EXAMENSARBETE - MASKINTEKNIK
HÖGSKOLAN I HALMSTAD ● Box 823 ● 301 18 Halmstad ● www.hh.se
Konstruktion av sök/räddningsrobot
Agron Qorri
Yllka Toska
Maskiningenjörsprogrammet
Högskolan i Halmstad
Handledare: Håkan Petersson
Examinator: Bengt-Göran Rosén
Förord
Föreliggande rapport är resultatet av ett examensarbete för
Maskiningenjörsprogrammet vid Högskolan i Halmstad. Examensarbetet är det avslutande och obligatoriska moment för kandidatexamen inom maskinteknik. Projektet är utfört i samarbete med Drones Networking, Kungsbacka.
Vi vill rikta ett stort tack till vår handledare på Högskolan i Halmstad, Håkan Petersson, för stöd och vägledning under projektets gång. Speciellt vill vi tacka vår handledare på Drones Networking, Leif Ahlman, för ett utmärkt samarbete och stöd för genomförandet av detta projekt.
Halmstad
Maj 2012
______________________ ________________________
Sammanfattning
Detta examensarbete genomfördes under vårterminen 2012 på maskiningenjörs- programmet på Högskolan i Halmstad i samarbete med Drones Networking i Kungsbacka söder om Göteborg.
Drones Networking säljer och utvecklar autonoma och fjärrstyrda robotar för den civila och militära marknaden. Företaget levererar genom produktförsäljning och konsulttjänster.
Då företaget vill ta fram en prototyp av en mikrokopter för brandbekämpning, räddningsuppdrag m.m. uppkom detta examensarbete.
Syftet med projektet omfattar framtagning av en kropp för en mikrokopter som är billigare, enklare och utifrån standardkomponenter. Ytterligare är målet att visa upp en fungerande prototyp på examensutställningen i slutet av terminen. Dock begränsas arbetet till enbart kroppen och inte elektroniken, vilket köps in separat.
Abstract
This thesis was conducted during the spring semester of 2012 in mechanical engineering at Halmstad University in collaboration with Drones Networking in Kungsbacka, south of Gothenburg.
Drones Networking sell and develop autonomous and remote controlled robots for civilian and military markets. The company supplies through product sales and consulting.
Since the company wants to produce a prototype of a micro copter for firefighting, rescue, etc. this thesis occurred.
The project includes development of a body for a micro copter that is cheaper,
simpler and based on standard components.A further objective is to demonstrate
a working prototype at the graduation exhibition at the end of the semester. However, the work is limited to only the body and not the electronics, which are purchased separately.
1 Introduktion ... 3 1.1 Företagspresentation ... 3 1.2 Bakgrund ... 3 1.3 Problemdefinition ... 4 1.4 Syfte och mål ... 4 1.5 Avgränsning ... 4 2 Teoretisk referensram ... 5 2.1 Produktutvecklingsmetod ... 5 2.1.1 Produktdefinition... 5
2.1.2 Produktundersökning och kriterieuppställning ... 5
2.1.3 Komponentval och detaljval ... 6
2.1.4 Framtagning av produktförslag ... 6
2.1.5 Utvärdering av produktförslag ... 6
2.2 Beräkning- och analysmetoder ... 7
2.3 Tillverkning och Test ... 7
2.4 Resultat ... 7
3 Metod ... 8
3.1 Metodologi och Metoddiskussion ... 8
3.2 Avgränsning av metod ... 9 3.3 Metod ... 9 3.3.1 Produktdefinition... 9 3.3.3 Process ... 10 3.3.4 Omgivning ... 10 3.3.5 Människa ... 10 3.3.6 Ekonomi ... 10
3.4 Produktundersökning och kriterieuppställning ... 11
3.4.1 Produktundersökning ... 11
2 3.5 Komponentval ... 14 3.5.1 Detaljval ... 15 3.6 Utvärdering av produktförslag ... 17 3.6.1 Vidareutvecklade produktförlag ... 17 3.6.2 Aerodynamik ... 18 3.6.3 Dimensionering ... 18 3.6.4 FEM ... 18 3.6.5 Montering ... 19
3.6.6 Utvärdering av vidareutvecklade produktförslag ... 19
3.6.7 Test och validering ... 20
4 Resultat & Diskussion ... 20
5 Slutsatser... 21 6 Sammanfattning ... 23 7 Kritisk granskning ... 24 8 Referenser... 25 Bilaga 1 Produktundersökning ... 27 Bilaga 2 Kriterieviktning ... 29 Bilaga 3 Komponentval ... 30 Bilaga 4 Produktförslag ... 36
Bilaga 4, del 2 Kriterieviktning av produktförslag ... 38
Bilaga 5, Vidareutvecklade produktförlag ... 39
Bilaga 6, FEM-analys ... 40
Bilaga 7, Sprängskiss ... 42
Bilaga 8, Parvis jämförelsemetod- slutbedömning ... 45
Bilaga 9 Dimensioneringsberäkningar ... 46
Bilaga 10 Ritningar ... 47
3
1 Introduktion
Följande avsnitt är en inledning till examensrapporten som innefattar samarbetet med Drones Networking. En kort presentation av företaget, problemet och
projektets syfte.
1.1 Företagspresentation
"Vår affärsidé är att utöka kundernas sinnen genom att leverera extra ögon, öron och armar i form av autonoma och fjärrstyrda robotar genom produktförsäljning och konsulttjänster."
Drones Networking är ett litet företag beläget i Kungsbacka, söder om Göteborg. Företaget startade år 2009 av Leif Ahlman med agentur för Inuktuns
inspektionsrobotar i Sverige. De agerar som distributörer för robotar för bl.a. servicebranschen. Robotarna används främst för inspektion, bevakning,
övervakning m.m. De finns för luft-, land- och sjöanvändning. Företaget utvecklar också egna robotar.
1.2 Bakgrund
Det var för att ersätta människor i tunga och farliga arbeten som de första
industrirobotarna utvecklades. Även idag forskar man och utvecklar robotar för att underlätta och ersätta människan i farliga moment. Idag finns det många som arbetar med robotar som hobby - allt fler bygger och programmerar robotar själv. Att utveckla egna robotar ger friheten till att skapa något enklare, billigare och kanske till och med smartare. Drones Networking erbjuder kunder just detta.
4
1.3 Problemdefinition
Idag är det väldigt dyrt med anskaffning av mikrokopter för uppdrag för sök/räddningstjänsten. De flesta konstruktioner är komplicerade och
specialgjorda, detta är problematiskt då det leder till höga priser och komplicerade konstruktioner. Detta ifrågasattes av Drones Networking.
I nuläget finns de flera konstruktioner, vissa kostar väldigt lite men har inte tillräckligt med höga specifikationer för att utföra uppdrag, andra har mycket bra specifikationer men priset är för högt.
Problemet i fråga är ”hur man på bästa sätt kan skapa en konstruktion som både är enkel, gjord på standardkomponenter och är lätt att konstruera” mer av problemet förklaras i kriterieuppställningen.
1.4 Syfte och mål
Syftet med vårt examensarbete är att ta fram en kropp för en mikrokopter, för bl.a. assistans till brandbekämpning, räddningsuppdrag m.m. genom att använda
standardkomponenter så långt det går. Mikrokoptern skall ha en form av anordning för att fästa utrustning, i form av kameror, IR-kamera eller liknande.
Målet med examensarbetet är att konstruera en färdig kropp utifrån
standarkomponenter på ett så förenklat sätt som möjlig, men även ta hänsyn till de kriterier som tillgivits. Rapporten ska sedan kunna användas av företaget Drones Networking för framtagning och utveckling av flygande autonoma drönare till deras kunder inom t.ex. sök- och räddningstjänst men även andra områden.
1.5 Avgränsning
5
2 Teoretisk referensram
I denna del av rapporten förklaras de steg som tas upp i metoden.
2.1 Produktutvecklingsmetod
Den första delen i arbetet utgår ifrån ett behov eller problem, för att till slut komma fram till en lämplig lösning.
2.1.1 Produktdefinition
En stor del av projektet har gått åt till produktdefinition som innebär att följande ska klarläggas:
Produktens användningsområden, behovsområden,
användningssammanhang, benämning, produktens omfattning (de enheter som ingår i produkten samt de samband som råder mellan dem).
Processen, produktens huvuduppgift, deluppgift och bakomvarande anledning.
Omgivning, de miljöer produkten skall användas
Människan, vem eller vilka blir användare eller berörda av produktens användning, människans relationer till produkten och samspelet
människa–produkt.
Ekonomin, ekonomiska villkor och beroenden för produkten (eller behovslösningen).
2.1.2 Produktundersökning och kriterieuppställning En produktundersökning måste upprättas där;
Undersökning av eventuellt tidigare existerande tekniska lösningar av produkten/produktuppgiften, t.ex. produkthistorik eller konstruktionsdata. Undersökning av eventuellt förekommande marknadsupplysningar,
kostnadsuppgifter etc.
Undersökning av nu- respektive framtida användningsområden eller användningssituation,
6
En kriterieuppställning innehåller alla krav och önskemål som skall ställas på konstruktionen. Kraven måste vara tydliga för alla att förstå och mätbara för att enkelt kontrollera om de uppfyllts.
(Olsson F., Principkonstruktion, 1995)
2.1.3 Komponentval och detaljval
”Komponentval innebär att färdiga enheters/delars storlek och fabrikat bestäms. Detta sker rutinmässigt i det fall då det gäller enkla eller självklara komponenter och speciellt omsorgsfullt då alternativen är oklara eller måste övervägas noga.”,
Olsson F., Primärkonstruktion, 1995.
I boken, Primärkonstruktion, förklaras två typer av produktdelar,
Konstruktionskomponent: ”Färdig, generellt användbar produktdel med kända verkningssätt och egenskaper”.
Konstruktionsdetalj: ”Unik produktdel som specialkonstruerats för varje enskild produkt.
I denna rapport upprättas endast och först vilka konstruktionskomponenter som behövs för att sedan välja ut alla delarna.
2.1.4 Framtagning av produktförslag
”Ett komplett principiellt produktförslag ska visa produktens verkningssätt, uppbyggnadssätt och totalutformning”. Olsson F., Principkonstruktion, 1995.
Dessa produktförlag redovisas som bilaga 4 med uppbyggnad av de valda detaljerna.
2.1.5 Utvärdering av produktförslag
Förslagen som kommer fram utvärderas i omgångar med en vidareutveckling av ett mindre antal men allt bättre principiella förslag.
Utvärderingen måste göras i flera omgångar för att dåliga förslag succesivt sållas bort och de bästa förslagen förs vidare tills det lämpligaste, framkomna
7
2.2 Beräkning- och analysmetoder
I denna del har vi använt beräkningar för att få fram faktaunderlag om kriteriers uppfyllelse. Beräkningar på dimensionering av armar har gjorts för att enklare arbeta med Finita Element Metoden.
Här utnyttjas förvärvade baskunskaper i bl.a. mekanik och hållfasthetsberäkningar i FEM-analys som underlag till utvärdering.
Användarinformationen för FEM-simulering har hämtats ur Catia V5 Generative Structural Analysis. Ritningsunderlag skapas med hjälp av Generative Drafting.
Analys av aerodynamiken är också en viktig faktor. Med aerodynamik menas, enligt nationalencyklopedin;
”Aerodynamik, läran om lufts och andra gasers strömning, särskilt kring farkoster och i strömningsmaskiner, och därav föranledda krafter.”
Då mikrokoptrar är väldigt känsliga för vindförhållanden är det viktigt för oss att ta fram en mikrokopter som påverkas så lite som möjligt av vinden utan att detta påverkar våra val av komponenter och kommande förslagen drastiskt.
Vidare gör vi också en monteringsanalys för att kunna kontrollera kravet om konstruktionens enkelhet vid tillverkning av ramen/kroppen.
Här tittar vi mer på uppbyggnaden av de tre sista förslagen för att kunna identifiera ett förslag som uppfyller kravet bäst, detta då stor del av
konstruktionens kostnad ställs på bearbetning/montering av mikrokoptern. Slututvärdering av de tre sista förslagen kommer att göras efter alla ställda krav.
2.3 Tillverkning och Test
För att få fram en prototyp görs beställning av material för det slutgiltiga förslaget. Montering av komponenterna görs för att skapa en prototyp för
användning i test. Prototypen/kroppen kommer att kontrolleras utifrån kraven där vi bl.a. väger kroppen för att se vikten, belastning med vikter för att kontrollera om kroppen klarar av 3 kg i plan yta och i luften genom upphängning. Ett av kraven var också att den ska kunna bäras iklädd handske. Detta testas efter färdig prototyp. Resultaten presenteras med fotobild i bilaga 10. I mån av tid kommer elektronik installeras och en testflygning göras.
2.4 Resultat
8
Efter att alla beskrivna moment ovan är genomförda kan slutsatser dras utifrån resultatet. Allt eftersom produkten blir mer och mer beskriven och konkret ställs också högre krav för att bli optimal. De förslag som uppfyller kraven bäst går vidare. När mikrokoptern är uppbyggd sker tester för att fastställa och försäkra oss att goda val gjorts och att projektet har lyckats.
3 Metod
3.1 Metodologi och Metoddiskussion
Tyvärr finns det inte någon bok som gäller för uppbyggnaden av en mikrokoper utan vi har fått utgå efter vetenskapliga skrifter och en bok angående någon relevant del i processen. Dessa refereras det till i varje del.
Det finns många olika metoder att använda när det gäller konstruktionsarbeten, efter att vi tittat efter ett flertal metoder så har vi valt ut två. Eftersom vi skulle göra en produktframtagning av en ram/kropp till mikrokopter var det lämpligt att välja Fredy Olssons metodiker, Principkonstruktion och Primärkonstruktion. Vi har använt denna för oss redan kända metod i andra delar av utbildningen och vet av erfarenhet att det är en relevant metodik att utgå ifrån. För att komplettera designdelen i Principkonstruktionen använde vi även ett moment ur The
Mechanical Design Process av David G. Ullman så kallad Brainstorming.
Fredy Olssons metodstyrka är att den är relativt enkla att följa och möjliggör ett parallellt arbete som hela tiden uppdateras på vad som egentligen sker i projektet. Metoden är avsedd för konstruktionsarbeten och det sammanfaller med projektets syfte. Förutom Fredy Olssons metoder har vi även valt att titta på olika
konstruktioner av mikrokoptrar på internetsidor, forum m.m. som vi använde som underlag för inspiration och idégenerering.
Genom att använda oss av denna metod tillsammans med brainstorming, skulle vi få fram det bästa möjliga konceptet. Vidare får vi även vägledning och stöd av handledare Håkan Petersson på Högskolan i Halmstad och Leif Ahlman på Drones Networking.
9
3.2 Avgränsning av metod
Trots att metoderna är klara och lätta att följa så finns det alltid avgränsningar. Avgränsningar i metodologin vi har haft är bl.a. att vi fått utesluta vissa delar av processen i Fredy Olssons metodologi. Till exempel har vi inte använt oss av den tredje delen av metoden, Tillverkningskonstruktion. Där ingår bl.a. materialval. Då företaget redan förutbestämt material för en del komponenter så utgick vi ifrån det. En annan avgränsning vi ansåg var i designfasen av mikrokoptern. Eftersom användning av standardkomponenter var ett av kriterierna så gav det oss inte utrymme för egen design utan vi fick utgå ifrån det som fanns och sedan bygga fram koncept. Därför har vi fått anpassa delarna av Fredy Olssons metodiker för att nå ett optimalt resultat.
3.3 Metod
I följande avsnitt redovisas resultatet som uppnåtts under projektets gång. Alla ovanstående metoder som förklarats redovisas nu och till sist kommer en kontroll användas för att bekräfta att resultatet uppfyller kraven.
3.3.1 Produktdefinition
I denna del redovisas hur produkten ställer sig till de delmoment som följer.
3.3.2 Produkt
Användningsområdet av mikrokoptern är bl.a. för assistans till brandbekämpning och räddningsuppdrag. Roboten ska kunna användas även för andra ändamål. Mikrokoptern ska ha en form av anordning för att fästa utrustning i form av kameror, IR kamera eller liknande. Elektronik, propeller och övrig utrustning ska kunna utvecklas och monteras på den. Det fetstilta i tabellen beskriver syftet med examensrapporten.
Uppdrag/Projekt
Användningsomr.
/Sammanhang Produkt Produktenheter Produktdel
Räddningsrobot
Brandbekämpning
/Räddningsuppdr. Mikrokopter Lyftenhet Propeller
Konstruktionsram Standardkomp.
Elektronik (IR) Kamera
Strömförsörjning Batteri, kablar
Styrning Elektronik
10
3.3.3 Process
Här hittar vi ingen direkt genomgående process för mikrokoptern då dess syfte är att flyga. Arbetet kommer ske i form av undersökning och analys av befintliga och möjliga standardkomponenter som material för konstruktion av kroppen. Enligt F. Olsson (1995) så behöver processerna vanligtvis förklaras samt åskådliggöras i form av t.ex en processbox. Processboxen visar in- respektive utdata samt huvudprocess.
Bild 16. Processbox ur Principkonstruktionsboken.
3.3.4 Omgivning
Vad gäller produktens bruksomgivning så är det främst utomhus miljö.
Geografiska områden och lokaliteter begränsas inte. Denna produkt är universal och kan användas av alla överallt. Mikrokopterns läge är stående på olika platser, t.ex. ett bord, på marken eller annan plan yta.
Komponenter så som elektronik ska fästas på mikrokoptern, exakt läge definieras ej i denna rapport.
3.3.5 Människa
Brukspersonen i detta fall är t.ex. en brandman. En person som styr styrningen av mikrokoptern och flygningen. Andra berörda är de som sköter insamlad data, installerar komponenter ev. reparerar. Personen som är i fara och blir räddad med hjälp av mikrokopter är också en person som blir berörd av denna produkt. Den verksamhet som köper in en brandbekämpningsrobot/räddningsrobot är främst de personer som är berörda av produktens bruk.
3.3.6 Ekonomi
Det är svårt att redan nu veta priset på produkten då det finns många komponenter som ska köpas in. Vi utgår ifrån max 10 000 kr då det också är den budget
11
3.4 Produktundersökning och kriterieuppställning
I detta kapitel redovisas en undersökning på liknande produkter som finns på marknaden.
3.4.1 Produktundersökning
Historik 1; Den första kända robotritningen som finns bevarad är en robotriddare
ritad av Leonardo da Vinci. Den är visserligen primitiv med dagens mått mätt, men var väl före sin tid under senare delen av 1400-talet. Det var för att ersätta människor i tunga och farliga arbeten som de första industrirobotarna utvecklades. Inspiration fås av biologi, flora och fauna. Ett exempel är fyrbenta robotar där man utreder reptil-och däggdjur-liknande vandring med ett mekaniskt koncept, (Berns K., Winfried I. et.al (1999).
Även idag forskar man och utvecklar robotar för att underlätta och ersätta människan i farliga moment. Idag finns det många som arbetar med robotar som hobby - allt fler bygger och programmerar robotar själv.
Robotens framtid är väldigt ljus och forskning pågår för fullt för att få fram en optimal och mer fördelaktig robot som ersätter människan i olika situationer. I framtiden antas det bli standard med små övervakningsrobotar som flyger
omkring på uppdrag av polis eller bevakningsföretag. Detta för att det kommer att bli betydligt billigare än att ha bemannad personal dygnet runt.
Detta förespråkar även R. Bogue (2010) där han anser att förutom militära
användningsområden, konceptet med små, autonoma, flygande robotar, utrustade med en rad sensorer, är det attraktiv för ett antal civila tillämpningar. I föreslagna användningsområden ingår väderprognoser, miljöövervakning, sök-och
räddningsinsatser, säkerhet och brottsbekämpning. (Bogue R. (2010) Industrial
Robot: An International Journal 37/1)
Den stora expansionen inom robotiken finner vi bland de autonoma robotarna. Under första decenniet 2000 tillverkades och såldes mer än 10 miljoner sådana i världen. En stor del av dessa är dammsugarrobotar. Definitionen på denna typ av robot som skiljer sig från industrirobotar är dess framträdande egenskaper: Känna, Tänka och Agera.
Exempel på bl.a. framtida utveckling är:
Robotar i hemmet – utveckling till det som finns idag så som dammsugare och gräsklippare.
12
Servicerobot- språkstyrd robot i trafiksektorn som upplyser om vägleder. Militära- beväpnade robotar.
För att komma fram till en bra lösning gör vi en produktundersökning så att vi kan se vad som använts tidigare och vad som behöver utvecklas.
Vi måste ta hänsyn till de flygande robotar som finns idag för att hitta eventuella brister som vi kan dra nytta av i vårt arbete. Saker att tänka på och ta hänsyn till. Vi har undersökt och analyserat 3 olika robotar. Se bilaga 1.
Undersökningen har medgett en tydlig värdering av kriterierna som tillgivits.
3.4.2 Kriterieuppställning
Framtida mikrokopter som ska konstrueras har vissa krav som måste uppföljas, ställda av projektägaren. Bl.a. ska vi komma fram till en billigare produkt än de som redan finns på marknaden genom att använda standardkomponenter och så enkel konstruktion som möjligt. Viktigt är också att erbjuda kunden en robust och tillförlitlig produkt.
Funktionella krav
Flygning: mikrokoptern skall flygas med hjälp av tre eller fyra propellrar Utrymme: mikrokoptern skall ha plats för navigeringskamera, IR-kamera,
propellrar
Utformning: mikrokoptern skall utformas för att kunna lätt installera elektronik samt strömförsörjning ombord
Användbarhet
Bärning: Mikrokoptern skall kunna bäras med en hand, iklädd handske Tillförlitlighet
Enkel konstruktion: Mikrokoptern skall vara robust och så enkel som möjlig.
Prestanda
13
Konstruktionsrestriktioner
Komponenter: Mikrokoptern skall konstrueras utifrån så många standardkomponenter som möjligt.
Storlek: Mikrokoptern får inte vara större än 80cm i diameter.
Kraven som beskrivits ovan är alla fasställda krav. Dock har vi även upprättat några önskemål som vi skulle vilja ta med i kriterieuppställningen och dessa är följande:
Önskemål
Synlighet: integrerade ledlampor för synlighet i mörker med avstånd på ca 200 meter.
Design: ett skyddande skal, likt en kupol, för elektroniken ombord men även komponenter som kamera, batteri osv. detta för att motstå
miljöpåverkan vid regn och oväder som kan förstöra tekniken ombord.
Någon kriterieviktning kan inte göras i detta fall då det redan är förutbestämda av projektägaren. Dock kan vi lista upp ovanstående krav och önskemål utifrån prioritet som ska tas till hänsyn nu innan mikrokoptern är helt färdig.
Hög Prioritet Medel Prioritet
Flygning Utrymme Utformning Enkel konstruktion Komponenter Storlek Design Prestanda (Synlighet) Användbarhet
14
De önskemål vi själva angett ska i mån av tid och pengar appliceras på roboten. T.ex. önskemålet om synlighet vilket innebär att integrera ledlampor i roboten för att synas vid mörkerflygning. Det är dessutom inget som kan uppfyllas i första fasen och kommer att göras i mån av tid likaså elektroniken. Detsamma gäller prestanda och användbarhet, dessa krav kontrolleras sist då de inte kan
kontrolleras innan mikrokoptern är färdig.
Då vi vet vilka krav och önskemål som vi ska jobba mot är det enklare att leta fram komponenter som krävs för att klara av dessa krav. Detta måste göras först innan vi kan börja med att skissa idéer.
3.5 Komponentval
Här gör vi ett undantag med att följa Freddy Olssons ordning på denna metod. Eftersom vi måste utgå ifrån standardkomponenter och dessutom så enkel och så få delar som möjligt måste vi först veta vad som finns på marknaden och vilka delar vi behöver samt hur de ser ut för att sedan med hjälp av de komponenterna utforma kroppen och eventuell design.
Med tanke på att vi är begränsade att använda standardkomponenter ifrån en leverantör som projektägaren tilldelat oss, så ger det oss inte möjlighet till något större materialval då leverantören endast innehar aluminium.
De delar vi inte hittar hos denne leverantör kan komma att bestå av annat material än aluminium.
Aluminium har många önskvärda egenskaper så som styrka, lätt att forma och gjuta, elastisk, lätt, bra värme-kylledningsförmåga, inte giftig, inte magnetiskt, formbar samt återvinningsbar, enligt SAPA – handbok
för konstruktörer.
För att komma vidare till en slutgiltig konstruktion måste vi välja mellan antal armar på mikrokopter. En tricopter har tre armar och en quadcopter har fyra armar. Enligt källor så har erfarna människor klargjort
för- och nackdelar med diverse mikrokoptrar.5 En
15
tiltande motor för stabilitet. Vid jämnförning av dessa två mikrokoptrar så uppfyller quadcoptern våra krav bäst. Innan vi tittar vidare på komponenter så måste vi fastställa vad som ingår i en quadcopter. I schemat ovan kan vi läsa av de komponenter vi kommer titta på. En avgränsning som måste göras är just
elektronikdelen. Vi har väldigt lite kunskaper om vilken elektronik som är bäst lämpad därför kommer projektägaren att sköta den biten genom att köpa in ett
elektronik kit ifrån en leverantör i Göteborg12. Utifrån denna indelning kommer
komponenterna att väljas ut och värderas, allt med standardkomponenter och
andra modifierbara produkter som finns på marknaden.
3.5.1 Detaljval
Vi är begränsade till färdiga, standardiserade delar vars verkningssätt och egenskaper är kända. Detta för att enkelt kunna byta ut någon del vid eventuell kraschlandning eller annan olycka.
Delarna kan vanligen utan ändringar användas i många olika produkter, enligt F. Olsson (1995). Denna typ av produktdelar går under namnet
”Konstruktionskomponent; Färdig, generellt användbar produktdel med kända verkningssätt och egenskaper”.
Enligt W.Z. Zhang et.al. menar de att användningen av standardkomponenter i en design är ett klassiskt fall av återanvändning då designers vet att de väljer en väl beprövad produkt med en mängd utveckling och tillämpningsmöjligheter. Användning av standardkomponenter förenklar designprocessen och är också kostnadseffektivt. Det kan förkorta tillverkningsledtider och förbättra kvaliteten av en produkt då innehåller använder beprövade komponenter. (Int. J Adv. Manuf.
Technol. 2003)
Standardkomponenter är oftast billigare att köpa in, än att specialkonstruera, då de tillverkas i stora antal. Det enda nackdelen med standardkomponenter, vilket vi tidigare benämnt som en begränsning är just att nytänkandet förhindras, vi kan inte idegenerera hur som helst.
Projektägaren hänvisade till en hemsida där vi skulle köpa materialet ifrån6. Andra
komponenter vi behövt har vi hittat på andra butiker och hemsidor.
16
Grupp Benämning Exempel
1. Formvaror av metaller Skivor, profiler, rör, stång,
2. Förbindningskomponenter Skruvar, muttrar, brickor, gångjärn
3. Transportkomponenter Ställfötter
4. Tätningskomponenter Ändlock, täcklist, täckkupol
De komponenter vi valt ut för utvärdering är sådana delar vi tyckte var lämpligast.
För att fortsätta arbetet gör vi en utvärdering på komponenterna vi behöver. Även komponenterna måste uppfylla kraven. Vi utvärderar komponenter ifrån grupp 1, 3 och 4. Förbindningskomponenter, grupp 2, kommer att beaktas vid slutfasen under kapitel 3.6.3 FEM.
Vi utvärderar komponenterna utifrån pris, material, vikt, försegling och montering beroende på relevans för delarna.
Pris = så billigt som möjligt utan teknisk påverkan
Material = om möjligt olika rostfria aluminium legeringar Vikt = komponenternas vikt ska vara låg
Försegling = hur lätt är det att försegla lock Montering = hur lätt är det att montera ihop
De detaljer som identifierats i bild 1 ska väljas ut och utvärderas. Enligt bilaga 3 får vi ut ett slutförslag för delarna på quadcoptern. Se nedan för komplettering.
Armar
Slutsats: med fokus på profilerna som vi fann och deras olika punkter som pris, vikt etc. fann vi snabbt vilken profil som är mest lämpad för armarna på vår mikrokopter. Denna profil är 20x20 T-spår 5 M5 skruv, den upfyllde vår efterfrågan på lågt pris samt vikt och material. Produkten finns hos tillvald leverantör. Utifrån matrisen i bilaga 3 kan vi se att förslag nummer ett har fått flest poäng och blir den komponent vi kommer att köpa in. Pris: 190,55kr
Centralplatta
Slutsats: utifrån tabellen i bilaga 3 ser vi graderingen av produkterna. Fläktgallret har i detta fall fått flest poäng och denna går vidare till utveckling av en
17
Ben
Slutsats: utifrån bedömningen i matrisen går förslag 1 vidare. Dessa fötter är enkla, billiga och från samma leverantör som armarna. Pris: 222,50 kr.
Skyddskåpa
Slutsats: utifrån de olika förslagen har vi enligt betygsättningen fått fram att cd-spindeln är den bäst lämpade kåpan för jobbet då den är lätt att försegla samt
väger minst och kostar minst. Därför går förslag 1 vidare.8 Pris: 19 kr.
Utifrån dessa valda komponenter kan vi enkelt gå över till nästa fas och bygga upp olika koncept och idéer. För att få en bred idégenerering använder vi oss av metoden Brainstorming som enligt The Mechanical Design Process (2002) av Ullman är en källa till idéer. Brainstorming är en vanlig metod att bruka när man arbetar i grupp men kan även användas individuellt. Att vi valde brainstorming och varför den är bra för grupper är att varje medlem från gruppen kan bidra med idéer från deras synvinkel. Metoden är enkel och effektiv, speciellt i grupp. Den ena medlemens idéer kan trigga igång inspirationen till den andra.
3.6 Utvärdering av produktförslag
Vi börjar först med att generera ett flertal idéer utifrån de komponenter vi fastställt. Här används brainstorming som metod för framtagning av de olika förslagen. Förslagen bifogas som bilaga 4. Dessa sex olika förslag måste utvärderas utifrån kriterierna som vi har ställt upp. Förklaring av kriterierna har gjorts tidigare i arbetet, se kriterieuppställning. Gradering av kriterierna för förslagen 1-6 kommer att ske med en betygskala på 0-3 enligt tabell i bilaga 4, del 2. Denna bedömning kallas parvis jämförelsemetod och utgör steg 2 till
kriterieviktningen i bilaga 2. Efter en principiell grovsållning där några enkla men viktiga krav varit underlag för utvärderingen, har förslag 1, 2 och 6 gått vidare för utveckling. Det är de förslag som uppfyllt kraven bäst och fått flest poäng. Se bilaga 4 del 2 för viktning enligt kriterier. Detta innebär att dessa tre olika förslag kan komma att modifieras under vidareutveckling av produktförslagen, för att uppnå optimal kroppsform och konstruktion.
3.6.1 Vidareutvecklade produktförlag
18
produktförslag. Vi tar hänsyn till fler kriterier bl.a. aerodynamikens lagar, FEM- analys och uppfyllelsen av kraven kontrolleras noggrant.
3.6.2 Aerodynamik
Aerodynamiken är viktig vid utformningen av helikoptrar och andra flygande farkoster. Kanske att en mikrokopter inte är i samma storlek och inte åker i samma fart som en helikopter som det görs lite undantag. Bland aerodynamiska förluster finns luftmotståndet, vilket vi tar hänsyn till i denna vidareutveckling. En modell med hel kropp ger mindre motstånd än en modell med kabin. Det som främst bör eftersträvas är en liten frontyta vilket betyder en smal kropp, enligt Berggren, K. (1997).
Då vi har motorer och propeller längst ut på armarna och
inte över kabinen eller cd-spindeln betyder det att vi endast tittar på luftmotståndet där. Quadcoptern med fyra
armar och motorer gör att den är stabilare då den är mer utspridd över en area och inte så tätt konstruerad. Att minska på luftmotståndet gör att Quadcoptern enklare kan lyfta och är mer effektiv. Därför krävs det att det finns mest ledig yta runt omkring motorn. På grund av detta måste vi ändra på placeringen av fötter under Quadcoptern, se till att motorn är så långt ut på armen som möjligt för att inte påverka luftflödets yta. Se bilaga 5. Spåren på aluminiumprofilerna täcks med täcklist och ändlock efter att kablar fästs.
3.6.3 Dimensionering
Förutom att vi gör förändringar enligt aerodynamiken måste också några handberäkningar göras för att få en rättvisande bild på storlek, vikt men framförallt för att enklare kunna göra FEM-beräkningar. Se bilaga 9.
3.6.4 FEM
Finita Element Metoden kommer göras för utvärdering på grundval av
beräkningar. Vi tittar närmare på hållfastheten i produktförslagen och den mest hållbara värderas högst. FEM-analysen fastställer också hur de fysikaliska effekterna ger verkan, om dimensionerna kan innehållas osv.
Vi började med att göra FEM analyser på de olika armarna för att bättre se vilka som är mer stabila och kunna välja den lämpligaste konstruktionen. Då förslag 1 och 2 har samma konstruktion har vi gjort en beräkning som gäller båda. Sedan har en separat beräkning gjorts på förlag 6. Se bilaga 6.
19
Enligt bilaga 6 kan vi se hur belastningen påverkar konstruktionen. En belastning med 7,5 N/arm eller 3 kg totalt har lagts på. Detta för att i kriterierna ska
quadcoptern max bära upp 3 kg och med FEM analyser kan vi titta på hur det påverkar resultatet. Vi använde en Mesh-storlek på 1 mm med en Sag på 0,2 mm för att få ett så korrekt resultat som möjligt. Hållfastheten enligt analyserna bekräftar att de olika konstruktionerna kommer att hålla.
För att göra en ytterligare utvärdering för att få ut en lämplig kropp till quadcoptern som uppfyller kraven måste vi titta på andra faktorer. Detta har medbringat att vi skall titta närmare på konstruktionens inspänningspunkter och hur mikrokoptern ska monteras.
3.6.5 Montering
Modifieringar i kommande bilder är bland annat att vi tagit bort propellern och fyra skruvar där centerplattan förbinder sig med den andra centerplattan. Detta gjordes på grund av att vi insett att de fyra skruvarna egentligen inte behövs. Det samma gäller propellern eftersom projektets syfte endast är uppbyggnad av kroppen. Att vi använt propellern i tidigare bilder är endast i visualiseringssyfte och bättre förståelse.
En punkt i kriterierna är enkelhet, se hur lätt produkten är att sätta ihop och därför skall detta fungera som utvärdering för de sista tre förslagen. Detta visualiseras i form av sprängskisser, även för att se hela innehållet för quadcoptern. Se bilaga 7. Det förslag som är enklast och innehåller minst delar är mest lämplig.
I bilaga 7 kan även en tabell ses där förbindningskomponenter från grupp 2, kapitel 3.5.1 finns med.
För att foga ihop delarna behövs främst skruvar, spårmuttrar och olika brickor. Aluminiumprofilerna fästs till centralplattan med skruvar och muttrar med hjälp av spåren på aluminiumprofilen. Antal delar av varje sort som behövs illustreras i varje bild.
3.6.6 Utvärdering av vidareutvecklade produktförslag
Efter analyser och förändringar i produktförslagen återstår nu att göra en viktning av de tre sista förslagen. Utvärderingsgenomgångar där kravuppfyllelsen
kontrollerats, önskemålen kvarstår rekommenderas en parvis jämförelsemetod-slutbedömning som utgör steg 3 till kriterieviktningen i bilaga 4 del 2.
20
10 för visualisering av quadcopter kroppen och ritningar på respektive ingående
delar.
3.6.7 Test och validering
Den slutgiltiga lösningen på problemet måste testas för att bekräfta att kraven är uppfyllda. Genom viktningar och utvärderingar har förslag nummer 6 gått vidare och är alltså mest lämplig. I kriterieviktningen finns det krav som inte gick att vikta och att kontrollera innan quadcoptern var färdig, t.ex. den totala vikten, prestandan och användarvänlighet. Dessa krav kontrolleras manuellt och presenteras i bilaga 11, test och validering.
Efter att alla komponenter anlänt började vi bygga ihop quadcoptern. När kroppen var färdig kunde vi lägga den på en våg och se vilken vikt den uppnår. Vi lägger också till några vikter så att vi når den totala lasten på 3 kg, som var ett krav. Vi lägger quadcoptern på en plan yta med den totala lasten på 3 kg och testar även att hänga upp den tillsammans med lasten. Detta görs för att se om kroppen orkar bära 3 kg. Vad gäller användarvänlighet och dess krav innebär det att kunna bära quadcoptern iklädd handske. Detta presenteras också i bilaga 11.
4 Resultat & Diskussion
Under projektets gång har arbetet genererat många delmål eller resultat för att nå den slutgiltiga primärlösningen. Redan i starten var det viktigt att förstå problemet och kriterieuppställningen. Denna lösning vi arbetat fram uppfyller de kriterier som ställts och löser problemet beskrivet i kapitel 1.
De metoder vi arbetat fram resultatet med var från Fredy Olsson. Vi började med att definiera produkten och undersöka vad som finns på marknaden. Detta
resulterade till bilaga 1. För att enklare kunna fortsätta arbetet, som nu var att ta fram olika koncept behövde vi först identifiera möjliga standardkomponenter som vi kunde använda. Därifrån kunde vi generera idéer utifrån de komponenter vi hade. Se bilaga 3 och 4. Här använde vi Brainstorming som metod och sedan användes också elimineringsmetoder i form av kriterieviktning och
parvisjämförelsemetod för att sålla bort förslag som inte är lämpliga. Se bilaga 4 del 2.
När endast några få förslag återstod använde vi oss av aerodynamik,
21
gjorde små förändringar. Förändringar i form av annan lägesdimensionering av t.ex. ben och förslutning med täcklist för spåren i profilen. Utifrån
dimensionsberäkningarna, bilaga 9, vars syfte var att ge oss en rättvis bild på storleken av Quadcoptern kunde vi enkelt jobba vidare med FEM-analys. Denna analys ger oss ett resultat på om dessa dimensioner är korrekta och hållfasta. Vi belastade förslagen med ca tre kg för att testa ifall de kommer att uppfylla kriteriet som var uppställt. Med hjälp av FEM-analysen fick vi detta bekräftat och vi kunde värdera vidare våra förslag. Se bilaga 6.
Monteringsanalysen gjordes i syfte för att uppfylla kravet, enkelhet. Se bilaga 7, som är en sprängskiss av de tre sista förslagen där alla ingående delar syns och antalet fästelement visualiseras. Priset för alla fäselement visas också. Det förslag som hade minst antal element och minst hål att borra värderas som enkel med hänsyn till monteringen.
Den sista viktningen, parvisjämförelsemetod-slutbedömning, gav oss en vinnare. Till denna viktades alla kriterier och önskemål mot de tre sista förslagen. Se bilaga 8. Förslag nummer 6 uppfyller alla de ställda kraven bäst. Trots att priset är högst bland de tre förslagen, med en skillnad på 82 kr, så anses den ändå billigare och enklare när det gäller bearbetning då det endast krävs borrning av 6 st. hål. Se bilaga 7. Det slutgiltiga förslaget testades också för att kontrollera att de
uppställda krav som tidigare inte uppfyllts nu gör detta. Det gäller bl.a. total vikt, prestanda och användarvänlighet. Enligt bilaga 11, som visar bilder på resultatet av dessa tre krav, ser vi att alla krav uppfylls. Den totala vikten av kroppen är 965 gram och den klarar av maxlasten på 3 kg både i statiskt och dynamiskt läge. Förutom detta har vi också kontrollerat användarvänligheten genom att med iklädd handske bära quadcoptern, vilket också uppnås och godkänns. I bilaga 10 finns ritningar på alla ingående delar för den slutgiltiga konstruktionen.
5 Slutsatser
Hela projektets gång har haft som slutmål att nå en slutgiltig konstruktion, ram eller kropp för en flygande robot vars syfte är assistans för sök-och
räddningsuppdrag.
De kriterier som varit ställda har också givit oss underlag till vidare arbete för att konstruera en lämplig kropp. Vi anser att nästan alla kriterierna för
22 Kriterier Uppfyllnad? Flygning JA Utrymme JA Utformning JA Komponenter JA Enkel konstruktion JA Prestanda JA Storlek JA Synlighet NEJ Design JA Användbarhet JA
I tabellen ser vi att synlighet inte har blivit uppfyllt. Detta på grund av att
elektroniken inte anlänt i tid för att installeras och redovisas i rapporten, då anser vi att det kriteriet inte är uppfyllt. Å andra sidan har vi i ett tidigt skede beskrivit att det kriteriet eller önskemålet endast kommer att installeras i mån av tid och pengar. Detta innebär inte att vi helt uteslutit kriteriet då vi inför UTEXPO fortfarande kan installera elektroniken och LED-belysningen.
Komponenterna har utvärderats enligt bl.a. pris vilket innebar att hitta de billigaste delarna för konstruktionen. Priset för den totala kostnaden för konstruktionen blir enligt nedan:
Armar 3 m. ca 191 kr Ben 4 st, ca 223 kr Centerplatta 2 st, ca 70 kr Kåpa 1 st, ca 20 kr M5x8 skruvar 6 stycken, ca 59 kr för 100 st. M5x10 skruvar 8 stycken, ca 39 kr för 100 st. Fyrkantsmutter M5 14 stycken, ca 65 kr Vinkelfästen 4 stycken, ca 91 kr
Ändlock (ej i bild) 4 stycken, ca 19 kr
Täcklist (ej i bild) Lägges efter kabelfästning, ca 50 kr
Maskinkostnad + arbete 400 kr/h, ca 1 timme, ca 400 kr
Totalt pris Ca 1227 kr
23
För fortsatt arbete inom detta projekt finns det möjligheter för ytterligare
modifieringar. Dessa kan tillämpas av företaget, Drones Networking, vid liknande projekt för bättre anpassning. Efter att vi byggt upp modellen ser vi de
möjligheterna till förändringar som finns. Ett exempel är att kroppens storlek eller diameter kan minskas, allt beror på propellerns vidd. När detta sker så sjunker också ramens vikt ytterligare. Ifall det kommer på tal att integrera fler
elektroniska komponenter så finns det möjliget att byta ut kåpan till något större, t.ex. de förslag vi utvärderat i bilaga 3.
6 Sammanfattning
Enligt presentationen av de resultat som uppkommit under projektets gång så känner vi oss väldigt nöjda och kan dra slutsatsen att vi har lyckats med vår rapport. Genom grundläggande uppbyggnad av rapporten på ett lämpligt sätt för projektet har vi uppnått de resultat som förväntades. Alla de krav som ställts har uppnåtts och bidragit till en hållbar lösning och ett svar till problemställningen.
Problemetformuleringen lyder; ”hur kan man på bästa sätt skapa en konstruktion som både är enkel, gjord på standardkomponenter och är lätt att konstruera?”
Som svar till frågan finns denna rapport. Alla de val som gjorts under projektets gång har med goda underlag utsetts som vinnare. För att ha goda underlag har, anser vi, lämpliga komponenter valts ut och beställts in. Till detta moment har vi använt oss av kriterieviktningar och utvärderingsmetoder för att sålla bort sådana delar som inte passar in. Slutsatsen vi kan dra utifrån komponentvalet är att om vi inte gjort noggranna utvärderingar skulle vi få problem längre fram, t.ex. vid montering av hela quadcoptern.
Detsamma gäller även brainstorming av idéer som bygger på valet av
komponenter. Där sållades förslagen bort i omgångar för att inte missa någon viktig del att gå igenom. Även med det sista förslaget gjordes det test för att bekräfta att vi valt rätt. De analyser som står till grund för valet är också lämpliga utifrån projektets karaktär. Alla dessa resultat finns att titta närmare på i de bilagor som bifogats rapporten.
Denna rapport står endast för konstruktionen av en kropp eller ram till en sök-och räddningsrobot. De kriterier som ställs finns bifogade och kan användas i
omgångar vid uppbyggnad av fler quadcoptrar. Om önskemål finns kan även en tricopter byggas som endast har tre armar, med samma tillvägagångssätt.
24
av elektronikdelar och dess prestanda är viktig för att orka lyfta konstruktionen. Mer vill vi inte tillägga angående elektroniken då vi inte anser oss kompetenta inom det området. Huvudsaken är att vi lämnat utrymme för elektroniken för att installeras vid senare tillfälle.
7 Kritisk granskning
Vi angrep problemet lite naivt i början och startade med en djup brainstorming för att tömma huvudet på idéer. Vi insåg senare att vi inte kunde arbeta på det sättet med tanke på att vi inte kan designa mikrokoptern hursomhelst på grund av standardkomponenterna. Detta ledde sen till att vi fick börja om och först titta efter befintliga delar för att sedan bygga fram koncept. Detta var ett litet felsteg som borde ha tänkts igenom innan. Trots det låg vi bra till enligt tidsplanen och ett bra urval gjordes.
Tidsplanen som sattes upp redan innan projektstart fick revideras under projektets gång då datum gällande projektet och andra kurser ändrades. Vissa delar tog mer tid än beräknat med trots det jämnades det ut i slutfasen.
Redan i början av projektet är det viktigt med förståelse, då detta kan leda till missförstånd i uppbyggnaden av kroppen för mikrokoptern. För att motverka detta krävdes en diskussion med vår handledare från Drones Networking och på så sätt löstes detta utan vidare problem. Även kontakten med handledare, Håkan
25
8 Referenser
Böcker:
Berggren, K. (1997) RC-helikoptern, Allt om Hobby AB, Stockholm. Kapitel 9.5, s. 95.
Sapa, Handbok för konstruktörer
David G. Ullman (2001) The Mechanical Design Process McGraw Hill
F. Ohlsson (1995), Principkonstruktion
F. Ohlsson (1995), Primärkonstruktion Artiklar:
W. Z. Zhang, G. X. Wang, B. T. Cheok, A. Y.C. Nee (2003) International
Journal of Advanced Manufacturing Technologies, 22, s. 141-149.
R. Bogue (2010) Industrial Robot: An International Journal 37/1, s. 17-22.
K. Berns, W. Ilg, M. Deck, J. Albiez, and R. Dillmann (1999)IEE/ASME
Transcations on Mechatronics, vol.4, nr.1, s.32 .
Internetsidor: (1) Wikipedia. (2012-02-03) http://sv.wikipedia.org/wiki/Robot (2) Mobil. (2012-02-03) http://www.mobil.se/tester/mobil-helikoptern-ar-drone-i-test-1.398047.html (3) Microdrones GmbH. (2012-02-03) http://www.microdrones.com/products/md4-1000/md4-1000-key-information.php
(4) Mikrokopter Forum och Shop. (2012-02-04)
http://www.mikrokopter.us/index.php?action=media;sa=item;in=420
(5) Diy Drones Forum. (2012-09-02)
http://diydrones.ning.com/forum/topics/quadcopter-vs-tricopter
(6) Alucon. (2012-03-02)
26
(7) Kjell & Company. (2012-03-02)
http://www.kjell.com/sortiment/el/elektronik/elektromekanik/flaktar/flaktgaller/fla ktgaller-120x120-mm-p36216 (8) Internet butik. (2012-03-02) http://www.prisvis.se/a/produkt_lista/idx/2080600/mot/Cd_spindel/produkt_lista. htm (9) Internet butik. (2012-03-12) http://www.rcflight.se/visaprodukt.aspx?id=1713 (10) Internet butik. (2012-03-12) http://www.multirotor.co/product_info.php?products_id=62&language=en (11) Byggvaruhus. (2012-03-12) http://www.byggmax.com/se-sv/byggvaror/spik-skruv-beslag/halplattor-vinklar/halplatta/230932/halplatta (12) Internet butik. (2012-03-13) http://www.pitchup.se/index.php (13) Internet butik. (2012-03-13) http://www.conrad.se/QUADROCOPTER_LANDNINGSSTLL.htm?websale7=c onrad-swe&pi=208945&ref=pricerun&subref=208945
(14) Ica Maxi Stormarknad. (2012-03-14)
http://www.icamaxihemochfritid.se/burk-rund--p-11848.aspx
(15) Google sökning på Aerodynamics. (2012- 03-13)
http://www.google.se/imgres?q=aerodynamics&um=1&hl=sv&sa=N&biw=1920 &bih=1105&tbm=isch&tbnid=Kk_IhCUPHuDYJM:&imgrefurl=http://images.yo urdictionary.com/aerodynamics&docid=L9RDdMNFdLraXM&imgurl=http://ima ges.yourdictionary.com/images/main/A4aerody.jpg&w=456&h=640&ei=ouTT_v rKuTR4QTz7ezQDw&zoom=1&iact=rc&dur=260&sig=10216666352201092288 3&page=1&tbnh=112&tbnw=80&start=0&ndsp=59&ved=1t:429,r:23,s:0,i:112&t x=47&ty=72
27 Bilaga 1 Produktundersökning PRODUKT 1 FAKTA Typ: Microdrones md4-1000 Storlek: -
Vikt: 2,650 g, kan lastas med 800-1200gram.
Batteri: -
Batteritid: flygtid på upp till 70 min.
Pris: ungefär 182 000 kr
Bild 2. Internet 3
Företaget Microdrones har utvecklat quadrotorn md4-1000.
Den kan flyga med en maxhastighet av 15 meter/sekund och stiga 7,5 meter/sekund beroende på last, vind med mera.
Nackdelar: Specialgjorda delar, dyr konstruktion, avancerad användarmiljö Fördelar: se ovan.
PRODUKT 2 FAKTA
Storlek: 52,5x51,5 cm med skal
Vikt: 380 gram med utomhusskalet, 420 gram med inomhusskalet.
Batteri: 1000 mAh litium-batteri, Batteritid: 12 minuters flygtid. Processor: ARM9 468 MHz Minne: 128 MB DDR
Pris: 3995 kronor på Roligaprylar.se
28
Nackdelar: För lätt/dålig konstruktion, låg användartid (batteritid), kort räckvidd för kontroll, kräver tillgång till Iphone, skalet ömtåligt (frigolit), dyr vid köp samt kostnad för extra funktioner, låg upplösning på kameran.
Fördelar: väldigt låg vikt, hög mobilitet, lätt att styra och manövrera.
PRODUKT 3 FAKTA
Regulators: Holger V1.0 med standard-Fets
Motor distans: 60cm
Vikt: 750g flygredo
Batteri: Wanma 2300mAh 10C 3s
Eller 2x 1200mAh 10C 3s parallell
Batteritid: ca 19min
Ram: BOGOFRAME 6007 Prototyp
Motor: E-Sky EK5-0003
Props: EPP1045 Bild 4. Internet 4
Denna konstruktion heter ”Bogoframe” och är en högteknologisk ramkonstruktion gjord av kolfiber och anodiserade aluminiumdelar. Pris 267 euro exkl.
fraktkostnad.
Nackdelar: Kort batteritid, för stor i jämförelse med vårt krav, för många lösa delar vid konstruktion.
30 Bilaga 3 Komponentval Armar Förslag 1. Profil: 20x20 T-spår 5 M5 skruv Pris: 190,55kr/ 3m
Material: aluminium anodiserat Vikt: 1.75kg
Bild 5. Alucon 6
Denna profil är kompakt men har ändå utrymme för att fästa ben på undersidan, och kablar till propellern i dessa kanaler som man kan täcka sedan med en list som ett skydd. Billig och lätt i vikt.
Förslag 2.
Profil: 20x40 T-spår 5 M5 skruv Pris: 355.35kr/ 3m
Material: aluminium anodiserat Vikt: 3kg
Denna profil är mycket lik den övre profilen men har ännu mer utrymme för fästanordningar. Den väger dock mer och är dyrare.
31
Förslag 3.
Profil: 40x16 T-spår 8 M8 skruv Pris: 355,35kr/ 3m
Material: aluminium anodiserat Vikt: 2,5 kg
Denna profil har utrymme för kablar och batteri då den är lite bredare.
Dock lite svårare att fästa ben på. Lätt i vikt men av den dyrare varianten.
Bild 7. Alucon 6
Förslag Pris Vikt Material Summa
1 3 3 3 9
2 2 0 3 5
3 2 2 3 7
Grupperingsskala för utvärderingen 3 Uppfyller säkert kravet
2 Uppfyller troligen kravet 1 Uppfyller knappast kravet 0 Uppfyller inte kravet
Slutsats: med fokus på profilerna som vi fann och deras olika punkter som pris, vikt etc. fann vi snabbt vilken profil som är mest lämpad för armarna på vår mikrokopter. Denna profil är 20x20 T-spår 5 M5 skruv den upfyllde vår efterfrågan på lågt pris samt vikt och bibehållen hållfasthet.
32
De skivor vi behöver för att fästa armar, elektronik och övrigt på ska också undersökas och väljas ut utifrån krav som ovanstående produkter. Vi behöver 2 stycken skivor. Nedan är några förslag vi hittat.
Centralkroppen
Förslag 1.
Centerplate 6
Vikt: 28 gram/styck
Material: Anodiserad aluminium Pris: 197kr för 2 st. Exkl. frakt Dimension: 190x2 mm
Många möjligheter att fästa armarna på. Bild 8. Internet 10
Förslag 2. Hålplatta Vikt: 500 gram Material: Stål Pris: 16,95 kr/st. Dimension: 120x300x2 mm
Här behövs en kapning eller Bild 9. Internet 11
bearbetning för att få en rund form.
Förslag 3.
Centerplatta Vikt: 3 gram Material: Kolfiber
Pris: 179 kr för 2 st. Exkl. frakt
Dimension: ca 12 mm Bild 10. Internet 9
Detta förslag är mycket lätt i vikt och av bra material.
33 Förslag 4. Fläktgaller Vikt: 38 gram Material: stål Pris: 34 kr/st. Dimension: 120 mm
Förslag 4 är egentligen ett fläktgaller till en dator.
En befintlig komponent som finns att Bild 11. Internet 7
köpa i våra affärer och är hållbart nog för att fästa kablar. Billig och bra.
Förslag Pris Vikt Material Summa
1 1 2 3 9
2 3 1 2 9
3 1 3 3 10
4 3 2 3 11
Utifrån tabellen ovan ser vi graderingen av produkterna. Fläktgallret har i detta fall fått flest poäng och denna går vidare till utveckling av en mikrokopter. Fläktgallret är en produkt som finns i butiker.
Vidare tittar vi på ställ/landningsfötter.
Ben
Förslag 1.
Vikt: 27 gram pris: 55,62kr
Material: Stål, Elförzinkat. med plast Dimension: se figur.
Bild 12. Alucon 6
34 Förslag 2. Landing Pole Vikt: 86 Material: epoxiplast Pris: 165 kr Dimension: 120 mm Bild 13. Internet 12
Landing Pole är ben som tillkommer kittet som projektägaren köper in i samband med elektroniken. Hållfastheten är god de är gjorda för att hålla upp en
mikrokopter.
Förslag 3.
Quadcopter landningsställ Vikt: 68
Pris: 338 kr ink. frakt
Material: plast, Karbonrören Dimension: 13 cm i Höjd
Snyggt men dyrt förslag. Bild 14. Internet 13
Mycket lätt i vikt p.g.a. materialet. För många delar att pussla ihop.
Slutsats: utifrån bedömningen i matrisen går förslag 1 vidare. Dessa fötter är enkla, billiga och från samma leverantör som armarna. Det blir enklare att montera dessa fötter i armarna.
Förslag Pris Vikt Material Montering Summa
1 3 3 2 3 11
2 2 3 3 2 10
35
Vidare tittar vi på möjliga skyddskåpor.
Skyddskåpa
Förslag 1.
Vikt: 100 gram
Pris: 19 kr exkl. frakt
Material: Plast Bild 15. Internet 8
Dimension: 140 mm x 50 mm
Förslag 2.
Vikt: -
Pris: 179 kr
Material: Plast Bild 16. Internet 12
Dimension: - Förslag 3. Vikt: 150 gram Pris: 35 kr Material: plast Dimension: 120 mm x 60 mm Bild 17. Internet 14
Utifrån ovanstående förslag har vi enligt betygsättningen fått fram att cd-spindeln är den bäst lämpade kåpan för jobbet då den är lätt att försegla samt väger minst och kostar minst. Därför går förslag 1 vidare.
Förslag Pris Försegling Vikt Summa
1 3 3 3 9
2 1 1 1 3
36
Bilaga 4 Produktförslag
Nu när vi vet vilka komponenter vi har att utgå ifrån så jobbar vi fram några förslag att utvärdera.
Förslag 1.
Detta förslag är mest likartat med det som finns på marknaden. Den är enkel och väldigt stabil. 2 fläktgaller för att spänna fast
armarna och en CD-spindel där elektronik skyddas. Batteri etc. kan fästas under gallret.
Illustration: Agron Qorri
Förslag 2.
Samma princip som i förslag ett men med lite modifikation. Här sätter vi en liknande CD-spindel under hela konstruktionen som fästes på gallret. Där kan batteri, kamera mm. fästas och skyddas samtidigt.
Illustration: Agron Qorri
Förslag 3.
Även här ser vi likhet med det första och andra förslaget. Under de två gallren mellan armarna har ännu ett galler fästs som en extra platta att vila batteri och kamera på.
Alltså totalt 3 stycken fläktgaller.
37
Förslag 4.
Lite längre armar som i mitten fästs med ett fläktgaller. Detta förslag är inte lika stabilt på grund av den totala area mikrokoptern upptar. Längden på propellrarna spelar stor roll i denna konstruktion då de inte får krascha i varandra.
Illustration: Yllka Toska
Förslag 5.
Detta förslag är inspirerat av vår rika flora. Mer komplicerad än de andra förslagen och visserligen tyngre, men en sådan mikrokopter har man tidigare inte skådat!
Illustration: Agron Qorri
Förslag 6.
Enkel design och konstruktion. Få armar men fortfarande stabil. Inte fler komponenter än nödvändigt. Elektronik och batteri kan antingen fästas inuti CD-spindeln eller så fäster man batteriet under fläktgallret tillsammans med en kameralins.
38
Bilaga 4, del 2 Kriterieviktning av produktförslag
39
Bilaga 5, Vidareutvecklade produktförlag
Förslag 1.
Propeller är längst ut på armarna och benen är placerade i mitten av armen. Dimensionerna är korrekta.
Förslag 2.
Propeller är längst ut på armarna och benen är placerade i mitten av armen. Dimensionerna är korrekta. Skyddskåpan under är av mindre höjd.
Förslag 6.
40
Bilaga 6, FEM-analys
41
42
Bilaga 7, Sprängskiss
Förslag 1 och dess ingående delar. I skyddskåpan krävs bearbetning i form av borrning av ca 10 hål.
Antal förbindningskomponenter.
M5x8 skruvar 16 stycken, ca 59 kr för
100 st.
Fyrkantsmutter M5 16 stycken, ca 74 kr
Ändlock (ej i bild) 4 stycken, ca 19 kr
Täcklist (ej i bild) Lägges efter
kabelfästning, ca 50 kr
Totalt pris Ca 202 kr
43
Förslag 2 och dess ingående delar. I skyddskåpan krävs mer bearbetning, sammanlagt ca 18 borrhåll.
Antal förbindningskomponenter.
Källa: (13) Internetsida, Conrad.se. I detta fall sökt på M5x8 skruv. Övriga från alucon.se.
M5x8 skruvar 16 stycken, ca 59 kr för
100 st.
Fyrkantsmutter M5 16 stycken, ca 74 kr
Ändlock (ej i bild) 4 stycken, ca 19 kr
Täcklist (ej i bild) Lägges efter
kabelfästning, ca 50 kr
44
Förslag 6 och dess ingående delar. I Skyddskåpan krävs bearbetning i form av borrning för ca 6 hål. Antal förbindningskomponenter. M5x8 skruvar 6 stycken, ca 59 kr för 100 st. M5x10 skruvar 8stycken, ca 39 kr för 100 st. Fyrkantsmutter M5 14 stycken, ca 65 kr Vinkelfästen 4 stycken, ca 91 kr
Ändlock (ej i bild) 4 stycken, ca 19 kr
Täcklist (ej i bild) Lägges efter
kabelfästning, ca 50 kr
Totalt pris Ca 323 kr
45 U p p fy ll e ls e b e d ö m n in g 3 U p p fy ll e r sä ke rt kr av e t 2 U p p fy ll e r tr o li ge n k ra ve t 1 U p p fy ll e r kn ap p as t kr av e t 0 U p p fy ll e r in te k ra ve t
46
Bilaga 9 Dimensioneringsberäkningar Förslag 6
Dimensionering av armar
Cos(45)*400=282,84 (inre arm) (Motor bredd 20mm)
sedan måste den minskas med 10mm för tjockleken på den andra armen.
282,84-10=ca 272 mm för armen i mitten
För att kunna sätta motor på armen så att den inte står på kanten av armens ändpunkt måste måttet ökas med 10mm
Sin(45)*400=ca 282 för de yttre armarna 282+10=292
Radien: 2722+2922=399mm, ca 800mm i diameter
Rotor bladets längd är 12.5cm, från centerpunkt på motorn.
47
55
Bilaga 11 Test och validering
56
Bilden ovan är ett bevis på användarvänligheten. Det går att lyfta och bära quadcoptern iklädd handske.
57
