รวบรวบข้อมูลเครื่องบินปีก – Quadrotor กันดีกว่า

Posted by | April 3, 2010 | Robotics | 33 Comments

จากตอนที่แล้ว เล่าเรื่องยานบินอัตโนมัติ(UAV) เริ่มเห็นแนวทางว่า ต่อไป UAV คงจะเริ่มทำได้ไม่ลำบากแล้ว ความตั้งใจผมตอนนี้อยากจะทำเครื่องบิน แบบ Quadrotor รู้สึกว่ามันเป็นเครื่องบินเฮลิคอปเตอร์ ที่ทำขึ้นมาเองได้ครับ(อะไรที่ทำเองได้ชอบหมด) บทความนี้ก้อเลยมาเล่าเกี่ยวกับ Quadrotor ที่อ่านมาเล็กๆ น้อยๆครับ บทความนี้จะมีเนื้อหา มากไปนิด แต่สนใจเครื่องบินก้อลองอ่านดูครับ

UAV มันคืออะไร ให้เข้าใจง่ายๆ ว่ามันก้อเป็นหุ่นยนต์รูปแบบหนึ่งที่บินได้ สามารถทำงานได้โดยไม่มีคนบังคับ แต่ในเครื่องบิน จะมีความสามารถในการทรงตัว ประคองตัวเอง ให้ลอยตัวได้อย่างมีเสถียรภาพก่อนเป็นระบบแรก ส่วนระบบที่สองคือ สามารถกำหนดเส้นทางในการเคลื่อนที่ได้ครับ และถ้าจะมีความฉลาดอะไรไปมากกว่านี้ ถึงจะส่วนนี้

หลังจากที่รวบรวมข้อมูล quadrotor เพราะว่าก้ออยากจะเข้าใจว่าทำไม เขาจึงสร้างเครื่องบินแบบนี้ครับ มีดีกว่า เครื่องเฮลิคอปเตอร์ปกติ อย่างไง ซึ่งผมก้อได้คำตอบต่างๆจาก wiki แบ่งเป็นข้อได้ดังนี้ครับ

ข้อดี คือ

  • รูปแบบของเครื่องบิน แบบ Quadrotor จะบินได้นิ่งมากกว่า เฮลิคอปเตอร์ใบพัดเดียวครับ เพราะว่าใช้ใบพัด 4 ใบเป็นตัวสร้างแรงยกครับ บางตัว 6-8 ใบครับ ทำให้มีแรงมากขึ้น จึงสามารถออกแบบให้ ใช้ใบพัดที่เล็กกว่า เพราะว่ากระจายแรงยกไปใบต่างๆ เลยเป็นข้อดีอีกหลายอย่าง มีแรงสั่นน้อยกว่า ใบพัดไม่ตีกับวัตถุอื่นๆ จึงเหมาะกับงาน UAV
  • กลไก สร้างง่ายกว่า  เพราะว่าถ้าเปรียบเทียบกับ เฮลิคอปเตอร์ปกติ จะใบพัดหลัก ชุดเดียว ใบพัดอาจต้องมีขนาดใหญ่ ตามหลักและ ถ้าของหนักๆ หมุนเร็วๆ จะเกิดแรงหนีศูนย์ได้ง่ายกว่าครับ ทำให้ตัวเฮลิคอปเตอร์แบบใบเดียว มีโอกาส สั่นได้มากกว่าครับ
  • กลไกของใบพัดของ quadrotor ไม่ต้องมีกลไกซับซ้อน เฮลิคอปเตอร์จริงจะใช้วิธีปรับ picth ในการสร้างแรงยก ในทิศทาง ทำให้มีกลไกที่ซับซ้อนกว่าครับ แต่มันก้อเป็นความสวยงามทางการออกแบบจิงๆครับเรื่องนี้

ข้อเสีย

  • ระบบควบคุมของ quadrotor จะซับซ้อนมากกว่า ฮ.ในปัจจุบัน และต้องมีระบบเซ็นเซอร์ที่ดี จากที่บอกไปตอนแรก ว่า gyro /accelerometer มีที่ท่าว่าจะถูกลง ดีขึ้น ปัญหาจึงเหลือแค่ระบบควบคุม
  • ปัญหาเรื่องแหล่งพลังงาน เครื่องบินแบบ Quadrotor ใส่มอเตอร์ตั้ง 4 ตัวเป็นอย่างน้อย ต่อการบินหนึ่งครั้ง อย่างมากจะได้ 15 นาทีครับ

งานที่เอา Quadrotor ไปใช้ส่วนมากจะเป็นงานสำรวจครับ บินถ่ายรูปทางอากาศ กับ เป็น UAV อันนี้ยังไม่ชัดเจนครับ ส่วนมาเป็นรูปแบบงานวิจัยที่เอา Quadrotor ไปประยุกต์ ไอเดียมากกว่า สำหรับทางผมทำเป็นงาน อดิเรก :-D

หลักการการบินแบบ Quadrotor

การบินของ Quadrotor จะการเคลื่อนที่ 4 ทิศทาง หรือ เอาตามภาษาคนเล่น เฮลิคอปเตอร์ จะเรียกว่า 4CH คือประกอบด้วย ขึ้น-ลง ,เดินหน้า-ถอยหลัง ,เอียงซ้าย-เอียงขวา และ หมุนซ้าย-หมุนขวา มันทำได้ไง ทางผมก้อเลยหาภาพมาประกอบ โชดดีที่ในเน็ทก้อยังมีอีก ฮ่าๆ (หาอะไรก้อเจอ) เอามาจาก Flight gear อันนี้เป็นแค่ concept ให้พอเข้าใจว่า ใบพัดหมุนอย่างไง มันถึงบินได้ ความจิงจะมี quadrotr แบบ 6 ใบพัด 8 ใบพัด เทคนิดการควบคุมจะคล้ายๆ แบบนี้ล่ะครับ

1. Hovering หรือ การลอยตัวเฉยๆ ทำได้โดยควบคุมให้ความเร็ว ใบพัดทั้งสี่ตัว มีความเร็วที่เท่ากันครับ เพื่อสร้างแรงบิด(torque) และหักล้างแรงบิด? ดูจากรูปจะเห็นว่า ใบพัดจะหมุนกันคนล่ะทิศทาง ใบพัดหน้าและหลัง จะหมุน ตามเข็ม ใบพัด ซ้ายและขวาจะหมุนทวนเข็มครับ ทำให้เครื่องบินไม่หมุนตัว

Image

2. Throttle คันเร่ง ความเร็ว ให้เครื่องบิน บิน ขึ้นลง ดูจากรูป ใบพัดทั้งสี่ใบจะต้องเพิ่มความเร็ว ทุกใบพัด ที่เท่ากัน ทำให้เครื่องบิน ลอยตัวขึ้นได้

Image

3. Roll เอียงตัวซ้าย-ขวา ดูจากรูป ใบพัด หน้า(FRONT) หลัง(REAR) จะความเร็วเท่าเดิม แต่ความเร็วใบพัดซ้าย (LEFT) จะหมุนเร็วขึ้น ทิศทางนี้จะยกตัว ใบพัดขวา (Right) จะช้าลงทิศทางนี้จะตกลง จึงทำให้เกิดการ เอียงตัวไปทางขวาได้ ส่วนเอียงตัวซ้าย ก้อใช้วิธีคล้ายกัน

Image

4. Pitch เอียงหน้าและหลัง อันนี้คล้ายๆกับการ Roll แต่เปลี่ยนเป็น ใบพัดซ้าย(LEFT)  ขวา(RIGHT) จะความเร็วคงที่ แต่ความเร็วใบพัดหลัง(REAR) จะหมุนเร็วขึ้น ทางหลังจะยก ใบพัดหน้า(FRONT) จะหมุนช้ากว่า ทางหน้าจะตก จึงทำให้เครื่องบินเอียงไปข้างหน้า

Image

4. Yaw หรือการหมุนตัว อันนี้ง่ายๆ ให้ความเร็วใบพัด หน้า(FRONT)-หลัง(REAR) มากกว่า ความเร็วใบพัด ซ้าย(LEFT) -ขวา(RIGHT) เพื่อให้แรงบิด ด้านซ้าย หรือ ขวา มากกว่า จึงทำให้เครื่องบินหมุนตัวได้

Image

จะเห็นว่าการควบคุมการเคลื่อนที่ต่างๆ จะเกิดจากการควบคุมความเร็วของใบพัดทั้งสี่ มาวิเคราะห์ อะไรบ้างที่จะทำให้มันบินไม่ได้ จะได้หาวิธีแก้ไขปัญหาไว้ก่อนเลย ผมคิดว่ามันเป็นไปได้ว่า ถ้าความเร็วมอเตอร์ไม่ถูกต้อง จะเกิดการเคลื่อนที่แบบอื่นได้ทันที่ ระบบควบคุม หรือ การ senser ความเอียงมันผิค ไม่ดี ก้อมีโอกาสทำให้เครื่องบิน quadrotor ร่วงได้ง่ายๆเลย ครับ

โปรเจค Quadrotor

สำหรับ Quadrotor จริงๆทำมาตั้งแต่ปี 50 กองทัพอากาศของอเมริกา ทดลองทำไว้ แต่พึ่งจะมีทำมากกว่า ในช่วง สิบปีมี เพราะของหลายๆอย่าง หาได้ง่ายแล้ว และเหลือจะมีราคาไม่แพง ซึ่งส่วนมากที่เห็นประยุกต์มาจาก อุปกรณ์ทำเครื่องบินจำลอง เครื่องบิน RC ซึ่งในไทยในตอนนี้อุปกรณ์ก้อแพงแล้ว เหมือนเทียบกับแต่ก่อนที่ผม รู้สึกว่าแพงมาก ผมจึงรวบรวมโปรเจค quadrotor มาให้ชมกัน

อุปกรณ์ที่เหมือนๆกันครับ คือมอเตอร์ กับใบพัด 4 ใบ มอเตอร์ที่ใช้กันส่วนมากจะเป็น brushless และ สำหรับใบพัด จะมีลักษณะพิเศษนิดหน่อยนะครับ คือ ใบพัดจะมีสองชุด ชุดแรก pitch เอียงซ้าย ชุดสอง pitch เอียงขวา ในไทยผมลอง check แล้วยังสามารถหาได้ครับ และใช้ เซ็นเซอร์ gyro 3 แกน , accelerometer 3 แกน ซึ่ง ผมก้อรวบรวมมาไว้ในบทความนี้ที่เดียวไปเลย รอบนี้ วีดีโอเยอะหน่อยนะครับ

1. mikrokopter อันนี้ผมให้เป็นเบอร์ 1 เลย น่าจะเป็นคนแรก ที่จุดกระแสให้เกิด quadrotor ขึ้นมานะครับ ในเวป เขาทำกันตั้งแต่ speed control ,บอร์ดควบคุมเอง ซึ่งทางเขาจะมีทั้ง source code ,แผ่นวงจรทั้งหมดเลย ชมเครื่องบินเทพของนักประดิษฐ์คนนี้ได้ครับ


2. AeroQuad อันนี้ผมชอบมากเลย เป็นโปรเจคที่ใช้ arduino ที่เอามาเป็น quadrotor ที่ดีที่สุดครับ เขามีทั้งโปรแกรมไว้ จูนค่า ทาง PC และมี source-code แจกอีกเหมือนเดิม

3. Quadcoptor by ArduIMU โปรเจคนี้เริ่มด้วย IMU ของ sparkfun ครับเรา ซึ่งก้อยังเป็น arduino อยู่นะครับ เอามาดูเทียบๆข้อมูลกัน

4. mirco quadrotor แถมอีกอัน อันนี้เขาโมมาจากเครื่องบินบังคับจิ๋วๆ? ในเวปไม่ได้พูดถึงวิธีการทำ มากขึ้น ดูจากอุปกรณ์แล้ว เขาคงใช้วิธียำกันของเครื่องบินจิ๋ว ซึ่งเขา มอเตอร์ธรรมดา ซึ่งก้อดีทำวงจร Drive ง่ายดี ไม่รู้จะหาซื้ออะไหล่ได้เหมือนเขาไหมอยากทำได้บ้าง

อันนี้ VDO ติดทั้งกล้อง บินได้เหมือนยุงจิงๆ

เอาล่ะครับ หวังว่าท่านผู้อ่านที่ติดตาม จะตื้นเต้นไปกับ quadrotor กันนะครับ รอบหน้า มาดูต่อว่า ทางผมจะทำ quadrotor

About chang

  • james

    ผมสนใจครับ
    กำลังทำโปรเจค อันนี้อยู่ ครับ
    แต่ไม่มีข้อมูล รบกวนถ้ามีข้อมูล
    เพื่มเติม กรุณา ส่งมายังอีเมล์
    ของผมนะครับ หรือไม่ก็ฝากเบอร์โทรไว้

    ขอขอบพระคุณ ครับ

    • http://www.ayarafun.com chang

      ครับ มีอะไรก้อเข้ามาอ่าน ในนี้ก้อได้ครับ
      ตอนนี้อยู่ในช่วง clear โปรเจคดองๆครับ
      ถึงจะได้ทำ quad rotor ครับ

  • http://no S

    ผมสนใจตัวนี้ครับ อยากทำอะไรที่มันบินได้ ตอนนี้ปี 4 แล้วหาทำอยู่ครับยังไงรบกวนถ้ามีข้อมูลช่วยส่งมาให้หน่อยนะครับ

    • http://www.ayarafun.com chang

      โปรเจคยอดฮิตจิงๆ เดี่ยวสงสัยจะต้องเปิด forum คุยกันสักแล้ว :-D
      ติดตาม อ่านจากในนี้แล้วกัน ผมมีอะไรจะมาเข้า update ในเวปนี้ล่ะครับ

  • kaimoddang

    เยี่ยมครับ

  • http://www.ayarafun.com chang

    ดีใจด้วยครับ พวกการสร้าง ผมคิดว่าไม่ยากมาก อุปกรณ์ พวกใบพัด , มอเตอร์ หาซื้อจากร้าน เครื่องบินบังคับ RC ครับ แต่ว่าเครื่องบิน จะต้องมีบอร์ดควบคุมการทรงตัวตลอดเวลาครับ ต่อตรงๆ คงจะไม่บินครับ

    ส่วนที่สำคัญของระบบจริงๆ คือส่วน control ครับ การนำข้อมูล จาก Gyro กับ accelerometer แล้วไปควบคุมมอเตอร์ครับ ผมอยากให้สนใจส่วนนี้ก่อนครับ คือหาวิธีเอาไมโคร มาอ่าน sensor แล้วทำการควบคุม มอเตอร์ให้ได้ครับ

    พวก sensor ซื้อได้จาก sparkfun หรือ ไม่ก้อ warf.com ครับ

    ข้อมูล ตอนนี้ผมคงแนะนำได้แค่ไปดูตัวอย่างจาก เวปต่างประเทศไปก่อนครับ ซึ่งเขาทำแบบ open-source ดูได้จาก สองเวปนี้ก่อนครับ

    - AeroQuad
    - Quadcoptor by ArduIMU

    ขอบคุณที่เข้ามาติดตามครับ

  • http://no S

    อยากได้พวก Drawing และสถานที่ ที่สามารถซื้อของ อุปกรณ์ต่างๆครับ

    • http://www.ayarafun.com chang

      drawing เลยคงไม่มีครับ หาในเน็ทน่าจะมีตัวอย่างให้ดูบ้างนะ ลองหาดู

  • phatthai

    บ้านหม้อ คลองถม มีขายแหละ เมื่อวันจันทร์แอบไปเดินเล่นมา
    ลำนึงห้าพันกว่าบาท ของจีน เห็นรวมทุกอย่างไว้ใน pcb อันเดียว แถม ic ทำมาเป็นแบบที่เค้าหยดพลาสติกลงไปบนปริ้นเลย งมต่อยาก แต่เอาโครงกับใบพัดมาใช้น่าจะพอได้

    • http://www.ayarafun.com chang

      ฮ. จีน มี gyro ด้วยยย น่าเอามาแกะมากกก

      ใบพัดอาจจะเอามาจาก ฮ. ใบพัดสองชั้นก้อได้ครับ (พวก ฮ. lama )

  • http://no S

    ขอบคุณมากครับ แต่ส่วน control ครับ การนำข้อมูล จาก Gyro กับ accelerometer แล้วไปควบคุมมอเตอร์ ไม่ยากสำหรับผมครับเพราะเขียนโปรแกรมเป็นปกติครับ แต่ที่คิดมากคือผมต้องการทำระบบ GPS แต่ตอนนี้งง มากครับไม่ค่อยเข้าใจ ไม่ทราบว่ามีข้อมูลด้าน GPS ไหมครับผมจะทำลักษณะที่ว่า
    เราบังคับ ฮ. ไปแล้วตอนกลับไม่ต้องบังคับ ฮ. อะครับให้มันกลับมาเองครับตอนนี้คือผมคิดไม่ออก งง มากมายครับ

    • http://www.ayarafun.com chang

      บินได้แล้ว เอามาโชว์ให้ดูบ้างนะครับ :-D

  • kaimoddang

    ผมเพิ่งเริ่มครับ…

    • http://www.ayarafun.com chang

      อย่างน้อยก้อ สามคน ล่ะสิ
      ไปเรียกเพื่อนกันมาเยอะๆ จะว่าจะให้มีจังหวัดล่ะลำ เลย

  • KK roter

    ใบพัดหาซื้อได้ที่ไหนบ้างครับแบบกลับทิศอ่ะครับ ช่วยหน่อยครับทำโปรเจคอ่ะครับ

    • http://www.ayarafun.com chang

      ร้าน RC ครับ จำได้ว่าใบเล็กๆ 4-6 นิ้ว จะหายาก
      จะเจอแต่ใบ 9-12 นิ้วครับ คงต้องออกแบบ ลำใหญ่หน่อยนะ

  • http://no S

    ผ่านแล้วนะโปรเจค แต่ทำคนละอย่างกัน ผมทำแบบ UAV เลยโดยใส่ GPS แล้วเลือกว่าบังคับเองก็ได้ หรือใส่ระบบว่าไปที่ไหนแล้วให้มันไปเองอะ

    ใครมีอะไรมาอัพเดตก็ช่วยหน่อยนะ

    • http://www.ayarafun.com chang

      โอเคเหมือนของ diydrones แต่เขาเป็นเครื่องบินปีก ลองเข้าไปดูวิธี control ดูนะครับ

  • Mioxzii

    พี่ครับ ไม่ทราบว่าตัว control จะหาซื้อได้จากไหนบ้างอะครับ ตัว Gyro ,acceleromemter ลัก็ตัว AeroQuad Shield v1.7 อะครับ ไม่รู้ว่าจะหาซื้อได้ที่ไหนดี ทำโปรเจคจบเหมือนกัน ^^”

    • http://www.ayarafun.com chang

      สั่งที่เวปเจ้าของโปรเจคเลยครับ

  • http://no S

    รบกวนท่านที่สนใจทำโปรเจคนี้ ฝากอีเมลล์ไว้เพื่อฝึกษาและแบ่งปันความรู้กันครับ

    สำหรับผม

    nu.ed@hotmail.com

    คุยกันได้ครับ
    ตอนนี้กำลังหาหลักการอยู่ครับ

  • s

    ไปถึงไหนกันแล้วครับกับการทำโปรเจคตัวนี้
    แล้วไม่เหงมีใครฝากเมลล์ไว้เลยครับ ยังไงก็ช่วยกัน แชร์นะคัรบ

    • http://www.ayarafun.com chang

      สงสัยจะมีคนทำน้อยอ่ะสิครับ แล้วของน้องเป็นไงล่ะบ้างครับ

  • myo

    เมื่อเช้านี้ (22 Jul. 2010) รายการ “เรื่องเล่าเช้านี้” มีข่าวที่ฮ่องกงใช้ iPhone ควบคุม quadrotor ด้วย ข่าวบอกด้วยว่าจะมีขายในเร็วๆนี้

  • SK

    ขอร่วมแจมด้วยครับ กำลังเริ่มศึกษาเอามาเป็นโปรเจคจบเช่นกัน

  • นายแว่นตา

    สวัสดีครับ คือ ตอนนี้ผมทำโปรเจ็คตัวนี้อยู่อะครับแต่ยังไม่สำเร็จเลยครับ มันติดที่การ Control Balance อะ ครับ ผมใช้ ไจโรตัวนี้อยู่นะครับ(Atomic IMU – 6 Degrees of Freedom – XBee Ready)คือได้ Output ออกมาแล้ว แต่ยังเอามา Control Motor ไม่ได้ครับ มอเตอร์ที่ใช่ก็ Bl 2210/10T ใครที่ช่วยได้ผมขอคำแนะนำด้วยครับ

  • http://www.10logic.com 10Logic.com

    น่าสนใจมากครับคุณช้าง ผมคิดว่าอยากทำเล่นอยู่เหมือนกัน ผมไปเจออีกที่

    http://218.16.124.207/bbs/bbs_content_all.jsp?bbs_sn=969236

    น่าสนใจครับมีหลายแบบดี

    • http://www.ayarafun.com chang

      อีกแป็บคงมี ชุมชน quad rotor แน่เลยครับ เห็นหลายที่ก้อเข้ามาเยี่ยมผมบ่อยๆ ผมยังทำไม่ถึงไหนเลย

  • นายแว่นตา

    พี่ๆทำช่วยผมได้ไหมอะครับผมเหลือเวลาอีกแค่6อาทิตย์เองอะครับจะต้องส่งโปรเจ็คแล้ว

    • http://www.ayarafun.com chang

      ช่วยทำ มิได้ หรอกครับ ส่งกำลังใจ ให้ล่ะกันครับ ฮ่าๆ

  • นายแว่นตา

    ครับผม….ยังไงก็ช่วยแนะนำหน่อยนะครับพี่ๆที่เคยทำก็แนะนำผมด้วยนะครับ ….. ขอบคุณล่วงหน้าครับ

  • kyo_shiro

    คือผมจะทำโปรเจคเหมือนกันครับ เอาไว้ยกของไม่ทราบว่ามันรับload ได้สัก4กิโลได้ป่าวครับ ผมยังไม่มีข้อมูลเลย ผมรบกวนส่งข้อมูลให้ในเมล์ผมได้ไม่ครับ ขอบคุณมากครับ

    • http://www.ayarafun.com chang

      แบกของหนัก ยังไม่ค่อยเห็นนะครับ เห็นแต่แบกกล้อง ไม่น่าจะถึง สอง โล
      ของซื้อได้ตามร้าน RC ครับ แต่ที่หายากคือใบพัดครับ มันต้องมีใบพัด สองชุด หมุนกลับทางกันครับ