SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  24
Télécharger pour lire hors ligne
Aerocom 
Portable Military Quadcopter 
2/27/15 
 
Prototype 5 Report 
 
Introduction  
 
During field operations, military personnel use radio devices to communicate when 
they need assistance. However, mountainous terrain or urban structures can sometimes block 
these radio signals, resulting in unheard distress calls. The challenge from the project 
sponsor, Northrop Grumman, was to create a device that allows wireless communication, 
regardless of the surroundings, by elevating a communication relay to a sufficient altitude to 
obtain line­of­sight. The hope is that, using the device we design, a field operator will never be 
without an emergency method for communication. The following design constraints 
accompanied the assignment of our project: 
 
● It must lift a payload of no less than 1 kg 
● It must be man­portable 
● It must be able to actively maintain its position in space with an error margin of a 10 
meter radius sphere 
● It must be able to adjust its altitude 
● It must have controllable positions 
● It must have a backup parachute triggered in the case of system failure 
● It must be quiet 
● It must be reusable 
● It must cost no more than $500 
 
To solve this problem while following all design constraints as closely as possible, we 
have designed a compact quadcopter that improves communication by carrying a relay to the 
required height to establish line­of­sight. 
 
After constructing and testing a working prototype 3 as well as a further functional 
prototype 4, prototype 5 emphasized the remaining requirement (controllable positions 
through the use of flight control software and GPS implementation) and improving on areas 
not directly critical to the specified design requirements. The goals for prototype 5, which were 
delegated to newly formed subgroups, were as follows: 
 
 
 
1 
● Perform a comprehensive materials study to obtain strength­to­weight ratio data as 
well as strength­to­weight­to­cost ratio data on various potential candidates for frame 
construction 
● Narrow down studied materials to a few promising options and to run comprehensive 
FEA analysis to determine an optimal thickness to failure test 
● Begin the failure testing process so that a final informed decision can be made early 
on for the final prototype’s arm construction and body panel construction 
● Prototype parachute deployment concepts 
● Qualitatively evaluate the feasibility of a small parachute with the given quadcopter 
weight and to order a larger parachute (if deemed necessary) to test and implement 
for the final prototype 
● Research and utilize the selected open­source flight control software’s onboard 
auto­tuning feature to allow even better stabilization during flight 
● Test and verify the GPS fly­to­waypoint system 
 
After deliberation, previously discussed possible goals such as increasing propeller 
ease­of­removal and the implementation of a safety cage around each of the propellers were 
dropped. It was decided that though the propellers must be stored separately and therefore 
screwed on and off for use and storage respectively, it is not an unreasonably 
time­consuming task, and the need to perform that task does not strongly influence the 
system’s ease of use. If time permits, a potential quick release design will be tested. However, 
it is doubtful that it will be implemented, seeing as it adds complexity to the system and is not 
crucial to the design requirements. 
 
Our sponsor suggested the idea of a safety cage for the propellers to prevent damage 
to the propellers and objects or people around it (see Figure 1). Though the merit of such a 
component is understood, we find 
the cages unnecessary and 
unwieldy given the current design 
and the ways in which the 
quadcopter is intended to be used. 
Because it is supposed to be an 
outdoor­use device that is primarily 
meant to ascend, hover at altitude, 
and then descend, crashing into 
obstacles from poor piloting is not 
something that is a particularly 
pressing concern (especially since 
most of the flying will be 
autonomous). Furthermore, the 
ability to catch the quadcopter in 
one’s hand is not a desired 
feature, especially when the ground 
2 
provides a much safer landing area. The cages would also increase both the mass and 
volume of the quadcopter, an undesirable addition when we are trying to create a compact 
device. On top of those reasons, the addition of a safety shield would take away the ability of 
the quadcopter to easily fold away into a storage position through the removal of 
quick­release pins. Either the permanently attached safety cages around the propellers would 
get in each other’s way when folding into the storage position, or the safety cages would have 
to be bolted on and removable by disassembling them and storing them separately. Either 
way, the safety shields negate the critical aspect of quick deployment. 
 
Basic Design and Justifications 
 
The basic electronic design of this system is straightforward. As seen below in Figure 
2, power is drawn from a suitable, onboard Lithium­Polymer battery. This power is distributed 
to the four electronic speed controllers (ESCs) through the aptly­named power distribution 
board. The ESC’s input low­voltage pulse­width­modulated signals from the flight controller 
and the current from the battery and output a periodic, sequential pulse to the three leads to 
the motors. The brushless DC motors then turn the propellers, forcing air downwards and 
providing lift. 
 
 
 
 
3 
The flight controller, with the installed ArduCopter V3.2.1 Quad software, has all the 
programming necessary to read inputs from the GPS module, the accelerometer, the 
compass, and the gyroscope, as well as the inputs from the receiver. It then calculates what 
in­flight adjustments must be made to perform the desired action (i.e. stabilize, loiter, 
fly­to­waypoint, return­to­land, etc.) and outputs the proper signals to the ESCs to make the 
quadcopter perform that action. The flight commands can be manually controlled via a 
9­channel transmitter, or command can be delegated to the AI by selecting the appropriate 
flight mode on the transmitter. With the proper components, setup, and calibration, the 
software also has the capacity to allow control from a smartphone with the associated 
application installed and synced. 
 
Supporting Calculations, Simulations, and Analysis for Original Design 
 
The following simulations and analyses were performed in during work on previous 
iterations of the device and have been discussed in earlier reports. However, these tests and 
calculations are critical for understanding the design choices we have made up to this point. 
We will further analyze these testing processes and discuss how they lay the groundwork for 
the significant improvements we have made on Prototype 5. 
 
Frame Material Simulation and Testing 
 
In preliminary design phases, we performed FEA simulations on our frame 
design in order to verify that the frame would withstand the forces due to the 
motor/propeller assembly as well as the weight of the payload. In particular, these 
simulations tested and verified our chosen frame geometry. 
 
 
4 
Figure 3: Original Geometry Shown in MDF frame in Operating Position 
 
Figure 4: FEA Simulation of original geometry 
 
 
As seen in Figure 4, the 
critical areas for failure occur at the 
juncture of the arms and the main 
frame when forces representing the 
motor/propeller assembly and the 
maximum payload were applied. 
However, the von Mises stress shown 
are not sufficient for failure to occur in 
the given situation. We verified this 
simulation by performing testing on a 
single arm frame assembly. By 
attaching weights to the arm and 
recording the force under which the 
assembly failed as well as the exact 
place where it failed, we were able to 
see that the simulation matched the 
actual failure of the arm. Breakage 
occurred in the same location as in 
Figure 4. 
While the material of the frame 
and the geometry of the arm and arm 
connection will be different for our 
final design, we have found this 
process of material selection, FEA 
simulation, and physical verification 
5 
crucial to our design process. Much of our design depends on aspects of our frame 
design. Therefore having a reliable simulation and testing method is valuable, ensuring 
that we can quickly and accurately determine whether a specific material and 
geometry will work. As we will discuss in the next section, this process was repeated 
multiple times for Prototype 5. 
 
Propeller Testing 
 
For propeller testing, the motor and propeller were fastened to the end of an 
aluminum extruded bar, 
which was vertically 
attached to a wooden block 
and the motor using slightly 
modified aluminum 
L­brackets originally meant 
to attach two aluminum 
extruded bars 
perpendicularly.  The ESC, 
the battery, the battery 
wattmeter and voltage 
analyzer, and the receiver 
were placed on top of the 
wooden block.  We obtained 
a scale and attached the test 
assembly to the platform of 
the scale. The scale was 
then attached securely to a 
workbench (see Figure 5).  
After testing 6 
different propellers this way, 
we compared the results for 
lift vs. current (see Figure 6) 
and determined that the 12 
inch, 6 inch pitch propeller 
was the best choice due to 
its high lift:current ratio. 
Even after further 
experimentation, including 
testing with carbon fiber 
propellers, we have decided to 
continue using the plastic 12x6 propellers as they are more easily replaced if damaged 
than expensive materials. The carbon fiber propellers showed negligible difference in 
6 
lift:current ratio. For this reason, we will consider this our final design decision and will 
not continue the discussion of propeller choice in Prototype 5. 
 
Motor and Battery Life Testing 
 
To test the life of our Lithium­Polymer battery when the quadcopter must 
support a payload, we performed flight testing with a 1.1 kg payload. This mass 
represents 110% of the maximum weight required to be carried by the device. We 
recorded the initial amount of charge in the battery, then began flight testing. We 
began timing when the payload left the ground and stopped timing when the payload 
landed again. The charge used during transient periods of flight was considered 
negligible. The quadcopter was flown for 120 seconds, then flown again for 60 
seconds. Each time, the amount of charge left in the battery was recorded. As seen in 
Table 1, the battery had 35% charge remaining after the initial 120 second flight and 
15% remaining after the second (60 second) flight. 
 
Time (seconds)  Charge Usage (% of overall 
charge) 
120  35% 
60  15% 
 
Table 1: Initial Battery Testing Results 
 
These flight tests revealed some quirks about our flight modes that needed 
further testing in order to understand. We predicted that a calibration error was the 
source of the slight jerking in the air, and we were able to further test and verify this 
during our tests on Prototype 5. 
For our purposes, the quadcopter only needs to remain in the air long enough 
to reach the desired altitude, allow the individual to broadcast a brief message, and 
return to the ground. Because of these stipulations, we consider the battery life used 
during these flight tests to be successful. Additionally, we plan to further decrease the 
overall mass of the device by implementing a lighter frame. This decrease should 
allow for increased battery life during flight. The battery life will be tested again once 
this new frame, as well as all other modifications, have been implemented. 
 
Competing Products 
 
As is commonly known, the military have been using unmanned technology more and 
more as advances allow more complex operations to be performed without putting a human in 
harm’s way. That being said, no portable, individually deployed product is currently used to for 
specific purpose that was outlined above. However, quadcopters similar to our design are 
7 
commonly used for surveillance and reconnaissance  purposes when a small, quiet device is 
required that has the option to remain still in the air and also maneuver around or above 
potential obstacles. These quadcopters are also capable of being fitted with custom payloads. 
 
1. Aeryon Scout™ 
 
The Aeryon Scout™  is produced, along with the larger and more robust Aeryon 
SkyRanger™, by Aeryon Labs Inc. and features some incredible feats of design. From its 
data sheet, it has an operational range of 3 km or up to 25 minutes, and can fly up to 450m 
above the ground. It weighs, without a payload, 1.4 kg and is made from predominantly 
polycarbonate. It is fully GPS waypoint programmable and features a smart touchpad 
interface as a transmitter, which also displays real­time camera data. The camera may be 
swapped out for a custom payload. The arms of the quadcopter pop out for storage and the 
battery pops out for quick replacement. The more robust model, the SkyRanger™, folds 
downward into a compact design that fits into a custom backpack. The plates underneath the 
propellers and on the side of the main body are actually fins meant to regulate internal 
temperatures. Although these quadcopters feature characteristics that resemble our chosen 
design, ​ours is likely an order of magnitude (if not two) less expensive, is lighter, and 
likely can support a heavier payload relative to its own unencumbered weight. 
 
Sources: http://www.dtwc.com/sites/default/files/datasheet/Datron_Unmanned­Solutions.pdf 
https://vimeo.com/58547229  
 
8 
 
 
 
2.  XAircraft X650 Pro 
 
 
 
The XAircraft X650 Pro is another quadcopter that has potentially been used for 
military purposes. It has a flight time of 20 minutes and a maximum weight (when 
encumbered with a maximum payload) of 3 kg. Its arms fold horizontally into a slightly more 
portable position for storage such that they look like an “H” when viewed from the top. This 
9 
quadcopter as shown can be fitted with a Hero™ camera, and ​is priced at roughly double 
the cost of our design. 
 
Sources:  ​http://www.xaircraft.com/products/x650­pro­2/ 
http://download.xaircraft.com/manuals/XAircraft%20X650%20Pro%20User%20Manual%201.
0.pdf  
 
Justifications for our Design Over Competitors 
 
The quadcopters discussed above represent two of the three categories of 
quadcopters. The first is the stunningly capable and stunningly expensive military­grade 
quadcopter, the second is the moderately priced but well­engineered quadcopter. The 
category not represented above is the cheap and cheaply manufactured quadcopter for short 
duration consumer use. Our design is a member of the second category due to its various 
features (including folding arms for portability and storage, quick battery exchange, and 
payload­ready lift characteristics), but is unique in that it is not nearly as costly as quadcopters 
with similar performance characteristics. On the basis of reduced cost, our design is the most 
useful for Northrop Grumman and for the US Military for the application we are designing for. 
 
 
Significant Improvements of Prototype 5 
 
Prototype 5 possesses a number of features that are improvements over previous 
prototypes, including a new frame construction choices based on a comprehensive study of 
various types of materials, testing of a parachute deployment system and building of a new 
parachute, as well as research and utilization of our open­source flight control software’s 
onboard auto­tuning feature.  
 
The first of these improvements is the significant work done to select, model, analyze, 
and test different materials to determine the best strength to weight ratio, accounting for cost. 
The first step in this process was to perform a comprehensive materials study. Many 
commonly available thermoplastics were examined, along with some inexpensive metals. 
Woods were avoided due to their anisotropy, and plywood was avoided because it is poorly 
documented in terms of strength and it is generally expensive compared to the other options. 
After preliminary research, a strength­to­weight ratio table was formed (see Figure 7). 
 
10 
 
 
 
Although this analysis yielded very useful results, a simple strength analysis is not 
sufficient for decisions made in an engineering project. Therefore, the cost of the material in a 
size standardized over all the samples was recorded, and a strength­to­weight­to­cost ratio 
analysis was performed. Although this is not a common measurement, and in this case was 
not perfectly standardized, it presented telling trends about what is best suited for an 
application where budget is an important factor. See Figure 8 for the tabulated results of this 
analysis. It is clear that,  though there are very strong plastics with suitable mechanical 
properties, they are far too expensive to use when only slightly weaker materials are 
significantly less expensive, like the Nylon 6/6 and the Acrylic. Furthermore, because 
aluminum (6061 T6) is common, easy to obtain, and has the strength of a metal, it had 
highest value according to the usefulness per dollar metric used for all the examined 
materials. 
 
11 
 
Figure 8​: Strength­to­Weight­to­Cost Ratio Analysis 
 
Based on the results of the analysis, it was decided that Nylon 6/6, Acrylic, and 
aluminum would be the materials to be tested for the next phase of design. The extent to 
which materials were applied for this prototype is with initial testing that will be discussed 
further in the testing section of this report. It was decided, after feedback from the design jury 
along with recommendations from Phil and background knowledge about composites and 
I­beam construction, that the first test would utilize the strength of aluminum in a composite 
form. Because aluminum is so strong compared to the applied loads, it has the potential to be 
used in extremely thin sheets. 
The practical issue with this material is that when spread apart by a certain distance, 
thin aluminum sheets will deform in undesirable ways way before it can utilize its strength 
properties. To solve this issue, either an I­beam construction must be formed or a composite 
made such that the aluminum sheet is forced to behave like a solid sample in bending. Due to 
how thin the aluminum can potentially be (and was for the test), the more reasonable solution 
in terms of manufacturing was to form a composite (see Figure 9). To do this, the thin (0.016 
in thickness) aluminum sheet was adhered to both sides of a relatively sturdy polystyrene 
foam (0.75 in thickness). This way, the aluminum was sufficiently spread out to support the 
bending moment from being cantilevered, but was also forced to deform like a solid, 
continuous body. 
 
12 
 
Figure 9: Aluminum Composite Concept 
 
Because the area of highest stress on the entire quadcopter is on the quad arm 
connection to the base, that was the area of focus for the materials selection process for this 
prototype. 
 
Parachute 
 
In response to our sponsors preferences, we have implemented our parachute design 
for Prototype 5.  For our parachute design, we wanted to incorporate two features: manual 
deployment and automatic deployment in the case of battery failure. A rubber band holds the 
parachute on top of the quadcopter and is attached on two ends, as seen in Figure 10. On 
one end, the rubber band is held by a solenoid that releases the rubber band (when the 
battery dies), allowing the parachute to unfold. On the other end, the rubber band is held by a 
servo motor, which is controlled manually by the transmitter. As a knob on the transmitter is 
turned, the servo head turns, releasing the rubber band and allowing the parachute to open. 
This way, even if the battery unexpectedly loses power or one of the motors or propellers 
break, the quadcopter can be recovered without the destruction of the entire unit. Additionally, 
the manual parachute feature is controlled via knob (as opposed to a switch). This way, the 
knob has to be turned significantly before the servo motor will release the parachute, avoiding 
possible accidental releases by inadvertently hitting a switch. Additionally, a servo motor was 
used because the flight controller outputs PWM, and we have yet to determine how to 
connect a solenoid using the PWM outputs (the solenoid on the right of Figure 10 is directly 
13 
attached to the battery). Nonetheless, we used a smaller servo motor that works just as well 
as the bigger servo and is significantly lighter.  
 
 
Figure 10: Parachute deployment assembly, including attached parachute 
 
 
Figure 11: Parachute deployment assembly; no parachute, stainless steel attachment shown 
 
 
14 
 
 
Determining Parachute Size​: 
 
 
 
As the quadcopter falls, we want it to reach a certain constant terminal velocity (no 
acceleration). Thus, we set drag force equal to  . According to online resources,ass x gravitym  
the drag coefficient for nylon is 0.75 and by predicting the quadcopter’s terminal velocity 
speed to be about 5.2 m/s, we calculated the needed area of the parachute. For this reason, 
we ordered a 60” diameter nylon umbrella to make into a parachute. This new, larger 
parachute must still be tested to determine the drag coefficient. This will involve dropping the 
parachute with an attached load from a substantial height such that the distance required 
before the load and parachute reach terminal velocity is negligible compared to the total 
distance. Knowing the height and calculating the constant velocity by measuring time, the 
drag coefficient can be calculated to be used to verify the drag force of the parachute at 
certain speeds.  
 
Estimated mass for prototype 6 = 2.2 kg (with payload) 
 
.2 x 9.8Fd = 2  
ensity  1.2 kg/md =   3  
.75Cd = 0  
elocity (assumed)  5.2 m/sv =    
 
Plugging these numbers into the drag force equation, the diameter is estimated to be 
59.1 in. After testing this parachute, we may look at going up to the next size (70 in) in order 
to have a more manageable descending velocity, as 5.2 m/s is a relatively high speed. 
 
Flight Modes: 
 
We attempted to enable GPS­based flight modes for Prototype 5. Three flight modes 
would be used: stabilize, loiter, and auto. The stabilize mode would allow for manual control of 
the quadcopter while the device self­levels the roll and pitch axes. This is the mode we have 
used for most of our tests thus far. It requires the most involvement and piloting skill, and we 
would like to enable other flight modes in order to reduce the complexity of operation for the 
end­user. The loiter mode attempts to automatically maintain the quadcopter’s current 
location, heading, and altitude. The pilot may still control the quadcopter manually, but once 
the controls are released, the quadcopter will hold its position. This flight mode would be 
useful for keeping the quadcopter in a specific location after manually positioning it, and it 
would reduce drift caused by factors such as wind or operator error. Auto mode controls the 
15 
quadcopter autonomously and routes it through pre­programmed waypoints. This mode is 
desired for the greatest ease­of­use because the user will be able to send the quadcopter to a 
specified position for a desired length of time with little to no piloting skill. Unfortunately, we 
were not able to successfully implement different flight modes for this prototype. Due to 
inclement weather, the amount of time we were able to perform flight tests was less than 
ideal. However, we did perform a number of trials detailed under the Testing and Analysis 
section.  
 
 
Testing and Analysis 
 
The testing of the composite aluminum­polystyrene­foam arm went successfully. As 
the aluminum used was almost as thin as can be purchased without risking immediate tearing 
by hand, the results were not expected to match simulation data. However, the aluminum 
performed better than expected. See Figure 12 for a Solidworks FEA simulation that was 
performed on the composite arm under flight loading maximum conditions. As shown, the 
maximum Von Mises stress experienced in the aluminum sheet is about 15 MPa 
(megaPascals), where the yield strength of that composition and heat treatment of aluminum 
typically has a mean value of 275 MPa. So, assuming the assumptions made in simulation, 
this arm would perform far better than the MDF arm and likely far better than the alternatives. 
Unfortunately, we will soon see that the the assumptions made by the simulation were not all 
valid. Along with the great load­bearing characteristics of the arm in simulation, it was also 
estimated to have a mass of 18 grams, nearly half of the mass of the MDF quad arms. 
 
 
Figure 12: Composite quad arm simulation under ideal flight conditions 
16 
 
After simulation, the arm was assembled. In order to adhere the “plys”, a 5 minute 
epoxy was mixed and spread on the aluminum arms before firmly sticking them to the foam. 
After a day of curing, the arm was ready to test. At first, the same protocol was followed from 
when the first quad arms were tested: it was bolted down and sandwiched between two 
stronger pieces of plywood. Unfortunately, the foam rapidly gave way upon tightening the 
bolts. It was decided that this design could only be feasible if a small, more rigid component 
was placed at the base (and at the motor mounting point when flight testing occurs) to 
facilitate the ability to tighten the assembly down. After this modification, the arm was ready to 
test. 
 
A bolted­in plywood insert was used to maintain rigidity at the mounting point, and the 
insert was then clamped down firmly to a table. Small notches were cut into the aluminum on 
the sides at the loading point so a string could be hung, with a basket containing known 
weights suspended on the other end (see Figure 13). Under the basket, after 4 inches of room 
to allow deformation, was a stool to keep the weights from falling and potentially cracking. 
This was the same testing protocol used for previous failure tests. 
 
 
Figure 13: Failure Test Assembly for Composite Arm 
17 
 
Weights were then incrementally added to the basket, and the system was given time 
to deform. We quickly noted that though this arm was lighted than the tested MDF arms, it 
deformed less at the same weights and very quickly surpassed the MDF arms in terms of 
maximum supported load. Finally, the arm failed after supporting 5.3 kg (see Figure 14), 
which not only is nearly double the weight supported by the MDF arm, but nearly double the 
entire weight of the quadcopter with payload! 
 
Analysis of the quad arm yields interesting results. As seen in the same figure below, 
the arm failed through thin “column” buckling of the bottom aluminum ply in compression. This 
is where the simulation could not simulate properly. Since column buckling typically occurs at 
a slight, potentially imperceptible inhomogeneity in the material, the simulation cannot 
simulate the actual situation well. The real reason the arm failed, however, was the foam. 
Ideally, if the foam were harder and more rigid, buckling failure would be postponed to an 
even higher applied load, if not negated completely. 
 
 
Figure 14: Failure Mode of the Composite Arm 
 
18 
As it stands, even though the arm failed in an easily remedied way, it supported a far 
greater load than would ever be experienced (with the exception of a crash) in common 
usage. Even so, it was recommended that a thin layer of crushed fiberglass and resin be 
applied to the sides. This would only add a gram or two to the weight of the arm, but 
significantly increase the rigidity of the arm, providing a better connection between the top and 
bottom aluminum sheets, and possibly delaying buckling failure in a way similar to how using 
a more rigid foam would. This addition would also improve the overall aesthetics of the frame. 
 
The overwhelming success of the failure test of the composite arm lessened the 
importance of spending time to test other materials in a similar manner. Since the 6061 T6 
aluminum had one of the best strength­to­weight ratios as well as the best 
strength­to­weight­to­cost ratio, we deemed it unnecessary to test other quad arm concepts 
through a similar process. Unfortunately, this construction is not nearly as feasible for the 
main quad body. In that case, a thicker but lighter engineering plastic will be used. One­eighth 
inch thick acrylic is one option proven to work (see Figure 15) and is readily available, though 
further testing and simulation will reveal whether or not nylon can perform similarly well, if not 
better, and if the thickness can be reduced to better minimize the frame weight. 
 
 
Figure 15: ⅛” Acrylic Body Concept Simulation 
 
 
Our preliminary flight mode test consisted of attempting to activate the quadcopter’s 
loiter mode while tethered and flying just 2­3 meters from the ground. After switching from 
stabilize mode to loiter mode, the quadcopter began moving erratically, darting back and forth 
and oscillating uncontrollably. Initially this inconsistency was thought to be the fault of the 
GPS module, but after examining the GPS coordinates we found that the margin of error for 
the GPS fix was relatively small and unwavering. Instead, this undesired behavior was caused 
by improperly calibrated PID parameters found in the advanced settings for the flight 
19 
controller software. We could have attempted to manually calibrate these values by using the 
flight controller’s built­in functionality for storing PID data, but this would have required 
guesswork and repeated flight tests to check each minor change to the parameters. There 
exists an autotune feature present within the mission planner software that can automatically 
adjust the PID parameters for greatest response. Autotune works by automatically twitching 
the quadcopter in various directions and measuring the observed response with its sensors. 
In order to utilize this feature, we had to fly the quadcopter untethered and further from the 
ground. We took proper safety precautions by performing this in a large, open field with no 
bystanders present and distancing ourselves from the quadcopter. Unfortunately, it was rather 
windy during our first opportunity to try the autotune procedure.  After achieving the necessary 
altitude, the wind began to carry the quadcopter beyond the control of our limited piloting 
experience. Though we attempted to land immediately, the quadcopter suffered a minor 
impact and one of its arms broke. Luckily there were no other consequences, but as a result 
we were unable to complete the autotune procedure or enable flight modes.  
 
 
Final Plans 
 
Remaining Requirements: 
 
The only steps that need to be taken for the final design of our quadcopter include 
perfecting the use of the flight mode software and GPS flight controls as well as making a final 
decision about materials and construction and then implementing them. 
Given the snowy weather which limited our testing, we didn’t have enough time since 
our last report to fully implement the flight mode controls. Once we are able to test and verify 
these flight modes, all requirements will be fulfilled. 
 
Design Tweaks Required:  
­ Improve manipulability of parachute system setup 
­ Test newly constructed parachute 
­ Implement new frame materials and geometry 
­ Improve usage of flight mode software and GPS system to attain automatic control 
 
Final testing Required for Completion 
 
As discussed in “Remaining Requirements,” we need to perform further flight 
testing with implementation of the GPS flight modes. Additionally, testing needs to be 
done on the functionality of the parachute we constructed as well as the parachute 
system as a whole, including both the battery fail­safe and the manual deployment 
sides. Finally, a flight test with payload using the selected materials must be 
performed, though given the extensive analysis and testing that went into materials 
selection, this should not pose a problem. 
 
20 
Implementation Plan for Device 
 
The implementation of our device is dependent on its functionality and its 
capabilities in terms of GPS reliability and sturdiness in the final design. Our sponsors 
provided only preliminary requirements in terms of the overall goals of a device such 
as ours, stating that our device must only reach a height of 10 meters under ideal 
weather conditions.  We are also making our design as light and portable as possible 
to increase ease of use regardless of specific implementation.   
 
Opinion of Team Progress 
 
We have experienced success as a team, thus far, experiencing no obstacles 
that we have found impossible to overcome. We have been able to work well as team. 
Our recent division into subgroups for Prototype 5 enabled us to all contribute 
concretely and efficiently to the design, building, and testing of aspects of the 
quadcopter. Our sponsors have expressed their appreciation for the hard work of our 
group and optimism for the overall outcome of design. 
 
Bill of Materials 
 
Item  Cost ($) 
Spent to date  647 
Assorted bolts for sturdier motor attachment  ­­ purchased by ME dept. 
Parachute assembly materials  11 
Future costs:   dependent on availability of 
aluminum and foam for new 
frame, as of now, already 
available through department 
Total  658 
 
 
Budget 
 
Given budget for single, assembled quadcopter: ​$500 
 
Total money spent by group thus far:​ $658 
 
We are $158 over our given budget of $500. However, this is due to our choice to 
purchase additional electronics components in the case of failure, damage, or faulty parts as 
21 
well as our experimentation with parts and alternative materials. The overall cost of the parts 
currently in use by the quadcopter is less than the $500 limit, and therefore, meets the 
requirement of a device costing less than $500. 
 
 
Video of Functioning Prototype 5 
 
https://www.youtube.com/watch?v=S8EXqIeXXf4  
 
Appendices 
 
Updated Timeline: 
 
Iteration (due date)  Task  Status 
Prototype 4 (1/29)  Complete redesign of frame 
arm geometry, new laser cut 
complete 
  Perform flight testing  complete 
  Design and build 
payload/battery container 
battery container 
constructed; exact payload 
specs to be determined 
Critical Design Review (2/6)  Update on design decisions  complete 
  Discuss progress and goals 
to further affirm and/or 
modify direction of project 
complete, received positive 
sponsor feedback, evaluated 
decisions 
Prototype 5 (2/26)  Build landing legs  incomplete: will instead be 
using battery/payload 
container as landing cushion 
  Determine electronics 
attachments 
complete; holes drilled in 
frame for permanent 
attachment 
  Determine other frame 
choices; modify 
complete materials study; 
frame design planned; new 
frame yet to be implemented 
  Implement parachute  complete 
  Improve ease of propeller 
use 
After study, not very 
feasible; would decrease 
robustness of design as 
22 
propellers would be less 
secure 
Prototype 6 (4/9)  Fine­tune frame design  incomplete 
  Improve GPS usage  final state incomplete; 
continuous work required 
  Alternative transmitter 
(phone) 
Potential: feasibility to be 
determined after further 
research and testing 
  Submit report with complete 
analysis including detailed 
CAD, computational models, 
and dimensioned design 
drawings 
incomplete 
Design Day (4/20)  Presentation and 
demonstration of final 
quadcopter design (video) 
incomplete 
 
 
Sources: 
 
Arducopter. “Flight Modes.” 
http://copter.ardupilot.com/wiki/flying­arducopter/flight­modes/ 
 
DIY Drones. “Automatic parachute drop.” 
http://diydrones.com/profiles/blogs/it­works­fully­automated­parachute­drop­from­quad
copter 
 
NASA. “Terminal Velocity.” 
http://exploration.grc.nasa.gov/education/rocket/termvr.html 
 
World Transactions on Engineering and Technology Education. “The determination of 
aerodynamic drag force.” 
http://www.wiete.com.au/journals/WTE&TE/Pages/Vol.6,%20No.1%20(2007)/21_Njoc
kLibii20.pdf 
 
 
 
 
 
 
23 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 

Contenu connexe

Similaire à Prototype5 report

Firebird male, usa manned unmanned aerial vehicle
Firebird male, usa   manned unmanned aerial vehicleFirebird male, usa   manned unmanned aerial vehicle
Firebird male, usa manned unmanned aerial vehiclehindujudaic
 
ARM Based Aerial and All Terrain Navigator
ARM Based Aerial and All Terrain NavigatorARM Based Aerial and All Terrain Navigator
ARM Based Aerial and All Terrain NavigatorDileep Kadavarath
 
Avinc puma ae, usa unmanned aerial vehicle(uav)
Avinc puma ae, usa   unmanned aerial vehicle(uav)Avinc puma ae, usa   unmanned aerial vehicle(uav)
Avinc puma ae, usa unmanned aerial vehicle(uav)hindujudaic
 
Drone technology,UAV
Drone technology,UAVDrone technology,UAV
Drone technology,UAVUmesh Dadde
 
Dronee Plane - Surveying Drone Brochure
Dronee Plane - Surveying Drone BrochureDronee Plane - Surveying Drone Brochure
Dronee Plane - Surveying Drone BrochureMaksim Piriyev
 
ARROW_Brochure-US-06.28.21.pdf
ARROW_Brochure-US-06.28.21.pdfARROW_Brochure-US-06.28.21.pdf
ARROW_Brochure-US-06.28.21.pdfSonnyIskandar1
 
Saab Gripen Update Farnborough July 15
Saab Gripen Update Farnborough July 15Saab Gripen Update Farnborough July 15
Saab Gripen Update Farnborough July 15Saab AB
 
Drones the future technology
Drones the future technologyDrones the future technology
Drones the future technologyvikram singh
 
drone technology
drone technologydrone technology
drone technologyUmesh Dadde
 
Helitech - Leonardo Helicopters Division: Technology for Safety
Helitech - Leonardo Helicopters Division: Technology for SafetyHelitech - Leonardo Helicopters Division: Technology for Safety
Helitech - Leonardo Helicopters Division: Technology for SafetyLeonardo
 
Quad copter
Quad copterQuad copter
Quad copter003030
 
IJSRED-V2I2P68
IJSRED-V2I2P68IJSRED-V2I2P68
IJSRED-V2I2P68IJSRED
 
FYP Report rev34 AM-10-04-15
FYP Report rev34 AM-10-04-15FYP Report rev34 AM-10-04-15
FYP Report rev34 AM-10-04-15Andy Mathieson
 
S4 oman wind energy site selection 2016
S4 oman wind energy site selection 2016S4 oman wind energy site selection 2016
S4 oman wind energy site selection 2016CETN
 
Презентация и брошюра компании «Ukrspecsystems»
Презентация и брошюра компании «Ukrspecsystems»Презентация и брошюра компании «Ukrspecsystems»
Презентация и брошюра компании «Ukrspecsystems»CHAOS - Digital Design Studio
 
Rodnxt-S6, Surveillance Drone pdf.pdf
Rodnxt-S6, Surveillance Drone pdf.pdfRodnxt-S6, Surveillance Drone pdf.pdf
Rodnxt-S6, Surveillance Drone pdf.pdfSomasundaramRajaram
 

Similaire à Prototype5 report (20)

Firebird male, usa manned unmanned aerial vehicle
Firebird male, usa   manned unmanned aerial vehicleFirebird male, usa   manned unmanned aerial vehicle
Firebird male, usa manned unmanned aerial vehicle
 
ARM Based Aerial and All Terrain Navigator
ARM Based Aerial and All Terrain NavigatorARM Based Aerial and All Terrain Navigator
ARM Based Aerial and All Terrain Navigator
 
Avinc puma ae, usa unmanned aerial vehicle(uav)
Avinc puma ae, usa   unmanned aerial vehicle(uav)Avinc puma ae, usa   unmanned aerial vehicle(uav)
Avinc puma ae, usa unmanned aerial vehicle(uav)
 
Drone technology,UAV
Drone technology,UAVDrone technology,UAV
Drone technology,UAV
 
Dronee Plane - Surveying Drone Brochure
Dronee Plane - Surveying Drone BrochureDronee Plane - Surveying Drone Brochure
Dronee Plane - Surveying Drone Brochure
 
ARROW_Brochure-US-06.28.21.pdf
ARROW_Brochure-US-06.28.21.pdfARROW_Brochure-US-06.28.21.pdf
ARROW_Brochure-US-06.28.21.pdf
 
Saab Gripen Update Farnborough July 15
Saab Gripen Update Farnborough July 15Saab Gripen Update Farnborough July 15
Saab Gripen Update Farnborough July 15
 
Drones the future technology
Drones the future technologyDrones the future technology
Drones the future technology
 
DRONE.pptx
DRONE.pptxDRONE.pptx
DRONE.pptx
 
drone technology
drone technologydrone technology
drone technology
 
Drone
DroneDrone
Drone
 
DPCFinalReport
DPCFinalReportDPCFinalReport
DPCFinalReport
 
Helitech - Leonardo Helicopters Division: Technology for Safety
Helitech - Leonardo Helicopters Division: Technology for SafetyHelitech - Leonardo Helicopters Division: Technology for Safety
Helitech - Leonardo Helicopters Division: Technology for Safety
 
Quad copter
Quad copterQuad copter
Quad copter
 
IJSRED-V2I2P68
IJSRED-V2I2P68IJSRED-V2I2P68
IJSRED-V2I2P68
 
FYP Report rev34 AM-10-04-15
FYP Report rev34 AM-10-04-15FYP Report rev34 AM-10-04-15
FYP Report rev34 AM-10-04-15
 
S4 oman wind energy site selection 2016
S4 oman wind energy site selection 2016S4 oman wind energy site selection 2016
S4 oman wind energy site selection 2016
 
Презентация и брошюра компании «Ukrspecsystems»
Презентация и брошюра компании «Ukrspecsystems»Презентация и брошюра компании «Ukrspecsystems»
Презентация и брошюра компании «Ukrspecsystems»
 
Rodnxt-S6, Surveillance Drone pdf.pdf
Rodnxt-S6, Surveillance Drone pdf.pdfRodnxt-S6, Surveillance Drone pdf.pdf
Rodnxt-S6, Surveillance Drone pdf.pdf
 
2Ku_Gogo
2Ku_Gogo2Ku_Gogo
2Ku_Gogo
 

Dernier

Call Girls in Ashok Nagar Delhi ✡️9711147426✡️ Escorts Service
Call Girls in Ashok Nagar Delhi ✡️9711147426✡️ Escorts ServiceCall Girls in Ashok Nagar Delhi ✡️9711147426✡️ Escorts Service
Call Girls in Ashok Nagar Delhi ✡️9711147426✡️ Escorts Servicejennyeacort
 
定制(RMIT毕业证书)澳洲墨尔本皇家理工大学毕业证成绩单原版一比一
定制(RMIT毕业证书)澳洲墨尔本皇家理工大学毕业证成绩单原版一比一定制(RMIT毕业证书)澳洲墨尔本皇家理工大学毕业证成绩单原版一比一
定制(RMIT毕业证书)澳洲墨尔本皇家理工大学毕业证成绩单原版一比一lvtagr7
 
Call In girls Bhikaji Cama Place 🔝 ⇛8377877756 FULL Enjoy Delhi NCR
Call In girls Bhikaji Cama Place 🔝 ⇛8377877756 FULL Enjoy Delhi NCRCall In girls Bhikaji Cama Place 🔝 ⇛8377877756 FULL Enjoy Delhi NCR
Call In girls Bhikaji Cama Place 🔝 ⇛8377877756 FULL Enjoy Delhi NCRdollysharma2066
 
PORTFOLIO DE ARQUITECTURA CRISTOBAL HERAUD 2024
PORTFOLIO DE ARQUITECTURA CRISTOBAL HERAUD 2024PORTFOLIO DE ARQUITECTURA CRISTOBAL HERAUD 2024
PORTFOLIO DE ARQUITECTURA CRISTOBAL HERAUD 2024CristobalHeraud
 
PORTAFOLIO 2024_ ANASTASIYA KUDINOVA
PORTAFOLIO   2024_  ANASTASIYA  KUDINOVAPORTAFOLIO   2024_  ANASTASIYA  KUDINOVA
PORTAFOLIO 2024_ ANASTASIYA KUDINOVAAnastasiya Kudinova
 
group_15_empirya_p1projectIndustrial.pdf
group_15_empirya_p1projectIndustrial.pdfgroup_15_empirya_p1projectIndustrial.pdf
group_15_empirya_p1projectIndustrial.pdfneelspinoy
 
How to Be Famous in your Field just visit our Site
How to Be Famous in your Field just visit our SiteHow to Be Famous in your Field just visit our Site
How to Be Famous in your Field just visit our Sitegalleryaagency
 
How to Empower the future of UX Design with Gen AI
How to Empower the future of UX Design with Gen AIHow to Empower the future of UX Design with Gen AI
How to Empower the future of UX Design with Gen AIyuj
 
Untitled presedddddddddddddddddntation (1).pptx
Untitled presedddddddddddddddddntation (1).pptxUntitled presedddddddddddddddddntation (1).pptx
Untitled presedddddddddddddddddntation (1).pptxmapanig881
 
Abu Dhabi Call Girls O58993O4O2 Call Girls in Abu Dhabi`
Abu Dhabi Call Girls O58993O4O2 Call Girls in Abu Dhabi`Abu Dhabi Call Girls O58993O4O2 Call Girls in Abu Dhabi`
Abu Dhabi Call Girls O58993O4O2 Call Girls in Abu Dhabi`dajasot375
 
办理(UC毕业证书)查尔斯顿大学毕业证成绩单原版一比一
办理(UC毕业证书)查尔斯顿大学毕业证成绩单原版一比一办理(UC毕业证书)查尔斯顿大学毕业证成绩单原版一比一
办理(UC毕业证书)查尔斯顿大学毕业证成绩单原版一比一z xss
 
西北大学毕业证学位证成绩单-怎么样办伪造
西北大学毕业证学位证成绩单-怎么样办伪造西北大学毕业证学位证成绩单-怎么样办伪造
西北大学毕业证学位证成绩单-怎么样办伪造kbdhl05e
 
Design principles on typography in design
Design principles on typography in designDesign principles on typography in design
Design principles on typography in designnooreen17
 
NO1 Famous Amil Baba In Karachi Kala Jadu In Karachi Amil baba In Karachi Add...
NO1 Famous Amil Baba In Karachi Kala Jadu In Karachi Amil baba In Karachi Add...NO1 Famous Amil Baba In Karachi Kala Jadu In Karachi Amil baba In Karachi Add...
NO1 Famous Amil Baba In Karachi Kala Jadu In Karachi Amil baba In Karachi Add...Amil baba
 
Top 10 Modern Web Design Trends for 2025
Top 10 Modern Web Design Trends for 2025Top 10 Modern Web Design Trends for 2025
Top 10 Modern Web Design Trends for 2025Rndexperts
 
原版美国亚利桑那州立大学毕业证成绩单pdf电子版制作修改#毕业文凭制作#回国入职#diploma#degree
原版美国亚利桑那州立大学毕业证成绩单pdf电子版制作修改#毕业文凭制作#回国入职#diploma#degree原版美国亚利桑那州立大学毕业证成绩单pdf电子版制作修改#毕业文凭制作#回国入职#diploma#degree
原版美国亚利桑那州立大学毕业证成绩单pdf电子版制作修改#毕业文凭制作#回国入职#diploma#degreeyuu sss
 
Dubai Calls Girl Tapes O525547819 Real Tapes Escort Services Dubai
Dubai Calls Girl Tapes O525547819 Real Tapes Escort Services DubaiDubai Calls Girl Tapes O525547819 Real Tapes Escort Services Dubai
Dubai Calls Girl Tapes O525547819 Real Tapes Escort Services Dubaikojalkojal131
 
Call Us ✡️97111⇛47426⇛Call In girls Vasant Vihar༒(Delhi)
Call Us ✡️97111⇛47426⇛Call In girls Vasant Vihar༒(Delhi)Call Us ✡️97111⇛47426⇛Call In girls Vasant Vihar༒(Delhi)
Call Us ✡️97111⇛47426⇛Call In girls Vasant Vihar༒(Delhi)jennyeacort
 
ARt app | UX Case Study
ARt app | UX Case StudyARt app | UX Case Study
ARt app | UX Case StudySophia Viganò
 

Dernier (20)

Call Girls in Ashok Nagar Delhi ✡️9711147426✡️ Escorts Service
Call Girls in Ashok Nagar Delhi ✡️9711147426✡️ Escorts ServiceCall Girls in Ashok Nagar Delhi ✡️9711147426✡️ Escorts Service
Call Girls in Ashok Nagar Delhi ✡️9711147426✡️ Escorts Service
 
定制(RMIT毕业证书)澳洲墨尔本皇家理工大学毕业证成绩单原版一比一
定制(RMIT毕业证书)澳洲墨尔本皇家理工大学毕业证成绩单原版一比一定制(RMIT毕业证书)澳洲墨尔本皇家理工大学毕业证成绩单原版一比一
定制(RMIT毕业证书)澳洲墨尔本皇家理工大学毕业证成绩单原版一比一
 
Call In girls Bhikaji Cama Place 🔝 ⇛8377877756 FULL Enjoy Delhi NCR
Call In girls Bhikaji Cama Place 🔝 ⇛8377877756 FULL Enjoy Delhi NCRCall In girls Bhikaji Cama Place 🔝 ⇛8377877756 FULL Enjoy Delhi NCR
Call In girls Bhikaji Cama Place 🔝 ⇛8377877756 FULL Enjoy Delhi NCR
 
PORTFOLIO DE ARQUITECTURA CRISTOBAL HERAUD 2024
PORTFOLIO DE ARQUITECTURA CRISTOBAL HERAUD 2024PORTFOLIO DE ARQUITECTURA CRISTOBAL HERAUD 2024
PORTFOLIO DE ARQUITECTURA CRISTOBAL HERAUD 2024
 
PORTAFOLIO 2024_ ANASTASIYA KUDINOVA
PORTAFOLIO   2024_  ANASTASIYA  KUDINOVAPORTAFOLIO   2024_  ANASTASIYA  KUDINOVA
PORTAFOLIO 2024_ ANASTASIYA KUDINOVA
 
group_15_empirya_p1projectIndustrial.pdf
group_15_empirya_p1projectIndustrial.pdfgroup_15_empirya_p1projectIndustrial.pdf
group_15_empirya_p1projectIndustrial.pdf
 
How to Be Famous in your Field just visit our Site
How to Be Famous in your Field just visit our SiteHow to Be Famous in your Field just visit our Site
How to Be Famous in your Field just visit our Site
 
How to Empower the future of UX Design with Gen AI
How to Empower the future of UX Design with Gen AIHow to Empower the future of UX Design with Gen AI
How to Empower the future of UX Design with Gen AI
 
Untitled presedddddddddddddddddntation (1).pptx
Untitled presedddddddddddddddddntation (1).pptxUntitled presedddddddddddddddddntation (1).pptx
Untitled presedddddddddddddddddntation (1).pptx
 
Abu Dhabi Call Girls O58993O4O2 Call Girls in Abu Dhabi`
Abu Dhabi Call Girls O58993O4O2 Call Girls in Abu Dhabi`Abu Dhabi Call Girls O58993O4O2 Call Girls in Abu Dhabi`
Abu Dhabi Call Girls O58993O4O2 Call Girls in Abu Dhabi`
 
办理(UC毕业证书)查尔斯顿大学毕业证成绩单原版一比一
办理(UC毕业证书)查尔斯顿大学毕业证成绩单原版一比一办理(UC毕业证书)查尔斯顿大学毕业证成绩单原版一比一
办理(UC毕业证书)查尔斯顿大学毕业证成绩单原版一比一
 
西北大学毕业证学位证成绩单-怎么样办伪造
西北大学毕业证学位证成绩单-怎么样办伪造西北大学毕业证学位证成绩单-怎么样办伪造
西北大学毕业证学位证成绩单-怎么样办伪造
 
Call Girls in Pratap Nagar, 9953056974 Escort Service
Call Girls in Pratap Nagar,  9953056974 Escort ServiceCall Girls in Pratap Nagar,  9953056974 Escort Service
Call Girls in Pratap Nagar, 9953056974 Escort Service
 
Design principles on typography in design
Design principles on typography in designDesign principles on typography in design
Design principles on typography in design
 
NO1 Famous Amil Baba In Karachi Kala Jadu In Karachi Amil baba In Karachi Add...
NO1 Famous Amil Baba In Karachi Kala Jadu In Karachi Amil baba In Karachi Add...NO1 Famous Amil Baba In Karachi Kala Jadu In Karachi Amil baba In Karachi Add...
NO1 Famous Amil Baba In Karachi Kala Jadu In Karachi Amil baba In Karachi Add...
 
Top 10 Modern Web Design Trends for 2025
Top 10 Modern Web Design Trends for 2025Top 10 Modern Web Design Trends for 2025
Top 10 Modern Web Design Trends for 2025
 
原版美国亚利桑那州立大学毕业证成绩单pdf电子版制作修改#毕业文凭制作#回国入职#diploma#degree
原版美国亚利桑那州立大学毕业证成绩单pdf电子版制作修改#毕业文凭制作#回国入职#diploma#degree原版美国亚利桑那州立大学毕业证成绩单pdf电子版制作修改#毕业文凭制作#回国入职#diploma#degree
原版美国亚利桑那州立大学毕业证成绩单pdf电子版制作修改#毕业文凭制作#回国入职#diploma#degree
 
Dubai Calls Girl Tapes O525547819 Real Tapes Escort Services Dubai
Dubai Calls Girl Tapes O525547819 Real Tapes Escort Services DubaiDubai Calls Girl Tapes O525547819 Real Tapes Escort Services Dubai
Dubai Calls Girl Tapes O525547819 Real Tapes Escort Services Dubai
 
Call Us ✡️97111⇛47426⇛Call In girls Vasant Vihar༒(Delhi)
Call Us ✡️97111⇛47426⇛Call In girls Vasant Vihar༒(Delhi)Call Us ✡️97111⇛47426⇛Call In girls Vasant Vihar༒(Delhi)
Call Us ✡️97111⇛47426⇛Call In girls Vasant Vihar༒(Delhi)
 
ARt app | UX Case Study
ARt app | UX Case StudyARt app | UX Case Study
ARt app | UX Case Study
 

Prototype5 report