JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Tämän diplomityön tavoitteena on suunnitella ja kehittää vaijeridrone, jota on tarkoitus käyttää sekä sisätiloissa että ulkoilmassa. Vaijeridronella tullaan suorittamaan ympäristön tarkkailua siihen kiinnitettävän kameran ja muiden mittausantureiden avulla. Laitteesta pyritään luomaan ainakin edestakaisin liikkuva ja lisäksi liikettä pyritään laajentamaan sekä sivuttais- että pystysuunnassa.

Työn teoriaosassa käydään läpi robotiikkaa yleisesti ja lisäksi tarkastellaan olemassa olevia kaupallisia sekä prototyyppitasolla olevia vaijerikameraratkaisuja. Teoriaosuudessa käydään läpi myös eri materiaalivaihtoehtoja kulkuvaijeria varten. Teoriaosuuden lopussa käsitellään robotteihin liittyvää kinematiikkaa. Työn toteutusosassa esitellään kulkuvaijerin valinta laitetta varten. Vaijeridronen liikkuminen pisteestä pisteeseen mahdollistetaan vaijereiden pituuksia säätämällä ja pituuksien määrittämistä varten tarvittava laskenta käydään läpi käänteiskinematiikan muodossa. Työssä toteutetaan myös prototyyppilaitetta varten tarvittavien moottoreiden mitoitus ja valinta. Työn loppuosassa käydään läpi mekaniikkasuunnittelu ja esitetään toteutus, jolla moottorit saadaan liitettyä kelojen yhteyteen.

Työn tuloksena saatiin toteutettua kaksi erilaista vaijeridronejärjestelmää. Ensimmäisenä ratkaisuna on hankittu kaupallinen vaijeridrone. Toisena ratkaisuna työssä on kehitetty harjattomilla tasavirtamoottoreilla ja niihin kytketyillä keloilla ohjattava 2D-vaijeridrone, jolla voidaan simuloida tavallisen dronen lentoa tasotapauksessa. Laite saatiin toteutettua siten, että kela-moottoriyhdistelmät ja kelojen sisältämä vaijeri pystyttiin kiinnittämään itse prototyypin runkoon.

Design and implementation of a cable drone

Abstract

The aim of this Master’s thesis is to design and develop a cable drone, which will be used both indoors and outdoors. Cable drone will be used to observe the environment with the help of camera and other measuring sensors attached to it. The target is to create at least back and forth moving device and if possible, to expand the movement both laterally and vertically.

In the theoretical part of this thesis robotics is reviewed generally and existing commercial cable cameras and prototype solutions are considered. Different material options for the cable are also considered in the theoretical part. In the end of this part kinematics related to robots is discussed. In the practical part of the thesis the cable selection for the device is presented. The movement of a cable drone from point to point is made possible by changing the lengths of the cables and the calculation required to determine these lengths is carried out by inverse kinematics. The thesis also involves the dimensioning and selection of motors for the desired prototype. At the end of the thesis the mechanical design is reviewed as well as the construction, where the motors are attached to the reels.

As the result of the thesis two different cable drone systems were accomplished. As a first solution a commercial cable camera has been bought. As a second solution 2D cable drone system, controlled by brushless DC motors with round reels attached to them, has been developed. This system can be used to simulate the flight of a normal drone in a plane. The device was designed so that the motor-round reel assemblies and the cable could be attached to the prototype’s body itself.