@SeAMK

Kilpailu quadrokopterin suunnittelusta, rakennuksesta ja lentämisestä osana tekniikan opintoja

14.12.2016

 

Quadrokopterit, joita suomeksi sanotaan nelikoptereiksi, ovat yleistyneet voimakkaasti viimeisen parin vuoden aikana. Suurelle yleisölle suunnatut kaupalliset quadrokopterit keskittyvät lähinnä valo- ja videokuvien tallentamiseen. Mikäli kopterin halutaan tekevän muutakin kuin pelkästään ilmakuvaamista, varteenotettava vaihtoehto on kopterin suunnitteleminen ja rakentaminen itse. SeAMKin Tekniikan yksikössä järjestettiin ensimmäistä kertaa quadrokoptereiden suunnittelu- ja rakennuskilpailu viime lukuvuotena. Uusi suunnittelu ja rakennuskilpailu on käynnistymässä keväällä 2017. Tässä artikkelissa kuvaillaan viime vuotisen kilpailun kokemuksia.

 

 

Opiskelijoiden kopteriprojektit

 

Quadrokopterin suunnittelemiseen ja rakentamiseen liittyy monia vaiheita. Ennen kilpailua opiskelijaprojektien pohjaksi suunniteltiin ja hankittiin kopterin lentoon tarvittavat lennonhallintalaitteet ja voimanlähteet. Koptereiden suurimmaksi lentomassaksi asettui moottorivalinnan yhteydessä noin 3 kg. Tämä kopterin massa on suunnilleen kolminkertainen kaupallisiin kuvauskoptereihin nähden ja mahdollistaa siten laitteen monipuolisemman hyötykäytön. Toisaalta hieman korkeampi maksimilentopaino mahdollistaa myös erilasten rakenne- ja materiaaliratkaisujen käytön nelikopterin runkorakenteessa.

 

Opiskelijoiden tehtävä kilpailussa oli suunnitella ja toteuttaa quadrokopterin rungon rakentaminen ja saattaa kopteri lentokuntoiseksi. Lennon osalta kopterin piti kyetä leijumaan paikallaan ja lentämään automaattisesti karttaan ohjelmoitu reitti GPS:n avulla. Koptereihin rakennettiin kauko-ohjausjärjestelmä varmuuden varoiksi ja osaltaan ilmailulain vaatimuksen vuoksi. Kuitenkin koko lennon tuli kilpailussa tapahtua automaattisesti.

 

Automaatiotekniikan ja konetekniikan insinööriopiskelijoita osallistui keväällä quadrokopterin rakennusopintoihin. Opiskelijoiden tehtävänä oli suunnitella ja toteuttaa kopteri erilaisilla valmistusmenetelmillä. Yhdet suunnittelivat kopterin runkoa alumiinista ja toiset puusta. 3D-tulostamalla koko kopterin valmistanut ryhmä oli lopulta kuitenkin selvä voittaja. 

kopteri.jpg 

Kuva 1. Quadrokilpailuun osallistuneet kopterit. Koptereiden rakenne- ja materiaaliratkaisut poikkesivat toinen toisistaan. Myös koptereiden valmistamiseen käytettiin erilaisia valmistusmenetelmiä kuten 3D-tulostusta, osien laser-leikkausta ja jyrsintää sekä ohutlevyjen kanttausta.

 

 

Kilpailun voittivat ensimmäisen vuoden automaatiotekniikan opiskelijat

 

Kilpailun voittaneen quadrokopterin valmistaneeseen ryhmään kuuluivat Jori-Pekka Harju, Carita Mäkelä, Toni Parkkinen ja Toivo Lepola. He kaikki olivat automaatiotekniikan ensimmäisen vuoden opiskelijoita.

 

-       Merkittävin ongelma oli se, ettei kenelläkään ryhmämme jäsenellä ollut kokemusta 3D-mallinnuksesta, ryhmän projektipäällikkönä toiminut Toivo kertoo. Saimme alkuun lyhyen perehdytyksen Siemensin Solid Edge 3D-mallinnusohjelman käyttöön, jonka jälkeen jatkoimme opiskelua itsenäisesti YouTube-tutoriaalien avustuksella.

 

-       Ryhmässä ei ollut varsinaista työnjakoa vaan kaikki tekivät kaikkea. Opimme todella paljon uutta ja mielenkiintoista asiaa, joista mistään kukaan ei olisi halunnut jäädä paitsi, Jori-Pekka jatkaa.

 

Ryhmä teki aluksi karkean 2D-layoutin suunniteltavasta kopterista. Tämän jälkeen tehtiin kopterin 3D-mallinnus. Eri osat jaettiin ryhmän kesken suunniteltaviksi, joten kopterissa näkyy kaikkien kädenjälki.

 

-       Välillä jäimme tekemään kopteria koululle muiden tuntien jälkeen, välillä sitä tehtiin yksin tai porukassa kotona. Tämä projekti oli ylivoimaisesti kiinnostavin koulutehtävä tähän asti, joten motivaation suhteen ei ongelmia ollut, vaikka vapaa-aikaa välillä kuluikin paljon, Toni iloitsee.

 

3D-mallinnuksen jälkeen siirryttiin 3D-tulostukseen. SeAMKilla on käytössä miniFactory 3D-tulostimia, jotka ovat opiskelijoiden kovassa käytössä.

 

-       Tulostettujen osien testaaminen antoi sekä uskoa omasta osaamisesta että paljasti suunnitteluvaiheessa huomaamatta jääneet virheet. Esimerkiksi moottorivarret onnistuivat heti ensimmäisellä tulostuskerralla, mutta joitain muita osia tulostettiin useamman kerran.

 

Kopteriin tarvittava elektroniikka asennettiin ja ohjelmoitiin Mission Planner -ohjelman avulla. Säädettävänä oli useita parametreja, jotka vaikuttivat kopterin käyttäytymiseen, ohjaamiseen ja kopterille asetettavan lentoreitin seuraamiseen.

 

Arviointipäivänä kopteri lensi automaattisesti esiasetetun reitin GPS:n avulla ja ultraäänianturan ohjaamana se osasi laskeutua pehmeästi takaisin maahan. Kopterissa oli mukana myös kamera, joka kuvasi kopterin koko matkan.

 

 

 

Kuva 2. Voittajajoukkue koptereineen.

Jori-Pekka, Carita, Toni ja Toivo pitivät kopteriprojektia erittäin onnistuneena opintojaksona. He nostivat esiin projektinhallintataidot ja 3D-mallinnukseen perehtymisen tärkeinä oppimiskohteina. Myös oman osaamisen soveltaminen johonkin konkreettiseen ja työelämää vastaavaan lisäsi opintojakson arvoa heidän silmissään.

 

 

Katso voittajajoukkueen tekemä video kopteriprojektistaan:

https://www.youtube.com/watch?v=UZfN2fK2QRQ

 

 

Pasi Junell, yliopettaja, SeAMK Tekniikka, Terhi Kallio, Markkinointi- ja viestintäsuunnittelija, SeAMK sekä SeAMK Tekniikan opiskelijat Jori-Pekka Harju, Carita Mäkelä, Toni Parkkinen ja Toivo Lepola.