Prinsip Kerja Quadcopter

Prinsip Kerja Quadcopter secara prinsip dibagi dalam 2 bagian utama, yaitu perangkat keras (hardware) quadcopter dan perangkat lunak (software) quadcopter. Quadcopter bergerak menggunakan 4 buah baling-baling yang dipasang sedemikian

rupa dengan kecepatan putaran baling-baling tersebut dikendalikan oleh perangkat lunak (sofware) quadcopter sebagai pengatur arah gerakan quadcopter.

Komponen Quadcopter

Pada komponen perangkat keras (hardware) quadcopter, terdiri dari sistem mekanik dan elektronik. Pada sistem elektronik, quadcopter dibentuk oleh beberapa rangkaian elektronik sebagai berikut :

• Sensor
• Motor driver
• Microcontroller.
• Motor baling-baling

Komponen-komponen tersebut diletakan di bagian tengah membentuk lingkaran atau kotak, serta empat baling-baling di sekitarnya pada posisi yang bersilangan. Struktur penyusun persilangan tersebut cukup tipis dan ringan, tetapi juga cukup kuat untuk menghubungkan struktur keempat motor baling-baling. Setiap baling-baling terhubung ke motor melalui reduction gear (roda gigi yang mengurangi kecepatan putaran masukan pada keluarannya). Sumbu rotasi setiap baling-balingnya selalu tetap dan paralel. Hal ini menunjukkan bahwa struktur ini cukup kaku, dimana hanya kecepatan baling-baling yang bisa divariasikan. Kecepatan baling-baling ini berperan penting terhadap pergerakan dari quadcopter.

Sensor Pada Quadcopter

Pergerakan sebuah quadcopter bergantung kepada informasi-informasi mengenai lingkungannya yang diperoleh melalui sensor. Untuk mengetahui keadaan lingkungannya tersebut, quadcopter dapat menggunakan banyak sensor sesuai keperluan. Terdapat beberapa sensor yang dimiliki hampir setiap quadcopter. Sensor-sensor tersebut diperlukan untuk mendukung pergerakan mendasar dari quadcopter, diantaranya :

1. Global Positioning System (GPS)

GPS adalah sistem navigasi dengan menggunakan satelit. Sistem ini dikelola oleh pemerintah Amerika Serikat and bebas diakses oleh siapa saja. Sensor ini bekerja dengan menerima data yang berisi waktu dan posisi satelit ketika data dikirimkan, melalui sinyal yang dipancarkan oleh satelit GPS. Dengan menerima data dari tiga satelit dengan posisi yang berbeda, data navigasi dapat dihitung secara realtime. Data navigasi dapat berupa posisi, arah, dan kecepatan pergerakan yang sedang terjadi.

2. Inertial Measurement Unit (IMU)

IMU merupakan sensor yang berfungsi untuk menghitung percepatan serta orientasi arah pergerakan dari kendaraan udara dengan menggunakan kombinasi dari sensor accelerometer dan gyroscope. Dengan adanya IMU, kendaraan udara bisa menghitung dan mengetahui pergerakan yang dilakukannya, sehingga dapat membantu kendaraan tersebut untuk mengetahui posisi serta lintasan yang dilaluinya tanpa menggunakan GPS (misalkan ketika tidak mendapatkan sinyal GPS). Secara umum IMU bekerja dengan menggunakan tiga sensor accelerometer yang digunakan untuk menghitung percepatan di sumbu x, y, dan z. Nantinya, accelerometer akan dipadukan dengan gyroscope untuk menentukan arah mana yang sedang diambil oleh quadcopter ketika melakukan percepatan tersebut. Dengan mencatat dan menggabungkan semua perhitungan tersebut, akan didapatkan posisi baru dari quadcopter yang bergerak, serta jalur pergerakan yang diambilnya.

3. Ultrasonic Range Sensor

Sensor ini digunakan untuk mendeteksi benda yang ada di sekitar quadcopter. Selain itu sensor ini juga dapat digunakan untuk mengetahui ketinggian terbang yang dilakukan, dengan cara mendeteksi benda yang berada di bawahnya. Hal ini berguna untuk menjaga ketinggian terbang, misalnya ketika berada di dalam ruangan tertutup.

4. Kamera

Pada quadcopter, kamera tidak hanya digunakan sebagai alat untuk mengambil gambar saja, tapi juga dapat digunakan sebagai sensor, misalkan untuk mendeteksi dan mengenali objek tertentu. Hal ini dilakukan dengan bantuan teknik/algoritma tertentu, misalkan image processing.

Prinsip Kerja Quadcopter

Quadcopter memiliki dua pasang baling-baling seperti yang terlihat pada gambar dibawah, dimana pasangan tersebut bergerak berlawanan arah dengan pasangan lainnya. Baling-baling bagian depan dan belakang quadcopter bergerak berlawanan arah jarum jam, sedangkan balingbaling bagian kiri dan kanan bergerak searah jarum jam. Konfigurasi arah berlawanan dari baling-baling ini dapat menggantikan kebutuhan untuk memiliki baling-baling di ekor sebagaimana yang dimiliki helikopter standar, yang digunakan untuk mengatur arah pergerakan.

Quadcopter memiliki ketentuan tersendiri terhadap variasi kecepatan perputaran setiap baling-balingnya untuk dapat melakukan pergerakan tertentu. Dalam melakukan terbang melayang di udara, yang dikenal dengan sebutan hover, quadcopter perlu menggerakkan keempat baling-balingnya dengan kecepatan yang sama. Setiap pasangan baling-baling memiliki arah gaya dorong yang memiliki fungsi berbeda, satu pasang sebagai pendorong (pusher) dan satu pasang sebagai penarik (puller). Dengan adanya pergerakan yang menghasilkan gaya dorong serta gaya tarik yang melawan gaya gravitasi tersebut, quadcopter dapat terbang melayang di udara dengan stabil.

Selain gerakan melayang, quadcopter juga memiliki aturan tersendiri untuk gerakan-gerakan lainnya. Beberapa pergerakan pada quadcopter adalah :

Gerakan naik turun.

Untuk bergerak terbang ke atas dan ke bawah, quadcopter perlu menaikkan atau menurunkan kecepatan putar setiap baling-baling dengan jumlah yang sama. Menaikkan kecepatan akan mengakibatkan quadcopter terbang ke atas, dan menurunkan kecepatan akan mengakibatkan quadcopter terbang ke bawah.

Gerakan berputar pada sumbu datar (menggulung).

Untuk melakukan gerakan tersebut, perlu dilakukan perubahan kecepatan perputaran baling-baling pada salah satu pasangan baling-baling. Untuk berputar pada sumbu x (roll) perubahan kecepatan dilakukan pada pasangan baling-baling kiri dan kanan, sedangkan untuk berputar pada sumbu y (pitch) perubahan kecepatan dilakukan pada pasangan baling-baling depan dan belakang. Perubahannya adalah salah satu anggota pasangan baling-baling dikurangi kecepatannya dan anggota pasangan baling-baling lainnya dinaikkan dengan selisih kecepatan yang sama, sedangkan baling-baling lainnya dibiarkan dengan kecepatan tetap. Dengan pengaturan seperti ini, quadcopter akan bergerak memutar dari arah pasangan baling-baling yang berkecepatan lebih rendah, ke arah pasangan baling-baling yang berkecepatan lebih tinggi.

Gerakan ke samping kanan dan kiri pada sumbu z (yaw).

Gerakan ini dilakukan dengan menurunkan kecepatan satu pasang baling-baling, atas-bawah atau kiri-kanan, dan menaikkan kecepatan satu pasangan baling-baling lainnya. Nantinya, quadcopter akan bergerak berputar ke arah perputaran pasangan baling-baling yang lebih lambat kecepatannya dibandingkan pasangan yang lainnya.

Dengan sensor yang dimiliki quadcopter tersebut, maka semua informasi dari setiap sensor tersebut diolah oleh software dan digunakan sebagai pemandu pergerakan quadcopter.Cukup seloan semoga bermanfaat.