этапы выполнения с иллюстрациями и дополнительные материалы.

Для работы над кейсом понадобится

-Компас – 3D актуальной на момент сборки версии;
-Станок для лазерной резки;
Лист поликарбоната или фанеры 4 мм

Какие школьные предметы нужны?

Физика

Механика: Законы Ньютона, силы, действующие на тело, балансировка и устойчивость конструкции;
Электродинамика: Принципы работы двигателей, аккумуляторов, законов Ома и Кирхгофа;
Аэродинамика: Основы полета, сопротивление воздуха, подъемная сила, аэродинамические характеристики винта.

Математика

Геометрия и тригонометрия: Расчеты углов наклона, расстояния, траектории полета;
Алгебра и статистика: Анализ данных, расчет оптимального режима работы двигателя, оптимизация энергозатрат.

Информатика

Программирование: Написание кода для микроконтроллеров, управление двигателями, навигация и автопилот;
Электронные схемы: Подключение компонентов, настройка и калибровка датчиков.

Технология

Конструирование и моделирование: Создание чертежей, выбор материалов, сборка и тестирование прототипов;
Работа с инструментами: Использование инструментов для сборки и настройки квадрокоптера.

Состав команды

Схемотехник

Разрабатывает электрические схемы и электронику для квадрокоптера

Аэроинженер

Оптимизирует аэродинамические характеристики и конструкцию квадрокоптера

Конструктор

Проектирует механические компоненты и их взаимодействие в сборке

Полезные материалы

Компас 3D – программный комплекс для 3D-моделирования, сайт Образовательные материалы по работе в среде Компас 3D

Ход работы

1. Первый шаг

На первом шаге наша задача создать 3-D модель рамы и крышки квадрокоптера.

1) Окно в 3-D моделирование

Для начала рассмотрим главное окно входа в КОМПАС 3D.
Нам необходимо выбрать вкладку “Деталь”

2) Эскиз

Нажмём сверху на функцию “Создать эскиз”. Соответствующая кнопка окрасится в тёмный цвет.

3) Плоскости

Далее выберем одну, любую, из трёх плоскостей, на которых мы начертим наш эскиз

4) Создание прямоугольника

Теперь создадим прямоугольник высотой 7 мм и 2 мм шириной. В КОМПАСЕ-3D основной единицей измерения, но мы будем работать в масштабе 1:10.

5) Окружность

Теперь создадим окружность диаметром 2,5 мм, которая предназначена для крепления двигателей. Такую окружность необходимо создать на расстоянии 7,25 мм от вертикальной оси и 8,14 от горизонтальной оси. Проверить свои действия мы можем установив линейный размер, нажав на соответствующую кнопку. Прописать значение диаметра можно в параметрах окружности, нажав на неё и введя в графе диаметр 2,5 мм.

6) Снятие размеров

Далее выбрав сверху вкладку “Отрезок” проведем два отрезка как на рисунке, соединив корпус с окружностью. Расстояние между отрезками должно варьироваться от 1,5 до 1,7 мм.

7) Усечение кривой

Теперь уберем все пересекающиеся элементы внутри контура с помощью функции “Усечь кривую”

8) Отверстия

Создадим отверстие 1 диаметром 8 мм в центре предыдущей окружности. Рядом с ним создадим ещё одно отверстие 2 на расстоянии как показано на рисунке и диаметром 0,5.

9) Зеркальное отражение

Далее изучим функцию “Зеркально отразить” по отношению центрального отверстия. Далее выберем точку в центре окружности 1 отразим окружность 2 относительно неё.

10) Отражение конструкции

Далее произведём зеркальное отражение в четыре стороны.

11) Установка размеров отверстий

Далее установим отверстия по размерам, указанным на рисунке.

12) Элемент выдавливания

Далее нажмём на кнопку "Элемент выдавливания". Выдавим на 0.3 мм и посмотрим как будет выглядеть наша модель в масштабе. Далее нажмём на зеленую галочку вверху.

13) Сохранение файла

Теперь сделаем крышку для дрона. Провернем для этого небольшой фокус. Сохраним наш файл: Файл -> Сохранить как->вводим любое название проекта и сохраняем в удобном вам месте.
Затем сделаем точно такое же сохранение, но назовём наш файл"Крышка". Найдем этот файл в месте где вы его сохранили и откроем.

14) Проведение отрезков

Зайдём в эскиз и проведем отрезки как показано на рисунке.

15) Радиус

Далее с помощью функции "Усечь кривую" удалим лучи корпуса и оставим нашу крышку в таком виде.

16) Скругление четырёх углов

Проведём операцию скругления для всех четырёх углов.

17) Операция выдавливания

Проведём функцию выдавливания крышки на 0.3 мм.

2. Второй шаг

Теперь наша задача подключить собранный дрон к пульту дистанционного управления.

1) Старт чертежа

Теперь создадим чертёж для отправки нашего корпуса на лазерную резку. Нажмём на домик. Далее выберем "Чертёж"

2) Формат листа

Далее выберем формат листа А2 или А1

3) Вид с модели

Выберем Вставить-> Вид с модели -> Вид с модели

4) Установка креплений для приемника

Стоит обратить внимание что у вас параллельно должны быть открыты вкладки ваших деталей. Тогда чертеж сможет увидеть ваш документ и дать возможность их открыть.

5) Масштаб

Так как мы делали наши детали в масштабе 1:10 для удобства работы, то пропишем в чертеже обратный масштаб 10:1.

6) Расположение деталей

Далее расположим детали с видом сверху.

7) Очистка от лишних элементов

Удалим перекрестия в отверстиях.

8) Проверка свитчей

Далее выйдем в самое начало меню и выберем вкладку “Functions setup”. В ней выберем “Aux.Channels”. В данной вкладке проверим чтобы пятый канал был настроен на стик SwA, Шестой канал должен быть настроен на стик SwC. С помощью кнопки “CANCEL” сохраним настройки.

9) Сохранение проекта

Сохраним проект в формате .dxf. Данный формат подходит для лазерной резки.

10) Лазерная резка

После этого необходимо отнести флешку с файлом .dxf в цех либо в сервис по лазерной резке. C собой необходимо взять фанерный или поликарбонатный лист толщиной 4 мм. В случае использования фанеры рекомендуется использование фанеры 1-го или 2-го сорта.

Итоговый продукт

Результат мероприятия - это смоделированная и вырезанная из фанеры рама для квадрокоптера.

Что дальше?

Кейс по созданию FPV-дрона с нуля предоставляет обучающимся уникальную возможность стать частью актуальных трендов в области беспилотных технологий и инноваций. Участники смогут подготовиться к различным соревнованиям, таким как чемпионаты по дрон-рейсингу и конкурсы по разработке беспилотных систем, что позволит им применить полученные знания на практике. Кроме того, кейс включает в себя участие в мастер-классах и хакатонах, где обучающиеся смогут продемонстрировать свои навыки в проектировании и программировании дронов, что значительно повысит их конкурентоспособность на рынке труда и в сфере высоких технологий.