Institutionen foumlr Signaler och system CHALMERS TEKNISKA HOumlGSKOLA Goumlteborg Sverige 2016

Droumlnare med samhaumlllsnytta Examensarbete inom houmlgskoleingenjoumlrsprogrammet Elektroingenjoumlr

JIMMY ERIKSSON KIM NORDQVIST

EXAMENSARBETE

Droumlnare med samhaumlllsnytta

JIMMY ERIKSSON KIM NORDQVIST

Institutionen foumlr Signaler och System CHALMERS TEKNISKA HOumlGSKOLA

Goumlteborg Sverige 2016

Droumlnare med samhaumlllsnytta Design av droumlnare JIMMY ERIKSSON KIM NORDQVIST copyJIMMY ERIKSSON KIM NORDQVIST 2016 Institutionen foumlr Signaler och System Chalmers tekniska houmlgskola SE-412 96 Goumlteborg Sverige Telefon +46 (0)31-772 1000

i

Sammanfattning Droumlnare anvaumlnds idag i stor omfattning inom huvudsakligen militaumlra applikationer och till viss del inom hobbyverksamhet Kostnaden foumlr att bygga egna droumlnarsystem har sjunkit drastiskt med aringren vilket har lett till en oumlkad foumlrekomst i samhaumlllet i form av olika hobbyverksamheter Myndigheter och andra viktiga samhaumlllsfunktioner har inte tagit aringt sig vilka moumljligheter som en modern droumlnare kan bidra med Syftet med den haumlr projektet aumlr att undersoumlka moumljligheten att designa och bygga en droumlnare som kan vara till nytta foumlr samhaumlllet Maringlet aumlr att designa bygga och testflyga en demo som kan leverera en nyttolast paring 15 kg Detta ska realiseras genom att anvaumlnda en 3D-skrivare i saring stor utstraumlckning som moumljligt Lastsystemet designas fraringn grunden av teamet Design av styrsystem och haringllfasthetsberaumlkningar behandlas inte i den haumlr rapporten Rapporten bestaringr av foumlljande delar Teknisk bakgrund och teknikstudie design och utskrift montering och integration av komponenter tester utvaumlrdering och foumlrbaumlttringar samt en slutsats Projektet lyckades med att testflyga demon och genomfoumlra tester paring de oumlvriga systemen

ii

Abstract Drones are used to a great extent mainly for military application and to some extent as a hobby The cost of building a drone system has dropped significantly in the recent years which has led to an increase of these systems Civilian authorities have not yet realized the possibilities and opportunities that modern drones can provide The purpose of this report is to investigate the possibilities of designing and building a drone that can be of use to society The goal is to design construct and test a demo that can deliver a payload of 15 kg This will be realized with the use of 3D printing technology to a great extent The payload system will be designed from scratch by the team Design of flight control systems as well as mechanical load calculations are not part of this report The report is divided into the following sections Technical background and study design and print assembly and integration of components testing evaluation and improvements and finally a conclusion The project was successful and several tests were performed including a test flight of the demo

iii

Foumlrord Detta examenarbete foumlr Elektroingenjoumlrsprogrammet 180 hp utfoumlrdes under laumlsperiod 3 och 4 varingren 2016 Arbetet omfattar 15 houmlgskolepoaumlng Arbetet genomfoumlrdes paring institutionen Signaler och System Chalmers tekniska houmlgskola tillsammans med Sigma Technology AB Goumlteborg Manne Stenberg har agerat examinator och Sakib Sistek har varit handledare Handledning paring Sigma Technology AB har utfoumlrts av Alixander Ansari Vi vill tacka varingra handledare Sakib Sistek Chalmers och Alixander Ansari Sigma Technology AB Ett stort tack till Jan Ellwoth som alltid fanns daumlr foumlr att svara paring fraringgor och gav oss vaumlgledning med tekniken Vi vill aumlven tacka David Rydegraven Sigma Technology Klas Persson Sigma Technology Manne Stenberg Chalmers Olof Wranne Chalmers Sven Ekered Chalmers Sigma Technology AB Chalmers tekniska houmlgskola

iv

Ordlista GPS Global Positioning System VTOL Vertical Take Off and Landing CW Clockwise CCW Counter Clockwise FPV First Person View OSD On Screen Display RC Remote Control FC Flight Controller LiPo Lithium Polymer LOS Line of Sight ESC Electronic Speed Controller FPS Frames per second SSH Secure Shell FDM Fused Desposition modeling STL Stereo Lithography

Inneharingllsfoumlrteckning 1 Inledning 1

11 Bakgrund 1

12 Maringl 1

13 Syfte 1

14 Avgraumlnsningar 1

2 Teknisk bakgrund 2

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden 2

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda 3

23 En droumlnares komponenter 4

231 Flygkropp 4

232 Batterier 4

233 Motorer 5

234 Electronic speed controller 5

235 Propellrar 5

236 Flightcontroller 5

237 Radiolaumlnk 5

238 First person view-system 5

239 On screen Display-system 6

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter 6

2311 eCalc 6

24 Konstruktionsmaterial 6

241 Kolfiber 6

242 Polylactic acid 6

243 Akrylbutadienstyren 7

25 3D-skrivare 7

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare 7

3 Metod 7

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt 8

32 Design av flygkroppen 8

4 Konstruktion 8

41 Val av droumlnartyp 8

42 Simulering 9

43 Val av komponenter 9

431 Batterier 10

432 Motorer 10

433 Electronic Speed Controller 10

434 Propellrar 10

435 Flightcontroller 10

436 First person view -system 10

437 Radiolaumlnk 10

438 Flygkroppen 11

439 On-board Dator 12

4310 On Screen Display 12

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D 12 FPV kamera ⅓ Sony 12

4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3 12

4314 Elektromagneter och lastmodulen 12

4315 IR-kamera 12

4316 Spaumlnningskonverterare 12

4317 Oumlvriga komponenter 12

5 Design 13

51 Bottenplatta 13

52 Elektronikplatta 13

53 Topplatta 14

54 Sidopaneler 14

55 Hylsa 14

56 Design av landningsstaumlll 14

57 Design av motorfaumlsten 15

58 Propellerskydd 16

59 Kamerasystem med gimbalsystem 16

510 Lastsystem med elektromagneter 16

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen 17

6 Montering och integrering av komponenter 18

61 Fysisk och elektrisk konstruktion 18

611 Montering av flygkropp amp armar 18

612 Montering av motorer 18

613 Montering av ESC och intern kabeldragning 19

614 Montering av landningsstaumlll 19

615 Montering amp installation av elektronik 19

616 Montering av batterier amp GPS-antenn 20

62 Mjukvaruintegration 20

621 Instaumlllningar FC 20

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi 21

7 Tester 23

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon 23

711 Resultat 24

712 Slutsats 24

72 Testflygning 24

721 Resultat 24

722 Slutsats 25

73 Test av lastmodul 25

731 Resultat 25

732 Slutsats 25

74 Test av kamera och gimbal 26

741 Resultat 26

742 Slutsats 26

75 Test av FPV via radio 26

751 Resultat 26

752 Slutsats 26

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G 26

761 Resultat 27

762 Slutsats 27

77 Test av GPS 27

771 Slutsats 27

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar 27

81 Design 27

811 Huvudkonstruktion 27

812 Motorblock 28

813 Landningsstaumlll 29

814 Lasthantering systemet 29

82 Teknisk loumlsning 30

821 Flightcontroller 30

822 Programvara 30

823 Radiolaumlnk 31

824 FPV-system 31

825 Motorer ESC amp Batterier 31

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

EXAMENSARBETE

Droumlnare med samhaumlllsnytta

JIMMY ERIKSSON KIM NORDQVIST

Institutionen foumlr Signaler och System CHALMERS TEKNISKA HOumlGSKOLA

Goumlteborg Sverige 2016

Droumlnare med samhaumlllsnytta Design av droumlnare JIMMY ERIKSSON KIM NORDQVIST copyJIMMY ERIKSSON KIM NORDQVIST 2016 Institutionen foumlr Signaler och System Chalmers tekniska houmlgskola SE-412 96 Goumlteborg Sverige Telefon +46 (0)31-772 1000

i

Sammanfattning Droumlnare anvaumlnds idag i stor omfattning inom huvudsakligen militaumlra applikationer och till viss del inom hobbyverksamhet Kostnaden foumlr att bygga egna droumlnarsystem har sjunkit drastiskt med aringren vilket har lett till en oumlkad foumlrekomst i samhaumlllet i form av olika hobbyverksamheter Myndigheter och andra viktiga samhaumlllsfunktioner har inte tagit aringt sig vilka moumljligheter som en modern droumlnare kan bidra med Syftet med den haumlr projektet aumlr att undersoumlka moumljligheten att designa och bygga en droumlnare som kan vara till nytta foumlr samhaumlllet Maringlet aumlr att designa bygga och testflyga en demo som kan leverera en nyttolast paring 15 kg Detta ska realiseras genom att anvaumlnda en 3D-skrivare i saring stor utstraumlckning som moumljligt Lastsystemet designas fraringn grunden av teamet Design av styrsystem och haringllfasthetsberaumlkningar behandlas inte i den haumlr rapporten Rapporten bestaringr av foumlljande delar Teknisk bakgrund och teknikstudie design och utskrift montering och integration av komponenter tester utvaumlrdering och foumlrbaumlttringar samt en slutsats Projektet lyckades med att testflyga demon och genomfoumlra tester paring de oumlvriga systemen

ii

Abstract Drones are used to a great extent mainly for military application and to some extent as a hobby The cost of building a drone system has dropped significantly in the recent years which has led to an increase of these systems Civilian authorities have not yet realized the possibilities and opportunities that modern drones can provide The purpose of this report is to investigate the possibilities of designing and building a drone that can be of use to society The goal is to design construct and test a demo that can deliver a payload of 15 kg This will be realized with the use of 3D printing technology to a great extent The payload system will be designed from scratch by the team Design of flight control systems as well as mechanical load calculations are not part of this report The report is divided into the following sections Technical background and study design and print assembly and integration of components testing evaluation and improvements and finally a conclusion The project was successful and several tests were performed including a test flight of the demo

iii

Foumlrord Detta examenarbete foumlr Elektroingenjoumlrsprogrammet 180 hp utfoumlrdes under laumlsperiod 3 och 4 varingren 2016 Arbetet omfattar 15 houmlgskolepoaumlng Arbetet genomfoumlrdes paring institutionen Signaler och System Chalmers tekniska houmlgskola tillsammans med Sigma Technology AB Goumlteborg Manne Stenberg har agerat examinator och Sakib Sistek har varit handledare Handledning paring Sigma Technology AB har utfoumlrts av Alixander Ansari Vi vill tacka varingra handledare Sakib Sistek Chalmers och Alixander Ansari Sigma Technology AB Ett stort tack till Jan Ellwoth som alltid fanns daumlr foumlr att svara paring fraringgor och gav oss vaumlgledning med tekniken Vi vill aumlven tacka David Rydegraven Sigma Technology Klas Persson Sigma Technology Manne Stenberg Chalmers Olof Wranne Chalmers Sven Ekered Chalmers Sigma Technology AB Chalmers tekniska houmlgskola

iv

Ordlista GPS Global Positioning System VTOL Vertical Take Off and Landing CW Clockwise CCW Counter Clockwise FPV First Person View OSD On Screen Display RC Remote Control FC Flight Controller LiPo Lithium Polymer LOS Line of Sight ESC Electronic Speed Controller FPS Frames per second SSH Secure Shell FDM Fused Desposition modeling STL Stereo Lithography

Inneharingllsfoumlrteckning 1 Inledning 1

11 Bakgrund 1

12 Maringl 1

13 Syfte 1

14 Avgraumlnsningar 1

2 Teknisk bakgrund 2

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden 2

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda 3

23 En droumlnares komponenter 4

231 Flygkropp 4

232 Batterier 4

233 Motorer 5

234 Electronic speed controller 5

235 Propellrar 5

236 Flightcontroller 5

237 Radiolaumlnk 5

238 First person view-system 5

239 On screen Display-system 6

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter 6

2311 eCalc 6

24 Konstruktionsmaterial 6

241 Kolfiber 6

242 Polylactic acid 6

243 Akrylbutadienstyren 7

25 3D-skrivare 7

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare 7

3 Metod 7

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt 8

32 Design av flygkroppen 8

4 Konstruktion 8

41 Val av droumlnartyp 8

42 Simulering 9

43 Val av komponenter 9

431 Batterier 10

432 Motorer 10

433 Electronic Speed Controller 10

434 Propellrar 10

435 Flightcontroller 10

436 First person view -system 10

437 Radiolaumlnk 10

438 Flygkroppen 11

439 On-board Dator 12

4310 On Screen Display 12

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D 12 FPV kamera ⅓ Sony 12

4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3 12

4314 Elektromagneter och lastmodulen 12

4315 IR-kamera 12

4316 Spaumlnningskonverterare 12

4317 Oumlvriga komponenter 12

5 Design 13

51 Bottenplatta 13

52 Elektronikplatta 13

53 Topplatta 14

54 Sidopaneler 14

55 Hylsa 14

56 Design av landningsstaumlll 14

57 Design av motorfaumlsten 15

58 Propellerskydd 16

59 Kamerasystem med gimbalsystem 16

510 Lastsystem med elektromagneter 16

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen 17

6 Montering och integrering av komponenter 18

61 Fysisk och elektrisk konstruktion 18

611 Montering av flygkropp amp armar 18

612 Montering av motorer 18

613 Montering av ESC och intern kabeldragning 19

614 Montering av landningsstaumlll 19

615 Montering amp installation av elektronik 19

616 Montering av batterier amp GPS-antenn 20

62 Mjukvaruintegration 20

621 Instaumlllningar FC 20

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi 21

7 Tester 23

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon 23

711 Resultat 24

712 Slutsats 24

72 Testflygning 24

721 Resultat 24

722 Slutsats 25

73 Test av lastmodul 25

731 Resultat 25

732 Slutsats 25

74 Test av kamera och gimbal 26

741 Resultat 26

742 Slutsats 26

75 Test av FPV via radio 26

751 Resultat 26

752 Slutsats 26

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G 26

761 Resultat 27

762 Slutsats 27

77 Test av GPS 27

771 Slutsats 27

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar 27

81 Design 27

811 Huvudkonstruktion 27

812 Motorblock 28

813 Landningsstaumlll 29

814 Lasthantering systemet 29

82 Teknisk loumlsning 30

821 Flightcontroller 30

822 Programvara 30

823 Radiolaumlnk 31

824 FPV-system 31

825 Motorer ESC amp Batterier 31

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

Droumlnare med samhaumlllsnytta Design av droumlnare JIMMY ERIKSSON KIM NORDQVIST copyJIMMY ERIKSSON KIM NORDQVIST 2016 Institutionen foumlr Signaler och System Chalmers tekniska houmlgskola SE-412 96 Goumlteborg Sverige Telefon +46 (0)31-772 1000

i

Sammanfattning Droumlnare anvaumlnds idag i stor omfattning inom huvudsakligen militaumlra applikationer och till viss del inom hobbyverksamhet Kostnaden foumlr att bygga egna droumlnarsystem har sjunkit drastiskt med aringren vilket har lett till en oumlkad foumlrekomst i samhaumlllet i form av olika hobbyverksamheter Myndigheter och andra viktiga samhaumlllsfunktioner har inte tagit aringt sig vilka moumljligheter som en modern droumlnare kan bidra med Syftet med den haumlr projektet aumlr att undersoumlka moumljligheten att designa och bygga en droumlnare som kan vara till nytta foumlr samhaumlllet Maringlet aumlr att designa bygga och testflyga en demo som kan leverera en nyttolast paring 15 kg Detta ska realiseras genom att anvaumlnda en 3D-skrivare i saring stor utstraumlckning som moumljligt Lastsystemet designas fraringn grunden av teamet Design av styrsystem och haringllfasthetsberaumlkningar behandlas inte i den haumlr rapporten Rapporten bestaringr av foumlljande delar Teknisk bakgrund och teknikstudie design och utskrift montering och integration av komponenter tester utvaumlrdering och foumlrbaumlttringar samt en slutsats Projektet lyckades med att testflyga demon och genomfoumlra tester paring de oumlvriga systemen

ii

Abstract Drones are used to a great extent mainly for military application and to some extent as a hobby The cost of building a drone system has dropped significantly in the recent years which has led to an increase of these systems Civilian authorities have not yet realized the possibilities and opportunities that modern drones can provide The purpose of this report is to investigate the possibilities of designing and building a drone that can be of use to society The goal is to design construct and test a demo that can deliver a payload of 15 kg This will be realized with the use of 3D printing technology to a great extent The payload system will be designed from scratch by the team Design of flight control systems as well as mechanical load calculations are not part of this report The report is divided into the following sections Technical background and study design and print assembly and integration of components testing evaluation and improvements and finally a conclusion The project was successful and several tests were performed including a test flight of the demo

iii

Foumlrord Detta examenarbete foumlr Elektroingenjoumlrsprogrammet 180 hp utfoumlrdes under laumlsperiod 3 och 4 varingren 2016 Arbetet omfattar 15 houmlgskolepoaumlng Arbetet genomfoumlrdes paring institutionen Signaler och System Chalmers tekniska houmlgskola tillsammans med Sigma Technology AB Goumlteborg Manne Stenberg har agerat examinator och Sakib Sistek har varit handledare Handledning paring Sigma Technology AB har utfoumlrts av Alixander Ansari Vi vill tacka varingra handledare Sakib Sistek Chalmers och Alixander Ansari Sigma Technology AB Ett stort tack till Jan Ellwoth som alltid fanns daumlr foumlr att svara paring fraringgor och gav oss vaumlgledning med tekniken Vi vill aumlven tacka David Rydegraven Sigma Technology Klas Persson Sigma Technology Manne Stenberg Chalmers Olof Wranne Chalmers Sven Ekered Chalmers Sigma Technology AB Chalmers tekniska houmlgskola

iv

Ordlista GPS Global Positioning System VTOL Vertical Take Off and Landing CW Clockwise CCW Counter Clockwise FPV First Person View OSD On Screen Display RC Remote Control FC Flight Controller LiPo Lithium Polymer LOS Line of Sight ESC Electronic Speed Controller FPS Frames per second SSH Secure Shell FDM Fused Desposition modeling STL Stereo Lithography

Inneharingllsfoumlrteckning 1 Inledning 1

11 Bakgrund 1

12 Maringl 1

13 Syfte 1

14 Avgraumlnsningar 1

2 Teknisk bakgrund 2

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden 2

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda 3

23 En droumlnares komponenter 4

231 Flygkropp 4

232 Batterier 4

233 Motorer 5

234 Electronic speed controller 5

235 Propellrar 5

236 Flightcontroller 5

237 Radiolaumlnk 5

238 First person view-system 5

239 On screen Display-system 6

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter 6

2311 eCalc 6

24 Konstruktionsmaterial 6

241 Kolfiber 6

242 Polylactic acid 6

243 Akrylbutadienstyren 7

25 3D-skrivare 7

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare 7

3 Metod 7

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt 8

32 Design av flygkroppen 8

4 Konstruktion 8

41 Val av droumlnartyp 8

42 Simulering 9

43 Val av komponenter 9

431 Batterier 10

432 Motorer 10

433 Electronic Speed Controller 10

434 Propellrar 10

435 Flightcontroller 10

436 First person view -system 10

437 Radiolaumlnk 10

438 Flygkroppen 11

439 On-board Dator 12

4310 On Screen Display 12

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D 12 FPV kamera ⅓ Sony 12

4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3 12

4314 Elektromagneter och lastmodulen 12

4315 IR-kamera 12

4316 Spaumlnningskonverterare 12

4317 Oumlvriga komponenter 12

5 Design 13

51 Bottenplatta 13

52 Elektronikplatta 13

53 Topplatta 14

54 Sidopaneler 14

55 Hylsa 14

56 Design av landningsstaumlll 14

57 Design av motorfaumlsten 15

58 Propellerskydd 16

59 Kamerasystem med gimbalsystem 16

510 Lastsystem med elektromagneter 16

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen 17

6 Montering och integrering av komponenter 18

61 Fysisk och elektrisk konstruktion 18

611 Montering av flygkropp amp armar 18

612 Montering av motorer 18

613 Montering av ESC och intern kabeldragning 19

614 Montering av landningsstaumlll 19

615 Montering amp installation av elektronik 19

616 Montering av batterier amp GPS-antenn 20

62 Mjukvaruintegration 20

621 Instaumlllningar FC 20

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi 21

7 Tester 23

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon 23

711 Resultat 24

712 Slutsats 24

72 Testflygning 24

721 Resultat 24

722 Slutsats 25

73 Test av lastmodul 25

731 Resultat 25

732 Slutsats 25

74 Test av kamera och gimbal 26

741 Resultat 26

742 Slutsats 26

75 Test av FPV via radio 26

751 Resultat 26

752 Slutsats 26

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G 26

761 Resultat 27

762 Slutsats 27

77 Test av GPS 27

771 Slutsats 27

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar 27

81 Design 27

811 Huvudkonstruktion 27

812 Motorblock 28

813 Landningsstaumlll 29

814 Lasthantering systemet 29

82 Teknisk loumlsning 30

821 Flightcontroller 30

822 Programvara 30

823 Radiolaumlnk 31

824 FPV-system 31

825 Motorer ESC amp Batterier 31

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

i

Sammanfattning Droumlnare anvaumlnds idag i stor omfattning inom huvudsakligen militaumlra applikationer och till viss del inom hobbyverksamhet Kostnaden foumlr att bygga egna droumlnarsystem har sjunkit drastiskt med aringren vilket har lett till en oumlkad foumlrekomst i samhaumlllet i form av olika hobbyverksamheter Myndigheter och andra viktiga samhaumlllsfunktioner har inte tagit aringt sig vilka moumljligheter som en modern droumlnare kan bidra med Syftet med den haumlr projektet aumlr att undersoumlka moumljligheten att designa och bygga en droumlnare som kan vara till nytta foumlr samhaumlllet Maringlet aumlr att designa bygga och testflyga en demo som kan leverera en nyttolast paring 15 kg Detta ska realiseras genom att anvaumlnda en 3D-skrivare i saring stor utstraumlckning som moumljligt Lastsystemet designas fraringn grunden av teamet Design av styrsystem och haringllfasthetsberaumlkningar behandlas inte i den haumlr rapporten Rapporten bestaringr av foumlljande delar Teknisk bakgrund och teknikstudie design och utskrift montering och integration av komponenter tester utvaumlrdering och foumlrbaumlttringar samt en slutsats Projektet lyckades med att testflyga demon och genomfoumlra tester paring de oumlvriga systemen

ii

Abstract Drones are used to a great extent mainly for military application and to some extent as a hobby The cost of building a drone system has dropped significantly in the recent years which has led to an increase of these systems Civilian authorities have not yet realized the possibilities and opportunities that modern drones can provide The purpose of this report is to investigate the possibilities of designing and building a drone that can be of use to society The goal is to design construct and test a demo that can deliver a payload of 15 kg This will be realized with the use of 3D printing technology to a great extent The payload system will be designed from scratch by the team Design of flight control systems as well as mechanical load calculations are not part of this report The report is divided into the following sections Technical background and study design and print assembly and integration of components testing evaluation and improvements and finally a conclusion The project was successful and several tests were performed including a test flight of the demo

iii

Foumlrord Detta examenarbete foumlr Elektroingenjoumlrsprogrammet 180 hp utfoumlrdes under laumlsperiod 3 och 4 varingren 2016 Arbetet omfattar 15 houmlgskolepoaumlng Arbetet genomfoumlrdes paring institutionen Signaler och System Chalmers tekniska houmlgskola tillsammans med Sigma Technology AB Goumlteborg Manne Stenberg har agerat examinator och Sakib Sistek har varit handledare Handledning paring Sigma Technology AB har utfoumlrts av Alixander Ansari Vi vill tacka varingra handledare Sakib Sistek Chalmers och Alixander Ansari Sigma Technology AB Ett stort tack till Jan Ellwoth som alltid fanns daumlr foumlr att svara paring fraringgor och gav oss vaumlgledning med tekniken Vi vill aumlven tacka David Rydegraven Sigma Technology Klas Persson Sigma Technology Manne Stenberg Chalmers Olof Wranne Chalmers Sven Ekered Chalmers Sigma Technology AB Chalmers tekniska houmlgskola

iv

Ordlista GPS Global Positioning System VTOL Vertical Take Off and Landing CW Clockwise CCW Counter Clockwise FPV First Person View OSD On Screen Display RC Remote Control FC Flight Controller LiPo Lithium Polymer LOS Line of Sight ESC Electronic Speed Controller FPS Frames per second SSH Secure Shell FDM Fused Desposition modeling STL Stereo Lithography

Inneharingllsfoumlrteckning 1 Inledning 1

11 Bakgrund 1

12 Maringl 1

13 Syfte 1

14 Avgraumlnsningar 1

2 Teknisk bakgrund 2

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden 2

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda 3

23 En droumlnares komponenter 4

231 Flygkropp 4

232 Batterier 4

233 Motorer 5

234 Electronic speed controller 5

235 Propellrar 5

236 Flightcontroller 5

237 Radiolaumlnk 5

238 First person view-system 5

239 On screen Display-system 6

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter 6

2311 eCalc 6

24 Konstruktionsmaterial 6

241 Kolfiber 6

242 Polylactic acid 6

243 Akrylbutadienstyren 7

25 3D-skrivare 7

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare 7

3 Metod 7

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt 8

32 Design av flygkroppen 8

4 Konstruktion 8

41 Val av droumlnartyp 8

42 Simulering 9

43 Val av komponenter 9

431 Batterier 10

432 Motorer 10

433 Electronic Speed Controller 10

434 Propellrar 10

435 Flightcontroller 10

436 First person view -system 10

437 Radiolaumlnk 10

438 Flygkroppen 11

439 On-board Dator 12

4310 On Screen Display 12

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D 12 FPV kamera ⅓ Sony 12

4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3 12

4314 Elektromagneter och lastmodulen 12

4315 IR-kamera 12

4316 Spaumlnningskonverterare 12

4317 Oumlvriga komponenter 12

5 Design 13

51 Bottenplatta 13

52 Elektronikplatta 13

53 Topplatta 14

54 Sidopaneler 14

55 Hylsa 14

56 Design av landningsstaumlll 14

57 Design av motorfaumlsten 15

58 Propellerskydd 16

59 Kamerasystem med gimbalsystem 16

510 Lastsystem med elektromagneter 16

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen 17

6 Montering och integrering av komponenter 18

61 Fysisk och elektrisk konstruktion 18

611 Montering av flygkropp amp armar 18

612 Montering av motorer 18

613 Montering av ESC och intern kabeldragning 19

614 Montering av landningsstaumlll 19

615 Montering amp installation av elektronik 19

616 Montering av batterier amp GPS-antenn 20

62 Mjukvaruintegration 20

621 Instaumlllningar FC 20

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi 21

7 Tester 23

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon 23

711 Resultat 24

712 Slutsats 24

72 Testflygning 24

721 Resultat 24

722 Slutsats 25

73 Test av lastmodul 25

731 Resultat 25

732 Slutsats 25

74 Test av kamera och gimbal 26

741 Resultat 26

742 Slutsats 26

75 Test av FPV via radio 26

751 Resultat 26

752 Slutsats 26

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G 26

761 Resultat 27

762 Slutsats 27

77 Test av GPS 27

771 Slutsats 27

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar 27

81 Design 27

811 Huvudkonstruktion 27

812 Motorblock 28

813 Landningsstaumlll 29

814 Lasthantering systemet 29

82 Teknisk loumlsning 30

821 Flightcontroller 30

822 Programvara 30

823 Radiolaumlnk 31

824 FPV-system 31

825 Motorer ESC amp Batterier 31

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

ii

Abstract Drones are used to a great extent mainly for military application and to some extent as a hobby The cost of building a drone system has dropped significantly in the recent years which has led to an increase of these systems Civilian authorities have not yet realized the possibilities and opportunities that modern drones can provide The purpose of this report is to investigate the possibilities of designing and building a drone that can be of use to society The goal is to design construct and test a demo that can deliver a payload of 15 kg This will be realized with the use of 3D printing technology to a great extent The payload system will be designed from scratch by the team Design of flight control systems as well as mechanical load calculations are not part of this report The report is divided into the following sections Technical background and study design and print assembly and integration of components testing evaluation and improvements and finally a conclusion The project was successful and several tests were performed including a test flight of the demo

iii

Foumlrord Detta examenarbete foumlr Elektroingenjoumlrsprogrammet 180 hp utfoumlrdes under laumlsperiod 3 och 4 varingren 2016 Arbetet omfattar 15 houmlgskolepoaumlng Arbetet genomfoumlrdes paring institutionen Signaler och System Chalmers tekniska houmlgskola tillsammans med Sigma Technology AB Goumlteborg Manne Stenberg har agerat examinator och Sakib Sistek har varit handledare Handledning paring Sigma Technology AB har utfoumlrts av Alixander Ansari Vi vill tacka varingra handledare Sakib Sistek Chalmers och Alixander Ansari Sigma Technology AB Ett stort tack till Jan Ellwoth som alltid fanns daumlr foumlr att svara paring fraringgor och gav oss vaumlgledning med tekniken Vi vill aumlven tacka David Rydegraven Sigma Technology Klas Persson Sigma Technology Manne Stenberg Chalmers Olof Wranne Chalmers Sven Ekered Chalmers Sigma Technology AB Chalmers tekniska houmlgskola

iv

Ordlista GPS Global Positioning System VTOL Vertical Take Off and Landing CW Clockwise CCW Counter Clockwise FPV First Person View OSD On Screen Display RC Remote Control FC Flight Controller LiPo Lithium Polymer LOS Line of Sight ESC Electronic Speed Controller FPS Frames per second SSH Secure Shell FDM Fused Desposition modeling STL Stereo Lithography

Inneharingllsfoumlrteckning 1 Inledning 1

11 Bakgrund 1

12 Maringl 1

13 Syfte 1

14 Avgraumlnsningar 1

2 Teknisk bakgrund 2

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden 2

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda 3

23 En droumlnares komponenter 4

231 Flygkropp 4

232 Batterier 4

233 Motorer 5

234 Electronic speed controller 5

235 Propellrar 5

236 Flightcontroller 5

237 Radiolaumlnk 5

238 First person view-system 5

239 On screen Display-system 6

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter 6

2311 eCalc 6

24 Konstruktionsmaterial 6

241 Kolfiber 6

242 Polylactic acid 6

243 Akrylbutadienstyren 7

25 3D-skrivare 7

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare 7

3 Metod 7

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt 8

32 Design av flygkroppen 8

4 Konstruktion 8

41 Val av droumlnartyp 8

42 Simulering 9

43 Val av komponenter 9

431 Batterier 10

432 Motorer 10

433 Electronic Speed Controller 10

434 Propellrar 10

435 Flightcontroller 10

436 First person view -system 10

437 Radiolaumlnk 10

438 Flygkroppen 11

439 On-board Dator 12

4310 On Screen Display 12

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D 12 FPV kamera ⅓ Sony 12

4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3 12

4314 Elektromagneter och lastmodulen 12

4315 IR-kamera 12

4316 Spaumlnningskonverterare 12

4317 Oumlvriga komponenter 12

5 Design 13

51 Bottenplatta 13

52 Elektronikplatta 13

53 Topplatta 14

54 Sidopaneler 14

55 Hylsa 14

56 Design av landningsstaumlll 14

57 Design av motorfaumlsten 15

58 Propellerskydd 16

59 Kamerasystem med gimbalsystem 16

510 Lastsystem med elektromagneter 16

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen 17

6 Montering och integrering av komponenter 18

61 Fysisk och elektrisk konstruktion 18

611 Montering av flygkropp amp armar 18

612 Montering av motorer 18

613 Montering av ESC och intern kabeldragning 19

614 Montering av landningsstaumlll 19

615 Montering amp installation av elektronik 19

616 Montering av batterier amp GPS-antenn 20

62 Mjukvaruintegration 20

621 Instaumlllningar FC 20

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi 21

7 Tester 23

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon 23

711 Resultat 24

712 Slutsats 24

72 Testflygning 24

721 Resultat 24

722 Slutsats 25

73 Test av lastmodul 25

731 Resultat 25

732 Slutsats 25

74 Test av kamera och gimbal 26

741 Resultat 26

742 Slutsats 26

75 Test av FPV via radio 26

751 Resultat 26

752 Slutsats 26

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G 26

761 Resultat 27

762 Slutsats 27

77 Test av GPS 27

771 Slutsats 27

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar 27

81 Design 27

811 Huvudkonstruktion 27

812 Motorblock 28

813 Landningsstaumlll 29

814 Lasthantering systemet 29

82 Teknisk loumlsning 30

821 Flightcontroller 30

822 Programvara 30

823 Radiolaumlnk 31

824 FPV-system 31

825 Motorer ESC amp Batterier 31

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

iii

Foumlrord Detta examenarbete foumlr Elektroingenjoumlrsprogrammet 180 hp utfoumlrdes under laumlsperiod 3 och 4 varingren 2016 Arbetet omfattar 15 houmlgskolepoaumlng Arbetet genomfoumlrdes paring institutionen Signaler och System Chalmers tekniska houmlgskola tillsammans med Sigma Technology AB Goumlteborg Manne Stenberg har agerat examinator och Sakib Sistek har varit handledare Handledning paring Sigma Technology AB har utfoumlrts av Alixander Ansari Vi vill tacka varingra handledare Sakib Sistek Chalmers och Alixander Ansari Sigma Technology AB Ett stort tack till Jan Ellwoth som alltid fanns daumlr foumlr att svara paring fraringgor och gav oss vaumlgledning med tekniken Vi vill aumlven tacka David Rydegraven Sigma Technology Klas Persson Sigma Technology Manne Stenberg Chalmers Olof Wranne Chalmers Sven Ekered Chalmers Sigma Technology AB Chalmers tekniska houmlgskola

iv

Ordlista GPS Global Positioning System VTOL Vertical Take Off and Landing CW Clockwise CCW Counter Clockwise FPV First Person View OSD On Screen Display RC Remote Control FC Flight Controller LiPo Lithium Polymer LOS Line of Sight ESC Electronic Speed Controller FPS Frames per second SSH Secure Shell FDM Fused Desposition modeling STL Stereo Lithography

Inneharingllsfoumlrteckning 1 Inledning 1

11 Bakgrund 1

12 Maringl 1

13 Syfte 1

14 Avgraumlnsningar 1

2 Teknisk bakgrund 2

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden 2

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda 3

23 En droumlnares komponenter 4

231 Flygkropp 4

232 Batterier 4

233 Motorer 5

234 Electronic speed controller 5

235 Propellrar 5

236 Flightcontroller 5

237 Radiolaumlnk 5

238 First person view-system 5

239 On screen Display-system 6

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter 6

2311 eCalc 6

24 Konstruktionsmaterial 6

241 Kolfiber 6

242 Polylactic acid 6

243 Akrylbutadienstyren 7

25 3D-skrivare 7

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare 7

3 Metod 7

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt 8

32 Design av flygkroppen 8

4 Konstruktion 8

41 Val av droumlnartyp 8

42 Simulering 9

43 Val av komponenter 9

431 Batterier 10

432 Motorer 10

433 Electronic Speed Controller 10

434 Propellrar 10

435 Flightcontroller 10

436 First person view -system 10

437 Radiolaumlnk 10

438 Flygkroppen 11

439 On-board Dator 12

4310 On Screen Display 12

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D 12 FPV kamera ⅓ Sony 12

4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3 12

4314 Elektromagneter och lastmodulen 12

4315 IR-kamera 12

4316 Spaumlnningskonverterare 12

4317 Oumlvriga komponenter 12

5 Design 13

51 Bottenplatta 13

52 Elektronikplatta 13

53 Topplatta 14

54 Sidopaneler 14

55 Hylsa 14

56 Design av landningsstaumlll 14

57 Design av motorfaumlsten 15

58 Propellerskydd 16

59 Kamerasystem med gimbalsystem 16

510 Lastsystem med elektromagneter 16

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen 17

6 Montering och integrering av komponenter 18

61 Fysisk och elektrisk konstruktion 18

611 Montering av flygkropp amp armar 18

612 Montering av motorer 18

613 Montering av ESC och intern kabeldragning 19

614 Montering av landningsstaumlll 19

615 Montering amp installation av elektronik 19

616 Montering av batterier amp GPS-antenn 20

62 Mjukvaruintegration 20

621 Instaumlllningar FC 20

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi 21

7 Tester 23

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon 23

711 Resultat 24

712 Slutsats 24

72 Testflygning 24

721 Resultat 24

722 Slutsats 25

73 Test av lastmodul 25

731 Resultat 25

732 Slutsats 25

74 Test av kamera och gimbal 26

741 Resultat 26

742 Slutsats 26

75 Test av FPV via radio 26

751 Resultat 26

752 Slutsats 26

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G 26

761 Resultat 27

762 Slutsats 27

77 Test av GPS 27

771 Slutsats 27

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar 27

81 Design 27

811 Huvudkonstruktion 27

812 Motorblock 28

813 Landningsstaumlll 29

814 Lasthantering systemet 29

82 Teknisk loumlsning 30

821 Flightcontroller 30

822 Programvara 30

823 Radiolaumlnk 31

824 FPV-system 31

825 Motorer ESC amp Batterier 31

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

iv

Ordlista GPS Global Positioning System VTOL Vertical Take Off and Landing CW Clockwise CCW Counter Clockwise FPV First Person View OSD On Screen Display RC Remote Control FC Flight Controller LiPo Lithium Polymer LOS Line of Sight ESC Electronic Speed Controller FPS Frames per second SSH Secure Shell FDM Fused Desposition modeling STL Stereo Lithography

Inneharingllsfoumlrteckning 1 Inledning 1

11 Bakgrund 1

12 Maringl 1

13 Syfte 1

14 Avgraumlnsningar 1

2 Teknisk bakgrund 2

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden 2

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda 3

23 En droumlnares komponenter 4

231 Flygkropp 4

232 Batterier 4

233 Motorer 5

234 Electronic speed controller 5

235 Propellrar 5

236 Flightcontroller 5

237 Radiolaumlnk 5

238 First person view-system 5

239 On screen Display-system 6

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter 6

2311 eCalc 6

24 Konstruktionsmaterial 6

241 Kolfiber 6

242 Polylactic acid 6

243 Akrylbutadienstyren 7

25 3D-skrivare 7

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare 7

3 Metod 7

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt 8

32 Design av flygkroppen 8

4 Konstruktion 8

41 Val av droumlnartyp 8

42 Simulering 9

43 Val av komponenter 9

431 Batterier 10

432 Motorer 10

433 Electronic Speed Controller 10

434 Propellrar 10

435 Flightcontroller 10

436 First person view -system 10

437 Radiolaumlnk 10

438 Flygkroppen 11

439 On-board Dator 12

4310 On Screen Display 12

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D 12 FPV kamera ⅓ Sony 12

4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3 12

4314 Elektromagneter och lastmodulen 12

4315 IR-kamera 12

4316 Spaumlnningskonverterare 12

4317 Oumlvriga komponenter 12

5 Design 13

51 Bottenplatta 13

52 Elektronikplatta 13

53 Topplatta 14

54 Sidopaneler 14

55 Hylsa 14

56 Design av landningsstaumlll 14

57 Design av motorfaumlsten 15

58 Propellerskydd 16

59 Kamerasystem med gimbalsystem 16

510 Lastsystem med elektromagneter 16

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen 17

6 Montering och integrering av komponenter 18

61 Fysisk och elektrisk konstruktion 18

611 Montering av flygkropp amp armar 18

612 Montering av motorer 18

613 Montering av ESC och intern kabeldragning 19

614 Montering av landningsstaumlll 19

615 Montering amp installation av elektronik 19

616 Montering av batterier amp GPS-antenn 20

62 Mjukvaruintegration 20

621 Instaumlllningar FC 20

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi 21

7 Tester 23

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon 23

711 Resultat 24

712 Slutsats 24

72 Testflygning 24

721 Resultat 24

722 Slutsats 25

73 Test av lastmodul 25

731 Resultat 25

732 Slutsats 25

74 Test av kamera och gimbal 26

741 Resultat 26

742 Slutsats 26

75 Test av FPV via radio 26

751 Resultat 26

752 Slutsats 26

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G 26

761 Resultat 27

762 Slutsats 27

77 Test av GPS 27

771 Slutsats 27

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar 27

81 Design 27

811 Huvudkonstruktion 27

812 Motorblock 28

813 Landningsstaumlll 29

814 Lasthantering systemet 29

82 Teknisk loumlsning 30

821 Flightcontroller 30

822 Programvara 30

823 Radiolaumlnk 31

824 FPV-system 31

825 Motorer ESC amp Batterier 31

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

Inneharingllsfoumlrteckning 1 Inledning 1

11 Bakgrund 1

12 Maringl 1

13 Syfte 1

14 Avgraumlnsningar 1

2 Teknisk bakgrund 2

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden 2

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda 3

23 En droumlnares komponenter 4

231 Flygkropp 4

232 Batterier 4

233 Motorer 5

234 Electronic speed controller 5

235 Propellrar 5

236 Flightcontroller 5

237 Radiolaumlnk 5

238 First person view-system 5

239 On screen Display-system 6

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter 6

2311 eCalc 6

24 Konstruktionsmaterial 6

241 Kolfiber 6

242 Polylactic acid 6

243 Akrylbutadienstyren 7

25 3D-skrivare 7

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare 7

3 Metod 7

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt 8

32 Design av flygkroppen 8

4 Konstruktion 8

41 Val av droumlnartyp 8

42 Simulering 9

43 Val av komponenter 9

431 Batterier 10

432 Motorer 10

433 Electronic Speed Controller 10

434 Propellrar 10

435 Flightcontroller 10

436 First person view -system 10

437 Radiolaumlnk 10

438 Flygkroppen 11

439 On-board Dator 12

4310 On Screen Display 12

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D 12 FPV kamera ⅓ Sony 12

4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3 12

4314 Elektromagneter och lastmodulen 12

4315 IR-kamera 12

4316 Spaumlnningskonverterare 12

4317 Oumlvriga komponenter 12

5 Design 13

51 Bottenplatta 13

52 Elektronikplatta 13

53 Topplatta 14

54 Sidopaneler 14

55 Hylsa 14

56 Design av landningsstaumlll 14

57 Design av motorfaumlsten 15

58 Propellerskydd 16

59 Kamerasystem med gimbalsystem 16

510 Lastsystem med elektromagneter 16

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen 17

6 Montering och integrering av komponenter 18

61 Fysisk och elektrisk konstruktion 18

611 Montering av flygkropp amp armar 18

612 Montering av motorer 18

613 Montering av ESC och intern kabeldragning 19

614 Montering av landningsstaumlll 19

615 Montering amp installation av elektronik 19

616 Montering av batterier amp GPS-antenn 20

62 Mjukvaruintegration 20

621 Instaumlllningar FC 20

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi 21

7 Tester 23

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon 23

711 Resultat 24

712 Slutsats 24

72 Testflygning 24

721 Resultat 24

722 Slutsats 25

73 Test av lastmodul 25

731 Resultat 25

732 Slutsats 25

74 Test av kamera och gimbal 26

741 Resultat 26

742 Slutsats 26

75 Test av FPV via radio 26

751 Resultat 26

752 Slutsats 26

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G 26

761 Resultat 27

762 Slutsats 27

77 Test av GPS 27

771 Slutsats 27

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar 27

81 Design 27

811 Huvudkonstruktion 27

812 Motorblock 28

813 Landningsstaumlll 29

814 Lasthantering systemet 29

82 Teknisk loumlsning 30

821 Flightcontroller 30

822 Programvara 30

823 Radiolaumlnk 31

824 FPV-system 31

825 Motorer ESC amp Batterier 31

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

432 Motorer 10

433 Electronic Speed Controller 10

434 Propellrar 10

435 Flightcontroller 10

436 First person view -system 10

437 Radiolaumlnk 10

438 Flygkroppen 11

439 On-board Dator 12

4310 On Screen Display 12

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D 12 FPV kamera ⅓ Sony 12

4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3 12

4314 Elektromagneter och lastmodulen 12

4315 IR-kamera 12

4316 Spaumlnningskonverterare 12

4317 Oumlvriga komponenter 12

5 Design 13

51 Bottenplatta 13

52 Elektronikplatta 13

53 Topplatta 14

54 Sidopaneler 14

55 Hylsa 14

56 Design av landningsstaumlll 14

57 Design av motorfaumlsten 15

58 Propellerskydd 16

59 Kamerasystem med gimbalsystem 16

510 Lastsystem med elektromagneter 16

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen 17

6 Montering och integrering av komponenter 18

61 Fysisk och elektrisk konstruktion 18

611 Montering av flygkropp amp armar 18

612 Montering av motorer 18

613 Montering av ESC och intern kabeldragning 19

614 Montering av landningsstaumlll 19

615 Montering amp installation av elektronik 19

616 Montering av batterier amp GPS-antenn 20

62 Mjukvaruintegration 20

621 Instaumlllningar FC 20

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi 21

7 Tester 23

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon 23

711 Resultat 24

712 Slutsats 24

72 Testflygning 24

721 Resultat 24

722 Slutsats 25

73 Test av lastmodul 25

731 Resultat 25

732 Slutsats 25

74 Test av kamera och gimbal 26

741 Resultat 26

742 Slutsats 26

75 Test av FPV via radio 26

751 Resultat 26

752 Slutsats 26

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G 26

761 Resultat 27

762 Slutsats 27

77 Test av GPS 27

771 Slutsats 27

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar 27

81 Design 27

811 Huvudkonstruktion 27

812 Motorblock 28

813 Landningsstaumlll 29

814 Lasthantering systemet 29

82 Teknisk loumlsning 30

821 Flightcontroller 30

822 Programvara 30

823 Radiolaumlnk 31

824 FPV-system 31

825 Motorer ESC amp Batterier 31

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

62 Mjukvaruintegration 20

621 Instaumlllningar FC 20

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi 21

7 Tester 23

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon 23

711 Resultat 24

712 Slutsats 24

72 Testflygning 24

721 Resultat 24

722 Slutsats 25

73 Test av lastmodul 25

731 Resultat 25

732 Slutsats 25

74 Test av kamera och gimbal 26

741 Resultat 26

742 Slutsats 26

75 Test av FPV via radio 26

751 Resultat 26

752 Slutsats 26

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G 26

761 Resultat 27

762 Slutsats 27

77 Test av GPS 27

771 Slutsats 27

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar 27

81 Design 27

811 Huvudkonstruktion 27

812 Motorblock 28

813 Landningsstaumlll 29

814 Lasthantering systemet 29

82 Teknisk loumlsning 30

821 Flightcontroller 30

822 Programvara 30

823 Radiolaumlnk 31

824 FPV-system 31

825 Motorer ESC amp Batterier 31

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

826 Propellrar 31

827 On screen display 31

828 Signal och kraftkablage 32

829 Transistor switch 32

83 Komplettering av nya system 32

831 Foumlrslag paring dockningsstation 32

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer 33

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag 33

9 Diskussion 33

10 Slutsats 36

11 Referenslista 38

Bilaga 11 - Komponenter 42

Bilaga 12 ndash Kostnad 44

Bilaga 13 - Kod 45

Bilaga 14 ndash Bilder 51

Bilaga 15 - Kopplingsschema 53

Bilaga 16 - Maumltdata latens 55

Bilaga 17 - Video av tester 55

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3 56

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar 58

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

1

1 Inledning I detta avsitt presenteras projektet med en kortfattad bakgrund kopplat till teknikens ursprung Slutligen redogoumlrs projektets maringlsaumlttning samt syftet med projektet

11 Bakgrund Droumlnare aumlr inget nytt fenomen De har funnits i olika former i flera decennier daumlr aumlndamaringlen huvudsakligen har varit antingen militaumlra eller foumlr hobbybruk Samhaumlllsnyttan har tidigare saringledes varit begraumlnsad Den snabba utvecklingen av droumlnarteknik de senaste aringren har lett till kraftigt oumlkad prestanda och anvaumlndningsomraringdena verkar numera obegraumlnsade Sigma Technology AB aumlr ett foumlretag med uppdrag inom flertalet stora branscher saringsom industri foumlrsvar saumlkerhet telekom med flera Detta aumlr omraringden som skulle kunna effektiviseras och foumlrbaumlttras med hjaumllp av droumlnarteknik Att i ett tidigt skede kunna kartlaumlgga moumljligheter och brister med tekniken aumlr saringledes av vikt daring nyttjandet av droumlnare inom dessa omraringden potentiellt skulle kunna foumlraumlndra arbetet radikalt

12 Maringl Huvudmaringl med projektet aumlr att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion som foumlljer de tekniska specifikationerna angivna i metoddelen Droumlnaren ska ha moumljlighet att baumlra och slaumlppa nyttolast utan att utgoumlra en risk foumlr noumldstaumllld operatoumlr och tredje part

13 Syfte Begreppet droumlnare aumlr brett Syftet med detta projekt aumlr att designa och bygga en droumlnare som kan anvaumlndas foumlr samhaumlllsnyttiga aumlndamaringl I projektet ingaringr ocksaring att kartlaumlgga om och i saringdana fall hur droumlnare har en potentiellt samhaumlllsnyttig funktion Mer specifikt saring aumlr tanken med detta projekts droumlnare att den ska kunna leverera utrustning eller ha utrustning monterad foumlr att kunna utfoumlra uppdrag Sammanfattningsvis ingaringr baringde att analysera framtida samhaumlllsnyttiga moumljligheter med droumlnare i allmaumlnhet och att bygga en droumlnare och daumlrmed visa upp ett exempel paring detta Tvaring uppdrag aumlr specificerade foumlr detta projekt

middot Leverera en defibrillatormaterial foumlr akutsjukvaringrd till en grupp noumldstaumlllda i svaringrtillgaumlnglig terraumlng

middot Med hjaumllp av en monterad vaumlrmekamera oumlvervaka en skogsbrand och skicka information tillbaka till brandfoumlrsvaret foumlr att paring saring vis underlaumltta brandbekaumlmpning

14 Avgraumlnsningar Tanken aumlr att fokusera paring konstruktion av droumlnaren val av komponenter och att bygga ett system foumlr avlastning av utrustning Styrsystem ska inte behandlas utan kommer att utgaring fraringn en tidigare faumlrdig produkt Detsamma gaumlller foumlr systemen kommunikationen mellan droumlnare och operatoumlr Beraumlkningar foumlr haringllfasthet paring komponenter kommer inte att goumlras Projektet syftar till att skapa en demo foumlr att visa moumljligheterna med denna teknologi

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

2

2 Teknisk bakgrund Den tekniska studien inleds med att kartlaumlgga vilka delar som kommer att behoumlvas foumlr att konstruera en droumlnare som klarar uppsatta maringl Foumlrst skapas en grundlaumlggande foumlrstaringelse foumlr hur droumlnare oumlverlag fungerar med deras foumlrmaringgor och begraumlnsningar

21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden Begreppet droumlnare aumlr ett brett saringdant daumlr droumlnare kan vara allt fraringn en ubaringt till ett mindre flygplan som flyger paring oumlver 18 km houmljd[1] Foumlr att kallas droumlnare ska systemet kunna fungera autonomt det vill saumlga till exempel kunna flyga och haringlla houmljd utan input fraringn en operatoumlr exempelvis genom att flyga efter GPS-koordinater Det haumlr projektet siktar in sig paring den typ av multicopter som kan starta och landa vertikalt Vertical take off and landing VTOL[2] aumlr vanligt foumlrekommande inom hobbyverksamhet Multicopters kan se olika ut och ha olika typer av motorkonfiguration Begreppet multicopter skiljer sig fraringn begreppet droumlnare paring saring vis att multicopter ofta saknar foumlrmaringga att flyga autonomt Kort om olika versioner av multicopter kan ses i figur 1

Figur 1 Olika typer av multicopters[3]

Helikopter Klassisk helikopterkonfiguration med en huvudrotor monterad horisontellt som staringr foumlr lyftkraften och en mindre rotor monterad vertikalt foumlr att kontrollera maskinen Quadcopter Fyra stycken horisontellt monterade motorer med en flygkropp i mitten Genom att ha olika rotationsriktningar paring motorerna clockwise (cw) counter-clockwise (ccw) saring styrs quadcoptern i olika riktningar Hexacopter[4] Sex stycken motorer monterade horisontellt En viss redundans kommer med denna konfiguration daring en foumlrlust av en motor inte behoumlver leda till kraschlandning X6-konfigurationen aumlr vanligt foumlrekommande

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

3

Figur 2Typisk X6 konfiguration med propeller rotation[5]

Octocopter Aringtta stycken motorer monterade horisontellt antingen i par (koaxial konfiguration) eller i en platt konfiguration av motorerna Houmlgre antal motorer bidrar till houmlg redundans som goumlr det moumljligt att tappa en eller flera motorer utan kraschlandning som foumlljd Motorer monterade i parkonfiguration moumljliggoumlr en mindre droumlnare daring motorerna aumlr monterade ovanparing varandra Denna loumlsning behoumlver endast fyra armar till motorerna Foumlljande termer foumlr olika maringtt paring droumlnarens kapacitet brukar anvaumlndas

Mixed flight time Maringtt paring flygtid daring droumlnaren goumlr aktiva manoumlvrar Hover flight time Maringtt paring hur laringng flygtid droumlnaren har vid hovring Motor Maximum Current Maringtt paring hur stor stroumlmtoppen blir vid maximal

motoreffekt ESC vaumlljs foumlr att klara den stroumlmtoppen Maximum speed Topphastighet With Rotor fail Avgoumlr om konfigurationen klarar foumlrlust av en propeller Viktigt

maringtt foumlr att uppnaring houmlg saumlkerhet

22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda Batteritid Droumlnarens flygtid bestaumlms av dess batterikapacitet Ett hexacopter-system har fler motorer vilka generellt drar mer stroumlm med foumlljden att det kraumlvs mer batterikraft foumlr att flyga en laumlngre stund Batteritiden paringverkas aumlven av motorernas effektivitet vid en specifik last Foumlr att optimera batteritiden saring maringste aumlven propellrarnas egenskaper matchas med val av motorer Lyftkapacitet Maringlvikten foumlr projektet aumlr 15 kg last vilket kraumlver att lyftkapaciteten utvaumlrderas Oumlkat antal motorer leder till oumlkad lyftkraft dock saring behoumlvs inte en saumlrskilt stor oumlverkapacitet i lyftkraften Redundans Detta handlar om droumlnarens foumlrmaringga att hantera eventuellt bortfall av en motorpropellrar under flygning En quadcopter kan till exempel inte haringlla sig i luften vid foumlrlust av en enda motor medan hexacoptrar och octocoptrar klarar detta mycket baumlttre Att ha den foumlrmaringgan aumlr en vaumlldigt viktig faktor ur saumlkerhets synpunkt Daumlrav har den egenskapen faringtt houmlg viktning i detta projekt Hastighet Aumlndamaringlet foumlr droumlnaren aumlr bland annat att den ska kunna leverera sin vaumlrdefulla last paring saring kort tid som moumljligt varfoumlr hastigheten aumlr en viktig faktor Hastigheten bestaumlms av maringnga olika faktorer men beror framfoumlrallt paring motorvarvtal propellerpitch -och storlek samt sjaumllva droumlnarens vikt

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

4

Vindparingverkantaringlighet Detta aumlr ett maringtt paring hur kaumlnslig droumlnaren kommer att vara och beror paring thrustweight-ratio som aumlr en viktig faktor foumlr varingr droumlnare Aumlr ration foumlr laringg samtidigt som droumlnaren aumlr stor saring kan det leda till instabil flygning i svaringra vindfoumlrharingllanden vilket faringr anses kontraproduktivt med tanke paring droumlnarens planerade anvaumlndningsomraringden Storlek Droumlnarens storlek avgoumlrs av flera faktorer Det haumlr projektet kraumlver houmlg anvaumlndarvaumlnlighet vilket utesluter alldeles foumlr stora droumlnare En flat octocopter med stora motorer blir alldeles foumlr stor ur praktisk synvinkel En diameter oumlver en meter skulle vara olaumlmpligt foumlr det haumlr projektet Kostnad Projektet har en given budget som tagits fram med Sigma Technology De olika systemen faringr utvaumlrderas aumlven utifraringn kostnad Ju fler och stoumlrre motorer desto houmlgre kostnad Aumlven droumlnarkroppen aumlr en av de stoumlrre kostnaderna liksom batterierna 23 En droumlnares komponenter

Droumlnaren bestaringr av flertalet olika delar som har olika funktioner foumlr att tillsammans skapa ett anvaumlndbart system 231 Flygkropp

Bestaringr av ett chassi som aumlr en central knutpunkt daumlr armar fraringn motorer moumlts I chassit placeras elektronik batterier antenner foumlr radiolaumlnk och aumlven kamerautrustning Haumlr ingaringr aumlven ett landningsstaumlll Flygkroppen ska vara en laumltt och samtidigt stark konstruktion 232 Batterier

Utgoumlr stroumlmkaumllla till hela systemet Maumlrkning med Ah S och C-rate (Charge rate) Batterier tillverkas i olika material och olika tekniker Ah Ett maringtt paring batteriets laddningsmaumlngd Lithium Polymer(LiPo)[6] aumlr en typ av batteri som aumlr populaumlrt inom modellflyg paring grund av laringg vikt och houmlg kapacitet En LiPo-cells nominella spaumlnning aumlr 37 V och vid full laddning 42 V En cell har maumlrkningen S celler har maumlrkningen S och saring vidare Cellerna aumlr seriekopplade 2S faringr vid laddat tillstaringnd 2x37 =74 V 3S 3x37 = 111 V och saring vidare C-rate [7] aumlr ett maringtt paring hur snabbt ett batteri kan laddas eller urladdas Ett batteri med mAh och C betyder att det batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 1000 mA paring en timme C med samma batteri betyder att batteriet kan laddas ur med stroumlmmen 2000 mA under 30 minuter Batterier vaumlger relativt mycket Det aumlr inte ovanligt att batteriet aumlr den tyngsta komponenten i droumlnarsystem foumlr hobbybruk En konsekvens av detta aumlr att det inte alltid ger baumlttre flygtid med fler batterier

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

5

233 Motorer

Det finns en uppsjouml av olika elmotorer som aumlr laumlmpliga foumlr en multicopter Den vanligaste typen av motor foumlr VTOL-droumlnare aumlr Brushless DC electric motor (BLDC)[8] Permanentmagneter aumlr monterade i motorns rotor Statorn elektrifieras och skapar ett roterande magnetfaumllt DC-stroumlmmen switchas i ESC(Electronic Speed Controller) foumlr att skapa AC-stroumlm som i sin tur roterar det magnetiska faumlltet Detta aumlr en laumlmplig typ av motor foumlr multicoptrar paring grund av litet behov av underharingll vilket leder till laumlgre vikt samt houmlg effektivitet Motorer foumlr rc-flyg klassificeras med hjaumllp av ett Kv-vaumlrde som aumlr maringtt paring antal spunna varv per minut per volt 320 Kv[9] betyder till exempel att motorn spinner 320 varv per minut vid 1 volt 234 Electronic speed controller

ESC aumlr en krets som kontrollerar och reglerar stroumlmmen som garingr till motorerna fraringn batterierna ESC switchar DC till AC[10] Fraringn FC till ESC skickas en PWM-signal vilken aumlr i direkt proportion till motorns taumlnkta rotationshastighet Beroende paring vilken PWM-signal som saumlnds ut saring kommer ESC att tillaringta olika stora stroumlmmar att passera

235 Propellrar

Propellrarna skapar lyftkraften[11] i droumlnaren och monteras direkt paring motorerna antingen clockwise (medurs) eller counter clockwise (moturs)[12] i en specifik ordning Ordningen beror paring vilken konfiguration som droumlnaren har Tillverkningsmaterial varierar beroende paring applikation I droumlnarbranschen aumlr propellrar som aumlr gjorda av plast eller kolfiber vanliga Propellrar beskrivs med diameter samt pitch Diameter och pitch maumlts i tum Pitch aumlr ett maringtt paring hur laringngt propellern kommer att drivas fram under ett varv[13] Till exempel saring betyder 15x5 att propellern har en diameter paring 15 tum och en pitch 5 tum

236 Flightcontroller

Flightcontrollern aumlr en mikrokontroller som hanterar balansering av motorer och styrteknik som goumlr det moumljligt att styra och flyga droumlnaren i oumlnskad riktning Det finns flera kommersiella alternativ och aumlven flera open source -plattformar som aumlr populaumlra FC faringr kommandon fraringn operatoumlren via en radiolaumlnk som behandlas och leder till oumlnskad aringtgaumlrd I FC finns olika sensorer som till exempel gyro accelerometer barometer och aumlven kompass

237 Radiolaumlnk

Det kraumlvs en radiolaumlnk foumlr att skicka styrkommandon till droumlnare fraringn operatoumlr Systemet bestaringr av en saumlndare (Tx) och en mottagare (Rx) Saumlndaren aumlr en baumlrbar handkontroll som operatoumlren haringller i Mottagaren aumlr monterad paring flygkroppen och kopplad till FC Radiolaumlnken anvaumlnder ofta frekvensen 24 GHz Antalet kanaler som kan brukas skiljer sig fraringn fabrikat till fabrikat

238 First person view-system

En kamera monteras paring flygkroppen och skickar en videostroumlm via saumlndaren (Tx) till operatoumlren (Rx) foumlr att underlaumltta flygning av droumlnaren[14] Operatoumlren har en skaumlrm daumlr mottagen video visas En vanligt foumlrekommande frekvens foumlr FPV-system aumlr 58 GHz

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

6

Foumlr att undvika stoumlrningar saringsom interferens boumlr radiolaumlnk -och FPV-system inte arbeta paring samma frekvens Med ett FPV-system underlaumlttas flygningen daring piloten laumlttare kan orientera sig i droumlnarens omgivning aumlven paring stora avstaringnd Som tillval kan man ha ett Gimbalsystem Det saumlkerhetsstaumlller att monterad kamera haringlls stabil och i horisontellt laumlge under flygning Foumlr att kunna ta bra bilder aumlr denna typ av system noumldvaumlndig

239 On screen Display-system

OSD(On Screen Display) haumlmtar telemetridata fraringn FC Detta kombinerat med videostroumlmmen i FPV-systemet ger operatoumlren aktuell flygdata som till exempel hastighet houmljd och batterikapacitet

2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter

Sammanfattningsvis bestaringr droumlnaren av flera komponenter Foumlr att kunna flyga kraumlvs flygkropp motorer ESC FC radiolaumlnk och batterier Ytterligare komponenter som till exempel FPV-video oumlkar funktionalitet men samtidigt aumlven vikten paring droumlnaren Varje extra gram kostar mer energi att lyfta vilket ger en kortare flygtid En dubblering av batterikapacitet ger inte alltid en dubblering av flygtid Detta beror paring att andra faktorer spelar in saringsom motorernas karaktaumlristika och hur de aumlr optimerade foumlr bestaumlmda laster 2311 eCalc

Val av konfiguration och komponeter beror mest paring droumlnarens taumlnkta anvaumlndningsomraringde Det finns verktyg foumlr att simulera och beraumlkna olika flygdata En populaumlr tjaumlnst heter eCalc eCalc aumlr ett webbaserat verktyg som erbjuder simuleringar kalkyleringar och utvaumlrderingar foumlr eldrivna radiostyrda modeller[15] Verktyget har en stor databas med olika motorer och batterier som kan utvaumlrderas innan ett inkoumlp

24 Konstruktionsmaterial Droumlnare kan byggas i maringnga olika material Det aumlr viktigt att det aumlr taringliga men gaumlrna saring laumltta

som moumljligt Exempel paring denna typ av material aumlr kolfiber aluminium och olika sorters plast Plasterna som anvaumlnds aumlr PLA (Polylactic acid) och ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

241 Kolfiber

Kolfiber aumlr idealiskt foumlr flygande konstruktioner eftersom det baringde aumlr laumltt och haringllbart[16] Dock aumlr det svaringrarbetet eftersom materialet aumlr mycket haringrt och dammet som uppstaringr vid bearbetning aumlr skadligt att andas in 242 Polylactic acid

PLA aumlr en plast som aumlr mycket vanlig vid 3D-skrivning Plasten blir mycket haringrd foumlrutsatt att raumltt temperatur anvaumlnds vid skrivning Om fel temperatur anvaumlnds riskerar lagren att inte vidhaumlftas med varandra Om PLA utsaumltts foumlr alltfoumlr houmlg belastning saring tenderar den att brytas itu[17] Ur ett miljoumlperspektiv aumlr PLA ett bra val daring det till stor del tillverkas av staumlrkelse som extraheras fraringn vaumlxter vilket goumlr det biologiskt nedbrytbart[18]

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

7

243 Akrylbutadienstyren

Den andra typen av plast som aumlr mycket vanligt foumlrekommande i 3D-sammanhang aumlr ABS ABS aumlr inte lika haringrd som PLA men har daumlremot baumlttre toumljningsegenskaper vilket goumlr att plasten snarare boumljs istaumlllet foumlr att brytas av vid haringrd belastning[19]

25 3D-skrivare 3D-skrivare blir alltmer vanliga vilket saumlnker kostnaderna och oumlkar tillgaumlngligheten foumlr den breda massan En 3D-skrivare ger helt nya moumljligheter foumlr gemene man att arbeta i hela nya material utan alltfoumlr dyr och otymplig utrustning I detta projekt har 2 olika skrivare anvaumlnts som baringda bygger paring principen Fused deposition modeling (FDM) FDM-principen innebaumlr att skrivaren bygger plastdelarna lager foumlr lager Plastfilament hettas upp till en temperatur paring ca 190 - 210 degC foumlr att sedan extrudera plasten (Plasten stelnar omgaringende)

251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare

Skrivare nummer ett aumlr en kraftigt modifierad variant paring den vaumllkaumlnda skrivarmodellen I3 Prusa Skrivarmodellen tillhoumlr familjen Reprap vilken bygger paring oumlppen kaumlllkod Skrivaren har en upploumlsning paring 02 mm i sidled och 04 mm i houmljdled Se bilaga 18 foumlr bilder Den andra aumlr Chalmers FDM-printer som aumlr av modellen Stratasys dimension 1200 es[20] Chalmers skrivare var tvungen att nyttjas daring skrivaren har en stoumlrre byggyta

3 Metod Daring projektet syftade till att utveckla en produkt kom projektet saringledes vara av typen utvecklingsprojekt Metoderna som kommer anvaumlndes var daumlrfoumlr inte inledningsvis definierade utan togs fram under projektets garingng Detta tillvaumlgagaringngsaumltt kompletteras med en gemensam maringlbild daumlr de olika utvecklingsproblemen samt fraringgestaumlllningarna broumlts ned i syfte att konkretisera utmaningar som projektet kantades av Maringlbilden och utvecklingsproblemenfraringgestaumlllningarna kom sedan att jaumlmfoumlras med de erharingllna resultaten under projektets fortloumlpande Detta foumlr att saumlkerstaumllla projektets kvalitet samt att projektet fortskred mot det uppsatta maringlet

Arbetsgaringngen lades upp paring foumlljande vis eCalc anvaumlndes foumlr att utvaumlrdera olika droumlnatyper Detta klargjorde foumlr och nackdelar med de olika systemen och underlaumlttade det slutgiltiga valet Naumlr den slutgiltiga simuleringen var tillfredstaumlllande bestaumlmdes den aktuellla designen Daring boumlrjade en process daumlr laumlmpliga delar bestaumllldes Naumlr detta var gjort boumlrjade designfasen av delar som inte gick att bestaumllla Delarna designades och plast detaljer till droumlnaren skrevs ut Naumlr alla delar var levererade och alla plastdelar var faumlrdiga boumlrjade monteringen av komponenterna Monteringen skedde i olika faser daumlr mekaniska och elektriska komponenter monterades i den ordning som kraumlvdes paring grund av droumlnarens konstruktion

Daumlrefter gjordes tester paring systemet som helhet

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

8

31 Fraringn tanke till fysiskt objekt Processen foumlr att skapa de olika delarna boumlrjar med att respektive del designas i ett CAD-program Inom ramen foumlr projektet anvaumlnds FreeCAD (oumlppen kaumlllkod) Delen designas foumlr att sedan exporteras till formatet STL (STereoLithography) STL-formatet kan inte laumlsas av skrivaren utan maringste behandlas och goumlras om till maskinkod Den maskinkod som Reprap-skrivaren anvaumlnder kallas Gcode Foumlr att skapa maskinkoden behoumlver modellen behandlas med programvaran Slic3r (oumlppen kaumlllkod) Slic3r programmeras med de parametrar som oumlnskas foumlr att skapa objektet Haumlr ingaringr instaumlllningar som Upploumlsning stoumldmaterial utskrivningstemperatur infill () infillmoumlnster och mycket annat Slutligen skivar programvaran upp STL filen och skapar maskinkoden Koden oumlverfoumlrs sedan med SD-kort till skrivaren foumlr utskrift

32 Design av flygkroppen En viktig del och staumlndigt aringterkommande detalj i droumlnarens design aumlr dess vikt Varje gram kostar energi att lyfta och ju laumlttare en droumlnare aumlr desto baumlttre Flygkroppen planeras bestaring av plast utskriven med 3D-skrivare Paring saring vis farings en laumltt och stark konstruktion som aumlr optimerad foumlr droumlnaren i fraringga Flygkroppen kombineras med armar i kolfiber foumlr att haringlla nere vikten Moumljligheten att designa flygkroppen ger stort utrymme foumlr olika modifikationer med korta ledtider Foumlr detaljer kring skrivarinstaumlllningar foumlr varje enskild modell se bilaga 19

4 Konstruktion Som tidigare naumlmnts saring har verktyget eCalc anvaumlnts foumlr att vaumllja komponenter till droumlnaren Flertalet simuleringar genomfoumlrs med olika typer av konfigurationer i syfte att identifiera vilken typ av droumlnare som aumlr baumlst laumlmpad foumlr detta projekt Slutligen inhandlas de olika delarna Foumlr droumlnare som behoumlver kunna hantera tunga laster saring aumlr tendensen att mer lyftkraft farings av fler motorer som garingr relativt laringngsamt med relativt stora propellrar Ska droumlnaren istaumlllet vara snabb och smidig saring kraumlvs istaumlllet relativt smaring propellrar som roterar fort Flygtid beror bland annat paring batterikapacitet och hur effektiva propellrarna faktiskt aumlr Hur effektiva propellrarna aumlr beror paring material balansering och kvalitet Varvtal kan ocksaring paringverka effektiviteten I samraringd med Sigma Technology AB har kriterier foumlr droumlnaren tagits fram De aumlr enligt foumlljande middot gt25min flygtid

middot gt1500 g nyttolast middot Autonom flygning moumljlig middot 1-2 operatoumlrer (pilotoperator alt pilot och operatoumlr) middot gt1000 m raumlckvidd middot FPV med live video-streaming

41 Val av droumlnartyp Processen att vaumllja raumltt typ av droumlnare foumlr detta projekt har kraumlvt noggranna oumlvervaumlganden Fyra olika typer av droumlnare har utvaumlrderats genom simuleringar i eCalc

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

9

daumlr foumlr -och nackdelar har jaumlmfoumlrts Flertalet olika kriterier har vaumlrderats infoumlr valet (se 2112 foumlr naumlrmare beskrivning)

Figur 3 Simuleringar visar att de fyra olika typerna av droumlnare har olika foumlrutsaumlttningar[21]

42 Simulering Med hjaumllp av verktyget eCalc gjordes flera simuleringar foumlr att hitta den kombination av flygkropp batterier motorer och ESC som baumlst passar detta projekt

Figur 4 Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 1500 g tagits med i beraumlkningarna[22]

Bild Simulering med hexacopter 2 st 8000mAh batterier 30 A ESC och Tarot 4114 320 Kv motorer Simuleringen foumlrutsaumlger en mixed flight time paring 21 minuter I startvikten har en last paring 15 kg tagits med i beraumlkningarna

43 Val av komponenter Med stoumld av simuleringar i eCalc har val av komponenter gjorts Laringg vikt och laringg kostnad har aumlven efterstraumlvats Foumlr ytterligare produktparametrar se bilaga 11 Komponenter

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

10

431 Batterier

Foumlr det haumlr projektet anvaumlnds tvaring stycken Zippy 8000 mAh totalt 16000 mAh Zippy aumlr ett maumlrke paring en typ av LiPo-batteri Vikten aumlr 1220 g per batteri 6S med 30C discharge rate och 5C charge rate[23] 432 Motorer

Till projektet anvaumlnds sex stycken Tarot 4114-320 Kv Valet av motorer aumlr komplicerat daring varje motor aumlr designad foumlr vissa foumlrharingllanden Det kraumlvds maringnga simuleringar foumlr att hitta raumltt Med hjaumllp av simuleringar gjorda i eCalc utvaumlrderas olika motorer och valet faller paring Tarot 4114 320 Kv Denna motor vaumlger 148 g[24] och aumlr prisvaumlrd Motorn aumlr designad foumlr propellrar med 15-16 tum i diameter

433 Electronic Speed Controller

Valet faller paring Turnigy 30 A Slim ESC[25] Detta motiveras av simuleringar i eCalc daumlr beraumlknad stroumlmtopp till varje motor aumlr runt 19 A Med krav paring en saumlker marginal valdes ESC som aumlr designad foumlr 30 A Produkten vaumlger 32 g och har maringtten 40x17 mm vilket moumljliggoumlr montering inuti kolfiberroumlr

434 Propellrar

Val av storlek paring propellrar goumlrs fraumlmst foumlr att matcha den aktuella motorn Tvaring olika fabrikat koumlps in foumlr att utvaumlrdera dess egenskaper APC 16x55 tum plast Produkten vaumlger 40 g per styck[26] vilket anses tungt Aumlven en uppsaumlttning av propellrar i kolfiber koumlps in paring grund av deras laringga vikt Quanum Carbon Fiber 16x55 propellrar vaumlger endast 20 g per styck[27] 435 Flightcontroller Valet faller paring FC APM 28 med GPS-kompabilitet en Open source-loumlsning med frekventa mjukvaru-uppdateringar och aumlven mjukvara till PC APM aumlr en populaumlr och vanlig produkt vilket motiverar valet Vid inkoumlpet infoumlrskaffas en GPS-modul och aumlven en extern kompass 436 First person view ndash system

Systemet som bedoumlms passa baumlst aumlr Boscam TS351Tx och RC805 Rx[28] eftersom den saumlnder paring vald frekvensen 58 GHz har en passande effekt paring 200 mW samt foumlr att den aumlr laumltt (vaumlger endast 25 g med antenn) RC805 Rx-mottagaren kombineras med en portabel LCD-skaumlrm foumlr att visa FPV-video

437 Radiolaumlnk

Vid val av radiolaumlnk utvaumlrderas olika frekvenser foumlr att faring en bild av de olika foumlr -och nackdelarna Detta goumlrs med en matris foumlr att faring en bra oumlverblick

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

11

Figur 5 Pugh-diagram Foumlr -och nackdelar med olika typer av radiofrekvenser[29]

Olika faktorer aumlr av olika betydelse foumlr projektet varfoumlr de viktas enligt det som redovisas i ovanstaringende diagram Raumlckvidd Hur laringngt droumlnaren kan flyga fraringn saumlndaren utan att foumlrlora kontakten Line of sight (LOS) Detta aumlr ett begrepp som indikerar om saumlndaren maringste ha visuell kontakt med mottagaren Om LOS behoumlvs saring kan droumlnaren till exempel inte flyga runt en byggnad utan att kontakten bryts Negativt vaumlrde i den haumlr raden indikerar att LOS behoumlvs foumlr kontakt Positivt vaumlrde indikerar att LOS inte behoumlvs

Datahastighet Aumlr ett maringtt paring maumlngden data som kan skickas paring given frekvens Houmlgre frekvens ger houmlgre datahastighet Dock saring behoumlver inte radiolaumlnken foumlr droumlnarkontroll saumlrskilt houmlga datahastigheter Kostnad Extra utrustning behoumlvs foumlr att modifiera standardloumlsningen paring 24 GHz Detta medfoumlr en extra kostnad Installation Ett maringtt paring om det behoumlvs extra jobb paring integrering amp installation av modifikationer Kaumlnslig foumlr stoumlrningar Med houmlgre frekvenser kommer en oumlkad kaumlnslighet foumlr atmosfaumlriska stoumlrningar till exempel luftfuktighet Ett annat stoumlrningsmoment kan vara straringlningskaumlllor saring som Wifi-hotspots Ur matrisen framgaringr att det finns fler foumlrdelar med att radiolaumlnken anvaumlnder frekvensen 433 MHz jaumlmfoumlrt med 24 GHz och 58 GHz 58 GHz aumlr inget alternativ foumlr radiolaumlnken daring raumlckvidden minskar kraftigt med oumlkad kaumlnslighet foumlr stoumlrningar Frekvensen 433 MHz laumlmpar sig foumlr vidareutveckling av droumlnaren om laumlngre raumlckvidd behoumlvs men foumlr det haumlr projektet uppfyller frekvensen 24 GHz kraven Valet faller paring Futaba T14SG foumlr Radiolaumlnk Tx Systemet anvaumlnder frekvensen 24 GHz med upp till 14 olika kanaler[30] Till radiolaumlnk Rx vaumlljs Futaba R7008SB

438 Flygkroppen

Flygkropp En kombination av plast och kolfiber foumlr att haringlla nere vikt men bibeharinglla houmlg styrka Flygkroppen byggs av teamet i kolfiber PLA amp ABS plast Designen utfoumlrs i FreeCAD

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

12

439 On-board Dator

Raspberry Pi 3b aumlr den senaste versionen av Raspberry Pi med en processhastighet paring 12 GHz och 1024 MB RAM-minne Datorn har stoumld foumlr Bluetooth traringdloumlst naumltverk och fyra stycken USB 20-portar[31] Den bedoumlms uppfylla samtliga kriterier foumlr projektet

4310 On Screen Display

Valet faller paring en OSD i mikroformat som stoumlder APM FC Denna variant drivs med 5 V[32] Produkten aumlr billig och har laringg vikt

4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D

Gimbal aumlr ett system som med laringg vikt om 149 g utan kamera och drivs med 7-17 V[33] vilket betyder att aumlven denna del kan koumlras paring 12V vilket andra system i droumlnaren ocksaring anvaumlnder

43 FPV ka era ⅓ So y

Till droumlnaren behoumlvs en liten och laumltt kamera Kamerans storlek aumlr av betydelse daring konstruktionen skall vara laumltt Kameran monteras i flygriktning framaringt paring droumlnaren Valet faller paring en kamera fraringn Sony som aumlr vanlig inom RC- vaumlrlden Kameran i fraringga har maringtten 32x30x30 mm och vaumlger 14 g[34] Kameraupploumlsningen aumlr 600 TVL och den drivs med 12 V 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3

Kameran ska vara kompatibel med Raspberry Pi 3b Valet faller paring en kameramodul med 5 MP webkamera som stoumlder upp till 1080P[35] Kamerans maringtt aumlr 25x20x9 mm och den vaumlger 3 g Kameran har stoumld foumlr det senaste operativsystemet till Raspberry Pi

4314 Elektromagneter och lastmodulen

Foumlr att haringlla lasten paring plats inhandlades elektromagneter Elektromagneterna drivs med 12 V 033 A[36] De kan baumlra upp till 5 kg i last vilket innebaumlr en god marginal Till den haumlr lastanordningen anvaumlnds tvaring stycken magneter Detta aumlr bland annat foumlr att skapa redundans och foumlr att kunna slaumlppa en last paring ett saumlkert vis Raspberry Pi aumlr on-board-datorn som skoumlter kommunikation mellan droumlnare och en bas-dator oumlver 3G-naumltet Den tar emot och skickar signaler foumlr att slaumlppa last

4315 IR-kamera

IR-kamera vaumlljs bort i detta projekt paring grund av den houmlga kostnaden

4316 Spaumlnningskonverterare

Foumlr att se till att samtliga system erharingller den spaumlnning som systemet efterfraringgar anvaumlnds spaumlnningskonverterare Modellen som anvaumlnds i detta projekt bygger paring LM2596 och har en inspaumlnning paring mellan 45 - 40 V och utspaumlnning mellan 125 - 30 V[37] Vidare aumlr kretsen specificerad foumlr att klara en stroumlm paring upp till 3 A 4317 Oumlvriga komponenter

Foumlrutom tidigare angivna komponenter behoumlvs aumlven ett naumltaggregat och en laumlmplig laddare Vid val av dessa komponenter har mycket fokus lagts paring saumlkerhet vid laddning av batterier Batterier aumlr kaumlnsliga foumlr felbehandling och daumlrfoumlr har kvalitet paring produkter prioriterats oumlver pris

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

13

Val av naumltaggregat foumlll paring SKYRC EFUEL 30A Switching DC Power Supply Naumltaggregatet kan leverera 0-30 A vid 12-18 V[38] Valet motiveras med att naumltaggregatet kan leverera 540 W vilket stoumldjer en 2C charge rate paring valda batterier Produkten aumlr av houmlg kvalitet men har aumlven en relativt houmlg kostnad Laddaren som vaumlljs aumlr iCharger 306B Den kan ladda LiPo batterier foumlr 1S-6S[39] Laddaren aumlr av intelligent typ Det innebaumlr att laddaren kan balansera batteriets celler och aumlven utfoumlra diagnostik paring batteriet Charge rate kan staumlllas in efter oumlnskemaringl och stoumldjer en ladd stroumlm paring upp till 30A Produkten aumlr av houmlg kvalitet men relativt dyr

5 Design Detta stycke behandlar varfoumlr de olika delarna ser ut som de goumlr samt hur designprocessen har fortloumlpt

51 Bottenplatta Bottenplattan utgoumlr grundstommen i konstruktionen och aumlr den del som ska sammanfoga droumlnarens sex motorer och armar med kroppen Detta medfoumlr att konstruktionen utsaumltts foumlr i sammanhanget taumlmligen houmlga belastningar och vridande moment fraringn motorerna Plattan aumlr en hexagon med en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning Runt centrum finns en foumlrhoumljd hexagon med mindre diameter aumln bottenplattan Denna hexagon har sex stycken genomfoumlringar med 221 mm i diameter daumlr kolfiberroumlr monteras Genomfoumlringarnas passform aumlr saringpass exakt att eventuellt glapp foumlrhindras I den yttre hexagonens kanter faumlsts kolfiberroumlren ytterligare med hjaumllp av klaumlmmor som monteras med skruv och mutter (M3) Tanken aumlr att den inre hexagonen upptar de stoumlrsta krafterna med stoumld fraringn klaumlmmorna De foumlrsaumlnkningarna som kolfiberroumlren aumlr placerade i aumlr till foumlr att oumlka friktionen mellan kolfiberroumlr och droumlnarkropp Foumlrsaumlnkningarna oumlkar aumlven kraftupptagningen i bottenplattan Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 24 Foumlr att haringlla nere vikten goumlrs symmetriska utskaumlrningar runt den yttre hexagonen Bottenplattan skrivs ut i ABS-plast foumlr houmlg haringllfasthet Plattans maringtt 200x208x40 mm Plattans yttre tjocklek aumlr 15 mm Vikt bottenplatta 211 g Vikt klaumlmma 12 g per styck

52 Elektronikplatta Elektronikplattans funktion aumlr att moumljliggoumlra montering av elektronikkomponenter Plattan har en genomfoumlring i mitten avsedd foumlr kabeldragning Plattan monteras ovanparing bottenplattan med tre stycken gaumlngstavar (M3) och faumlsts paring undersidan med laringsmutter (M3) Elektronikplattan behoumlver inte ha samma vridstyvhet som bottenplattan daring det endast aumlr elektronikens vikt som ska baumlras upp Daumlrfoumlr goumlrs plattan tunnare och laumlttare aumln bottenplattan Foumlrsaumlnkningar goumlrs foumlr att haringlla nere vikten ytterligare Daring elektroniken skall monteras paring plattan goumlrs inga urskaumlrningar daring det skulle moumljliggoumlra att vatten kan traumlnga sig in och riskera att foumlrstoumlra elektroniken Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 25

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

14

Plattans maringtt 200x208x8 mm Vikt 118 g

53 Topplatta Paring topplattan monteras batterier och GPS-antennen Sjaumllva plattan monteras ovanparing hylsan foumlr kabeldragning med tre stycken gaumlngstavar (M3) Topplattan har en genomfoumlring i centrum foumlr kabeldragning och aumlr den sista delen som monteras paring flygkroppen Den haringller ihop hela konstruktionen Plattan behoumlver inte vara lika vridstyv som bottenplattan och designas foumlr laringg vikt Plattan tillverkas i ABS-plast Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 26 Plattans maringtt 200x208x7 mm Plattans vikt101 g

54 Sidopaneler Foumlr att minimera vaumlderkaumlnsligheten hos droumlnaren konstrueras sidopaneler Sidopanelerna innesluter elektronikdelen av droumlnaren Panelerna faumlsts i topplattan med skruv (M3) En av sidopanelerna har tvaring stycken antenn-genomfoumlringar Sidopanelerna tillverkas i PLA-plast

Figur 6Foumlrsta och andra modellen fraringn vaumlnster aumlr fram och baksida paring en av modellerna[40]

55 Hylsa En hylsa anvaumlnds foumlr att skapa en distans mellan topplatta och elektronikplatta Hylsan ger plats aringt kabeldragning horisontellt och vertikalt samt haringller ihop plattorna Montering sker med gaumlngstav (M3) Hylsan aumlr tillverkad i PLA-plast och designas foumlr laringg vikt Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 27 Vikt hylsa 45 g

56 Design av landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr en relativt enkel loumlsning med fyra ben som ska haringlla uppe systemet Det konstrueras av kolfiberroumlr som foumlrses med foumltter i ena aumlnden foumlr att oumlka kontaktytan som droumlnaren kommer att vila paring (foumltterna ses i figur 7) Den andra aumlnden paring kolfiberroumlren monteras paring laumlnkarmar som foumlrbinder motorerna med droumlnarkroppen Foumlr att montera roumlren paring laumlnkarmarna har ett faumlste designats (se figur 7) Foumltterna och faumlstena aumlr utskrivna i plast med en ifyllnadsgrad paring 20 foumlr faumlstet samt 15 foumlr foumltterna Samtliga faumlstharingl aumlr designade foumlr skruv (M3) Vikt haringllare landningsstaumlll 13 g Vikt landningsfot 14 g

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

15

Figur 7Haringllare amp fot till landningsstaumlll Lila pil markerar haringl foumlr sprint till kolfiberroumlret[41]

57 Design av motorfaumlsten Foumlr att faumlsta motorerna till droumlnaren saring kraumlvs en vridstyv och stark plattform Motorerna har faumlsten foumlr tre skruvar Se bilden nedan Motorfaumlstet bestaringr av tvaring delar som klaumlms ihop runt kolfiberroumlret Detta goumlrs med fyra stycken skruvar (groumlna pilar) samt en sprint (blaring pil) Motorn faumlsts sedan med tre stycken skruvar i motorfaumlstet (roumlda pilar) Motorfaumlstet har aumlven i uppgift att ansluta propellerskyddet till droumlnaren Motorfaumlstet aumlr designat saring att vikten stoumlds underifraringn av kolfiberroumlret detta foumlr baumlra upp mekaniska moment som uppstaringr vid till exempel landning Vikt motorfaumlste 27 g Vikt klaumlmma till motorfaumlste 8 g Vikt motor 156 g Vikt kolfiberroumlr 49 g

Figur 8 Motorfaumlste V3[42]

Figur 9 Oumlvre del till motorfaumlstet[43]

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

16

Bilden ovan visar motorfaumlstets undre del Faumlstet klaumlms runt kolfiberroumlret med skruv (groumlna pilar) Svart pil markerar haringlet foumlr en genomgaringende skruv Detta goumlrs foumlr att undvika att motorfaumlstet ska kunna vrida sig Haringlen markerade med roumlda pilar aumlr genomgaringende foumlr att underlaumltta aringtkomst till motorskruvar

58 Propellerskydd Naumlr motorerna roterar med houmlg hastighet kan det bli svaringrt att se propellrarnas raumlckvidd Detta kan innebaumlra en saumlkerhetsrisk Foumlr att undvika saringdan problematik designas ett propellerskydd Foumlr foumlrtydligande se bilaga 14 figur 29 Propellerskyddet aumlr ett band som tydligt markerar graumlnsen foumlr propellrarnas raumlckvidd Bandet aumlr straumlckt mellan de sex propellerskydden Loumlsningen aumlr enkel effektiv och vikten blir laringg Propellerskyddet monteras paring motorfaumlsten Vikt propellerskydd 17 g

59 Kamerasystem med gimbalsystem Kameran monteras paring ett gimbalsystem Gimbalsystemet monteras enkelt paring flygkroppens undersida

510 Lastsystem med elektromagneter Lastsystemet bestaringr av en flexibel anordning foumlr att faumlsta lasten daumlr lasten ska kunna ha olika former Lasten haringlls fast av tvaring stycken elektromagneter tillsammans som i sin tur kopplas till anslutningsblock som aumlr faumlsta i lasten Naumlr magneterna slaumlpper saring svingas lasten att svingas fraringn ena till andra sidan foumlr att sedan slaumlppas helt Last om cirka 15 kg testas

Figur 10 Koppar till elektro magneterna monteras paring flygkroppen[44]

Lastsystemet bestaringr av fyra stycken delar som monteras paring flygkroppens undersida Tvaring stycken faumlsten foumlr elektromagneterna monteras mot droumlnarens underrede (se groumlna pilar) I elektromagnetens centrum garingr det en skruv rakt igenom flygkroppen foumlr att fixera elektromagneten (roumld pil) Elektromagneterna drivs med 12 V med en foumlrbrukning paring cirka 4 W (kabelgenomfoumlring svart pil) Elektromagneterna har

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

17

diametern 10 mm och houmljden 23 mm Faumlstanordningen bestaringr av tvaring block Ett av blocken aumlr utrustat med jaumlrnplattor som ansluts till elektromagneterna (se figur 11) Svarta pilar markerar var jaumlrnplattorna monteras Blocket ansluts sedan till lasten med hjaumllp av ett snoumlreband Genomfoumlringarna som anvaumlnds foumlr detta aumlr markerade med groumlna pilar Foumlr att stabilisera de tvaring blocken som utgoumlr faumlstanordningen anvaumlnds en gaumlngstav (M4) som faumlsts vid gul pil Gaumlngstavens uppgift aumlr att stabilisera blocken sinsemellan

Figur 11 Lastharingllare med jaumlrnplattor ska kopplas till elektromagneterna Samma del sedd fraringn tre olika vyer[45]

Paring motsatt sidan monteras tvaring stoumld med skruv Stoumlden haringller en gaumlngstav horisontellt Under gaumlngstaven sitter en gripklo se gul pil figur 12) som griper tag i gaumlngstaven och haringller lasten paring plats Gripklon slaumlpper taget om gaumlngstaven om den vrids 90 grader vilket sker daring elektromagneterna slaumlpper lasten

Figur 12 Del som kopplas till last och gaumlngstav[46]

Foumlr samtliga delar utom botten elektronik och topplatta anvaumlnds den hemmabyggda 3D-skrivaren Foumlr utskrift av botten elektronik och topplatta anvaumlnds daumlremot 3D-skriven fraringn Chalmers

511 Materialval kopplat till droumlnardesignen PLA anvaumlnds paring alla delar foumlrutom droumlnarkroppen Detta daring den modifierade I3 Prusa skrivaren enbart skriver PLA och foumlr att Chalmers skrivare enbart skriver i ABS Detta aumlr en begraumlnsning vad gaumlller materialval PLA anvaumlnds vid motorerna som foumlrbinds med kolfiber vilket blir en mycket styv konstruktion som i sin tur ansluts till droumlnarkroppen (ABS-plast) Droumlnarkroppen upptar vibrationerna som uppstaringr vid motorerna foumlr att fungera som en typ av vibrationsabsorbent Kolfiberroumlr anvaumlnds till droumlnarens armar som sammanfogar motorerna med droumlnarens kropp Dock saring anvaumlnds inte kolfiber till droumlnarkroppen daring det aumlr mycket svaringrarbetat Detta projekt saknar aumlven noumldvaumlndiga verktyg foumlr att bearbeta kolfiber paring ett smidigt saumltt

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

18

6 Montering och integrering av komponenter Nedan foumlljer en beskrivning av hur droumlnaren byggs ihop med hjaumllp av de utskrivna delarna samt hur elektroniken och mjukvaran haumlnger samman Beskrivningen aumlr uppdelad i tvaring huvudkategorier Fysisk och elektrisk konstruktion samt Mjukvaruintegration Ett faumlrdigstaumlllt kopplingsschema kan ses i bilaga15

61 Fysisk och elektrisk konstruktion Avsnittet behandlar hopsaumlttningen av droumlnarkroppen samt kabeldragning och hopsaumlttning av de elektriska komponenterna kopplade till droumlnarens flygsystem

611 Montering av flygkropp amp armar

Monteringen boumlrjar med att faumlsta sex stycken 500 mm laringnga kolfiberroumlr i bottenplattan av flygkroppen Roumlrens ytterdiameter aumlr 22 mm och innerdiametern aumlr 20 mm Roumlrens passning aumlr vaumlldigt exakt Med lite tvaringng kan roumlren drivas in Roumlren faumlsts sedan med klaumlmmor (orange faumlrg) och laringses med skruv (M3) och mutter

Figur 13 Droumlnarkropp med klaumlmmor[47]

612 Montering av motorer

Motorerna faumlsts med 3 stycken skruvar (M2) fraringn undersidan paring motorfaumlstena Kablarna till motorerna ansluts till en ESC Motorernas rotationsriktning beror paring i vilken ordning kablarna kopplas

Figur 14 Motor monterad paring motorfaumlste[48]

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

19

613 Montering av ESC och intern kabeldragning

ESC placeras friliggande i varje kolfiberroumlr med tillhoumlrande stroumlmfoumlrsoumlrjningskabel och servokabel (kommunikation styrning) Kablar dras sedan ut ur centrum paring bottenplattan och servokablar ansluts till FC Stroumlmfoumlrsoumlrjning ansluts till 222 V

Figur 15 Droumlnare med kablage installerat[49]

614 Montering av landningsstaumlll

Landningsstaumlllet monteras med skruv (M3) och laringsmutter Landningsstaumlllet bestaringr av fyra ben som aumlr 250 mm laringnga roumlr i kolfiber med en ytterdiameter om 16 mm och innerdiameter om 14 mm Foumlr oumlkad friktion faumlsts ett varv eltejp runt kolfiberroumlren

Figur 16 Laststaumlll montera[50]

615 Montering amp installation av elektronik

Kablar foumlr kommunikation och stroumlmfoumlrsoumlrjning dras genom centrumpunkten i flygkroppen Elektroniken faumlsts med kardborreband och buntband FC DCDC konvertering lastswitch on board dator radiolaumlnk Rx och FPV Rx monteras paring elektronikplattan DCDC konvertering kraumlvs foumlr att mata olika elektroniksystem 222 V konverteras till 12 V respektive 5 V Raspberry Pi ansluts till separat 5 V-matning fraringn en av DCDC konverterarna Spaumlnningen ansluts till Pin 4 samt Pin 6 paring PI kretskortet FC ansluts till 5 V via PM kontakt Radiolaumlnken Rx ansluts till FC foumlr att faring korrekt matning 5V Paring FC input 1-7 ansluts radiolaumlnk kanal 1-7 foumlr styrkommandon Radiolaumlnk Rx matning 5 V samt GND ansluts paring FC Se bilaga 15 foumlr detaljerat kopplingsschema FPV Tx-modulen monteras och kopplas till 12 V FPV Tx GND kopplas till OSD GND FPV-kameran monteras och ansluts in paring FPV Tx Kamerans video-signal ansluts till OSD OSD ansluts till FC foumlr 5 V och telemetri data

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

20

FPV Rx ansluts till 12 V och videosignal ansluts till LCD-skaumlrm FPV Rx och LCD-skaumlrm aumlr separerade fraringn droumlnaren och aumlr en portabel enhet paring markplan se bilaga 15 Kopplingsschema foumlr detaljerat kopplingsschema 616 Montering av batterier amp GPS-antenn

Batterierna monteras paring topplattan med kardborreband och buntband Loumlsningen aumlr enkel och praktisk GPS-antennen monteras paring topplattan Kabel dras ned till FC paring elektronikplattan

62 Mjukvaruintegration Avsnittet behandlar kalibreringsparametrar i flightdatorn men aumlven uppbyggnad och integrering av Raspberry Pi-systemet 621 Instaumlllningar FC

Foumlr att installera mjukvara i APM FC anvaumlnds programvaran Mission Planner Mission planner har funktioner foumlr att kalibrera grundfunktionerna i multicopter och flera mer avancerade funktioner Via en USB 20 -kabel laumlnkas FC till PC FC uppdateras till senaste mjukvara

6211 Frame type I Mission planner vaumlljs laumlmplig droumlnarkonfiguration utifraringn vilken typ av droumlnare som ska byggas X Y6A alternativet vaumlljs Konstruktionen aumlr en klassisk X6-typ 6212 Compass calibration Arducopter FC-kompass konfigureras genom att droumlnarkroppen roteras runt i alla riktningar Arducopter 28 har en extern kompass monterad i GPS-antennen Daring vaumlljs alternativet Apm 2xx with external compass i Mission planner 6213 Radio control calibration I Mission Planner verifieras radiolaumlnkens maximum och minimum foumlr dess PWM-signal Detta goumlrs genom att synkronisera FC med radiolaumlnken Flygradions aumlndlaumlgen testas genom att foumlra reglagen till maxlaumlge respektive minlaumlge

6214 Accelerometer calibration FC-accelerometrar verifieras och testas genom att rotera hexacoptern i olika riktningar FC aumlr under detta moment monterad paring flygkroppen

6215 RC Transmitter mode setup I RC transmitter mode-setup vaumlljs instaumlllningar foumlr flight mode Paring radiolaumlnk Tx finns en switch daumlr olika flyglaumlgen kan vaumlljas Poaumlngen med det haumlr aumlr att under flygning kunna vaumllja ett foumlrinstaumlllt program genom att staumllla om switchen i olika laumlgen Val av flightmode faller paring stabilize och altitude hold Stabilize aumlr ett grundlaumlge som syftar paring att stabilisera droumlnaren under flygning daumlr throttle kan anvaumlndas foumlr att reglera houmljd Altitude hold syftar till att haringlla en bestaumlmd houmljd naumlr switch aktiveras 6216 ESC Calibration Varje ESC kalibreras var foumlr sig daumlr FC undersoumlker och verifierar ESC-karaktaumlristika Vid kalibrering faringr varje ESC ett maximalt och minimalt PWM-vaumlrde som ESC kan foumlrvaumlntas

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

21

faring fraringn FC Detta behoumlvs foumlr att reglera utsignal till motorer Samtidigt kontrolleras rotationsriktningen foumlr samtliga motorer Maringlet aumlr att motorerna ska rotera enligt figur 23

Figur 17 Propellrarnas rotationsriktning[51]

622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi

Droumlnaren nyttjar ett 3G-modem som aumlr kopplat till en Raspberry Pi foumlr att skapa en moumljlighet att kommunicera med droumlnaren oumlver stora avstaringnd De primaumlra maringlen med kommunikationen aumlr dels att oumlppna en videolaumlnk fraringn droumlnaren och dels att ha moumljlighet till att slaumlppa lasten 6221 Kamera till lastmodul

Kameran kopplas in med hjaumllp av en flatkabel direkt paring Pi-kretskortet Foumlr att kunna anvaumlnda kameran behoumlver denna aktiveras i Linux Detta goumlrs med hjaumllp av kommandot sudo raspi-config Foumlr att kunna bruka kameran behoumlvs ett Pythonbiblotek installeras Detta goumlrs med kommandoraden sudo apt-get install python3-picamera [52] Naumlr detta aumlr gjort aumlr kameran redo att brukas

6222 Elektromagneter Tvaring stycken elektromagneter monteras paring undersidan av droumlnaren i syfte att laringsa och slaumlppa lasten Foumlr att magneterna skall uppnaring sin fulla haringllkraft ska spaumlnningen till magneterna vara 12 V till respektive magnet Raspberry Pi-kretskortet levererar 33 V ut fraringn GPIO-pinnarna[53] Foumlr att kunna styra magneterna anvaumlnds transistor-switchar Baringda elektromagneterna faringr var sin transistor-switch daring detta oumlkar redundansen i systemet

6223 Transistor switch Denna aumlr uppbyggd kring en TIP120 Darlington-transistor (NPN) Se figur 24 Transistor -switchen ska triggas paring en 33 V-signal fraringn Raspberry Pi[54] Naumlr det sker ska kretsen slutas och spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Om signalen aumlr laringg (0 V) ska kretsen vara sluten vilket resulterar i att spaumlnningen till elektromagneterna aumlr 12 V Ett kretskort designas i Eagle CAD men paring grund av brist paring tid hinner inget kretskort framstaumlllas Kretsen realiseras paring prototypkort

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

22

Figur 18 Upptill Kretsschema Nere vaumlnster Kretskortslayout Nere Houmlger Renderat kretskort[55]

6224 GUI och Programkod Foumlr att erharinglla funktionalitet i systemet skapas programkod foumlr att styra de olika funktionerna Sammantaget har sex olika program tagits fram Programmen aumlr skrivna i tre olika typer av spraringk C Python samt Bash script Foumlr kod i helhet se bilaga 13 GUI och styrprogram ndash (Filnamn Maincc) Denna del aumlr skriven i C och aumlr taumlnkt att anvaumlndas paring datorn paring marken Styrprogrammet hanterar funktionerna Starta videostroumlm paring vaumlrddator visa videostroumlm fraringn vaumlrddator armera lastning samt slaumlppa last Styrprogrammet aumlr skapat med GTK-bibliotek vilket ger moumljlighet att skapa tryckknappar[56][57] Tryckknapparna aumlr kopplade till funktioner som i sin tur anropar programvara paring Raspberry Pi-enheten sittandes paring droumlnaren[58] Anropen sker via en SSH-tunnel vilket leder till god saumlkerhet Magnetstyrning ndash (Filnamn active_magnetsh Inactive_magnetshsuperscriptpy MagnetDrop_v1py MagnetDrop_on_bootpy) Bash skripten (sh) startas fraringn styrprogrammet och den startar i sin tur de olika Pythonprogrammen samt staumlnger ner de program som inte ska vara aktiva Det Pythonprogrammen goumlr aumlr att saumltta GPIO-portarna kopplade till Switchkretsen till houmlg respektive laringg

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

23

Videostroumlmstyrning ndash (Filnamn start_streamsh) Bashskriptet start_streamsh skriver till terminalen paring vaumlrddatorn vilken initierar videostroumlmmen I denna kommandorad framgaringr vilken ip-adress samt vilken port som skall anvaumlnds samt parametrar foumlr videokvalitet 6225 SSH tunnel och Midnight commander Styrprogrammet skoumlter sin kommunikation genom en SSH-tunnel Dock aumlr styrprogrammet begraumlnsat till ett faringtal kommandon Om ytterligare kommandon och fininstaumlllningar efterfraringgas kan dessa genomfoumlras genom att oumlppna en terminal med SSH-stoumld och styra Pi Vidare har basstationen moumljlighet att tanka hem sparad flygdata och videomaterial fraringn Pi genom att anvaumlnda programvaran Midnight commander Detta kan aumlven ske under flygning Funktionen att kunna tanka ned videomaterial fraringn droumlnaren moumljliggoumlr att houmlgupploumlst material snabbt kan naring basstationen foumlr en noggrann analys

7 Tester Droumlnarsystemet som saringdant aumlr ett relativt komplext system och foumlr att saumlkerstaumllla systemets funktioner genomfoumlrs olika tester Testerna delas upp i olika delar foumlr att underlaumltta testning saringvaumll som utvaumlrdering Testerna aumlr viktiga och blir underlag foumlr slutsatsen

71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon Vid diskussion av droumlnarens flygfoumlrmaringga anvaumlnds olika termer foumlr att beskriva manoumlvrar Droumlnarens nos aumlr definierad foumlr faumlrdriktning framaringt Termen Pitch syftar paring att lyfta nosen upparingt eller nedaringt Termen Roll syftar paring att houmlja respektive saumlnka styrbord respektive babord sida av droumlnaren foumlr att aumlndra droumlnarens faumlrdriktning Termen Yaw syftar paring att rotera nosen runt droumlnarens egen axel Termen Throttle syftar paring gasreglage och reglerar hastigheten paring motorerna[59]

Figur 19 Till vaumlnster bild som foumlrklarar YawRollPitch Till Houmlger Flygradio kontroller[60] [61]

Foumlrsta testet genomfoumlrs paring marken foumlr att verifiera att radiolaumlnk och styrsystem fungerar som taumlnkt Batterier ansluts foumlr att starta droumlnarens system

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

24

Figur 20 Mission planner naumlr FC anslutits[62]

711 Resultat

Varje ESC indikerar kontakt med en tydlig ljudsignal Radiolaumlnk Tx startas och boumlrjar saumlnda Daumlrefter verifieras att radiolaumlnken har synkroniserat mellan radiolaumlnk Tx och Rx Groumln LED paring Radiolaumlnk Rx indikerar detta I naumlsta steg testas apteringfunktionen av droumlnaren Paring radiolaumlnk Tx haringlls Throttle i minimumaumlndlaumlge tillsammans med Yaw i maximum aumlndlaumlge Efter tre sekunder startas samtliga motorer varvid visuell kontroll av rotationsriktning paring varje motor goumlrs Avstaumlngning av droumlnaren sker genom att haringlla Throttle i minimum aumlndlaumlge tillsammans med Yaw minimumaumlndlaumlge i tvaring sekunder Denna funktion fungerar korrekt Vidare testas att droumlnaren reagerar med olika utslag paring Roll Pitch och Yaw Droumlnaren reagerar paring input fraringn radiolaumlnk Tx dock aumlr det svaringrt att verifiera hur exakt utslagen blir i foumlrharingllande till droumlnarens reaktion FC kopplas upp mot Mission planner foumlr att kontrollera status paring droumlnaren Droumlnarens plats i rummet kontrolleras Tester paring Pitch Roll och Yaw genomfoumlrs genom att manuellt lyfta droumlnaren fraringn marken och luta den i olika plan 712 Slutsats

Radiolaumlnken fungerar som avsett Styrsystemet fungerar som avsett Det elektriska systemet saringsom motorer ESC och batterier fungerar som avsett

72 Testflygning Testet goumlrs foumlr kontroll av droumlnarens grundfunktioner saringsom stigning och landning Under testet anvaumlnds ett batteri och ingen nyttolast aumlr monterad Testen aumlr det foumlrsta av maringnga planerade testflygningar daumlr maringnga smaring steg goumlrs foumlr att testa alla system

721 Resultat

Droumlnaren startas med kommandon fraringn radiolaumlnk Tx I detta laumlge staringr droumlnaren paring tomgaringng och propellrar roterar med laringg hastighet Laringngsamt oumlkas Throttle foumlr att oumlka lyftkraften upp till den nivaring daumlr droumlnaren naumlstan lyfter Paring detta vis goumlrs en visuell kontroll foumlr att se om droumlnaren ser stabil ut och samtliga motorer ger samma lyftkraft Daumlrefter tas beslutet att oumlka Throttle till den nivaring daumlr droumlnaren lyfter Droumlnaren lyfter ovaumlntat snabbt och stiger till en houmljd paring cirka 10 meter paring naringgon sekund Den snabba stigningen regleras med nerdragning av Throttle foumlr att landa droumlnaren Nerdragningen

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

25

av Throttle aumlr en aning foumlr hastig vilket korrigeras aringterigen Problemet loumlses inte utan foumlrvaumlrras foumlr varje korrigering vilket slutligen resulterar i att droumlnarens houmljd sjunker foumlr snabbt och landningen blir haringrdare aumln planerat Konsekvensen av den haringrda landningen blir att skador paring droumlnaren uppstaringr Landningsstaumlllet skadas svaringrt med flera brott paring plastdelar Tvaring stycken motorfaumlsten bryts av vid den haringrda stoumlten vid landningen Aumlven skador paring propellrar uppstaringr i detta laumlge Video av test se bilaga 17

722 Slutsats

Analys av testflygningen visar att det mest uppenbara problemet aumlr att teamet inte har erfarenhet av flyga en droumlnare Att droumlnaren endast floumlgs med ett batteri och utan nyttolast goumlr att droumlnaren har mer kraft aumln vaumlntat paring grund av undervikt Tillsammans med brist paring erfarenhet leder detta till den haringrda landningen Bristen paring flygerfarenhet belyser ett problem daumlr vidare testflygningar skulle medfoumlra foumlr houmlg risk foumlr skador paring droumlnaren Tiden aumlr ocksaring en faktor vilket goumlr att framtida potentiellt tidskraumlvande reparationer blev ett stort bekymmer Tillsammans med projektets handledare togs beslutet att testa oumlvriga system paring marken foumlr att kunna leverera droumlnaren i god tid I och med att droumlnarens flygfunktion aumlr bevisad saring uppfyller det ett av de grundlaumlggande kraven som daumlrmed inte behoumlver testas ytterligare daring proof of concept existerar Flera nackdelar kommer med detta beslut Intressanta tester av hover time mixed flight time och allmaumlnna flygegenskaper faringr helt enkelt skjutas upp till ett senare tillfaumllle Detta sker foumlrslagsvis med en erfaren pilot

73 Test av lastmodul Lastmodulen testas med hjaumllp av en vikt paring 15 kg som faumlsts med hjaumllp av faumlstanordningen paring undersidan av droumlnaren Systemet styrs sedan med Raspberry Pi och dess programvara Testerna som goumlrs kan delas in i tvaring testsekvenser Den ena daumlr droumlnaren inte aumlr utsatt foumlr yttre paringverkan och det andra med yttre paringverkan Den yttre paringverkan ska simulera de ryck och kast som droumlnaren utsaumltts foumlr under faumlrd Detta test blir taumlmligen godtyckligt daring de moment som droumlnaren utsaumltts foumlr aumlr svaringra foumlrutse och varje testomgaringng skiljer sig fraringn tidigare utfoumlrda tester 731 Resultat

Testsekvensen utan yttre paringverkan utfoumlrs tio garingnger och samtliga testfall visar att systemet fungerar som taumlnkt Testsekvensen med yttre paringverkan utfoumlrs fem garingnger med gott resultat Lasten tappas ofrivilligt vid ett av testtillfaumlllena vid kraftig paringverkan Detta daring momentet oumlverskred magneternas haringllkraft och troligen ocksaring paring grund av att lasten inte var optimalt fastsatt Video av test se bilaga 17

732 Slutsats

Systemet fungerar enligt de specifikationer som faststaumlllts inom ramen foumlr projektet Det foumlreligger dock en liten risk att tappa lasten saumlrskilt om denna oumlverskrider de 15 kg som systemet designats foumlr eller om droumlnaren utsaumltts foumlr mycket kraftfulla kast Systemet skulle kunna kompletteras med starkare elektromagneter ocheller baumlttre infaumlstningar mot magneterna foumlr att erharinglla stoumlrre saumlkerhetsmarginaler

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

26

74 Test av kamera och gimbal Kamera med tillhoumlrande gimbal testas monterad paring bottenplattans undersida Kameran som anvaumlnds aumlr en Gopro Hero 2 som ersaumlttare foumlr en IR-kamera Gimbal monteras paring avsedd plats med skruv (M3) och mutter Gimbalsystemet ansluts till 12 V Kameran ansluts inte till spaumlnning utan agerar endast som vikt Daumlrefter lyfts droumlnaren och vinklas i olika riktningar foumlr att faststaumllla gimbalreaktion Gimbalsystemets funktion med styrning via radiolaumlnk testas ej paring grund av tidsbrist

741 Resultat

Gimbal reagerar paring droumlnarens roumlrelser som foumlrvaumlntat genom att haringlla kameran horisontellt Gimbal reagerar med god kontroll utan att vara ryckig eller stor oumlverkoregering

742 Slutsats

Gimbalsystemet fungerar som avsett och resultatet fraringn testet aumlr positivt Det Gimbalsystem som aumlr infoumlrskaffat aumlr av god kvalitet Dock har inte systemets alla funktioner testats

75 Test av FPV via radio FPV-systemet testas med systemet omonterat(av praktiska skaumll) FPV Tx-saumlndare matas fraringn droumlnarens batteri och FPV Rx matas fraringn mobilt batteri Test utfoumlrs fraringn Lindholmspiren till Stenpiren med ett avstaringnd paring 1 km Av praktiska skaumll kan inte laumlngre tester utfoumlras 751 Resultat

Den erharingllna videostroumlmmen som visas paring LCD-skaumlrmen aumlr god Vaumlderfoumlrharingllanden under den raringdande testdagen aumlr goda 752 Slutsats

Systemet torde ha laumlngre raumlckvidd aumln det testet aringterspeglar Vaumlrt att ha i aringtanke aumlr att raumlckvidden begraumlnsas vid nederboumlrd Foumlr att systemet ska fungera tillfredsstaumlllande maringste fri sikt mellan saumlndare och mottagare tillgodoses Detta aumlr ett problem saumlrskilt i storstaumlder vilket aumlr det tilltaumlnkta aktionsomraringdet som droumlnaren har designats foumlr

76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G FPV-systemet kopplas till Raspberry Pi-bestyckat med en 3G-USB-dongel Syftet med testet aumlr att kontrollera latensen mellan mottagare och saumlndare Raumlckvidden kontrolleras inte daring systemet har moumljlighet att skicka den erharingllna datan runt hela vaumlrlden Latenstestet utfoumlrs med ett avstaringnd paring 11km mellan saumlndare och mottagare Avstaringnd mellan saumlndare och mottagare aumlr av vikt daring detta avgoumlr hur maringnga 3G-master som signalen kommer att garing igenom (vilket givetvis paringverkar latensen) Vidare aumlr mottagarnas uppkoppling traringdbunden mot ett fiber-koaxial naumlt Saumlndarenheten anvaumlnder 3G-modem Slutligen goumlrs tester foumlr att uppskatta latensen Detta goumlrs med hjaumllp av telefonnaumltet daumlr gester i kombination med talade kommandon och tidtagarur medfoumlr att en ungefaumlrlig latens kan uppmaumltas Som komplettering till detta test utfoumlrs aumlven ett enkelt pingtest av mottagaren Foumlr maumltserie med tidtagarur se bilaga 16

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

27

761 Resultat

En maumlrkbar efterslaumlpning av videostroumlmmen noteras Latensen uppmaumlts till ca 640 ms Pingtiden bestaumlms till 350-400 ms 762 Slutsats

Systemet lider av viss foumlrdroumljning Foumlrdroumljningen kan vara en begraumlnsning vid vissa typer av uppdrag Att navigera efter systemet torde fungera under vissa saumlrskilda foumlrharingllanden foumlrslagsvis ovanfoumlr hustaken daumlr navigationen inte aumlr lika tidskritisk som nedanfoumlr hustaken Vidare kan tillaumlggas att systemet troligen skulle erharinglla baumlttre latenstider om mottagarstationen varit uppkopplad till en fiber-LAN-anslutning och om droumlnaren nyttjat 4G-modem

77 Test av GPS Vid test av GPS-modul framgaringr det att FC inte faringr kontakt med satelliter FC visar felmeddelandet NO FIX NO GPS i Mission Planner

771 Slutsats

GPS-modulens kompabilitet med APM 28 verkar inte fungera Detta aumlr maumlrkligt daring de koumlptes i paket tillsammans De aringtgaumlrder som goumlrs foumlr att faring systemet att fungera aumlr bland annat att uppgradera firmware paring GPS-modulen Detta goumlrs med en hemmabyggd FTDI-enhet Firmware-uppgraderingen lyckas men utan att loumlsa problemet Efter indicier paring internet framkommer att en brygga paring undersidan av APM ska loumldas ihop foumlr att GPS-modulen ska kaumlnnas igen i programvaran Detta goumlrs men aumlven i detta fall misslyckas GPS-modulen med att synkronisera mot APM

8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar Projektet har varit mycket omfattande och beroumlr hela kedjan fraringn design konstruktion till teknisk loumlsning Detta medfoumlr att mer eller mindre inget omraringde som projektet beroumlrt aumlr optimalt bearbetat utan samtliga omraringden kan foumlrbaumlttras Projektet delas haumlr in i tre omraringden foumlr att utvaumlrdera arbetet Omraringdena aumlr Design Teknisk loumlsning och Helhet

81 Design Sammantaget har sexton olika delarmodeller designats och satts ihop till en droumlnare Droumlnarens konstruktion har visat sig fungera saring till vida att droumlnaren har lyft Genomgaringende foumlr samtliga plastmodellerna aumlr att dessa kan foumlrbaumlttras 811 Huvudkonstruktion

Huvudkonstruktionen innefattar bottenplatta elektronikplatta distans topplatta samt roumlrfaumlsten Bottenplattan aumlr mycket styv vilket resulterar i att huvudkonstruktionen aumlven den upplevs som styv och stabil Samtliga kolfiberroumlr har mycket god passform De krafter som uppstaringr i kolfiberroumlren upptas mycket vaumll i bottenplattan och bottenplattan har inte uppvisat naringgra symptom paring att vara underdimensionerad

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

28

Figur 21 Droumlnarkropp[63]

Plattorna som bygger upp droumlnarens mitt kan goumlras laumlttare genom att saumlnka ifyllnadsgraden Utifraringn ett viktharingllbarhetsperspektiv saring borde plattorna har blivit utskrivna med bikupemoumlnster istaumlllet foumlr rektangulaumlrt moumlnster Denna moumljlighet fanns dock inte att tillgaring med Chalmers skrivare Foumlr att ytterligare minska vikten skulle plattorna kunnat designas med en naringgot tunnare bas vilket drastiskt skulle ha minskat vikten Elektronikplattans utrymme upplevs begraumlnsad efter att elektroniken monterats Detta skulle kunna avhjaumllpts med en naringgot stoumlrre platta Slutligen skulle en vaumlderskyddande kupol paring topplattan baringde goumlra droumlnaren mer estetiskt tilltalande samt foumlrbaumlttra vaumldertaringligheten

812 Motorblock

Tre olika versioner av motorblock har tagits fram De tvaring foumlrsta versionerna har motorn utanfoumlr kolfiberoumlret vilket visar sig vara mindre laumlmpligt vid kraschlandningar (se figur 28) Momentet paring motorblocket vid infaumlstningen mot kolfiberroumlret blir mycket houmlgt vilket resulterar i att motorblocket garingr av Detta konstrueras om foumlr att istaumlllet placera motorn oumlver kolfiberroumlret vilket medfoumlr att momentet minskar vid infaumlstningspunkt mot kolfiberroumlret

Figur 22 Till vaumlnster Motorblock V2 Mitten Motorblock efter krasch till houmlger Motorblock V3[64]

Slutligen kan motorblock v3 designas tunnare i syfte att minska vikten

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

29

813 Landningsstaumlll

Foumlr att tillse att underhaumlngande utrustning inte tar i marken vid landning designas ett landningsstaumlll Landningsstaumlllet aumlr den del i systemet som visar sig vara svaringrast att designa Detta eftersom landningsstaumlllet behoumlver en laumlngd paring ca 28 cm foumlr att underhaumlngande utrustning inte ska ta i marken Laumlngden goumlr att momentet vid foumltterna paring landningsstaumlllet blir vaumlldigt stort saumlrskilt om landningen inte aumlr perfekt

Figur 23 Landningsstaumlll efter haringrdlandning[65]

Som figur 29 visar sker brottet vid anslutningen till kolfiberroumlret Detta kan avhjaumllpas med en bredare bas paring landningsstaumlllet i kombination med att undvika skarpa 90 graders vinklar Landningsstaumlllet upplevs inte saring stabilt som oumlnskat Foumlr att avhjaumllpa detta problem skulle korsstag kunna nyttjas mellan benen i syfte att faring en starkare konstruktion 814 Lasthantering systemet

Systemdesignen fungerar mycket vaumll och tester (43) visar att designen fungerar enligt specifikationerna Foumlre testarna var en av farharinggorna att systemet under vibrationer skulle slaumlppa last De magneter som anvaumlnds har en haringllkraft paring 10 kg tillsammans Hypotesen var att smaring men kraftfulla vibrationer skulle skapa saringdant moment att magneterna inte orkade haringlla emot och saringledes tappade lasten Detta visar sig inte vara ett problem daring lasthanteringssystemets design goumlr att enbart cirka 50 av lastens vikt ligger paring magneterna Resterande 50 ligger paring vippgaumlngstaven Detta goumlr att momentet som skapas vid magneterna halveras vilket resulterar i att systemet klarar att haringlla last under vibrationer och ryck Ett initialt problem med lasthanteringssystemet aumlr att magneternas haringllkraft aumlr kraftigt beroende av att kopplingen mot magneterna aumlr plan och att kraften som magneterna haringller upp aumlr vinkelraumltt mot magnetens yta Om en kraft drar objektet som faumlsts paring magneterna rakt utaringt saring aumlr haringllkraften mycket stark Om objektet som aumlr faumlst paring magneterna daumlremot vinklas bort fraringn magneten i ena kanten foumlr att sedan dras utaringt saring minskar haringllkraften kraftigt Detta motverkas genom att designa magnetfaumlstet plant med en i foumlrharingllandevis bred bas vilket oumlkar kontaktytan mellan last och magnet Initialt anvaumlnds skruv (M8) foumlr att ansluta skruvens skalle mot magnetfaumlstet Detta visar sig vara en daringlig ideacute daring texten paring skallen goumlr att ytan mot magneten inte aumlr plan Vidare aumlr skallens yta foumlr liten vilket aumlven det paringverkar magneternas haringllkraft Detta avhjaumllps

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

30

genom att kapa begagnade baringgfilsblad och limma dito paring det 3D-utskrivna magnetfaumlstet Funktionen foumlr lastsystemet kan ses i bilaga 17

82 Teknisk loumlsning Flertalet system anvaumlnds foumlr att droumlnaren ska erharinglla oumlnskad funktion Oumlverlag fungerar samtliga system som taumlnkt

821 Flightcontroller

Styrsystemet som anvaumlnds foumlr att kontrollera droumlnaren fungerar men inte utan problem Till att boumlrja med inhandlas en inofficiell version av styrsystemet APM version 28 APM Version 28 koumlps tillsammans med en extern kompass-modul kombinerad med GPS Kompassen integreras med vissa svaringrigheter Tyvaumlrr accepterar FC inte GPS-modulen utan larmar foumlr NO FIX NO GPS GPS-modulen kontrolleras mot annan haringrdvara och faringr kontakt med satelliter Felsoumlkningen garingr vidare med att kontrollera kopplingsschema och detta aumlr korrekt FC foumlrses med en ny mjukvara (Copter V333 Hexa) utan lyckad integrering med GPS-modulen FC foumlrses daring med en aumlldre version av mjukvara (Copter V321 Hexa) utan lyckade resultat Efterforskningar ger en bild av APM version 28 som lite oberaumlknelig och svaringrhanterlig Daring det aumlr en inofficiell version finns inte samma stoumldfunktioner som foumlr en officiell version Orsaken till den misslyckade integreringen misstaumlnks ligga i daringlig kompabilitet mellan GPS-modulen och FC Konsekvensen av detta aumlr att GPS-modulen inte integreras i droumlnarsystemet Detta aumlr olyckligt daring flera viktiga funktioner som FC erbjuder bygger paring GPS-koordinater Detta aumlr en tydlig begraumlnsning foumlr droumlnaren Egenskaper som att till exempel haringlla houmljd eller flyga efter foumlrutbestaumlmd rutt aumlr inte moumljliga i detta laumlge FC integreras utan svaringrigheter med radiolaumlnk 822 Programvara

Programvaran som brukas foumlr att styra lasthanteringssystemet samt videostroumlmningsfunktionerna fungerar mycket bra GUI-interfacet foumlrenklar och effektiviserar kommunikationen avsevaumlrt och fungerar under projektets garingng klanderfritt Programvaran aumlr mycket responsiv Med det sagt kan givetvis interfacet foumlrbaumlttras Som tidigare naumlmnt anvaumlnder programvaran en SSH-tunnel foumlr att kommunicera med droumlnaren Tunneln oumlppnas varje garingng en funktion aktiveras Detta medfoumlr att operatoumlreren maringste skriva in ett loumlsenord infoumlr varje funktionsanrop Detta aumlr naringgot som skulle kunna foumlrbaumlttras genom att anvaumlnda sig av en tunnel som aumlr oumlppen under hela programcykeln Detta visar sig dock vara mycket svaringrt realisera i kod Vidare skulle problemet kunna aringtgaumlrdas genom att nyttja TCPIP-protokoll foumlr att saumlnda funktionsanrop Detta aumlr ett saumltt som aumlr taumlmligen enkelt att anvaumlnda sig av Dock medfoumlr loumlsningen att saumlkerheten minskar drastiskt daring trafiken inte aumlr krypterad Foumlr att foumlrbaumlttra videostroumlmningsfunktionen ytterligare skulle videokvalitetsparametrarna kunna staumlllas in paring basstationen Detta skulle medfoumlra att kameran paring droumlnaren skulle kunna skifta anvaumlndningsomraringde under en flygning Det vill saumlga om kameran aumlr taumlnkt att anvaumlndas som FPV-kamera saring boumlrmaringste videokvalitetsparametrarna vara nedstaumlllda foumlr att minimera latenstiderna Om det sedan visar sig under uppdragets garingng att uppdraget kraumlver detaljerade bilder oumlver ett omraringde saring skulle detta kunna aumlndras i interfacet genom ett knapptryck Detta foumlrfarande aumlr moumljligt att goumlra i den befintliga programvaran Dock saring behoumlver vissa parametrar i programvaran foumlraumlndras vilket genererar onoumldig tidsaringtgaringng

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

31

823 Radiolaumlnk

Radiolaumlnksystemen integreras framgaringngsrikt Systemet som saringdant aumlr paringkostat och stoumldjer upp till fjorton kanaler I detta system anvaumlnds endast sju kanaler Detta ger utrymme foumlr ytterligare funktioner saringsom integration av gimbalsystemet Under testerna upptaumlcks inga problem med interferens och raumlckvidden anses god 824 FPV-system

Systemet integreras vaumll utan stoumlrre problem Stoumlrningar relaterade till EMC paringverkar videostroumlmmen och detta loumlses genom att tvinna signalkablarna Systemets arbetsfrekvens paring 58 GHz aumlr kaumlnslig foumlr interferens och yttre paringverkningar Exempel paring detta aumlr att systemet begraumlnsas av krav paring LOS Utan detta foumlrsaumlmras signalen kraftigt Integreringen med OSD fungerar vaumll

825 Motorer ESC amp Batterier

Motorerna fungerar som foumlrvaumlntat de lyckas lyfta droumlnaren som avsett ESC fungerar som foumlrvaumlntat Batterierna levererar oumlnskad spaumlnning och driver motorerna som taumlnkt Gemensamt foumlr dessa aumlr att systemen inte testas till max paring grund av endast en testflygning Verifiering av simuleringsdata kraumlver att systemet testflygs ytterligare

826 Propellrar

APC-propeller testflygs med blandat resultat Propellern visar sig flexa lite och den relativt stora vikten paring 40 g per propeller har negativ paringverkan paring droumlnarens oumlvriga lyftkapacitet Detta paringverkar aumlven i slutaumlndan flygtiden Vid testflygningen skadas flera propellrar men de splittras ej Detta kan tolkas som en oumlkad saumlkerhetsmarginal foumlr anvaumlndaren och aumlven foumlr omgivningen som droumlnaren verkar i Propellern i kolfiber vaumlger endast haumllften av en APC-propeller som vaumlger 40 g Detta leder till en viktbesparing paring 6x20= 120 g Ytterligare viktbesparingar med bytet fraringn APC-propellrar till kolfiber goumlrs daring adaptern som behoumlvs vid anvaumlndning av APC-propellrarna inte aumlr noumldvaumlndig Adaptrarna vaumlger 142 g vilket ger en viktbesparing paring 4x142 g = 852g Detta ger en total viktbesparing paring 2052g vilket faringr anses vara mycket i sammanhanget Propellern testflygs ej med konsekvensen att ytterligare utvaumlrdering inte aumlr moumljligt Efterforskningar har dock visat att propellrar gjorda av kolfiber har en tendens att splittras i maringnga delar daring de kommer i kontakt med marken eller annat foumlremaringl Detta ger en minskad saumlkerhet daring fragment kan skada maumlnniskor och omgivning 827 On screen display

Integrering av OSD tar mer tid aumln foumlrvaumlntat Tillgaumlnglig dokumentation aumlr klart begraumlnsad och mycket tid laumlggs paring efterforskningar Uppdatering av mjukvara kraumlvs Inkoppling med FPV-system och tillhoumlrande kamera fungerar vaumll Vid start av droumlnarsystem startas OSD men flygdata matas inte in i FPV-systemets videostroumlm OSD maringste startas om foumlr att mata in flygdata vilket inte aumlr som taumlnkt och aumlr en tydlig nackdel Omstart genomfoumlrs med stroumlmavbrott fraringn FC +5V

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

32

Ett foumlrslag paring foumlrbaumlttring aumlr att bygga in en brytare paring +5 V fraringn FC och paring saring vis moumljliggoumlra en snabb och enkel omstart Denna brytare boumlr monteras laumlttaringtkomligt paring utsidan av droumlnaren 828 Signal och kraftkablage

Kablaget som anvaumlnds varingllar en del huvudbry Stora EMC-problem uppstaringr saumlrskilt med haumlnsyn tagen till signalkablaget Detta loumlses genom att tvinna kablaget foumlr att paring saringdant vis minska de elektromagnetiska faumllt som skapas runt kablaget Den stroumlm som garingr genom kablaget till motorerna aumlr foumlrharingllandevis stor Detta medfoumlr att kablaget vaumlger en del Vikten skulle kunna minimeras med aluminiumkabel Detta daring aluminiumkabel klarar mer stroumlm per viktenhet aumln kopparkabel Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra och foumlrenkla installationen av kabelsystemet i droumlnaren boumlr ett kablage med fler kardeler anvaumlndas Detta skulle ge en mer foumlljsam kabel som aumlr enklare att arbeta med Raspberryn aumlr kopplad med Dupontkablar vilket inte aumlr optimalt daring droumlnarens vibrationer medfoumlr en risk att kablarna slaumlpper fraringn sina stift Detta kan avhjaumllpas med att loumlda kablaget paring Raspberryn Detta har dock inte gjorts daring det foumlrsvaringrar framtida tester och framtida utveckling av plattformen

829 Transistor switch

Kretsen utfoumlr sin uppgift Farharinggan var att kretsen skulle kunna utveckla en del vaumlrme vilket skulle smaumllta eltejpen som utgoumlr skyddshoumlljet I preventivt syfte loumlds kylflaumlnsen tillhoumlrande TIP-120-transitorn fast mot prototypkretskortet Detta foumlr att faring en baumlttre vaumlrmespridning Dock visar det sig i slutaumlndan att det inte aumlr ett problem utan kretsen haringller laringg temperatur

83 Komplettering av nya system Ovan naumlmns hur de befintliga systemen fungerar samt hur de kan utvecklas foumlr att bli baumlttre Denna del tittar paring de omraringden som inte konstruerats men som skulle kunna foumlrbaumlttra droumlnarens funktion

831 Foumlrslag paring dockningsstation

Foumlr att foumlrbaumlttra droumlnarens foumlrmaringga och anvaumlndarvaumlnlighet boumlr systemet utvecklas mot att bli mer autonomt Merparten av droumlnarens livslaumlngd kommer den inte att vara paring uppdrag Naumlr vaumll ett flyguppdrag ska utfoumlras boumlr droumlnaren ocksaring vara redo foumlr uppdrag Detta innebaumlr att droumlnarens batterier maringste vara fulladdade och att droumlnaren ska ha moumljlighet att lyfta fraringn platsen som den aumlr placerad paring Ett saumltt att moumljliggoumlra detta aumlr genom att placera droumlnaren i en dockningsstation Dockningsstationen skulle kunna vaumlderskydda droumlnaren och samtidigt ladda batterierna Dockningsstationens vaumlderskydd skulle kunna bestaring av en plastkupol som paring kommando oumlppnas och laringter droumlnaren paringboumlrja sitt uppdrag Foumlr att ytterligare foumlrbaumlttra dockningsstationen kan den kompletteras med laserinledning av droumlnare vilket skulle medfoumlra att droumlnaren autonomt har moumljlighet att landa i dockningsstationen Att anvaumlnda en dockningsstation skulle sannolikt minska underharingllskostnader och samtidigt minska den tid det tar foumlr droumlnaren att saumlttas in i uppdrag

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

33

832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer

Foumlr att ha moumljlighet att snabbt byta utrustning paring droumlnaren kan ett skensystem nyttjas Skenorna skulle faumlstas mot droumlnarens undersida och de applikationer som snabbt ska kunna saumlttas paring Foumlr att foumlrse applikationerna med styrsignaler ocheller spaumlnning boumlr skensystemet kompletteras med snabbanslutningar foumlr dessa Detta kan goumlra med fjaumlrderspaumlnda sprintar som naumlr faumlstet aumlr i raumltt laumlge skjuts in mot en kontaktyta som foumlrbinder signaler och spaumlnningskablar med utrustningen

833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag

De operatoumlrer som flyger droumlnaren aumlr troligen inte ingenjoumlrer vilket staumlller krav paring att systemet aumlr mycket enkelt att anvaumlnda I dagslaumlget kan ruttplanering ske i programvaran Mission planer Nackdelen med programvaran aumlr att denna inte aumlr anpassad till droumlnarens uppgift vilket medfoumlr att flera programvaror maringste anvaumlndas med foumlljd att styrningen blir mer komplex Det mest optimala skulle vara om droumlnarens programvara mottager uppdragsposition och sedan jaumlmfoumlr positionen mot ett eget bibliotek med rutter och kopplar ruttdatan mot vaumlderinformation foumlr att paring saring vis beraumlkna baumlsta rutt foumlr det specifika uppdraget under raringdande vaumlderfoumlrharingllanden

9 Diskussion Huvudsyftet med detta projekt att designa och bygga en droumlnare med samhaumlllsnyttig funktion i detta fall ett system med en lastkapacitet paring 15 kg har uppnaringtts Konstruktionen av droumlnaren har lyckats ur de flesta aspekter Flygkroppen blev stabil och stadig om man bortser fraringn landningsstaumlllet Svaringrigheter att bedoumlma krafter under landning ledde till att landningsstaumlllet blev underdimensionerat och behoumlver designas om foumlr att fungera optimalt Signal -och kraftkablage har fungerat som taumlnkt och moumltt foumlrvaumlntningarna Utvaumlrdering av kablaget visar att det garingr att foumlrbaumlttra kablaget genom anvaumlndning av aluminiumkabel istaumlllet foumlr kopparkabel[66] Detta ger en viktbesparing Kablaget kan aumlven kortas lite foumlr att ge ytterligare viktbesparing Droumlnaren har testflugits med bra resultat men resulterade i att vidare praktiska tester inte har genomfoumlrts paring grund av tidsbrist i kombination med brist paring flygerfarenhet Testflygningen visar att droumlnaren aumlr flygduglig men inte aumlr testad under vissa foumlrutsaumlttningar Droumlnarens kraftfullhet kunde dokumenteras vilket baringdar gott foumlr att den ska klara uppstaumlllda maringl Daumlremot innebaumlr det faktum att droumlnaren testades med halva batterikapaciteten och ingen nyttolast att man inte helt har kunnat styrka detta Framtida testflygningar kan genomfoumlras med relativt smaring medel och goumlrs foumlrslagsvis tillsammans med en erfaren pilot Simulering ger en uppskattad flygtid mellan 21-28 minuter vilket anses moumlta riktmaumlrket 25 minuter Design och konstruktion av lastsystemet blev lyckad Konstruktionens lyftkapacitet paring 15 kg har verifierats med praktiska tester daumlr det framgaringr att lasten haringlls paring plats under

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

34

foumlrharingllanden med skakningar och vibrationer Foumlr att verifiera droumlnarens foumlrmaringga att leverera en nyttolast i form av en defibrillator behoumlver droumlnaren testflygas ytterligare Lastsystemets foumlrmaringga att via mobilnaumltet slaumlppa lasten ses som en stor framgaringng och aumlr lovande foumlr vidare utveckling i framtiden Maringlsaumlttningen med att designa ett lastsystem som ska kunna leverera en last paring 15 kg anses har uppnaringtts om aumln inte testflugits Droumlnaren aumlr designad foumlr att kunna baumlra en kamera med tillhoumlrande gimbalsystem foumlr att moumljliggoumlra en stabil bild under flygning Foumlrutsatt att en kamera inte vaumlger mer aumln 15 kg kommer droumlnaren att ha samma foumlrutsaumlttningar att flyga som naumlr det skulle flyga med en nyttolast paring 15 kg Tester med vaumlrmekamera har inte gjorts paring grund av houmlga kostnader Autonom flygning aumlr teoretiskt moumljligt men inte testad i praktiken paring grund av att integreringen av GPS-modulen inte var framgaringngsrik Detta aumlr olyckligt daring avsaknad av denna funktion begraumlnsar droumlnarens foumlrmaringga att utfoumlra komplicerade manoumlvrar och flygplaner Utvaumlrdering av den misslyckade integreringen pekar paring att FC inte aumlr kompatibel med den aktuella GPS-modulen FPV-system med live videostroumlm har testats framgaringngsrikt Video har skickats traringdloumlst oumlver frekvensen 58 GHz fraringn droumlnaren till en mottagande LCD-skaumlrm daumlr video av god kvalitet uppnarings tillsammans med telemetri fraringn droumlnarens FC Videostroumlm har aumlven skickats oumlver 3G-naumltet med goda resultat Detta anses vara mycket framgaringngsrikt daring utvecklingsmoumljligheterna aumlr stora med ett system som foumlrlitar sig paring mobilnaumlt i bebyggelse Raumlckvidd paring 1000 meter har testats med FPV-system framgaringngsrikt Under detta test anvaumlndes frekvensen 58 GHz vilket har en begraumlnsning Systemet aumlr kaumlnsligt foumlr stoumlrningar i form av visuella hinder Raumlckvidden med FPV daumlr videostroumlm skickas oumlver mobilnaumltet har testats och anses vara laringng Tekniken behoumlver foumlrfinas foumlr att minska problem med latens men har stora utvecklingsmoumljligheter och till synes obegraumlnsad raumlckvidd Radiolaumlnkens raumlckvidd har inte testats utoumlver den enkla testflygningen Dess maximala raumlckvidd foumlreslarings testas vid framtida testflygningar Styrning av droumlnare sker med en operatoumlr via radiolaumlnken Via en terminal kan en andra operatoumlr se videostroumlm fraringn droumlnaren och slaumlppa nyttolast vid laumlmpligt tillfaumllle Detta aumlr ett lyckat resultat och faller inom ramen foumlr den uppsatta maringlbilden Tillsammans med kamera och tillhoumlrande gimbal kan systemet vidareutvecklas saring att kameran kan styras av operatoumlren som sitter vid en terminal Denna moumljlighet aumlr intressant ur flera perspektiv Den ena operatoumlren kan fokusera paring flygning av droumlnaren och den andra kan fokusera paring hantering av kameran Detta aumlr ett moumljligt utvecklingsomraringde som aumlr intressant vid ytterligare utveckling av kamerasystemet Med projektets delsyfte i aringtanke kan det utifraringn projektets resultat styrkas att droumlnare har en framtid inom samhaumlllstjaumlnster Maumlnniskors syn paring droumlnare kan i framtiden komma att skifta fraringn militaumlra system till civila system om samhaumlllet tar aringt sig

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

35

tekniken Med lite fantasi framgaringr det att droumlnares civila applikationer aumlr naumlst intill oaumlndliga Projektet har lyckats med uppgiften att bygga en droumlnare som trots att den inte aumlr helt faumlrdigtestad med stoumlrsta sannolikhet kan leverera en nyttolast till exempel en defibrillator Detta banar vaumlg foumlr stora moumljligheter foumlr samhaumlllsnyttan Med ett antal droumlnare strategiskt utplacerade paring houmlga byggnader kan ett stort omraringde taumlckas Droumlnarens raumlckvidd och hastighet goumlr aktionsradien effektiv och kostnadseffektiv Potentialen aumlr stor daring den oumlkade tillgaumlngligheten paring defibrillatorer kan ge oumlkad trygghet med snabb hjaumllp vid eventuella hjaumlrtstopp Om droumlnarens moumljlighet att flyga autonomt utvecklas saring kan ett fungerade system erharinglla koordinater att flyga till foumlr att leverera sin last Ett saringdant system kan hantera sig sjaumllv och behoumlver endast programmeras med koordinater och grundlaumlggande instruktioner Detta skulle minimera kostnaderna foumlr handhavandet Droumlnaren kan aumlven utrustas med ett kommunikationssystem saring att en operatoumlr kan kommunicera med en noumldstaumllld En riskanalys boumlr goumlras foumlr att faststaumllla risker foumlr allmaumlnheten daumlr droumlnaren faringr anpassas foumlr oumlkad trygghet Om droumlnarsystemet utvecklas till den punkt daumlr droumlnare kan lyfta i daringligt vaumlder och alltid vara tillgaumlnglig oumlkas den potentiella nyttan Kostnaden foumlr ett saringdant system kan mycket vaumll bli kostnadseffektivt daring kostnaden vaumlgt mot nyttan blir laringg Jaumlmfoumlrt med en ambulanshelikopter som har stora kostnader och inte noumldvaumlndigtvis kan aringka paring alla larm relaterade till hjaumlrtsjukdom eller andra situationer saring medicinsk utrustning maringste levereras saring har droumlnaren flera foumlrdelar En droumlnare kan ta sig till platser som inte aumlr tillgaumlngliga foumlr en helikopter daring en stor och fri yta kraumlvs foumlr att landa en helikopter Droumlnarens kostnad per flygtimme aumlr ocksaring laringg jaumlmfoumlrt med en helikopter Foumlr brandfoumlrsvaret finns det flera fina moumljligheter med att ha en droumlnare i sin arsenal Baserat paring projektets tester med Gimbal och tillhoumlrande kamera kan foumlljande bild maringlas Med en monterad IR-kamera kan till exempel en skogsbrands omfattning kartlaumlggas snabbt Beroende paring kamerans egenskaper kan gloumldbaumlddar och vaumlrmemoumlnster kartlaumlggas och hanteras daumlrefter foumlr att foumlrhindra spridning och underlaumltta slaumlckningsarbetet Droumlnare kan aumlven anvaumlndas till att undersoumlka byggnader som brinner en oumlverflygning med IR-kamera kan snabbt ge en bild av situation Farliga foumlremaringl och maumlnniskor i noumld kan snabbt kartlaumlggas utan att riskera brandmaumlnnens liv Designas droumlnaren saring att den kan monteras paring en brandbil och sitter i en dockningsstation vilket foumlreslarings i rapporten saring skapas houmlg anvaumlndarvaumlnlighet och korta led till beslutsfattande befaumll Eftersoumlk av foumlrsvunna personer eller vid drunkningstillbud kan en droumlnare goumlra stor nytta daring en snabb oumlverblick av aktuellt soumlkomraringde kan genomfoumlras Aumlven kustbevakningen skulle kunna ta vara paring dessa egenskaper daring landets kuster och hav ska oumlvervakas Droumlnare har historiskt sett anvaumlnts foumlr militaumlra syften Den staumlmpeln har varit svaringr att tvaumltta bort Detta aumlr en bidragande orsak till att det kan komma att ta laringng tid att faring allmaumlnheten att acceptera droumlnare

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

36

Droumlnare anses ha en relativt liten negativ paringverkan paring miljoumln Utvinning av raringmaterial till batterier motorer och elektronik har visserligen en paringverkan paring miljoumln men droumlnaren har potential att ersaumltta maskiner som drivs av kolvaumlten Dessa maskiner aumlr ofta tunga och den besparing av drivmedel som droumlnaren kan bidra med aumlr potentiellt stor Droumlnare i drift medfoumlr missljud som kan stoumlra allmaumlnhet samt djurliv Jaumlmfoumlrt med en helikopter saring aumlr denna paringverkan dock taumlmligen laringg Teknikutvecklingen aumlr snabb och foumlrbaumlttringar inom batteriteknik konstruktionsmaterial och motorer kommer att driva utveckling framaringt i en rasande takt Energitaumltheten i batterierna kommer oumlka vilket leder till oumlkad flygtid och raumlckvidd Just raumlckvidden aumlr ett intressant omraringde daumlr styrning kan ske paring laringnga avstaringnd Resultat fraringn rapporten gaumlllande moumljligheten att koppla upp droumlnaren mot 3G-naumltet aumlr ur utvecklingssynpunkt vaumlldigt intressant I projektet testas det att skicka FPV-video oumlver mobilnaumltet med lyckat resultat Detta oumlppnar upp foumlr moumljligheten att skicka data oumlver vaumlldigt laringnga distanser Om droumlnaren kan konverteras saring att styrning sker via mobilnaumltet istaumlllet foumlr en radiosaumlndare saring oumlppnas moumljligheten foumlr i princip oaumlndlig raumlckvidd med avseende paring styrning Detta kan utvecklas till att ha en nationell kommandocentral daumlr olika typer av droumlnaruppdrag kan utfoumlras Utvecklingen av mobilnaumltens oumlverfoumlringskapacitet baringdar vaumll foumlr utveckling daumlr 5G kommer att leda till allt houmlgre oumlverfoumlringskapacitet av data Med oumlkad oumlverfoumlringskapacitet kan houmlgre krav staumlllas paring videostroumlmmens kvalitet och oumlvriga system

10 Slutsats Ett problem som uppstod under projektets garingng var tidspress framfoumlrallt mot slutet En houmlgre vaumlxel borde lagts i till en boumlrjan foumlr bakgrundsarbete och val av delar med tanke paring laringnga leveranstider Vid inkoumlp av komponenter till droumlnare borde mer fokus lagts paring anvaumlndarvaumlnlighet och inte dess kostnad Valet foumlll ofta paring billiga komponenter maringnga av dem fungerade utmaumlrkt men i backspegeln saring lades mycket tid paring integrera enskilda system Komponenter av houmlgre kvalitet kan mycket vaumll ha underlaumlttat integreringen och sparat tid och ett par graringa haringr Testflygningen gick inte som planerat utan avslutades som bekant med en kraschlandning Dock visar den att det finns houmlg tillgaumlnglig motoreffekt Detta i foumlrharingllanden till droumlnarens tillfaumllliga undervikt gjorde den svaringr att manoumlvrera Denna houmlga effekt indikerar att droumlnaren har kapacitet att lyfta ytterligare vikt Detta aumlr positivt och ligger som grund foumlr att fler tester kan goumlras i framtiden foumlr att utreda droumlnarens fulla kapacitet Konsekvensen av att droumlnaren skadades vid landningen blev att det i samraringd med handledare beslutades vidare testflygningar skoumlts paring framtiden och andra test av systemen gjordes istaumlllet paring marken Detta fick flera negativa konsekvenser daring utvaumlrderingen av droumlnarens flygegenskaper inte blev klar inom tidsramen foumlr detta projekt Ur en retrospektiv synvinkel saring borde man ha startat med att bygga en mindre droumlnar demo Detta hade foumlrenklat mycket och oumlkat chanserna foumlr stoumlrre antal och mer lyckade testflygningar Att transportera och manoumlvrera en droumlnare av den haumlr storleken kan saring haumlr i efterhand anses alltfoumlr avancerat att starta med som nyboumlrjare paring droumlnaromraringdet

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

37

Om man hade foumlrutsett svaringrigheterna med att manoumlvrera droumlnaren saring skulle studiebesoumlk paring flygklubbar och naumlrmare stoumld samt instruktioner fraringn erfarna piloter prioriterats vilket troligen hade bidragit till stabilare och mer lyckade testflygningar En av de delar som inte haft moumljlighet att bli testad upprepade garingnger aumlr landningsstaumlllet Det kunde dock konstateras att det var underdimensionerat och instabilt Ett saumltt att foumlrbaumlttra landningsstaumlllets funktion skulle vara att anvaumlnda korsstag En annan viktig aspekt som skapat vaumlldigt mycket frustration och foumlrsvaringrat arbetet aumlr avsaknaden av ett vaumllutrustat labb med bra verktyg Maringnga garingnger saknades korrekt verktyg eller saring var verktygen av laringg kvalitet Detta tog mycket tid i anspraringk att aringtgaumlrda eller jobba sig runt Saumlrskilt behoumlvs en bra loumldstation och precisionsverktyg vara av ytterst vikt Sammantaget anser gruppen att maringl och syfte med projektet har uppnaringtts Dock har gruppen underskattat en rad potentiella komplikationer naumlr man med hobbyverktyg och nyboumlrjarkunskap tar sig an ett projekt av den haumlr kalibern Gruppen aumlr daumlrfoumlr noumljd att utifraringn sina foumlrutsaumlttningar ha kunnat paringvisa moumljliga samhaumlllsnyttiga funktioner med droumlnare och att bygga en demo som exempel paring detta

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

38

11 Referenslista [1] US Air force RQ- Global (awk Tillgaumlnglig httpwwwafmilAboutUsFactSheetsDisplaytabid224Article104516rq-4-global-hawkaspx 2014 (Acc 2016-05-25) [2] Wikipedia Electronic speed control Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiVTOL 2008 (Acc 2016-05-25) [3] ArduPilot Dev Team Chopper home Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterindexhtml 2016 (Acc 2016-05-25) [4] Multicoptesrarefun There are several popular frame layouts for multicopters httpmulticoptersarefuncomMulticopterOverviewhtml (Acc 2016-05-25) [5] Kim Nordqvist (exacopter med propeller riktning 6 [6] Wikipedia Lithium polymer battery Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiLithium_polymer_battery 2010 (Acc 2016-05-25) [7] M)T Electric Vehicle Team A guide to understanding battery specifications Tillgaumlnglighttpwebmiteduevtsummary_battery_specificationspdf 2008 (Acc 2016-05-25) [8] Jon Titus Careful designers get the most from brushless DC motors ECN Electronic Communication Network Tillgaumlnglig httpwwwecnmagcomarticle201208careful-designers-get-most-brushless-dc-motors 2012 (Acc 2016-05-25) [9] Wikipedia Motor constants Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiMotor_constants 2016 (Acc 2016-05-25) [10] ArduPilot Dev Team Connect ESCs and Motors Tillgaumlnglig httpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtml 2016 (Acc 2016-05-25) [11] Wikipedia Propeller aeronautics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPropeller_(aeronautics) 2011 (Acc 2016-05-25) [11] [12] ArduPilot Dev Team Attach propellers Tillgaumlnglighttpardupilotorgcopterdocsconnect-escs-and-motorshtmlattach-propellers 2016 (Acc 2016-05-25) [13] Pilotfriend Fixed wing flight training Tillgaumlnglig httpwwwpilotfriendcomtrainingflight_trainingfxd_wingpropshtm (Acc 2016-05-25) [14] David Windestaringl FPV Starting guide RCExplorer Tillgaumlnglig httprcexplorerseeducational200909fpv-starting-guide2009 (Acc 2016-05-25) [15] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [16] US Department of energy Top Things you didnt know about carbon fiber Tillgaumlnglig httpenergygovarticlestop-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber 2013 (Acc 2016-05-25) [17] The ProspectorUnderwriters Laboratories UL Polylactic Acid (PLA) Typical Properties Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics34ctpolylactic-acid-pla-properties-processing (Acc 2016-05-25) [18] Wikipedia Polylactic acid Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiPolylactic_acidcite_note-3 2015(Acc 2016-05-25) [19] The ProspectorUnderwriters Laboratirues (UL) Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS Typical Properties generic ABS Tillgaumlnglig httpplasticsulprospectorcomgenerics1ctacrylonitrile-butadiene-styrene-abs-properties-processing (Acc 2016-05-25)

39

[20] Stratasys Dimension es Tillgaumlnglig httpwwwstratasyscom3d-printersdesign-seriesdimension-1200es (Acc 2016-05-25) [21] Jimmy Eriksson Pugh-matris droumlnarkonfigurationer 6 [22] Ecalc 2009 Simuleringsverkyg Tillgaumlnglig httpwwwecalcchxcoptercalcphpecalcamplang=en (Acc 2016-05-25) [23] Hobby King Zippy Flightmax mA( Tillgaumlnglig httpwwwhobbykingcomhobbykingstore__16228__ZIPPY_Flightmax_8000mAh_6S1P_30Chtml (Acc 2016-05-25) [24] Tarot Tarot Kv Tillgaumlnglig httpwwwtarot-rccomindexphpmain_page=product_infoampproducts_id=248 (Acc 2016-05-25) [25] Hobby King ESC Turnigy Multistar A Tillgaumlnglig httpwwwhobbykingcomhobbykingstore__65156__Turnigy_Multistar_30A_Slim_V2_ESC_With_BLHeli_OPTO_2_6Shtml (Acc 2016-05-25) [26] (obby King APC Propeller 6 Tillgaumlnglig httpwwwhobbykingcomhobbykingstore__84407__APC_Style_Propeller_16x5_5_Grey_CW_CCW_2pcs_html (Acc 2016-05- 25) [27] (obby King Carbon fiber propeller 6 Tillgaumlnglig httpwwwhobbykingcomhobbykingstore__66709__Quanum_Carbon_Fiber_T_Style _Propeller_16x5_5_CW_CCW_2pcs_htmlstrSearch=quanum20carbon20fiber2016 (Acc 2016-05- 25) [28] Ebay FPV TXRX kit Tillgaumlnglighttpwwwebaycomitm5-8G-FPV-200mW-AV-Transmitter-TX-5-8GHz-Rx-Receiver-TS351-RC805-Kit-Black-251932398372hash=item3aa8575324gcwAAAOSwcwhVN1k5 (Acc 2016-05-25) [29] Kim Nordqvist Pugh-matris olika radiofrekvenser 6 [30] Futaba SG Tillgaumlnglig httpwwwfutabarccomsystemsfutk9410-14sg (Acc 2016-05-25) [31] Raspberry P) foundation Raspberry P) model B Tillgaumlnglig httpswwwraspberrypiorgproductsraspberry-pi-3-model-b 2016 (Acc 2016-05-25) [32] Ebay Mini OSD micro Tillgaumlnglig httpwwwebaycomitmSoldered-Mini-OSD-MICRO-Minim-OSD-W-KV-TEAM-MOD-For-APM-Pixhawk-Naze32-OD010-131743211200hash=item1eac81dec0g4~AAAOSwyjBW2YlY (Acc 2016-05-25) [33] Feiuy-tech Gimbal MiN) d Tillgaumlnglig httpwwwfeiyu-techcomproducts10prm (Acc 2016-05-25) [34] Ebay Kamera 6 TVL Tillgaumlnglig httpwwwebaycomitmMini-600TVL-Plastic-Housing-FPV-30-30mm-Camera-with-SONY-CCD-for-RC-Hot-291289716293hash=item43d2385645gEuIAAOSwmUdUXEKh (Acc 2016-05-25) [35] Ebay Raspberry P) CAM Tillgaumlnglig httpwwwebaycomitmNew-1-3-Camera-Module-Board-5MP-Webcam-Video-1080p-720p-Fast-for-Raspberry-Pi-301734878391hash=item4640ccdcb7gMjQAAOSwQTVV7rVG (Acc 2016-05-25) [36] Ebay V DC elektromagnet Tillgaumlnglig httpwwwebaycomitmDC-12V-Electric-Lifting-Magnet-Electromagnet-Lift-Solenoid-Holding-5Kg-11LB-121173865564hash=item1c3686745cgLTkAAOxyNa9SIL3R (Acc 2016-05-25) [37] Ebay Step down converter Tillgaumlnglig httpwwwebaycomitm161833990353_trksid=p2060353m2749l2649ampssPageName=STRK3AMEBIDX3AIT (Acc 2016-05-25)

40

[38] Sky RC Efule A Power supply Tillgaumlnglig httpwwwskyrccomindexphproute=productproductampproduct_id=167 2015 (Acc 2016-05-25) [39] iCharger 306B Overview iCharger NZ 2011 httpwwwichargerconzProducts306Baspx (Acc 2016-05-25) [40] Jimmy Eriksson Design och bild 2016 [41]Ibid [42]Ibid [43]Ibid [44]Ibid [45]Ibid [46] Ibid [47] Ibid [48] Ibid [49] Ibid [50] Ibid [51] Kim Nordqvist Hexacopter med propellerriktning 2016 [52] Raspberry P) foundation Python Picamera Tillgaumlnglig httpswwwraspberrypiorgdocumentationusagecamerapythonREADMEmd 2016 (Acc 2016-05-25) [53] Raspberry PI foundation GP)O Model a+ b+ raspberry pi 2b and raspberry pi b Tillgaumlnglig httpswwwraspberrypiorgdocumentationusagegpio-plus-and-raspi2 2016 (Acc 2016-05-25) [54]Darlington Transistors Basic Electronics Tutorials Tillgaumlnglig httpwwwelectronics-tutorialswstransistordarlington-transistorhtml 2010 (Acc 2016-05-25) [55] Jimmy Eriksson Design och bild 2016 [56] GNOME Foundation GtkButton Tillgaumlnglig httpsdevelopergnomeorggtk3stableGtkButtonhtml (Acc 2016-05-25) [57] GNU operating system The Button widget Tillgaumlnglig httpwwwgtkorgtutorial12gtk_tut-6html (Acc 2016-05-25) [58] GNOME Foundation Packing Tillgaumlnglig httpsdevelopergnomeorggtk3stablech01s02html (Acc 2016-05-25) [59] Wikipedia Flight dynamics Tillgaumlnglig httpsenwikipediaorgwikiFlight_dynamics_(fixed-wing_aircraft) 2009 (Acc 2016-05-25) [60] Wikipedia (Bild) Yaw Pitch roll httpscommonswikimediaorgwikiFileYaw_Axis_Correctedsvg (Acc 2016-05-25) [61] ArduPilot Dev Team (Bild) Transmitter mode2 setup httpardupilotorgcopter_imagesrc_transmitter_mode2_setuppng 2016 (Acc 2016-05-25) [62] Kim Nordqvist bild fraringn mission planner 2016 [63] Kim Nordqvist Foto Droumlnarplattan 2016 [64]Ibid [65]Ibid [66] Ge Industrial Larry Pryor Rick Schlobohm Bill Brownell A comparison of aluminium vs copper as used in electrical equipment Tillgaumlnglig httpappsgeindustrialcompublibrarycheckoutAlum-CopperTNR=White20Papers|Alum-Copper|generic (Acc 2016-05-25)

41

[67] Hobby King Zippy Flightmax mA( Tillgaumlnglig httpwwwhobbykingcomhobbykingstore__16228__ZIPPY_Flightmax_8000mAh_6S1P_30Chtml (Acc 2016-05-25) [68] Tarot Tarot Kv Tillgaumlnglig httpwwwtarot-rccomindexphpmain_page=product_infoampproducts_id=248 (Acc 2016-05-25) [69] Hobby King ESC Turnigy Multistar A Tillgaumlnglig httpwwwhobbykingcomhobbykingstore__65156__Turnigy_Multistar_30A_Slim_V2_ESC_With_BLHeli_OPTO_2_6Shtml (Acc 2016-05-25) [70] Ebay FPV TXRX kit Tillgaumlnglighttpwwwebaycomitm5-8G-FPV-200mW-AV-Transmitter-TX-5-8GHz-Rx-Receiver-TS351-RC805-Kit-Black-251932398372hash=item3aa8575324gcwAAAOSwcwhVN1k5 (Acc 2016-05-25) [71] Futaba SG Tillgaumlnglig httpwwwfutabarccomsystemsfutk9410-14sg (Acc 2016-05-25) [72] Ebay Kamera 6 TVL Tillgaumlnglig httpwwwebaycomitmMini-600TVL-Plastic-Housing-FPV-30-30mm-Camera-with-SONY-CCD-for-RC-Hot-291289716293hash=item43d2385645gEuIAAOSwmUdUXEKh (Acc 2016-05-25) [73] Raspberry PI foundation GP)O Model a+ b+ raspberry pi b and raspberry pi b Tillgaumlnglig httpswwwraspberrypiorgdocumentationusagegpio-plus-and-raspi2 2016 (Acc 2016-05-25) [74] Sky RC Efule A Power supply Tillgaumlnglig httpwwwskyrccomindexphproute=productproductampproduct_id=167 2015 (Acc 2016-05-25) [75] iCharger 306B Overview iCharger NZ 2011 httpwwwichargerconzProducts306Baspx (Acc 2016-05-25) [76] Kim Nordqvist Foto Droumlnarplattan 2016 [77]Ibid [78]Ibid [79]Ibid [80]Ibid [81]Ibid [82]Ibid [83] Kim Nordqvist Design och bild 2016 [84]Ibid [85]Ibid [86]Jimmy Eriksson foto 2016 [87]Ibid

42

Bilaga 11 - Komponenter Batterier[67]

Capacity(mAh) 8000

Config (s) 6

Discharge (c) 30

Weight (g) 1220

Max Charge Rate (C) 5

Length-A(mm) 165

Height-B(mm) 69

Width-C(mm) 52

Motor[68] Motor peripheral diameter 4600mm Stator diameter 410 mm Stator end thickness 140 mm Stator end 24N Motor number of poles 22P Diameter 031mm Per volt speed 320 RPM Volt Of 222V empty annexed current 05 Amps Motor internal resistance 6 mΩ Motor Weight 148 Grams Gear shaft mounting diameter cent 40 mm Motor Length 320 mm Motor shaft total length 370 mm

ESC[69] Specs Constant Current 30A Input Voltage 2-6 cell Lipoly BEC No OPTO PWM 8 KHz Max RPM 240000rpm for 2 Pole Brushless Motor PCB Size 40mm x 17mm Discharge Plugs Male 35 Bullet Connector Motor Plugs Female 35mm Bullet Connector Weight 32g Kaumlllahttpwwwhobbykingcomhobbykingstore__65156__Turnigy_Multistar_30A_Slim_V2_ESC_With_BLHeli_OPTO_2_6Shtml FPV-System[70]

Wireless transmitter Model no TS351

58G 200mW 8 channel AV transmitter Modulation Wideband FM modulation Video format NTSC PAL

43

Output impedance 50Ohm Output power 22dBm (21~23dBm) Channel frequency CH1 5705 CH2 5685 CH3 5665 CH4 5645

CH5 5885 CH6 5905 CH7 5925 CH8 5945 MHz Operating voltage 12V (70-15V) Supply current 150mA Operating temperature -10 ~ +85 Video band width 80MHz Audio carrier frequency 65MHz Video input level 10Vp-p (08~12Vp-p) Video input impedance 75ohm Audio input level 05~20Vp-p Audio input impedance 10Kohm Antenna connector SMA Product size Approx 55 26 17cm 22 10 07in (No including antenna) Product net weight Approx 25g 088oz (No including antenna) Wireless receiver Model no RC805 Receiving frequency 5725 ~ 5865MHz 8 Channels Receiving sensitivity -90dBm Frequency control Built-in frequency and phrase lock loop Double lines AV output Analog AV signal output Antenna connectors Inside the needle Power supply voltage 65V ~ 12V Supply current 150mA Operating temperature -10 ~ +50 +14 ~ +122 Storage temperature -20 ~ +60 -4 ~ +140 Operating humidity 85 RH Housing color Black Product size Approx75 54 16cm 30 21 06in(No including antenna) Product net weight Approx 42g 147oz (No including antenna) Total information Package size Approx 136 67 72cm 54 26 28in Package weight Approx 177g 624oz Radiolaumlnk[71] Futaba t14SG Sony ⅓ 6 TVL kamera[72] Specifications Item Camera Image sensor 13 SONY CCD Resolution 600TVL TV system PAL753(H) 582(V) Operating voltage DC-12V Current consumption 70mA or less Synchronization Internal S N ratio More than 48dB Illumination 05Lux Video output VBS 10P-P75oms Digital noise reduction 2 DNR White balance ATW1ATW2MANUAL

44

Working temperature -10 C ~ +60 C Storage temperature -20 C ~ +80 C Item size Approx 32 30 30cm 13 12 12in Item weight 14g 05oz Package size 96 67 57cm 38 26 22in Package weight 65g 23oz Raspberry 3b[73] Naumltaggregat [74] Laddare[75]

Bilaga 12 ndash Kostnad Kostnad foumlr inkoumlp av komponenter Vid val av komponenter sker prioriteringen utifraringn foumlljande parametrar i foumlljande ordning funktion vikt och kostnad Produkterna maringste uppfylla de tekniska funktioner som systemet designas foumlr Laringg vikt har houmlg prioritet daring vikt har stor paringverkan paring systemets flygtid Kostnaden foumlr produkterna maringste haringllas laringg med tanke paring budget Den totala kostnaden foumlr det haumlr projektet delas upp i tvaring poster kostnader foumlr sjaumllva droumlnaren och kostnader foumlr stoumldsystem Posten stoumldsystem inneharingller kostnad foumlr till exempel naumltaggregat och batteriladdare Kostnad droumlnare13640 kr Kostnad stoumldsystem 2500 kr Slutsats inkoumlp och simulering av droumlnarsystemet Med hjaumllp av simuleringar och resonemang kring droumlnarens uppgift har en hexacopter-konfiguration valts ut Flygdatorn aumlr av typen APM och tillaringter GPS-navigering Droumlnarkroppen designas foumlr att moumlta kravspecifikationen Vidare anvaumlnds Kv motorer med 6 -propellrar daring dessa anpassat till projektets taumlnkta lastvikt ger den laumlngsta flygtiden Droumlnaren utrustas med tvaring FPV-system Ett analogt som saumlnder oumlver 58 GHz och ett digitalt som anvaumlnder 3G-naumltet (TCPIP) Anledningen till att tvaring system vaumlljs aumlr foumlr att det digitala systemet inte saumlkert fungerar daring latenstiden foumlr ett saringdant system aumlr okaumlnd detta upplaumlgg aumlr inte saumlrskilt vaumllstuderat IR-kamera anvaumlnds inte daring inkoumlp av en blir foumlr dyrt Lasten aumlr att vara kopplad till ett system som bygger paring att tvaring elektromagneter haringller uppe lasten tills dess att lasten ska slaumlppas Magneterna ska kunna styras fraringn en Raspberry Pi 3b Kommunikationen till droumlnaren med avseende paring flyginput sker oumlver 24GHz och saumlnds fraringn en radiokontroll Kostnad foumlr droumlnare

Komponent Namn Antal

Ca prisst(kr) Totalt

Motor Tarot 4114 6 325 1950

45

ESC Turnigy Multistar 30 A Slim 6 120 720

Batteri Zippy Flightmax 8000 mAh 2 510 1020

Kolfiberroumlr 22x20x500 matt 6 140 840 Kolfiberroumlr 16x14x500 matt 4 105 420 Propeller APC 1555 4 110 440 Propeller Quanum 16x55 5 120 600 Kablage amp tillbehoumlr

1 200 200

On board dator Raspberry pi 3b+ minneskort 1 700 700

Radiolaumlnk Futaba t14SG +r7008 sb 1 3400 3400 FC APM 28 1 400 400 FPV TX RX Boscam 1 250 250 OSD OSD 1 100 100 FPV kamera Sony 600 tvl 1 200 200 Gimbal Feiyu tech mini 3d 1 1400 1400 Oumlvrigt Reservdelardiverse mm 1 1000 1000

Summa kr 13640

Komponent

Antal Ca prisst(kr) Totalt

Naumlttag SKYRC Efuel 30 A 1 1100 1100 Batteri laddare iCharger 306 b 1 1400 1400

Summa kr 2500

Pris aumlr baserat paring vaumlxlixgkurs SEK- Euro 2016-05-27

Bilaga 13 - Kod Programkod MainCC include ltgtkgtkhgt Importerar biblotek gtkh aumlr bibloteket som hanterar GUI koden include ltstdiohgt include ltstdlibhgt Funktioner som nyttjas vid knapp tryck static void Active_magnet (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Activate loading lock blir triggad skall denna funktion anropas

46

system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programactive_magnetsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet active_magnetsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void Inactive_magnet (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Drop cargo blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programInactive_magnetsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet INactive_magnetsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void START_STREAM (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Start video-stream blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programSTART_STREAMsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet START_STREAMsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void View_stream (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen View steam blir triggad skall denna funktion anropas Skriver det inom till terminalen Kommandot oumlppnar GST-Viewer Vidare oumlppnas videolaumlnken mot ddns adressen bouncingbetty2chickenkillercom paring port 5000 system(gst-launch-10 -v tcpclientsrc host= bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 gdpdepay rtph264depay avdec_h264 videoconvert autovideosink sync=false amp) static void Pkill (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Kill video steam blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom pkill -f raspivid) Kopplar upp mot PI med ssh och staumlnger stream servern static void Funktion daumlr knappar laumlnkas och definieras activate (GtkApplication app gpointer user_data) GtkWidget window Foumlnster initiering GtkWidget grid Rutmoumlnster initiering GtkWidget button knapp initiering

47

window = gtk_application_window_new (app) Skapar Foumlnstret gtk_window_set_title (GTK_WINDOW (window) HexaPI Controller) Doumlper Foumlnstret gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (window) 10) skapar kontainern daumlr knappar ska faumlstas emot grid = gtk_grid_new () gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window) grid)

button = gtk_button_new_with_label (Start video-stream ) skapar knappen Start video-stream g_signal_connect (button clicked G_CALLBACK (START_STREAM) NULL) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen START_STREAM koumlras

gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (View stream) skapar knappen View stream g_signal_connect (button clicked G_CALLBACK (View_stream) NULL)Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen View_streamkoumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 1 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering button = gtk_button_new_with_label (Activate loading lock) skapar knappen Activate loading lock g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Active_magnet) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Active_magnet koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 2 1 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering button = gtk_button_new_with_label (Drop cargo) skapar knappen Drop cargo g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Inactive_magnet) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Inactive_magnet koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 2 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (Kill video stream) skapar knappen Kill video stream g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Pkill) window)Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Pkill koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 1 1 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (Quit) skapar knappen Kill video stream

48

g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (gtk_widget_destroy) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen gtk_widget_destroy koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 2 4 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

gtk_widget_show_all (window) Visar alla knappar samtidigt paring det oumlppnade froumlnstret int main (int argc char argv) GtkApplication app int status app = gtk_application_new (orggtkexample G_APPLICATION_FLAGS_NONE) programsnutten som startar activate funktionen Detta saumltter igaringng knapp och foumlnster hanteringen g_signal_connect (app activate G_CALLBACK (activate) NULL) status = g_application_run (G_APPLICATION (app) argc argv) g_object_unref (app) return status httpsdevelopergnomeorggtk3stablegtk-getting-startedhtml har nyttjats foumlr att foumlrstaring och ha moumljlighet att skapa detta program

Programkod superscriptpy Denna kod nyttjas foumlr att saumltta Raspberry pi utgaringngarna till ett fast vaumlrde naumlr PIn startas Detta program anropas ac ett bash script som koumlrs direkt vid boot up import os import time import RPiGPIO as GPIO Importerar GPIO biblotek GPIOsetmode(GPIOBOARD) GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 18 till ingaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 16 till ingaringng

49

GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter outgaringngarna laringgt GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

Programkod Magnet_drop_v1py import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng GPIOsetup(16GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) Saumltter 16 till ingaringng GPIOsetup(18GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) saumltter 17 till ingaringng

input = GPIOinput(16) and GPIOinput(18) skapar variabeln input Imput beror paring ingaringngarna pin 16 och 18 var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 print Welcome ossystem(clear) while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop if input om input aumlr sann kommer GPIO 13 och 11 att laumlggas laringga Detta goumlr att spaumlnningen till magneterna bryts och lasten slaumlpps GPIOoutput(13GPIOLOW) GPIOoutput(11GPIOLOW) timesleep(3) goumlr att portarna aumlr laringga i 3 sekunder else GPIOoutput(13GPIOHIGH) om inte input aumlr sann skall GPIO 13 och 11 vara houmlga dvs magneterna aumlr spaumlnningssatta GPIOoutput(11GPIOHIGH)

GPIOcleanup()

Programkod MagnetDrop_on_bootpy import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet

50

GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter GPIO pin 13 och 11 laringgt -gt Lasten slaumlpps ty spaumlnningen bryts GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

BASH ndash Script active_magnetsh pkill -f MagnetDrop_on_bootpy Doumldar programet MagnetDrop_on_bootpy python c_programMagnetDrop_v1py Oumlppnar Magnetdrop_v1py

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script START_STREAMsh Kommando rad foumlr att starta video stroumlm paring PI -h och -w avgoumlr upploumlsningen paring stroumlmmen -Fps uppdateringsfrekvensen Stroumlmmen laumlgs paring dnss servern bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 raspivid -t 999999 -h 480 -w 640 -fps 25 -fps 10 -hf -b 2000000 -o - | gst-launch-10 -v fdsrc h264parse rtph264pay config-interval=1 pt=96 gdppay tcpserversink host=bouncingbetty2chickenkillercom port=5000

51

Bilaga 14 ndash Bilder

Figur 24 Bilden visar foumlrsaumlnkning och genomfoumlringar[76]

Figur 25 Bild visar elektronikplattan med buntband[77]

Figur 26 Bild visar topplattan[78]

52

Figur 27 Bild visar distanshylsa[79]

Figur 28 Bild paring motor med faumlstharingl markerade med roumld pil[80]

Figur 29 Faumlsten foumlr bandet som ska markera var graumlnsen garingr Gul pil markerar haringl foumlr sprint till roumlr[81]

Figur 30 Haringllare foumlr gaumlngstav monteras paring flygkroppen[82]

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

44

Working temperature -10 C ~ +60 C Storage temperature -20 C ~ +80 C Item size Approx 32 30 30cm 13 12 12in Item weight 14g 05oz Package size 96 67 57cm 38 26 22in Package weight 65g 23oz Raspberry 3b[73] Naumltaggregat [74] Laddare[75]

Bilaga 12 ndash Kostnad Kostnad foumlr inkoumlp av komponenter Vid val av komponenter sker prioriteringen utifraringn foumlljande parametrar i foumlljande ordning funktion vikt och kostnad Produkterna maringste uppfylla de tekniska funktioner som systemet designas foumlr Laringg vikt har houmlg prioritet daring vikt har stor paringverkan paring systemets flygtid Kostnaden foumlr produkterna maringste haringllas laringg med tanke paring budget Den totala kostnaden foumlr det haumlr projektet delas upp i tvaring poster kostnader foumlr sjaumllva droumlnaren och kostnader foumlr stoumldsystem Posten stoumldsystem inneharingller kostnad foumlr till exempel naumltaggregat och batteriladdare Kostnad droumlnare13640 kr Kostnad stoumldsystem 2500 kr Slutsats inkoumlp och simulering av droumlnarsystemet Med hjaumllp av simuleringar och resonemang kring droumlnarens uppgift har en hexacopter-konfiguration valts ut Flygdatorn aumlr av typen APM och tillaringter GPS-navigering Droumlnarkroppen designas foumlr att moumlta kravspecifikationen Vidare anvaumlnds Kv motorer med 6 -propellrar daring dessa anpassat till projektets taumlnkta lastvikt ger den laumlngsta flygtiden Droumlnaren utrustas med tvaring FPV-system Ett analogt som saumlnder oumlver 58 GHz och ett digitalt som anvaumlnder 3G-naumltet (TCPIP) Anledningen till att tvaring system vaumlljs aumlr foumlr att det digitala systemet inte saumlkert fungerar daring latenstiden foumlr ett saringdant system aumlr okaumlnd detta upplaumlgg aumlr inte saumlrskilt vaumllstuderat IR-kamera anvaumlnds inte daring inkoumlp av en blir foumlr dyrt Lasten aumlr att vara kopplad till ett system som bygger paring att tvaring elektromagneter haringller uppe lasten tills dess att lasten ska slaumlppas Magneterna ska kunna styras fraringn en Raspberry Pi 3b Kommunikationen till droumlnaren med avseende paring flyginput sker oumlver 24GHz och saumlnds fraringn en radiokontroll Kostnad foumlr droumlnare

Komponent Namn Antal

Ca prisst(kr) Totalt

Motor Tarot 4114 6 325 1950

45

ESC Turnigy Multistar 30 A Slim 6 120 720

Batteri Zippy Flightmax 8000 mAh 2 510 1020

Kolfiberroumlr 22x20x500 matt 6 140 840 Kolfiberroumlr 16x14x500 matt 4 105 420 Propeller APC 1555 4 110 440 Propeller Quanum 16x55 5 120 600 Kablage amp tillbehoumlr

1 200 200

On board dator Raspberry pi 3b+ minneskort 1 700 700

Radiolaumlnk Futaba t14SG +r7008 sb 1 3400 3400 FC APM 28 1 400 400 FPV TX RX Boscam 1 250 250 OSD OSD 1 100 100 FPV kamera Sony 600 tvl 1 200 200 Gimbal Feiyu tech mini 3d 1 1400 1400 Oumlvrigt Reservdelardiverse mm 1 1000 1000

Summa kr 13640

Komponent

Antal Ca prisst(kr) Totalt

Naumlttag SKYRC Efuel 30 A 1 1100 1100 Batteri laddare iCharger 306 b 1 1400 1400

Summa kr 2500

Pris aumlr baserat paring vaumlxlixgkurs SEK- Euro 2016-05-27

Bilaga 13 - Kod Programkod MainCC include ltgtkgtkhgt Importerar biblotek gtkh aumlr bibloteket som hanterar GUI koden include ltstdiohgt include ltstdlibhgt Funktioner som nyttjas vid knapp tryck static void Active_magnet (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Activate loading lock blir triggad skall denna funktion anropas

46

system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programactive_magnetsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet active_magnetsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void Inactive_magnet (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Drop cargo blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programInactive_magnetsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet INactive_magnetsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void START_STREAM (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Start video-stream blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programSTART_STREAMsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet START_STREAMsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void View_stream (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen View steam blir triggad skall denna funktion anropas Skriver det inom till terminalen Kommandot oumlppnar GST-Viewer Vidare oumlppnas videolaumlnken mot ddns adressen bouncingbetty2chickenkillercom paring port 5000 system(gst-launch-10 -v tcpclientsrc host= bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 gdpdepay rtph264depay avdec_h264 videoconvert autovideosink sync=false amp) static void Pkill (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Kill video steam blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom pkill -f raspivid) Kopplar upp mot PI med ssh och staumlnger stream servern static void Funktion daumlr knappar laumlnkas och definieras activate (GtkApplication app gpointer user_data) GtkWidget window Foumlnster initiering GtkWidget grid Rutmoumlnster initiering GtkWidget button knapp initiering

47

window = gtk_application_window_new (app) Skapar Foumlnstret gtk_window_set_title (GTK_WINDOW (window) HexaPI Controller) Doumlper Foumlnstret gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (window) 10) skapar kontainern daumlr knappar ska faumlstas emot grid = gtk_grid_new () gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window) grid)

button = gtk_button_new_with_label (Start video-stream ) skapar knappen Start video-stream g_signal_connect (button clicked G_CALLBACK (START_STREAM) NULL) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen START_STREAM koumlras

gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (View stream) skapar knappen View stream g_signal_connect (button clicked G_CALLBACK (View_stream) NULL)Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen View_streamkoumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 1 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering button = gtk_button_new_with_label (Activate loading lock) skapar knappen Activate loading lock g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Active_magnet) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Active_magnet koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 2 1 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering button = gtk_button_new_with_label (Drop cargo) skapar knappen Drop cargo g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Inactive_magnet) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Inactive_magnet koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 2 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (Kill video stream) skapar knappen Kill video stream g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Pkill) window)Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Pkill koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 1 1 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (Quit) skapar knappen Kill video stream

48

g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (gtk_widget_destroy) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen gtk_widget_destroy koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 2 4 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

gtk_widget_show_all (window) Visar alla knappar samtidigt paring det oumlppnade froumlnstret int main (int argc char argv) GtkApplication app int status app = gtk_application_new (orggtkexample G_APPLICATION_FLAGS_NONE) programsnutten som startar activate funktionen Detta saumltter igaringng knapp och foumlnster hanteringen g_signal_connect (app activate G_CALLBACK (activate) NULL) status = g_application_run (G_APPLICATION (app) argc argv) g_object_unref (app) return status httpsdevelopergnomeorggtk3stablegtk-getting-startedhtml har nyttjats foumlr att foumlrstaring och ha moumljlighet att skapa detta program

Programkod superscriptpy Denna kod nyttjas foumlr att saumltta Raspberry pi utgaringngarna till ett fast vaumlrde naumlr PIn startas Detta program anropas ac ett bash script som koumlrs direkt vid boot up import os import time import RPiGPIO as GPIO Importerar GPIO biblotek GPIOsetmode(GPIOBOARD) GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 18 till ingaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 16 till ingaringng

49

GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter outgaringngarna laringgt GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

Programkod Magnet_drop_v1py import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng GPIOsetup(16GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) Saumltter 16 till ingaringng GPIOsetup(18GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) saumltter 17 till ingaringng

input = GPIOinput(16) and GPIOinput(18) skapar variabeln input Imput beror paring ingaringngarna pin 16 och 18 var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 print Welcome ossystem(clear) while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop if input om input aumlr sann kommer GPIO 13 och 11 att laumlggas laringga Detta goumlr att spaumlnningen till magneterna bryts och lasten slaumlpps GPIOoutput(13GPIOLOW) GPIOoutput(11GPIOLOW) timesleep(3) goumlr att portarna aumlr laringga i 3 sekunder else GPIOoutput(13GPIOHIGH) om inte input aumlr sann skall GPIO 13 och 11 vara houmlga dvs magneterna aumlr spaumlnningssatta GPIOoutput(11GPIOHIGH)

GPIOcleanup()

Programkod MagnetDrop_on_bootpy import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet

50

GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter GPIO pin 13 och 11 laringgt -gt Lasten slaumlpps ty spaumlnningen bryts GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

BASH ndash Script active_magnetsh pkill -f MagnetDrop_on_bootpy Doumldar programet MagnetDrop_on_bootpy python c_programMagnetDrop_v1py Oumlppnar Magnetdrop_v1py

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script START_STREAMsh Kommando rad foumlr att starta video stroumlm paring PI -h och -w avgoumlr upploumlsningen paring stroumlmmen -Fps uppdateringsfrekvensen Stroumlmmen laumlgs paring dnss servern bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 raspivid -t 999999 -h 480 -w 640 -fps 25 -fps 10 -hf -b 2000000 -o - | gst-launch-10 -v fdsrc h264parse rtph264pay config-interval=1 pt=96 gdppay tcpserversink host=bouncingbetty2chickenkillercom port=5000

51

Bilaga 14 ndash Bilder

Figur 24 Bilden visar foumlrsaumlnkning och genomfoumlringar[76]

Figur 25 Bild visar elektronikplattan med buntband[77]

Figur 26 Bild visar topplattan[78]

52

Figur 27 Bild visar distanshylsa[79]

Figur 28 Bild paring motor med faumlstharingl markerade med roumld pil[80]

Figur 29 Faumlsten foumlr bandet som ska markera var graumlnsen garingr Gul pil markerar haringl foumlr sprint till roumlr[81]

Figur 30 Haringllare foumlr gaumlngstav monteras paring flygkroppen[82]

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

45

ESC Turnigy Multistar 30 A Slim 6 120 720

Batteri Zippy Flightmax 8000 mAh 2 510 1020

Kolfiberroumlr 22x20x500 matt 6 140 840 Kolfiberroumlr 16x14x500 matt 4 105 420 Propeller APC 1555 4 110 440 Propeller Quanum 16x55 5 120 600 Kablage amp tillbehoumlr

1 200 200

On board dator Raspberry pi 3b+ minneskort 1 700 700

Radiolaumlnk Futaba t14SG +r7008 sb 1 3400 3400 FC APM 28 1 400 400 FPV TX RX Boscam 1 250 250 OSD OSD 1 100 100 FPV kamera Sony 600 tvl 1 200 200 Gimbal Feiyu tech mini 3d 1 1400 1400 Oumlvrigt Reservdelardiverse mm 1 1000 1000

Summa kr 13640

Komponent

Antal Ca prisst(kr) Totalt

Naumlttag SKYRC Efuel 30 A 1 1100 1100 Batteri laddare iCharger 306 b 1 1400 1400

Summa kr 2500

Pris aumlr baserat paring vaumlxlixgkurs SEK- Euro 2016-05-27

Bilaga 13 - Kod Programkod MainCC include ltgtkgtkhgt Importerar biblotek gtkh aumlr bibloteket som hanterar GUI koden include ltstdiohgt include ltstdlibhgt Funktioner som nyttjas vid knapp tryck static void Active_magnet (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Activate loading lock blir triggad skall denna funktion anropas

46

system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programactive_magnetsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet active_magnetsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void Inactive_magnet (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Drop cargo blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programInactive_magnetsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet INactive_magnetsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void START_STREAM (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Start video-stream blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programSTART_STREAMsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet START_STREAMsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void View_stream (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen View steam blir triggad skall denna funktion anropas Skriver det inom till terminalen Kommandot oumlppnar GST-Viewer Vidare oumlppnas videolaumlnken mot ddns adressen bouncingbetty2chickenkillercom paring port 5000 system(gst-launch-10 -v tcpclientsrc host= bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 gdpdepay rtph264depay avdec_h264 videoconvert autovideosink sync=false amp) static void Pkill (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Kill video steam blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom pkill -f raspivid) Kopplar upp mot PI med ssh och staumlnger stream servern static void Funktion daumlr knappar laumlnkas och definieras activate (GtkApplication app gpointer user_data) GtkWidget window Foumlnster initiering GtkWidget grid Rutmoumlnster initiering GtkWidget button knapp initiering

47

window = gtk_application_window_new (app) Skapar Foumlnstret gtk_window_set_title (GTK_WINDOW (window) HexaPI Controller) Doumlper Foumlnstret gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (window) 10) skapar kontainern daumlr knappar ska faumlstas emot grid = gtk_grid_new () gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window) grid)

button = gtk_button_new_with_label (Start video-stream ) skapar knappen Start video-stream g_signal_connect (button clicked G_CALLBACK (START_STREAM) NULL) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen START_STREAM koumlras

gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (View stream) skapar knappen View stream g_signal_connect (button clicked G_CALLBACK (View_stream) NULL)Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen View_streamkoumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 1 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering button = gtk_button_new_with_label (Activate loading lock) skapar knappen Activate loading lock g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Active_magnet) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Active_magnet koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 2 1 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering button = gtk_button_new_with_label (Drop cargo) skapar knappen Drop cargo g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Inactive_magnet) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Inactive_magnet koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 2 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (Kill video stream) skapar knappen Kill video stream g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Pkill) window)Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Pkill koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 1 1 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (Quit) skapar knappen Kill video stream

48

g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (gtk_widget_destroy) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen gtk_widget_destroy koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 2 4 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

gtk_widget_show_all (window) Visar alla knappar samtidigt paring det oumlppnade froumlnstret int main (int argc char argv) GtkApplication app int status app = gtk_application_new (orggtkexample G_APPLICATION_FLAGS_NONE) programsnutten som startar activate funktionen Detta saumltter igaringng knapp och foumlnster hanteringen g_signal_connect (app activate G_CALLBACK (activate) NULL) status = g_application_run (G_APPLICATION (app) argc argv) g_object_unref (app) return status httpsdevelopergnomeorggtk3stablegtk-getting-startedhtml har nyttjats foumlr att foumlrstaring och ha moumljlighet att skapa detta program

Programkod superscriptpy Denna kod nyttjas foumlr att saumltta Raspberry pi utgaringngarna till ett fast vaumlrde naumlr PIn startas Detta program anropas ac ett bash script som koumlrs direkt vid boot up import os import time import RPiGPIO as GPIO Importerar GPIO biblotek GPIOsetmode(GPIOBOARD) GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 18 till ingaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 16 till ingaringng

49

GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter outgaringngarna laringgt GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

Programkod Magnet_drop_v1py import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng GPIOsetup(16GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) Saumltter 16 till ingaringng GPIOsetup(18GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) saumltter 17 till ingaringng

input = GPIOinput(16) and GPIOinput(18) skapar variabeln input Imput beror paring ingaringngarna pin 16 och 18 var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 print Welcome ossystem(clear) while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop if input om input aumlr sann kommer GPIO 13 och 11 att laumlggas laringga Detta goumlr att spaumlnningen till magneterna bryts och lasten slaumlpps GPIOoutput(13GPIOLOW) GPIOoutput(11GPIOLOW) timesleep(3) goumlr att portarna aumlr laringga i 3 sekunder else GPIOoutput(13GPIOHIGH) om inte input aumlr sann skall GPIO 13 och 11 vara houmlga dvs magneterna aumlr spaumlnningssatta GPIOoutput(11GPIOHIGH)

GPIOcleanup()

Programkod MagnetDrop_on_bootpy import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet

50

GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter GPIO pin 13 och 11 laringgt -gt Lasten slaumlpps ty spaumlnningen bryts GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

BASH ndash Script active_magnetsh pkill -f MagnetDrop_on_bootpy Doumldar programet MagnetDrop_on_bootpy python c_programMagnetDrop_v1py Oumlppnar Magnetdrop_v1py

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script START_STREAMsh Kommando rad foumlr att starta video stroumlm paring PI -h och -w avgoumlr upploumlsningen paring stroumlmmen -Fps uppdateringsfrekvensen Stroumlmmen laumlgs paring dnss servern bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 raspivid -t 999999 -h 480 -w 640 -fps 25 -fps 10 -hf -b 2000000 -o - | gst-launch-10 -v fdsrc h264parse rtph264pay config-interval=1 pt=96 gdppay tcpserversink host=bouncingbetty2chickenkillercom port=5000

51

Bilaga 14 ndash Bilder

Figur 24 Bilden visar foumlrsaumlnkning och genomfoumlringar[76]

Figur 25 Bild visar elektronikplattan med buntband[77]

Figur 26 Bild visar topplattan[78]

52

Figur 27 Bild visar distanshylsa[79]

Figur 28 Bild paring motor med faumlstharingl markerade med roumld pil[80]

Figur 29 Faumlsten foumlr bandet som ska markera var graumlnsen garingr Gul pil markerar haringl foumlr sprint till roumlr[81]

Figur 30 Haringllare foumlr gaumlngstav monteras paring flygkroppen[82]

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

46

system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programactive_magnetsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet active_magnetsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void Inactive_magnet (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Drop cargo blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programInactive_magnetsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet INactive_magnetsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void START_STREAM (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Start video-stream blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom sh c_programSTART_STREAMsh amp) Skriver det inom till terminalen Detta goumlr att en SSH tunell oumlppnas mot vaumlrddatorn (raspberryn) Naumlr tunneln mot vaumlrddatorn aumlr oumlppen skall bash scriptet START_STREAMsh oumlppnas amp betyder att vi ej vaumlntar paring svar paring scriptet static void View_stream (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen View steam blir triggad skall denna funktion anropas Skriver det inom till terminalen Kommandot oumlppnar GST-Viewer Vidare oumlppnas videolaumlnken mot ddns adressen bouncingbetty2chickenkillercom paring port 5000 system(gst-launch-10 -v tcpclientsrc host= bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 gdpdepay rtph264depay avdec_h264 videoconvert autovideosink sync=false amp) static void Pkill (GtkWidget widget gpointer data) Naumlr knappen Kill video steam blir triggad skall denna funktion anropas system(ssh pibouncingbetty2chickenkillercom pkill -f raspivid) Kopplar upp mot PI med ssh och staumlnger stream servern static void Funktion daumlr knappar laumlnkas och definieras activate (GtkApplication app gpointer user_data) GtkWidget window Foumlnster initiering GtkWidget grid Rutmoumlnster initiering GtkWidget button knapp initiering

47

window = gtk_application_window_new (app) Skapar Foumlnstret gtk_window_set_title (GTK_WINDOW (window) HexaPI Controller) Doumlper Foumlnstret gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (window) 10) skapar kontainern daumlr knappar ska faumlstas emot grid = gtk_grid_new () gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window) grid)

button = gtk_button_new_with_label (Start video-stream ) skapar knappen Start video-stream g_signal_connect (button clicked G_CALLBACK (START_STREAM) NULL) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen START_STREAM koumlras

gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (View stream) skapar knappen View stream g_signal_connect (button clicked G_CALLBACK (View_stream) NULL)Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen View_streamkoumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 1 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering button = gtk_button_new_with_label (Activate loading lock) skapar knappen Activate loading lock g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Active_magnet) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Active_magnet koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 2 1 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering button = gtk_button_new_with_label (Drop cargo) skapar knappen Drop cargo g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Inactive_magnet) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Inactive_magnet koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 2 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (Kill video stream) skapar knappen Kill video stream g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Pkill) window)Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Pkill koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 1 1 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (Quit) skapar knappen Kill video stream

48

g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (gtk_widget_destroy) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen gtk_widget_destroy koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 2 4 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

gtk_widget_show_all (window) Visar alla knappar samtidigt paring det oumlppnade froumlnstret int main (int argc char argv) GtkApplication app int status app = gtk_application_new (orggtkexample G_APPLICATION_FLAGS_NONE) programsnutten som startar activate funktionen Detta saumltter igaringng knapp och foumlnster hanteringen g_signal_connect (app activate G_CALLBACK (activate) NULL) status = g_application_run (G_APPLICATION (app) argc argv) g_object_unref (app) return status httpsdevelopergnomeorggtk3stablegtk-getting-startedhtml har nyttjats foumlr att foumlrstaring och ha moumljlighet att skapa detta program

Programkod superscriptpy Denna kod nyttjas foumlr att saumltta Raspberry pi utgaringngarna till ett fast vaumlrde naumlr PIn startas Detta program anropas ac ett bash script som koumlrs direkt vid boot up import os import time import RPiGPIO as GPIO Importerar GPIO biblotek GPIOsetmode(GPIOBOARD) GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 18 till ingaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 16 till ingaringng

49

GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter outgaringngarna laringgt GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

Programkod Magnet_drop_v1py import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng GPIOsetup(16GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) Saumltter 16 till ingaringng GPIOsetup(18GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) saumltter 17 till ingaringng

input = GPIOinput(16) and GPIOinput(18) skapar variabeln input Imput beror paring ingaringngarna pin 16 och 18 var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 print Welcome ossystem(clear) while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop if input om input aumlr sann kommer GPIO 13 och 11 att laumlggas laringga Detta goumlr att spaumlnningen till magneterna bryts och lasten slaumlpps GPIOoutput(13GPIOLOW) GPIOoutput(11GPIOLOW) timesleep(3) goumlr att portarna aumlr laringga i 3 sekunder else GPIOoutput(13GPIOHIGH) om inte input aumlr sann skall GPIO 13 och 11 vara houmlga dvs magneterna aumlr spaumlnningssatta GPIOoutput(11GPIOHIGH)

GPIOcleanup()

Programkod MagnetDrop_on_bootpy import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet

50

GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter GPIO pin 13 och 11 laringgt -gt Lasten slaumlpps ty spaumlnningen bryts GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

BASH ndash Script active_magnetsh pkill -f MagnetDrop_on_bootpy Doumldar programet MagnetDrop_on_bootpy python c_programMagnetDrop_v1py Oumlppnar Magnetdrop_v1py

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script START_STREAMsh Kommando rad foumlr att starta video stroumlm paring PI -h och -w avgoumlr upploumlsningen paring stroumlmmen -Fps uppdateringsfrekvensen Stroumlmmen laumlgs paring dnss servern bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 raspivid -t 999999 -h 480 -w 640 -fps 25 -fps 10 -hf -b 2000000 -o - | gst-launch-10 -v fdsrc h264parse rtph264pay config-interval=1 pt=96 gdppay tcpserversink host=bouncingbetty2chickenkillercom port=5000

51

Bilaga 14 ndash Bilder

Figur 24 Bilden visar foumlrsaumlnkning och genomfoumlringar[76]

Figur 25 Bild visar elektronikplattan med buntband[77]

Figur 26 Bild visar topplattan[78]

52

Figur 27 Bild visar distanshylsa[79]

Figur 28 Bild paring motor med faumlstharingl markerade med roumld pil[80]

Figur 29 Faumlsten foumlr bandet som ska markera var graumlnsen garingr Gul pil markerar haringl foumlr sprint till roumlr[81]

Figur 30 Haringllare foumlr gaumlngstav monteras paring flygkroppen[82]

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

47

window = gtk_application_window_new (app) Skapar Foumlnstret gtk_window_set_title (GTK_WINDOW (window) HexaPI Controller) Doumlper Foumlnstret gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (window) 10) skapar kontainern daumlr knappar ska faumlstas emot grid = gtk_grid_new () gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window) grid)

button = gtk_button_new_with_label (Start video-stream ) skapar knappen Start video-stream g_signal_connect (button clicked G_CALLBACK (START_STREAM) NULL) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen START_STREAM koumlras

gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (View stream) skapar knappen View stream g_signal_connect (button clicked G_CALLBACK (View_stream) NULL)Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen View_streamkoumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 1 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering button = gtk_button_new_with_label (Activate loading lock) skapar knappen Activate loading lock g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Active_magnet) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Active_magnet koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 2 1 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering button = gtk_button_new_with_label (Drop cargo) skapar knappen Drop cargo g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Inactive_magnet) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Inactive_magnet koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 2 0 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (Kill video stream) skapar knappen Kill video stream g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (Pkill) window)Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen Pkill koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 1 1 1 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

button = gtk_button_new_with_label (Quit) skapar knappen Kill video stream

48

g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (gtk_widget_destroy) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen gtk_widget_destroy koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 2 4 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

gtk_widget_show_all (window) Visar alla knappar samtidigt paring det oumlppnade froumlnstret int main (int argc char argv) GtkApplication app int status app = gtk_application_new (orggtkexample G_APPLICATION_FLAGS_NONE) programsnutten som startar activate funktionen Detta saumltter igaringng knapp och foumlnster hanteringen g_signal_connect (app activate G_CALLBACK (activate) NULL) status = g_application_run (G_APPLICATION (app) argc argv) g_object_unref (app) return status httpsdevelopergnomeorggtk3stablegtk-getting-startedhtml har nyttjats foumlr att foumlrstaring och ha moumljlighet att skapa detta program

Programkod superscriptpy Denna kod nyttjas foumlr att saumltta Raspberry pi utgaringngarna till ett fast vaumlrde naumlr PIn startas Detta program anropas ac ett bash script som koumlrs direkt vid boot up import os import time import RPiGPIO as GPIO Importerar GPIO biblotek GPIOsetmode(GPIOBOARD) GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 18 till ingaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 16 till ingaringng

49

GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter outgaringngarna laringgt GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

Programkod Magnet_drop_v1py import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng GPIOsetup(16GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) Saumltter 16 till ingaringng GPIOsetup(18GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) saumltter 17 till ingaringng

input = GPIOinput(16) and GPIOinput(18) skapar variabeln input Imput beror paring ingaringngarna pin 16 och 18 var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 print Welcome ossystem(clear) while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop if input om input aumlr sann kommer GPIO 13 och 11 att laumlggas laringga Detta goumlr att spaumlnningen till magneterna bryts och lasten slaumlpps GPIOoutput(13GPIOLOW) GPIOoutput(11GPIOLOW) timesleep(3) goumlr att portarna aumlr laringga i 3 sekunder else GPIOoutput(13GPIOHIGH) om inte input aumlr sann skall GPIO 13 och 11 vara houmlga dvs magneterna aumlr spaumlnningssatta GPIOoutput(11GPIOHIGH)

GPIOcleanup()

Programkod MagnetDrop_on_bootpy import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet

50

GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter GPIO pin 13 och 11 laringgt -gt Lasten slaumlpps ty spaumlnningen bryts GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

BASH ndash Script active_magnetsh pkill -f MagnetDrop_on_bootpy Doumldar programet MagnetDrop_on_bootpy python c_programMagnetDrop_v1py Oumlppnar Magnetdrop_v1py

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script START_STREAMsh Kommando rad foumlr att starta video stroumlm paring PI -h och -w avgoumlr upploumlsningen paring stroumlmmen -Fps uppdateringsfrekvensen Stroumlmmen laumlgs paring dnss servern bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 raspivid -t 999999 -h 480 -w 640 -fps 25 -fps 10 -hf -b 2000000 -o - | gst-launch-10 -v fdsrc h264parse rtph264pay config-interval=1 pt=96 gdppay tcpserversink host=bouncingbetty2chickenkillercom port=5000

51

Bilaga 14 ndash Bilder

Figur 24 Bilden visar foumlrsaumlnkning och genomfoumlringar[76]

Figur 25 Bild visar elektronikplattan med buntband[77]

Figur 26 Bild visar topplattan[78]

52

Figur 27 Bild visar distanshylsa[79]

Figur 28 Bild paring motor med faumlstharingl markerade med roumld pil[80]

Figur 29 Faumlsten foumlr bandet som ska markera var graumlnsen garingr Gul pil markerar haringl foumlr sprint till roumlr[81]

Figur 30 Haringllare foumlr gaumlngstav monteras paring flygkroppen[82]

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

48

g_signal_connect_swapped (button clicked G_CALLBACK (gtk_widget_destroy) window) Knyter knapptryck till ett event I detta fall skall funktionen gtk_widget_destroy koumlras gtk_grid_attach (GTK_GRID (grid) button 0 2 4 1) bestaumlmmer knappens storlek och placering

gtk_widget_show_all (window) Visar alla knappar samtidigt paring det oumlppnade froumlnstret int main (int argc char argv) GtkApplication app int status app = gtk_application_new (orggtkexample G_APPLICATION_FLAGS_NONE) programsnutten som startar activate funktionen Detta saumltter igaringng knapp och foumlnster hanteringen g_signal_connect (app activate G_CALLBACK (activate) NULL) status = g_application_run (G_APPLICATION (app) argc argv) g_object_unref (app) return status httpsdevelopergnomeorggtk3stablegtk-getting-startedhtml har nyttjats foumlr att foumlrstaring och ha moumljlighet att skapa detta program

Programkod superscriptpy Denna kod nyttjas foumlr att saumltta Raspberry pi utgaringngarna till ett fast vaumlrde naumlr PIn startas Detta program anropas ac ett bash script som koumlrs direkt vid boot up import os import time import RPiGPIO as GPIO Importerar GPIO biblotek GPIOsetmode(GPIOBOARD) GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 18 till ingaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 16 till ingaringng

49

GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter outgaringngarna laringgt GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

Programkod Magnet_drop_v1py import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng GPIOsetup(16GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) Saumltter 16 till ingaringng GPIOsetup(18GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) saumltter 17 till ingaringng

input = GPIOinput(16) and GPIOinput(18) skapar variabeln input Imput beror paring ingaringngarna pin 16 och 18 var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 print Welcome ossystem(clear) while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop if input om input aumlr sann kommer GPIO 13 och 11 att laumlggas laringga Detta goumlr att spaumlnningen till magneterna bryts och lasten slaumlpps GPIOoutput(13GPIOLOW) GPIOoutput(11GPIOLOW) timesleep(3) goumlr att portarna aumlr laringga i 3 sekunder else GPIOoutput(13GPIOHIGH) om inte input aumlr sann skall GPIO 13 och 11 vara houmlga dvs magneterna aumlr spaumlnningssatta GPIOoutput(11GPIOHIGH)

GPIOcleanup()

Programkod MagnetDrop_on_bootpy import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet

50

GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter GPIO pin 13 och 11 laringgt -gt Lasten slaumlpps ty spaumlnningen bryts GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

BASH ndash Script active_magnetsh pkill -f MagnetDrop_on_bootpy Doumldar programet MagnetDrop_on_bootpy python c_programMagnetDrop_v1py Oumlppnar Magnetdrop_v1py

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script START_STREAMsh Kommando rad foumlr att starta video stroumlm paring PI -h och -w avgoumlr upploumlsningen paring stroumlmmen -Fps uppdateringsfrekvensen Stroumlmmen laumlgs paring dnss servern bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 raspivid -t 999999 -h 480 -w 640 -fps 25 -fps 10 -hf -b 2000000 -o - | gst-launch-10 -v fdsrc h264parse rtph264pay config-interval=1 pt=96 gdppay tcpserversink host=bouncingbetty2chickenkillercom port=5000

51

Bilaga 14 ndash Bilder

Figur 24 Bilden visar foumlrsaumlnkning och genomfoumlringar[76]

Figur 25 Bild visar elektronikplattan med buntband[77]

Figur 26 Bild visar topplattan[78]

52

Figur 27 Bild visar distanshylsa[79]

Figur 28 Bild paring motor med faumlstharingl markerade med roumld pil[80]

Figur 29 Faumlsten foumlr bandet som ska markera var graumlnsen garingr Gul pil markerar haringl foumlr sprint till roumlr[81]

Figur 30 Haringllare foumlr gaumlngstav monteras paring flygkroppen[82]

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

49

GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter outgaringngarna laringgt GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

Programkod Magnet_drop_v1py import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng GPIOsetup(16GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) Saumltter 16 till ingaringng GPIOsetup(18GPIOINpull_up_down=GPIOPUD_DOWN) saumltter 17 till ingaringng

input = GPIOinput(16) and GPIOinput(18) skapar variabeln input Imput beror paring ingaringngarna pin 16 och 18 var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 print Welcome ossystem(clear) while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop if input om input aumlr sann kommer GPIO 13 och 11 att laumlggas laringga Detta goumlr att spaumlnningen till magneterna bryts och lasten slaumlpps GPIOoutput(13GPIOLOW) GPIOoutput(11GPIOLOW) timesleep(3) goumlr att portarna aumlr laringga i 3 sekunder else GPIOoutput(13GPIOHIGH) om inte input aumlr sann skall GPIO 13 och 11 vara houmlga dvs magneterna aumlr spaumlnningssatta GPIOoutput(11GPIOHIGH)

GPIOcleanup()

Programkod MagnetDrop_on_bootpy import os import time importerar tid biblotek import RPiGPIO as GPIO Haumlmtar bilotektet som moumljliggoumlr hantering av GPIO portar GPIOsetmode(GPIOBOARD) aktiverar GPIO portarna paring kretskortet

50

GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter GPIO pin 13 och 11 laringgt -gt Lasten slaumlpps ty spaumlnningen bryts GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

BASH ndash Script active_magnetsh pkill -f MagnetDrop_on_bootpy Doumldar programet MagnetDrop_on_bootpy python c_programMagnetDrop_v1py Oumlppnar Magnetdrop_v1py

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script START_STREAMsh Kommando rad foumlr att starta video stroumlm paring PI -h och -w avgoumlr upploumlsningen paring stroumlmmen -Fps uppdateringsfrekvensen Stroumlmmen laumlgs paring dnss servern bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 raspivid -t 999999 -h 480 -w 640 -fps 25 -fps 10 -hf -b 2000000 -o - | gst-launch-10 -v fdsrc h264parse rtph264pay config-interval=1 pt=96 gdppay tcpserversink host=bouncingbetty2chickenkillercom port=5000

51

Bilaga 14 ndash Bilder

Figur 24 Bilden visar foumlrsaumlnkning och genomfoumlringar[76]

Figur 25 Bild visar elektronikplattan med buntband[77]

Figur 26 Bild visar topplattan[78]

52

Figur 27 Bild visar distanshylsa[79]

Figur 28 Bild paring motor med faumlstharingl markerade med roumld pil[80]

Figur 29 Faumlsten foumlr bandet som ska markera var graumlnsen garingr Gul pil markerar haringl foumlr sprint till roumlr[81]

Figur 30 Haringllare foumlr gaumlngstav monteras paring flygkroppen[82]

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

50

GPIOsetwarnings(False) GPIOsetup(13GPIOOUT) Saumltter pin 13 till utgaringng GPIOsetup(11GPIOOUT) Saumltter pin 11 till utgaringng var = 1 skapar variabel var med konstant vaumlrde 1 while var == 1 kollar vilket vaumlrde variabeln var aumlr (alltid 1) vilket goumlr att programmet kommer att koumlras i en oaumlndlig loop GPIOoutput(13GPIOLOW) Saumltter GPIO pin 13 och 11 laringgt -gt Lasten slaumlpps ty spaumlnningen bryts GPIOoutput(11GPIOLOW)

GPIOcleanup()

BASH ndash Script active_magnetsh pkill -f MagnetDrop_on_bootpy Doumldar programet MagnetDrop_on_bootpy python c_programMagnetDrop_v1py Oumlppnar Magnetdrop_v1py

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script Inactive_magnetsh pkill -f MagnetDrop_v1 python c_programMagnetDrop_on_bootpy

BASH ndash Script START_STREAMsh Kommando rad foumlr att starta video stroumlm paring PI -h och -w avgoumlr upploumlsningen paring stroumlmmen -Fps uppdateringsfrekvensen Stroumlmmen laumlgs paring dnss servern bouncingbetty2chickenkillercom port=5000 raspivid -t 999999 -h 480 -w 640 -fps 25 -fps 10 -hf -b 2000000 -o - | gst-launch-10 -v fdsrc h264parse rtph264pay config-interval=1 pt=96 gdppay tcpserversink host=bouncingbetty2chickenkillercom port=5000

51

Bilaga 14 ndash Bilder

Figur 24 Bilden visar foumlrsaumlnkning och genomfoumlringar[76]

Figur 25 Bild visar elektronikplattan med buntband[77]

Figur 26 Bild visar topplattan[78]

52

Figur 27 Bild visar distanshylsa[79]

Figur 28 Bild paring motor med faumlstharingl markerade med roumld pil[80]

Figur 29 Faumlsten foumlr bandet som ska markera var graumlnsen garingr Gul pil markerar haringl foumlr sprint till roumlr[81]

Figur 30 Haringllare foumlr gaumlngstav monteras paring flygkroppen[82]

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

51

Bilaga 14 ndash Bilder

Figur 24 Bilden visar foumlrsaumlnkning och genomfoumlringar[76]

Figur 25 Bild visar elektronikplattan med buntband[77]

Figur 26 Bild visar topplattan[78]

52

Figur 27 Bild visar distanshylsa[79]

Figur 28 Bild paring motor med faumlstharingl markerade med roumld pil[80]

Figur 29 Faumlsten foumlr bandet som ska markera var graumlnsen garingr Gul pil markerar haringl foumlr sprint till roumlr[81]

Figur 30 Haringllare foumlr gaumlngstav monteras paring flygkroppen[82]

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

52

Figur 27 Bild visar distanshylsa[79]

Figur 28 Bild paring motor med faumlstharingl markerade med roumld pil[80]

Figur 29 Faumlsten foumlr bandet som ska markera var graumlnsen garingr Gul pil markerar haringl foumlr sprint till roumlr[81]

Figur 30 Haringllare foumlr gaumlngstav monteras paring flygkroppen[82]

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

53

Bilaga 15 - Kopplingsschema

Figur 31 Kopplingsschema droumlnar system[83]

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

54

Figur 32 kopplingsschema FPV-system[84]

Figur 33 Kopplingsschema Radiolaumlnk[85]

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

55

Bilaga 16 - Maumltdata latens

Bilaga 17 - Video av tester Filmad testflygning video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=aMzSFhbv-WM Filmat test av lastsystem visar hur en last paring 15 kg monteras och slaumlpps Video aumlr upplagd paring youtubecom httpswwwyoutubecomwatchv=-6nUBhiq8VQ Filmat test av lastsystem Testet visar skak och vibrationstest paring en 15 kg tung last httpswwwyoutubecomwatchv=TSMOlD-j63w

56

Bilaga 18 - 3D skrivare Reprap prusa I3

Figur 34 i3 Prusa naumlttag amp elektronik[86]

57

Figur 35 i3 Prusa under utskrivning[87]

58

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar

• 1 Inledning
• • 11 Bakgrund
  • 12 Maringl
  • 13 Syfte
  • 14 Avgraumlnsningar
  • • 2 Teknisk bakgrund
    • • 21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden
      • 22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda
      • • 23 En droumlnares komponenter
        • 231 Flygkropp
        • 232 Batterier
        • 233 Motorer
        • 234 Electronic speed controller
        • 235 Propellrar
        • 236 Flightcontroller
        • 237 Radiolaumlnk
        • 238 First person view-system
        • 239 On screen Display-system
        • 2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter
        • 2311 eCalc
        • • 24 Konstruktionsmaterial
          • • 241 Kolfiber
            • 242 Polylactic acid
            • 243 Akrylbutadienstyren
            • • 25 3D-skrivare
              • • 251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare
                • • 31 Fraringn tanke till fysiskt objekt
                  • 32 Design av flygkroppen
                  • • 4 Konstruktion
                    • • 41 Val av droumlnartyp
                      • 42 Simulering
                      • 43 Val av komponenter
                      • • 431 Batterier
                        • 432 Motorer
                        • 433 Electronic Speed Controller
                        • 434 Propellrar
                        • 435 Flightcontroller
                        • 436 First person view ndash system
                        • 437 Radiolaumlnk
                        • 438 Flygkroppen
                        • 439 On-board Dator
                        • 4310 On Screen Display
                        • 4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D
                        • 4312 FPV kamera ⅓ Sony
                        • 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3
                        • 4314 Elektromagneter och lastmodulen
                        • 4315 IR-kamera
                        • 4316 Spaumlnningskonverterare
                        • 4317 Oumlvriga komponenter
                        • • 5 Design
                          • • 51 Bottenplatta
                            • 52 Elektronikplatta
                            • 53 Topplatta
                            • 54 Sidopaneler
                            • 55 Hylsa
                            • 56 Design av landningsstaumlll
                            • 57 Design av motorfaumlsten
                            • 58 Propellerskydd
                            • 59 Kamerasystem med gimbalsystem
                            • 510 Lastsystem med elektromagneter
                            • 511 Materialval kopplat till droumlnardesignen
                            • • 6 Montering och integrering av komponenter
                              • • 61 Fysisk och elektrisk konstruktion
                                • • 611 Montering av flygkropp amp armar
                                  • 612 Montering av motorer
                                  • 613 Montering av ESC och intern kabeldragning
                                  • 614 Montering av landningsstaumlll
                                  • 615 Montering amp installation av elektronik
                                  • 616 Montering av batterier amp GPS-antenn
                                  • • 62 Mjukvaruintegration
                                    • • 621 Instaumlllningar FC
                                      • • 6211 Frame type
                                        • 6212 Compass calibration
                                        • 6213 Radio control calibration
                                        • 6214 Accelerometer calibration
                                        • 6215 RC Transmitter mode setup
                                        • 6216 ESC Calibration
                                        • • 622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi
                                          • • 6221 Kamera till lastmodul
                                            • 6222 Elektromagneter
                                            • 6223 Transistor switch
                                            • 6224 GUI och Programkod
                                            • 6225 SSH tunnel och Midnight commander
                                            • • 7 Tester
                                              • • 71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon
                                                • • 711 Resultat
                                                  • 712 Slutsats
                                                  • • 72 Testflygning
                                                    • • 721 Resultat
                                                      • 722 Slutsats
                                                      • • 73 Test av lastmodul
                                                        • • 731 Resultat
                                                          • 732 Slutsats
                                                          • • 74 Test av kamera och gimbal
                                                            • • 741 Resultat
                                                              • 742 Slutsats
                                                              • • 75 Test av FPV via radio
                                                                • • 751 Resultat
                                                                  • 752 Slutsats
                                                                  • • 76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G
                                                                    • • 761 Resultat
                                                                      • 762 Slutsats
                                                                      • • 77 Test av GPS
                                                                        • • 771 Slutsats
                                                                          • • 8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar
                                                                            • • 81 Design
                                                                              • • 811 Huvudkonstruktion
                                                                                • 812 Motorblock
                                                                                • 813 Landningsstaumlll
                                                                                • 814 Lasthantering systemet
                                                                                • • 82 Teknisk loumlsning
                                                                                  • • 821 Flightcontroller
                                                                                    • 822 Programvara
                                                                                    • 823 Radiolaumlnk
                                                                                    • 824 FPV-system
                                                                                    • 825 Motorer ESC amp Batterier
                                                                                    • 826 Propellrar
                                                                                    • 827 On screen display
                                                                                    • 828 Signal och kraftkablage
                                                                                    • 829 Transistor switch
                                                                                    • • 83 Komplettering av nya system
                                                                                      • • 831 Foumlrslag paring dockningsstation
                                                                                        • 832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer
                                                                                        • 833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag
                                                                                        • • 9 Diskussion
                                                                                          • 10 Slutsats
                                                                                          • 11 Referenslista
                                                                                          • • Bilaga 11 - Komponenter
                                                                                            • Bilaga 12 ndash Kostnad
                                                                                            • Bilaga 13 - Kod
                                                                                            • Bilaga 14 ndash Bilder
                                                                                            • Bilaga 15 - Kopplingsschema
                                                                                            • Bilaga 16 - Maumltdata latens
                                                                                            • Bilaga 17 - Video av tester
                                                                                            • Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar

57

Figur 35 i3 Prusa under utskrivning[87]

58

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar

• 1 Inledning
• • 11 Bakgrund
  • 12 Maringl
  • 13 Syfte
  • 14 Avgraumlnsningar
  • • 2 Teknisk bakgrund
    • • 21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden
      • 22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda
      • • 23 En droumlnares komponenter
        • 231 Flygkropp
        • 232 Batterier
        • 233 Motorer
        • 234 Electronic speed controller
        • 235 Propellrar
        • 236 Flightcontroller
        • 237 Radiolaumlnk
        • 238 First person view-system
        • 239 On screen Display-system
        • 2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter
        • 2311 eCalc
        • • 24 Konstruktionsmaterial
          • • 241 Kolfiber
            • 242 Polylactic acid
            • 243 Akrylbutadienstyren
            • • 25 3D-skrivare
              • • 251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare
                • • 31 Fraringn tanke till fysiskt objekt
                  • 32 Design av flygkroppen
                  • • 4 Konstruktion
                    • • 41 Val av droumlnartyp
                      • 42 Simulering
                      • 43 Val av komponenter
                      • • 431 Batterier
                        • 432 Motorer
                        • 433 Electronic Speed Controller
                        • 434 Propellrar
                        • 435 Flightcontroller
                        • 436 First person view ndash system
                        • 437 Radiolaumlnk
                        • 438 Flygkroppen
                        • 439 On-board Dator
                        • 4310 On Screen Display
                        • 4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D
                        • 4312 FPV kamera ⅓ Sony
                        • 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3
                        • 4314 Elektromagneter och lastmodulen
                        • 4315 IR-kamera
                        • 4316 Spaumlnningskonverterare
                        • 4317 Oumlvriga komponenter
                        • • 5 Design
                          • • 51 Bottenplatta
                            • 52 Elektronikplatta
                            • 53 Topplatta
                            • 54 Sidopaneler
                            • 55 Hylsa
                            • 56 Design av landningsstaumlll
                            • 57 Design av motorfaumlsten
                            • 58 Propellerskydd
                            • 59 Kamerasystem med gimbalsystem
                            • 510 Lastsystem med elektromagneter
                            • 511 Materialval kopplat till droumlnardesignen
                            • • 6 Montering och integrering av komponenter
                              • • 61 Fysisk och elektrisk konstruktion
                                • • 611 Montering av flygkropp amp armar
                                  • 612 Montering av motorer
                                  • 613 Montering av ESC och intern kabeldragning
                                  • 614 Montering av landningsstaumlll
                                  • 615 Montering amp installation av elektronik
                                  • 616 Montering av batterier amp GPS-antenn
                                  • • 62 Mjukvaruintegration
                                    • • 621 Instaumlllningar FC
                                      • • 6211 Frame type
                                        • 6212 Compass calibration
                                        • 6213 Radio control calibration
                                        • 6214 Accelerometer calibration
                                        • 6215 RC Transmitter mode setup
                                        • 6216 ESC Calibration
                                        • • 622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi
                                          • • 6221 Kamera till lastmodul
                                            • 6222 Elektromagneter
                                            • 6223 Transistor switch
                                            • 6224 GUI och Programkod
                                            • 6225 SSH tunnel och Midnight commander
                                            • • 7 Tester
                                              • • 71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon
                                                • • 711 Resultat
                                                  • 712 Slutsats
                                                  • • 72 Testflygning
                                                    • • 721 Resultat
                                                      • 722 Slutsats
                                                      • • 73 Test av lastmodul
                                                        • • 731 Resultat
                                                          • 732 Slutsats
                                                          • • 74 Test av kamera och gimbal
                                                            • • 741 Resultat
                                                              • 742 Slutsats
                                                              • • 75 Test av FPV via radio
                                                                • • 751 Resultat
                                                                  • 752 Slutsats
                                                                  • • 76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G
                                                                    • • 761 Resultat
                                                                      • 762 Slutsats
                                                                      • • 77 Test av GPS
                                                                        • • 771 Slutsats
                                                                          • • 8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar
                                                                            • • 81 Design
                                                                              • • 811 Huvudkonstruktion
                                                                                • 812 Motorblock
                                                                                • 813 Landningsstaumlll
                                                                                • 814 Lasthantering systemet
                                                                                • • 82 Teknisk loumlsning
                                                                                  • • 821 Flightcontroller
                                                                                    • 822 Programvara
                                                                                    • 823 Radiolaumlnk
                                                                                    • 824 FPV-system
                                                                                    • 825 Motorer ESC amp Batterier
                                                                                    • 826 Propellrar
                                                                                    • 827 On screen display
                                                                                    • 828 Signal och kraftkablage
                                                                                    • 829 Transistor switch
                                                                                    • • 83 Komplettering av nya system
                                                                                      • • 831 Foumlrslag paring dockningsstation
                                                                                        • 832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer
                                                                                        • 833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag
                                                                                        • • 9 Diskussion
                                                                                          • 10 Slutsats
                                                                                          • 11 Referenslista
                                                                                          • • Bilaga 11 - Komponenter
                                                                                            • Bilaga 12 ndash Kostnad
                                                                                            • Bilaga 13 - Kod
                                                                                            • Bilaga 14 ndash Bilder
                                                                                            • Bilaga 15 - Kopplingsschema
                                                                                            • Bilaga 16 - Maumltdata latens
                                                                                            • Bilaga 17 - Video av tester
                                                                                            • Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar

58

Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar

• 1 Inledning
• • 11 Bakgrund
  • 12 Maringl
  • 13 Syfte
  • 14 Avgraumlnsningar
  • • 2 Teknisk bakgrund
    • • 21 Grundbegrepp i droumlnarvaumlrlden
      • 22 Faktorer som paringverkar droumlnarens prestanda
      • • 23 En droumlnares komponenter
        • 231 Flygkropp
        • 232 Batterier
        • 233 Motorer
        • 234 Electronic speed controller
        • 235 Propellrar
        • 236 Flightcontroller
        • 237 Radiolaumlnk
        • 238 First person view-system
        • 239 On screen Display-system
        • 2310 Sammanfattning droumlnarkomponenter
        • 2311 eCalc
        • • 24 Konstruktionsmaterial
          • • 241 Kolfiber
            • 242 Polylactic acid
            • 243 Akrylbutadienstyren
            • • 25 3D-skrivare
              • • 251 Tekniska specifikationer foumlr projektets 3D-skrivare
                • • 31 Fraringn tanke till fysiskt objekt
                  • 32 Design av flygkroppen
                  • • 4 Konstruktion
                    • • 41 Val av droumlnartyp
                      • 42 Simulering
                      • 43 Val av komponenter
                      • • 431 Batterier
                        • 432 Motorer
                        • 433 Electronic Speed Controller
                        • 434 Propellrar
                        • 435 Flightcontroller
                        • 436 First person view ndash system
                        • 437 Radiolaumlnk
                        • 438 Flygkroppen
                        • 439 On-board Dator
                        • 4310 On Screen Display
                        • 4311 Gimbal - Feiyu Tech Mini 3D
                        • 4312 FPV kamera ⅓ Sony
                        • 4313 Kameramodul till Raspberry Pi 3
                        • 4314 Elektromagneter och lastmodulen
                        • 4315 IR-kamera
                        • 4316 Spaumlnningskonverterare
                        • 4317 Oumlvriga komponenter
                        • • 5 Design
                          • • 51 Bottenplatta
                            • 52 Elektronikplatta
                            • 53 Topplatta
                            • 54 Sidopaneler
                            • 55 Hylsa
                            • 56 Design av landningsstaumlll
                            • 57 Design av motorfaumlsten
                            • 58 Propellerskydd
                            • 59 Kamerasystem med gimbalsystem
                            • 510 Lastsystem med elektromagneter
                            • 511 Materialval kopplat till droumlnardesignen
                            • • 6 Montering och integrering av komponenter
                              • • 61 Fysisk och elektrisk konstruktion
                                • • 611 Montering av flygkropp amp armar
                                  • 612 Montering av motorer
                                  • 613 Montering av ESC och intern kabeldragning
                                  • 614 Montering av landningsstaumlll
                                  • 615 Montering amp installation av elektronik
                                  • 616 Montering av batterier amp GPS-antenn
                                  • • 62 Mjukvaruintegration
                                    • • 621 Instaumlllningar FC
                                      • • 6211 Frame type
                                        • 6212 Compass calibration
                                        • 6213 Radio control calibration
                                        • 6214 Accelerometer calibration
                                        • 6215 RC Transmitter mode setup
                                        • 6216 ESC Calibration
                                        • • 622 Kommunikation och installation av Raspberry Pi
                                          • • 6221 Kamera till lastmodul
                                            • 6222 Elektromagneter
                                            • 6223 Transistor switch
                                            • 6224 GUI och Programkod
                                            • 6225 SSH tunnel och Midnight commander
                                            • • 7 Tester
                                              • • 71 Test av droumlnarens respons paring styrkommandon
                                                • • 711 Resultat
                                                  • 712 Slutsats
                                                  • • 72 Testflygning
                                                    • • 721 Resultat
                                                      • 722 Slutsats
                                                      • • 73 Test av lastmodul
                                                        • • 731 Resultat
                                                          • 732 Slutsats
                                                          • • 74 Test av kamera och gimbal
                                                            • • 741 Resultat
                                                              • 742 Slutsats
                                                              • • 75 Test av FPV via radio
                                                                • • 751 Resultat
                                                                  • 752 Slutsats
                                                                  • • 76 Test av Raspberrry CAM (FPV) via 3G
                                                                    • • 761 Resultat
                                                                      • 762 Slutsats
                                                                      • • 77 Test av GPS
                                                                        • • 771 Slutsats
                                                                          • • 8 Utvaumlrdering amp foumlrbaumlttringar
                                                                            • • 81 Design
                                                                              • • 811 Huvudkonstruktion
                                                                                • 812 Motorblock
                                                                                • 813 Landningsstaumlll
                                                                                • 814 Lasthantering systemet
                                                                                • • 82 Teknisk loumlsning
                                                                                  • • 821 Flightcontroller
                                                                                    • 822 Programvara
                                                                                    • 823 Radiolaumlnk
                                                                                    • 824 FPV-system
                                                                                    • 825 Motorer ESC amp Batterier
                                                                                    • 826 Propellrar
                                                                                    • 827 On screen display
                                                                                    • 828 Signal och kraftkablage
                                                                                    • 829 Transistor switch
                                                                                    • • 83 Komplettering av nya system
                                                                                      • • 831 Foumlrslag paring dockningsstation
                                                                                        • 832 Foumlrbaumlttringsrekommendationer
                                                                                        • 833 Enkel systemhantering av droumlnaruppdrag
                                                                                        • • 9 Diskussion
                                                                                          • 10 Slutsats
                                                                                          • 11 Referenslista
                                                                                          • • Bilaga 11 - Komponenter
                                                                                            • Bilaga 12 ndash Kostnad
                                                                                            • Bilaga 13 - Kod
                                                                                            • Bilaga 14 ndash Bilder
                                                                                            • Bilaga 15 - Kopplingsschema
                                                                                            • Bilaga 16 - Maumltdata latens
                                                                                            • Bilaga 17 - Video av tester
                                                                                            • Bilaga 19 ndash Skrivarinstaumlllningar