簡單實用的泡棉四旋翼

十一月 18, 2015
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堅固、平價,最佳練習用載具,可「漂浮」在空中。
文:馬克哈里森
圖:赫普‧斯瓦迪雅 (Hep Svadja)

說真的,用泡棉棒做成飛行器本身就趣味十足了。「一飛沖天」(CrashCast)舉辦一項挑戰計劃,參與者都要製作堅固、平價且可飛行的四旋翼,於是這個專題因應而生。
從建造的角度來看,多旋翼非常有趣,因為它們不像直升機有運動機件,也不像飛機需要靠空氣動力學讓機身起飛。各式各樣的材料加上建造技巧就能創造出一架多旋翼。我之前看過用泳池泡棉棒做為材料做成的多旋翼照片,現在基於以下原因,我想要自己做做看:

  • 泳池泡棉棒很便宜。
  • 要是有朋友想試飛,這會是一架很好的練習用多旋翼。如果你連泡棉都可以摔壞,那我也服了你!
  • 外型顯眼。我的四旋翼機臂太細,所以很難從遠處看見。
  • 容易裝置夜間飛行用的照明燈。
  • 我儘可能的用最簡單的方法建造多旋翼的機身,像是直接用膠帶把馬達固定在機身上。
  • 好啦老實說,是因為「飛行泡棉」光用想的都覺得好笑!
為了秉持泡棉四旋翼的創作精神,我想讓建造過程愈簡單愈好,像是:用膠帶把馬達貼到機臂上。雖然這只是我在某個晚上利用手邊現有的材料胡亂拼湊的作品,但是我還算滿意,它非常適合用來當作練習機。
如果你製造了類似的東西,希望你也可以堅持這樣的精神:東拼西湊,樂在其中,不怕嘗試新事物!這支影片展現了四旋翼獨立飛行的能力,在拍下這影片時,我正在使用無線電,而不是操作四旋翼的遙控器。

時間:2小時
成本:8美元
 
材料

  • 泳池用泡棉棒:我用了三種顏色的泡棉棒,方便分辨四旋翼的飛行方向。
  • 馬達,外轉無刷馬達,Prop Drive 28-30 900KV(4)
  • 正轉慢速螺旋槳,APC 10 4.7(2)
  • 慢速螺旋槳,APC 10X4.7(2)
  • 電子調速器(ESC),30A(4)
  • 飛行控制板:請見參考文章搜尋ArduPilot Mega 的資訊。
  • 電池, 3S 2,200mAh
  • 碳纖維棒,3mm: 12″長(2)和15″長(2)
  • 泡棉塑料專用黏膠:大猩猩木工白膠(White Gorilla Glue)或熱熔膠也可以。
  • 強力捆包帶
  • 魔鬼氈束線帶
  • 廢棄膠合板
  • LED 燈條

工具

  • 泡棉塑料電熱切割器:我結合了線鋸和鎳鉻合金絲製作了這個手握式電熱切割器。當然,如果我需要使用線鋸的話可以再把它拆掉。
  • 線鋸
  • 剪刀
  • 電鑽和鑽頭
  • 螺絲起子

1.裁切機臂

裁切4段15又1/2吋泡棉棒做為前後左右的機臂,並裁一段5又1/2吋的做為電池座。用黏膠將電池座固定在兩側機臂,再將兩側機臂固定在前後機臂上。因此臂端需要切割出弧面。組裝後,照理說不會出現太大的縫隙。

2. 修剪側臂

側臂要和前臂黏合,所以機臂的前端必須是弧形,有夾具的話會更好操作。從一塊膠合板剪下一塊2吋的圓,用孔鋸或線鋸都可以。接著把圓形的洞切成兩半,這樣一個半圓形的缺口就會出現在膠合板的邊緣。

拿出側臂和電池座。泡棉棒的兩端剪出半圓形,注意泡棉要與膠合板對齊邊緣。側臂與前臂必須要完美貼合,沒有縫隙。為了找到手感,我會先拿其它泡棉練習剪。如果還是有一些小縫隙,你可以用黏膠補強,但如果縫隙太大就要再修剪。

3. 加強機臂強度

沿著4支機臂上端各割出1/4吋深的裂縫。小心不要割穿整個泡棉。自左右機臂上的裂縫塞入12吋的碳纖維棒,前後機臂則是塞入15吋的。我原本想要試試3/16吋的風箏玻璃纖維支架,但材料太難找。竹條應該也可以達到和玻璃纖維一樣的效果。

自裂縫擠入黏膠並填滿。這個步驟很重要,如果有縫隙,會造成機臂彎曲移位。記得讓黏膠風乾。

我使用Beacon Foam-Tac的黏膠,效果很好。選擇黏膠的唯一條件是不會讓泡棉融化。不確定的話你可以試著先拿一些不用的泡棉練習。

4. 接上機臂

在前後機臂兩端5吋處做記號。將左右機臂兩端弧面處沾滿黏膠,對準標記處黏上。確定黏膠塗滿整個弧形的接合面。儘量不留縫隙,但如果有些小縫隙也不要緊。確認你的準線位置,黏膠乾了之後可用藍色膠帶作記號。

電池座亦如法炮製,並接合於左右機臂中點。黏膠風乾後就完成了,檢查一下結構是否緊密牢固。至少以泡棉棒的標準來看要很堅固才行。

沿著4支機臂底部貼上捆包帶並確認膠帶服貼黏緊。結合機臂上方的碳纖維棒可減少電線的數量。

5. 安裝馬達

在馬達底部黏上小塊膠合板做為底座,並使用膠帶固定於四個機臂端。我的膠帶有1吋寬,黏合的地方分別用了3.5吋長的膠帶,效果很好。我本來想用束線帶,但束線帶會陷入泡棉,而且無法使馬達平衡。捆包帶則很適合用在此處。

分別將四個馬達用膠帶固定在前後臂的兩端,方法是用捆包帶纏繞住馬達底座的兩邊,膠帶必須繞著機臂層層交疊。儘量讓膠帶服貼,並讓馬達在機臂上保持平衡。你可以微微挪動馬達調整到最佳位置。

6.安裝電池和電路裝置

適當裁減裝電池座的泡棉底部,以裝入一顆3S 2200mAh的鋰聚電池。用魔鬼氈束線帶固定電池。將電路裝置黏上一片膠合板或塑膠板,並再度使用魔鬼氈束線帶將其固定於電池座上方。第三條魔鬼氈束線帶則將電池固定。

7. 飛行電路裝置

飛行系統電路裝置的設定方式跟其他四旋翼一樣(請見此篇)。
你可以參考Chad Kapper的精采教學:  
https://makezine.com/projects/make-37/the-handycopter-uav-2/

Ardupilot Mega是我愛用的飛控板,但經過我的測試,KK2和Flip控制板的效果也很好。確認所有零件都有用膠帶、黏膠或束線帶固定在機體上方。我這麼做的原因一方面是因為製作過程迅速,另一方面則是萬一朋友讓我的四旋翼摔爆了時,也可以回收零件再利用。如果我再做一架四旋翼,我會試著把一些線路放入機臂泡棉內,或把線路像釣竿一樣收在機臂上。有趣的是,雖然四旋翼的上面電線錯綜盤繞,不太美觀,但在空中飛行時卻看起來很清爽,因為四旋翼飛行時我們看到的是它的底部,因此飛得愈遠愈好看。

我手邊沒有配電板,所以我用Wago的電線連接器。
以下是一些使用的注意事項:
http://eastbay-rc.blogspot.com/2011/03/update-wago-connector-for-power.html
http://eastbay-rc.blogspot.com/2011/03/update-wago-connector-for-power.html

8. 加裝燈組

(圖片: 空中燈組)設定完成後就可以帶出去試飛了。如果你喜歡夜飛,可以加裝燈組, 設置方法很簡單。LED燈條很適合裝在中空的泡棉棒裡。我為燈組加裝獨立的電池,這樣就不用從主要電池多牽一條電線。

不過我犯了個大錯。我為了裝設LED電池在機臂上切了一個缺口,大小剛好,但缺口使得機臂能夠彎曲,這降低了機體的堅固性。為此我在膠合板電池座將兩條碳纖維棒貼成X形用以支撐,但如果你沒有切割機臂就不需要這麼做。

黃燈在晚上會比紅燈及綠燈亮得多。我的電路安排讓2S電池供給黃燈,3S電池則是紅燈和綠燈。

9. 飛行測試及其他資訊

泡棉四旋翼飛得相當不錯。胖胖的機臂比其他四旋翼更受風阻影響,但也相對更穩定,面對強風也是如此,我們初次試飛時的風速就高達每小時15英里。
http://www.youtube.com/watch?v=hhZ1_tz4l-Y

你可以從以下一些關於泡棉四旋翼的文章找到更多資訊:
http://eastbay-rc.blogspot.com/2013/07/the-fleet-noodle-copter.html
http://eastbay-rc.blogspot.com/2013/08/behold-noodle-copter.html
http://eastbay-rc.blogspot.com/2013/08/night-ops-success.html

你可以參考泡棉四旋翼的步驟或其他的East Bay RC 專題:
http://eastbay-rc.blogspot.com
http://www.youtube.com/user/marhar2?feature=watch
這裡有很多教學,介紹各式各樣RC飛行器的製作與操作,以及適用於模型飛行器的各種電子控制 。

​多方嘗試,動手玩玩看,大膽嘗試新點子!

馬克哈里森
Mark Harrison
是皮克斯的技術領導,也是膽大無畏的無人飛行載具狂熱者,相關部落格為eastbay-rc.blogspot.com
欲見完整教學步驟並分享你自製的泡棉無人飛行載具,請至makezine.com/behold-the-noodle-copter

譯:KARINE、王婉倩

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