Как сделать дрон своими руками в домашних условиях

Квадрокоптер своими руками

Мечта полета преследует каждого человека с детства. Редко у кого не было желания оторваться от земли и устремиться в небо. К сожалению, в природе люди не умеют летать. Им приходится применять для этого специализированные аппараты. Приблизиться к мечте поможет собранный квадрокоптер своими руками.

Человека он, конечно, не поднимет, но даст понять принципы пилотирования, на которых строится авиация, а также возможность управлять, пусть маленьким, но летательным аппаратом.

Сфера применения

Использовать quadrocopter можно и для серьезных целей. Оснащенный видеокамерой и передатчиком, он может передавать изображения с воздуха отслеживаемых объектов. К примеру, местонахождение голов скота на пастбище или состояние крыш и высоких памятников.

В его силах разведывать ледовые или сплавные заторы рек, передавать информацию о пробках и ситуации на дорогах. квадрокоптер используется и при лесных пожарах, давая обзор направления движения огня. В общем, везде, где есть необходимость получения панорамной картинки с высоты – он первый помощник. Включая сферы спасения жизни и поиска людей.

Из остальных очевидных методов применения дрона – переноска им по воздуху каких-либо грузов. Летательному аппарату не страшны плохие дороги или их полное отсутствие, а удаленное управление позволяет использовать его в любую погоду без риска для жизни пилота. Квадрокоптер с грузом

Есть и не очевидные способы применения квадрокоптеров. К примеру, в некоторых крупных торговых центрах летательные аппараты подобного типа производят замену ламп освещения под потолком. Захват выполняется в специальный держатель, после чего дрон вращается, выкручивая светильник, и транспортирует его на землю. В него устанавливают целую лампу, которая перемещается вместе с аппаратом по воздуху обратно и вкручивается. В результате – нет риска для персонала, а работа выполнена.

Самодельный квадрокоптер

Можно, конечно, купить дрон в сборе, но это не так интересно, как создать его своими руками, пусть уже и из готовых комплектующих, поставляемых наборами от производителя. К тому же, далеко не каждая готовая сборка будет соответствовать нуждам покупателя.

Самый захватывающий вариант получения квадрокоптера – индивидуальный расчет конфигурации и подборка соответствующих ему комплектующих, с монтажом всего этого в одну конструкцию. Приобрести же необходимые элементы можно, к примеру, на торговой площадке E-Bay или AliExpress, сделав заказ через интернет. Использование дронов на законных основаниях

Один из нюансов, учитываемый при изготовлении самодельного квадрокоптера, – ограничения, введенные законодательно на сверхлегкие летательные аппараты. К которым относятся и дроны.

В сущности, они касаются только документальной регистрации квадрокоптеров весом свыше 250 грамм. Если аппарат имеет большую массу, но меньшую 30 килограмм, то ему требуются разрешительные бумаги от Федерального агентства воздушного транспорта. Получить их можно и по почте, отправив фотографию беспилотного летательного аппарата и его характеристики в Росавиацию.

Какие есть варианты?

Итак, рассмотрим все возможные варианты приобретения или самостоятельного изготовления маленького летательного аппарата, годного как в качестве игрушки, так и для выполнения вполне серьезных задач. Квадрокоптер в полете

Ready to fly (готовый к полету)

Под определение попадают все квадрокоптеры, продаваемые в собранном состоянии. После покупки, для их использования достаточно подать питание на узлы аппарата и пульт радиоуправления. Самый простой способ приобщения к пилотированию.

Almost Ready to Fly (почти готовый к полету)

Товарная номенклатура подобных моделей весьма велика. Производитель может представлять как все необходимые детали в наборе, так и только некоторые части дрона. К примеру, раму или контроллер работы двигателей. Сборка и покупка недостающих полностью осуществляется силами владельца такого комплекта.

Приобретение подобного квадрокоптера рекомендуется начинающим пользователям. Он позволит ввести человека в основы создания летательного аппарата, при этом достаточно прост в сборке. Один из вариантов комплектов сборки

Полная сборка с нуля

Один из самых интересных вариантов, с относительно низкими затратами труда и времени. При выборе компонентов летательного аппарата производят расчеты в зависимости от желаемых характеристик и доступной номенклатуры в продаже.

Имеется в виду, к примеру, что для большого квадрокоптера нужны и габаритные, а также мощные запчасти. Их характеристики непосредственно зависят от планируемого веса дрона. Чем крупнее рама – тем больше масса аппарата, а значит, он должен быть оснащен более высоко оборотистыми двигателями, крупными пропеллерами, а также соответствующей системой питания всей силовой и обычной электроники на борту.

Важной деталью служит и выбор контроллера, который управляет всем этим хозяйством. Он задает скорость вращения винтов, не допуская перекосы аппарата во время полета. К его функциям относится и управление движением дрона, в зависимости от команд оператора на земле. Один из видов полетных контроллеров

Не лишним будет контроль характеристик передатчика пульта и устанавливаемого приемника в аппарат. Чем они мощнее, тем на большем расстоянии можно управлять квадрокоптером.

Ну и в конце, навесное оборудование. Без него дрон – не более чем летающая игрушка. А вот смонтировав на его раму камеру с передатчиком, можно найти квадрокоптеру более практичное применение.

Опять же, важна дальность беспроводного функционирования подвеса, его потребляемая мощность (а значит и запас хода батарей всего аппарата). Управляемая камера, с настраиваемым увеличением и яркостью, также даст свой плюс к использованию дрона.

Самодельный дрон из подручных материалов

Как собрать квадрокоптер своими руками: инструкция для начинающих

Чтобы упростить покупку первого квадрокоптера, но дать основы его создания, стоит брать комплекты дронов, в которые уже включены все необходимые детали аппарата. Их прочность, мощность и возможности уже выбраны согласно строению и весу итогового БПЛА.

Подбор материалов и комплектующих

Готовые комплекты, с элементами, подобранными производителем, рассчитаны на определенные характеристики аппарата. Среди них – максимальная дальность полета и нахождения от оператора, потолок высоты и скорости. Обязательно указывается полезный вес нагрузки – грузоподъемность дрона.

Ориентируясь по ним, и производят выбор комплекта.

Детали с Али экспресса

Один из бюджетных вариантов, представленный на Aliexpress для самостоятельной сборки, без ухудшения функциональности квадрокоптера – Flysky i6 F450. Его цена находится в районе 12086 рублей.

В наборе находятся все компоненты, позволяющие создать собственного дрона, кроме аккумулятора и навесного оборудования – камеры, хотя ее крепление предусмотрено конструкцией рамы устройства. Что идет в комплекте

Самодельный дрон в домашних условиях

Квадрокоптер — это не только весело и интересно. Такое устройство можно использовать для аэрофотографии, доставки небольших грузов, выполнения задач патрулирования, участия в соревнованиях. Именно для последней цели множество профессионалов предпочитает покупать не готовые модели, а собирать квадрокоптер своими руками. Сделать это можно и в домашних условиях. Главное — правильно подобрать комплектующие.

С чего начинать

Первое, что стоит уяснить начинающему, который решил сделать квадрокоптер своими руками: обойтись без покупки специальных комплектующих не получится. Летающая четырехвинтовая машина представляет собой достаточно сложную компьютеризированную систему. Поэтому приобретение специальной управляющей платы, сигналы с которой будут стабилизировать и направлять мультикоптер — является обязательным.

Несколько советов помогут собрать дрон с высокими шансами на положительный результат.

И главное — не стоит сразу пытаться делать квадрокоптер с камерой. Это устройство (если хочется получать качественное изображение) не только громоздкое и довольно тяжелое, но и неизбежно разбалансирует дрон.

Готовые комплекты

Профессиональные спортсмены, использующие гоночные дроны, предпочитают покупать готовые наборы для сборки. Это так называемые комплекты ARF. В них входит минимальный набор компонентов, чтобы сделать дрон своими руками с предсказуемыми характеристиками. При этом владельцу предлагается некоторая свобода в модификации параметров изделия путем замены лопастей, батарей и других комплектующих.

Наборы ARF обычно включают:

После того, как самодельный квадрокоптер собран, на него устанавливают систему управления. Ее можно купить отдельно.

Еще одно достоинство комплектов ARF — широкие возможности модификации летных характеристик дрона. Можно собрать квадрокоптер с большим радиусом действия, подключая его к соответствующей системе управления. Или обеспечить хорошие характеристики маневренности, используя специальные пульты.

Сборка в домашних условиях

Квадрокоптер можно собрать самому, в домашних условиях. Без покупки сложных электронных компонентов обойтись не получится. А вот силовую раму с ногами двигателей можно сделать из подручных материалов. Есть несколько вариантов сборки. Раму можно сделать из пластиковых труб водопроводной сети или собрать конструкцию из тонкого алюминиевого профиля квадратного сечения.

Самый простой способ — выполнить раму из фанеры. Для этого потребуется квадрат, размеры которого подбираются под габариты будущего коптера. К основанию рамы из фанеры будут крепиться ноги двигателей. Это может быть как готовое изделие промышленного производства, так и вручную изготовленные детали. Пошаговая сборка силовой рамы выглядит следующим образом.

Сделать всю работу самостоятельно получится только у людей с высоким уровнем навыка моделирования и использования ручных инструментов. Требуется максимальная точность и минимальное количество материала.

Двигатели

Рекомендуется приобретать для сборки коптера в домашних условиях готовый комплект двигателей с системой управления. Это избавит от возможных отклонений в оборотах и других сложностях балансировки. Если же хочется все собрать самому, включая систему подъемных двигателей, следует ориентироваться на:

Далее делается выбор двигателя по его маркировке. Производитель всегда указывает диаметр статора и высоту двигателя. К каждому изделию приводится тип и размер лопастей, рекомендуемых к применению. После этого, основываясь на массе беспилотника и оборотах двигателя при зависании (указывается в паспорте) — подбирается конкретная марка пропеллера.

Выбор лопастей

Лопасти — одна из простых деталей, которым мало уделяют внимания начинающие. От конструкции данного элемента зависят летные характеристики дрона в целом. Рекомендации по выбору лопастей следующие.

Второй главный фактор выбора лопастей — материал, из которого они изготовлены. Для начинающих, при сборке первых моделей, можно купить пластиковые пропеллеры. Но стоит помнить, что они не отличаются прочностью. Пластик деформируется, высыхает (меняет жесткость). Кроме этого, в ходе эксплуатации лопасти повреждаются пылью и другими взвесями в воздухе, из-за чего растет их аэродинамическое сопротивление.

Металлические пропеллеры — оптимальный выбор, если хочется получить долговечный дрон со стабильными характеристиками. Стоят такие изделия дороже пластика, но служат гораздо дольше, показывая стабильные характеристики. Стоит помнить, что металлические пропеллеры неизбежно потребуют двигатели большей мощности для своего вращения.

Третий тип материалов, используемых для изготовления лопастей — композитные полимеры, многослойная конструкция. Такие пропеллеры легкие и прочные. Их цена высока, однако в области спортивных дронов композитные материалы лопастей не имеют конкурентов.

Важно! Если сборка квадрокоптера в домашних условиях планируется впервые, то при покупке лопастей не стоит экономить. Нужно внимательно изучать приводимую производителем разницу в массах отдельных пропеллеров в комплекте. На практике, покупая набор лопастных блоков дороже всего на 10% от средней цены, можно избавиться от работ по балансировке системы.

Система управления

Система управления, рекомендованная к покупке для начинающих, состоит из пульта и приемника, устанавливаемого на коптере. Сегодня на рынке представлено великое множество комплектов, предлагающих разный функционал. Например, может быть реализована:

От класса решения напрямую зависит стоимость системы управления. Поэтому рекомендуется тщательно проанализировать сферу применения и задачи коптера перед выбором того или иного комплекта его электроники.

Алгоритм сборки

Сборка квадрокоптера не представляет большой сложности.

Завершается сборка тщательным изолированием мест соединения проводов термоусадкой. При необходимости защиты плат управления от влаги, они накрываются кожухами. После этого можно присоединять аккумулятор и тестировать коптер в работе.

В качестве заключения

Если не экономить на покупке комплектующих, собрать самодельный дрон не составит труда. Достаточно действовать аккуратно, в соответствии с инструкциями производителя тех или иных компонентов. Как правило, после первой удачно собранной модели у начинающих появляются амбиции и желание собрать дрон с улучшенным функционалом. Чтобы минимизировать траты, следует предусмотреть такой вариант заранее. Например, купить плату управления, поддерживающую прямое подключение камеры или передачу сигнала на смартфон по протоколу Wi-Fi.

Самые популярные квадрокоптеры

Квадрокоптер DJI Mavic Air на Яндекс Маркете

Квадрокоптер DJI Mavic Air Fly More Combo на Яндекс Маркете

Квадрокоптер DJI Mavic 2 Pro на Яндекс Маркете

Квадрокоптер DJI Mavic 2 Zoom на Яндекс Маркете

Квадрокоптер DJI Spark Fly More Combo на Яндекс Маркете

Мультикоптеры: от расчетов к полётам. Всё, что нужно знать, чтобы собрать себе квадрокоптер\гексакоптер\октакоптер!

Основы коптеростроения. Григорий Колодяжный, Пятигорск.

Всем привет! После выхода первого же ролика, снятого с собранного мной гексакоптера, народ стал одолевать вопросами и просьбами помочь в постройке аппарата.
В наше время нет дефицита информации, напротив, есть её переизбыток, который очень сложно фильтровать.

Хочу в своей статье ответить на те вопросы, которые поступают практически каждый день от моих знакомых.
А именно:
— Какой коптер лучше и чем они отличаются? (квадро-, три-, гекса-, октакоптер)
— Купить готовый, или собрать самому?
— Какие комплектующие подобрать? Как рассчитывать? Каков минимальный набор для полёта?
— На что снимать – на GoPro или камеру потяжелее?
Думаю, что для начала этих вопросов хватит, чтобы заставить закипеть мозг тех, в чьих головах пока есть только желание разобраться с основами, но нет опыта за плечами.

Прошу не принимать всё написанное за единственно верную истину. Как раз хочу объяснить, что я человек с творческо-техническим складом ума, но не живу в своем ограниченном мире коптеростроения. Напротив, я новичок в этом вопросе и пишу статью потому, что загоревшись желанием построить дрона для аэросъемки, столкнулся с тем, что очень много разных мнений и выбрать верный путь очень сложно. Мой первый опыт был не совсем удачным, от этого и хочу всех уберечь, выделив самое важное и акцентируя внимание на важные детали, о которых мало говорят.
Итак, чем же отличаются коптеры и откуда такие названия? Квадрокоптер – это четырехвинтовой аппарат. Этот тип БПЛА (беспилотных летательных аппаратов) на сегодняшний день является самым распространенным и уже фактически стал именем нарицательным для народа, если речь идет о мультироторных системах. Самый известный четырехмоторный дрон выпустила компания DJI, практически все о нем слышали. Это тот самый Phantom. Но разбирать все модификации бессмысленно. Единственное, я надеюсь, что после прочтения этой статьи вы сами сможете просчитать параметры и понять, почему полетное время между первым и вторым поколениями Phantom’ов изменилось почти вдвое.
Гексакоптер — это шестимоторный, а октакоптер, соответственно, восьмимоторный аппарат. Есть еще трикоптеры и так называемые соосные. И тут много споров на тему, как правильно назвать аппарат с 8-мью моторами, но 4-мя лучами, соосный квадрокоптер или всё-таки октакоптер. Моторы располагаются на одной оси один над другим. У такого расположения есть одно преимущество — размеры. Но на практике те же 8 моторов на октакоптере будут давать более высокий КПД, чем установка на одной оси парных двигателей.

Как вы понимаете, вся разница в количестве винтов, сказывается в первую очередь на подъемной силе и стабильности аппарата. То есть логично, что при всех равных условиях маленькому квадрокоптеру будет сопротивляться с ветром намного сложнее, чем большому октакоптеру. Во-первых, больший вес сложнее сдвинуть с места, во-вторых, большая длина рычага (луча рамы, на конце которой установлен мотор с пропеллером) говорит о том, что один и тот же порыв ветра способен накренить аппарат большего размера на меньший угол относительно горизонта. Следовательно, многомоторные системы более устойчивы к худшим погодным условиям.
Хочу коснуться еще одной темы — основ понимания физики поведения мультикоптеров. Эти аппараты управляются легче, чем любые другие летающие модели: самолёты, вертолёты, планеры и т.д. Для полётов коптера необходимо минимум 4 канала аппаратуры управления.
1 канал — Элероны (aileron) — это канал, который отвечает за направление влево-вправо.
2 канал — Элеватор (elevator) — это канал, отвечающий за движение вперед-назад.
3 канал — Газ (throttle) — это канал газа. Отвечает за набор и снижение высоты.
4 канал — Рысканье (rudder) – отвечает за вращение вокруг своей оси.
Остальные каналы в аппаратуре (моделисты любят использовать слово «аппа»- это тот самый пульт-передатчик в руках «пилота» и приемник на борту аппарата) используются для управления осями подвеса камеры, для складывания шасси, надстройки уровня чувствительности аппарата к внешним условиям (PID параметры в полётном контроллере, отвечающие за силу и скорость реакции коптера на сигналы управления, сопротивление погодным условиям), для переключения режимов полёта (к примеру GPS, Attitude, Manual, Failsafe, Home lock, Course Lock). Как говорят опытные авиамоделисты, много каналов не бывает, поэтому у них есть одно важное правило – покупать сразу хорошую надёжную аппу известных брендов. Лучшими считаются производители: Futaba, Spectrum, JR.

Время летит, поэтому добавляю в статьи свежие строки, актуальные на сегодняшний день, спустя несколько лет после написания статьи. Буду помечать их курсивом и добавлять ссылки на примеры комплектующих в проверенных магзинах, в которых сам совершал покупки.
Из бюджетных, но проверенных временем аппаратур управления пользуется популярностью FRSky Taranis Q X7. И старший брат — FrSky Taranis X9D Plus

Одна и та же хорошая аппаратура способна хранить в себе настройки одновременно десятков моделей. То есть, однажды приобретая её, можно пользоваться ею фактически всю жизнь и управлять RC самолётами, вертолётами, машинами, мультикоптерами, просто выбирая в меню аппаратуры нужную модель (но закладывать настройки каждой модели нужно самому вручную). Так вот, для чего же на практике люди используют дополнительные каналы? Если вы планируете заниматься аэросъемкой, то минимум 2 канала нужно на управление трех-осевым подвесом – канал YAW отвечает за рысканье (поворот вокруг своей вертикальной оси, горизонтальное панорамирование), PITCH – канал тангажа, то есть наклон камеры вверх\вниз. Как правило наклон оси ROLL (горизонта) регулировать не нужно, так как сложно придумать ситуацию, когда на видео нужно нарочно завалить горизонт. Иногда люди используют дополнительную курсовую камеру на сервоприводах, которой вообще можно управлять движениями головы. Лично я реализовал такое управление своим подвесом с камерой GoPro, которая одновременно является и курсовой и основной камерой. Для этого устанавливается датчик head tracker в видео очки или FPV-шлем (First person view – вид от первого лица), который соединяется с аппаратурой управления, а та в свою очередь передает сигналы на каналы управления нужных осей подвеса камеры. Для дополнительных каналов управления также можно придумать другие предназначения: от сброса транспортируемых коптером предметов до поджигания фитиля установленных на него ракетниц-фейерверков, тут всё ограничивается лишь полётом фантазии.
_
Еще важно разобраться с тем, как мультикоптер работает в целом. Понятно, что при движении стика газа вверх на аппаратуре управления, коптер просто прибавляет обороты на всех двигателях и происходит набор высоты. Чтобы полететь вбок, аппарат кренится в нужную сторону, увеличивая обороты двигателей с одной стороны и снижая с другой. При этом, за счет датчиков, соединенных с ПК (полётным контроллером), аппарат кренится только до ограниченного в прошивке контроллера угла, чтобы не перевернуться. Вперед и назад летает, соответственно, тем же принципом. А вот вращение вокруг своей оси происходит за счет того, что двигатели через один крутятся в противоположные стороны и пропеллеры должны быть соответствующие — одни загребают воздух под себя, вращаясь по часовой стрелке, другие — против. Получается, чтобы аппарат развернулся в нужную нам сторону, он увеличивает обороты двигателей вращающихся в одну сторону и ровно настолько же уменьшает обороты двигателей, вращающихся в противоположную.
_
Что касается «начинки», то мультикоптер состоит из рамы, на которую устанавливаются двигатели. Сигналы на вращение двигателей идут из полётного контроллера (ПК), но мощности этих сигналов не достаточно, поэтому перед каждым двигателем стоит регулятор оборотов (в простонародье «регуль», ESC).

Также на борту стоит приемник сигналов управления, который передает их в ПК.

Современные полётные контроллеры такие, как распространенный DJI Naza-m v2 представляют собой целые наборы.

Если вы всё-таки решились собирать мультикоптер самостоятельно, попробую объяснить основные принципы. Важно сразу понять, какой снаряженный вес будет в итоге у аппарата и вести расчеты, отталкиваясь от него. Можно найти готовые конфигурации на форумах и перепроверить их на специальном калькуляторе, о котором я расскажу далее. Важен также такой момент, что этот калькулятор не знает, возможно ли физически установить пропеллеры расчетного размера на вашу раму и можно ли их вообще ставить на заданные двигатели.
1. Поэтому первым делом определяемся с рамой, узнаем её вес, максимальный размер пропеллеров, которые возможно установить.
2. Подбирая моторы, сразу смотрим на сайте производителя таблицы характеристик с рекомендуемыми пропеллерами. К примеру я использую моторы SunnySky v3508 kv580

И тут хочу акцентировать внимание на параметры мотора. В названии мотора зашифрованы его основные параметры V3508 kv580, где v — это серия, 35мм — диаметр статора, 8 мм — это длина статора. А параметр KV говорит об оптимальных для данного мотора оборотах висения летательного аппарата. То есть, имея оптимальные обороты висения и вес аппарата, нам придется под них подбирать пропеллеры с нужными параметрами, чтобы добиться оптимальных показателей. В таблице видно, что для данных моторов производителем рекомендуются 3 вида пропеллеров: 1238, 1447 и 1555. Во втором столбце видим, что везде значение напряжения стоит 14.8 вольт. То есть данные моторы используются только с 4S батареями. Для одних и тех же моторов в таблице могут даваться показания для разного вольтажа, и нужно быть очень внимательным, ведь моторы, которые работают и с 11.1 вольтовыми 3S батареями и с 14.8 вольтовыми 4S батареями, как правило, допускают максимальный размер пропеллеров при 3S батареях меньше, чем при 4S, так как мотору может просто не хватить мощности раскручивать тяжелые для него пропеллеры, и есть вероятность перевернуть коптер вверх ногами прямо в полёте. (Со мной такое случалось). Вот пример таблицы для моторов SunnySky 2216 kv800

Из этой таблицы видно, что с моторами 2216 при использовании 11.1 вольтовых батарей можно ставить пропеллеры максимального размера 1147, а при 14.8 вольтовых максимум 1047-е пропеллеры. Теперь, чтобы сложить картину воедино, следует пояснить маркировку пропеллеров. На самом деле, размер обозначает только первое двузначное число, а второе означает шаг. Размеры даются в дюймах. Маркировка 1047 означает, что пропеллеры 10-тидюймовые, а шаг на один оборот составляет 4,7 дюйма.
Выше я уже привел ссылку на видео случая из моей первой конфигурации, когда я на моторы 2216 kv800 установил пропеллеры 1238. На видео с 17й секунды видно, что при снижении, либо порыве ветра аппарат начинает амплитудно раскачиваться. Закончилось это тем, что коптер перевернулся в воздухе и приземлился вверх ногами на асфальт. Во-первых, моторы перегреваются и могут вообще перегореть в полёте, во-вторых, у них банально не хватает силы резко раскручивать нужные пропеллеры для стабилизации положения коптера, в итоге аппарат себя раскачивает все сильнее и сильнее.
Также, прежде чем перейти к этапу расчетов, важно пополнить свои знания информацией о литий-полимерных батареях. Они встречаются сейчас повсеместно — в телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках и других устройствах. Эти батареи имеют максимальную ёмкость относительно веса и максимальную токоотдачу, минимальное время заряда. Но при этом батареи токсичны и даже взрывоопасны.

Они непременно взрываются при сильном механическом повреждении, при чрезмерном перезаряде, при замыкании. Эту информацию важно знать и тем, кто не планирует собирать себе коптер.
Li-Po батареи нужно заряжать, транспортировать и хранить в специальных огнеупорных конвертах.

Теперь давайте разберем параметры в описании батареи.

К примеру :
ONBO 5200mAh 4S 45C Lipo Pack:
• Емкость: 5200mAh
• Напряжение: 4S1P / 4 Cell / 14.8V
• Ток разряда: 45C продолжительный / 90C пиковый
• Вес: 485г (включая провода, разъемы и корпус)
• Размеры: 160x50x32мм
• Балансировочный разъем: JST-XH
• Силовой разъем: T-connector

Что же означают эти 2S, 3S, 4S? 6S и на что они влияют?
Параметр S означает количество ячеек, либо банок. Каждая ячейка представляет собой отдельную батарею указанной ёмкости, но её номинальное напряжение 3.7 вольта, а напряжение полностью заряженной ячейки составляет 4.2 вольта. Поэтому номинальное и полное напряжение 2S аккумулятора составляет 7,4-8,4 вольта, 3S – 11,1-12,6 вольт, 4S – 14,8-16,8 вольт и т. д.
У аккумулятора имеется балансировочный разъем, к которому можно подключить индикатор напряженияи следить как за общим уровнем заряда батареи, так и за уровнем заряда в каждой ячейке.

Подобный индикатор настраивается на определенный уровень напряжения, по достижении которого на любой из ячеек он начинает сигнализировать громким писком. Это очень удобно, если отправлять аппарат в полёт с подключенным устройством, которое настроено на 3,4 вольта. Чтобы знать, что пора приземлять коптер. Ведь важно знать, что порог, до которого можно разряжать Li-Po аккумулятор, чтобы он прослужил долгое время, составляет 3.3 вольта на банку. При полной разрядке аккумулятора, он теряет значительную часть своей ёмкости.
А для правильной его зарядки требуется специальное зарядное устройство, которое умеет балансировать ячейки до равного напряжения и при этом не перезаряжать, чтобы не допустить возгорания.

Подобная зарядка также способна заряжать (либо разряжать) до номинального напряжения для хранения батарей, ведь хранение полностью заряженных батарей тоже негативно сказывается на их ресурсе.
Возвращаясь к описанию параметров батарей, хочу разобрать параметр “C” – обычно встречаются цифры 10C, 20C, 30C и т. д. Данный параметр равен ёмкости элемента. Грубо говоря, 1С — 5000 mah составляет 5A за 1 час, а если батарея с током разряда 20C, то она способна полностью отдать свой заряд в 20 раз быстрее часа, то есть за 3 минуты. Но в то же время рекомендуемый ток заряда для большинства батарей не должен превышать 1С. Но значение максимального тока заряда указывается в описании к каждой батарее. Тем не менее, более качественный и щадящий заряд идет именно током 1С – то есть, если емкость батареи 2000 mah, то заряжать её желательно током не более 2 ампер. А если емкость батареи 4000 mah, то тот же 1С для такой батареи уже составит 4 ампера.
Если вы осилили всю эту теорию, переходим к самому интересному. Давайте научимся пользоваться калькулятором для расчета мультикоптеров.
Скажу сразу, он «буржуйский», поэтому просит внести лепту. Но мы- россияне, поэтому есть легальный способ пользоваться всеми функциями сего ресурса без финансовых вложений. Заключается он в перезагрузке сайта, если не находите в списке нужных двигателей или аккумуляторов в базе. При каждом заходе база обновляется. Но могу добавить, что многие двигатели являются аналогами, поэтому можно подобрать двигатель другого производителя с такими –же размерами и параметром KV.
Вот пример моей конфигурации в полном снаряжении:

Синим я пометил параметры, которые менял в таблице с параметров по умолчанию после загрузки страницы, а зеленым – наиболее важные строки, на которые стоит обращать особое внимание при расчетах. Как видно, газ висения подобран практически идеально. Для полётного контроллера naza желательно подбирать значения в пределах от 40% до 60%. Газ висения не означает, что если вы оставите стик газа на управлении ровно посередине, мультикоптер начнет подниматься при переизбытке тяги, или опускаться при её недостатке. Нет, на самом деле полётный контроллер сам регулирует обороты двигателя, для того, чтобы оставаться на заданной высоте при положении стика газа ровно посередине. Но если газ висения будет более 60%, значит аппарат перегружен, нужно пробовать пропеллеры с большим шагом, либо большего размера (если это позволяет рама и характеристики двигателей).
Для примера я посчитал эту же конфигурацию, если установить пропеллеры 1447.

Расчетное время полёта в полном снаряжении уже составляет порядка 22 минут, а время висения подбирается к 30 минутам. На самом деле эти расчеты дают лишь приблизительное время полёта. В теории, в самой первой конфигурации расчетное время полёта 11 минут, а на практике оно составляет 16, а время висения 19 минут до звукового сигнала о достижении на одной из ячеек аккумулятора напряжения в 3,4 вольта под нагрузкой. И обратите внимание, нагрузка на аккумулятор составляет всего 6.76С. То есть, чем больше емкость аккумулятора, тем меньше нужно обращать внимание на эту цифру. Я бы даже сказал тем лучше, если эта цифра будет не в пределах 30-40, так как данный параметр скажется лишь на весе аккумулятора. Если расчетная нагрузка имеет запас почти в полтора раза, а пиковая нагрузка на аккумулятор и так обычно превышает почти вдвое заявленный параметр долгосрочной нагрузки (10-20С) (30-45С), нет смысла покупать более дорогой и тяжелый аккумулятор.
Если же нужно собрать настоящий грузоподъемный «долголёт», то тут нужны низко-оборотистые мощные двигатели такие как SunnySky kv380 и 6S батарея.

Что касается известного всем DJI Phantom 2, то его полётный вес составляет 1400 грамм, моторы dji 2312 kv960 (у первого «фантома» 2212 kv920), пропеллеры 9450 (у первого 9443), батарея 3S 5200 mah (у первого 2200 mah), регуляторы примерно на 20 ампер. Думаю, что вам будет интересно посчитать самим и понять, что будет с полётным временем и другими параметрами, если довесить на готовый аппарат 200 граммовый комплект FPV: видеопередатчик, с антенной и бортовой 2S-3S батареей. Скажу сразу, в среднем время полёта сократится на 5-7 минут. А вот 200 грамм для гексакоптера уже не так значительны. К тому же, многие задаются вопросом, есть ли в этом смысл, или даже устраивают дорогостоящие бессмысленные эксперименты без расчетов, по установке двух не оригинальных батарей большей ёмкости под лучи «фантома» вместо одной оригинальной. Смысла в этом совершенно нет, так как запас грузоподъемности у таких аппаратов очень мал. Теперь, понимая, как пользоваться калькулятором, советую вам посчитать самостоятельно.

Надеюсь, что моя статья будет для вас полезной. К вопросу о покупке деталей и запчастей для сборки, я пользуюсь известными всем иностранными торговыми площадками ebay и aliexpress, hbbyking и подобными.

Квадрокоптер своими руками — пошаговая инструкция по сборке

Привет! Сегодня на повестке дня у нас очень интересная тема. Думаю, ты уже задумывался о том, что можно собрать квадрокоптер своими руками. Идея и правда интересная. Выбирая этот, не самый простой путь, ты не только получишь хороший дрон, но и сможешь понять его устройство, и получишь много полезных знаний. А часть этих знаний ты впитаешь уже сегодня. Поехали!

Варианты

Перед началом стоит вспомнить – а какие же есть способы получить свой квадрокоптер? На самом деле их пять.

RTF (ready to fly) – Просто купить готовый коптер. Тебе останется его просто достать из коробки и запустить в полёт. Это хороший вариант, если тебе не интересны эти конструкторы, и ты хочешь просто удовлетворить свою потребность в БПЛА. Однако, это далеко не так весело, как оставшиеся варианты.

Комплект «всё включено»

Такой комплект подойдёт тем, кто хочет сделать дрон своими руками, но не собирается часами разбираться в документациях, калькуляторах и прочих тонкостях. Там всё так-же рассчитано производителем и подогнано. Нужно только собрать и настроить. Если ты сейчас выбираешь свой первый квадрокоптер, то это определённо твой выбор.

Комплект ARF

ARF (Almost Ready to Fly) – Тут всё слегка сложнее. Бывают разные степени «готовности». Где-то нужно докупить контроллер, а где-то в комплекте идёт только рама коптера. Собрать квадрокоптер, настроить и откалибровать придётся самому. Вариант для тех, кто хочет углубиться в тему и поковыряться в своём БПЛА.

С нуля

Это выбор продвинутых юзеров. Строить коптер с нуля — значит самостоятельно подбирать оптимальные компоненты, разрабатывать и изготавливать раму и так далее. Это сложный, но очень интересный путь, особенно, если не брать готовый модуль управления, а попытаться использовать Arduino или raspberry pi.

Из подручных материалов

Мы не ищем лёгких путей. Дедушкин гараж, алиэкспресс и помойка электроники – наш выбор. Путь боли, ПВХ труб и хардкора, но в результате ты получишь полностью самодельный квадрокоптер. Тут полный простор для фантазии, а все необходимые комплектующие и чертежи квадрокоптеров можно найти в интернете.

Инструкция по сборке квадрокоптера своими руками (для начинающих)

А теперь давай разберёмся с тем, как собрать квадрокоптер мечты. Сразу скажу, что это обобщённый гайд, и некоторые моменты могут отличаться. Я попытаюсь систематизировать процесс, и указать на основные моменты выбора и сборки.

Детали для сборки квадрокоптера.

Сборка квадрокоптера своими руками начинается с выбора компонентов. Это самый ответственный этап.

Комплектующие рамы

Несущая конструкция коптера крайне важна. От её характеристик зависит то, сколько лишней мощности у вас останется. Чем легче рама, тем она дороже. На счёт прочности особо напрягаться не стоит, если в ваши планы не входит постройка квадрокоптера для массивных камер. Есть три основных типа рамы – четырёхлучевая, шестилучевая и восьмилучевая. В данном случае мы будем отталкиваться от четырёхлучевой компоновки с одинарными двигателями (один движок на луч).

Также рама может быть оснащена складными лучами, но это уже очень дорого, и не очень нужно. Можно попробовать реализовать это самостоятельно.

Особенности при выборе компонентов

Моторы

Пропеллеры

Это тема достаточно объёмная. При выборе винтов нужно ориентироваться на свои потребности. Если это будет простенький коптер для «полетать», то можно смело брать пластиковые. Если же вы хотите настоящий рабочий агрегат для аэрофотосъёмки, или спортивный мини дрон (что не парадоксально, ибо там каждый грамм на счету) то желательно использовать композитные материалы. Ну и не жадничай. Переплата в 10 процентов может избавить от необходимости балансировки.

Пульт и приёмник

Для начала, грамотным решением будет взять пульт, у которого в комплекте есть приёмник. Тогда они будут уже спарены, и тебе останется только присоединить приёмник к управляющей плате. Пульт тоже не бери бездумно. Обычно, приличные экземпляры с большим радиусом действия начинаются от 1 000 рублей. Многие имеют кучу функций, которыми пользоваться будет невозможно. К примеру переключатели режимов есть, а плата режимов полёта и не поддерживает. Из-за этого вес и объём занимают бесполезные переключатели.

Регуляторы оборотов

Они характеризуются по мощности, виткам мотора, внутреннему сопротивлению, наличию реверса, точности работы и куче других страшных параметров. Если есть возможность – ищи комплект двигателей с контроллерами. Если так ты не хочешь, то придётся курить форумы и документацию. В принципе, если согласовать допустимый тип моторов и выдаваемую мощность, то шанс промахнуться минимален, но я этого не говорил. Перепроверь.

Батарея

Необходимая батарея рассчитывается при помощи калькулятора. Он учитывает много параметров, включая вес самого батарейного блока. Дешёвки снова не советую брать. Горит красиво, но слишком быстро. Если коптер – грузовой, и оснащён мощными моторами и прочим навесным оборудованием с высоким потреблением энергии, то не забудь проверить, хватит ли мощности аккумуляторов.

Камера

Ух, вот это самая жесть. Камера не всегда нужна, но если она нужна, то нужно внимательно подойти к её выбору. В качестве записывающей камеры стоит использовать экшн камеры- GoPro или её Китайские аналоги (они не сильно уступают в качестве видео, если даже не превосходят «фирму»). Нужно ориентироваться на вес, и на угол обзора. С весом всё понятно, а вот про угол расскажу.

Хочется, чтобы камера снимала красоты мира, но не снимала лучи коптера. Если ты промахнулся и это произошло, то придётся выбрать из двух плохих вариантов.

Опустить камеру так, чтоб она не задевала пропеллеры. Опускать, скорее всего, придётся сильно, и это вызовет массу проблем с взлётом и посадкой, а также с маневренностью, из-за смещённого центра тяжести.

Вынести камеру вперёд. Тоже беда. Снова сместится центр тяжести (в этом случае можно попытаться уравновесить при помощи АКБ). Ещё сильнее утяжелит конструкцию, ибо придётся придумывать очень мощный фиксатор. Иначе никакими бюджетными виброгасителями делу не поможешь, и эффект желе обеспечен.

Можно попробовать использовать ориентировочную формулу L= 2 * tg (A /2) х D, где:

Ты получишь диаметр круга, но так как камера снимает прямоугольное изображение, то этот диаметр будет диагональю. Там уж можно примерно прикинуть- задевает, или нет.

Компоненты выбираем, руководствуясь необходимым результатом. Не нужно брать самое лучшее, если в этом нет необходимости. Возможности своей сборки ты можешь приблизительно рассчитать при помощи калькулятора.

Китайские детали

Сразу говорю – в Китае брать можно, но стоит намного серьёзнее подойти к вопросу. Китайцы постоянно завышают характеристики. Так что, нужно примерно понимать, как и что работает, и не вестись на россказни Китайца о небывалых параметрах и чудесном качестве. Короче говоря – можно, но с пониманием дела и на свой страх и риск.

Контроллер

Контроллер, это мозг твоего мультикоптера. Их можно разделить на два вида.

Универсальный: Например, DJI NAZA. Такой контроллер можно использовать с абсолютно любой сборкой. Будь то квадрокоптер, гексакоптер или октокоптер. Он не заточен под управление чем-то конкретным. На него можно подвесить кучу оборудования, он обладает многими функциями и датчиками.

Есть и минусы. Первый минус, это цена. Тот же DJI Naza-M V2 стоит 17 000 рублей. Второй минус- необходимость настройки. Для этого используется специальная программа, написанная под конкретный контроллер. Там можно заменить и отрегулировать практически всё, но это требует определённых сил, знаний и времени.

Специализированный: Как в последующем примере. Он уже заточен под работу с конкретной компоновкой коптера. Конечно, он даёт некоторый простор, но мощность на каждом двигателе вы не настроите. Стоит недорого, умеет мало. Самое то, для начала.

Пошаговая инструкция по сборке

Для примера рассмотрим сборку из следующих комплектующих:

Размазываем компоненты по столу ровным слоем, и начинаем.

Этап первый. Сборка

Этап второй. Отладка

Это был один из простейших примеров, с которого стоит начать. Конечно, если ты хочешь использовать камеру, GPS или более сложный контроллер, то конструкция будет сложнее. Поэтому, если вы не уверены в своих силах, то стоит начать с малого. Всё остальное можно прикрутить потом.

Однако, не стоит переоценивать сложность самоделки. Если нет цели собрать мультикоптер из ПВХ труб на базе ардуино (а такое тоже бывает), то в этом нет ничего, что не смог бы рядовой пользователь. Главное не теряться, читать и спрашивать, если что-то не понятно.

Заключение

Напоследок хочется внести в этот текст немного морали. Любое подобное занятие, будь то проектирование, или просто сборка – является мощнейшим образовательным инструментом. Главное, это просто начать. Ты начнёшь понимать многие тонкости, и научишься концентрировать внимание на важных моментах. Это относится не только к сборке коптеров.

Тебе придётся научиться искать информацию, гуглить, и разбираться в массе вещей. Они тебе не пригодятся в жизни, но ими ты не слабо прокачаешь интеллект. Дерзай, учись, развивайся, и не бойся экспериментировать!

Кстати, расскажи в комментах о том, что ты думаешь об этой теме. Также можешь подписаться на наши группы (кнопки внизу). Тебе не сложно — мне приятно. Удачи, пилот, и да прибудет с тобой подъёмная сила.

Гоночный FPV-дрон своими руками (часть 1) — сборка

Сегодня популярность гонок на дронах стремительно растёт. Любительские полетушки перерастают в серьёзные международные соревнования, а количество людей, вовлечённых в это хобби, растёт в прогрессии. Я сам недавно собрал FPV-квадрокоптер 180-го размера (расстояние в мм между осями моторов по диагонали) и спешу поделиться этим опытом.

Полностью процесс сборки и настройки я описал тут и тут, а ниже будет немного изменённая версия, содержащая больше информации из моих предыдущих статей.

Я оставлю за скобками вопрос вхождения в данное хобби и перейду непосредственно к квадрокоптеру.

Выбор размера квадрокоптера

Год назад наибольшей популярностью пользовались квадрокоптеры 250-го размера. Но сейчас пилоты предпочитают собирать аппараты меньшего размера, что весьма разумно: вес меньше, а мощность та же. Я выбрал 180-й размер не из каких-то практических причин, а как некий челлендж по сборке.

На самом деле, такой подход к выбору не совсем правилен. Гораздо разумнее выбирать сначала размер пропеллеров, а уже под них — наименьшую раму, куда влезут выбранные пропеллеры. И при таком подходе 180-й формат вообще отбраковывается. Судите сами: 210-й формат позволяет ставить те же 5-дюймовые пропеллеры, что 250-й, при этом сам квадрик получается легче, а 4-дюймовые пропеллеры влезают и в 160-е рамы. Получается, что 180-й размер — это такой промежуточный формат, который «ни нашим, ни вашим». Его также можно считать утяжелённым 160-м. Но, тем не менее я выбрал именно его. Возможно потому, что это минимальный размер, способный более-менее комфортно тягать камеру GoPro или Runcam.

Комплектующие

Начнём с моторов. «Промежуточность» 180-го размера, а также богатство их ассортимента, осложняют выбор. С одной стороны, можно брать то, что идёт на 160-е, с другой — то, что устанавливают на 210-е или даже 250-е. Исходить надо из пропеллеров и батареи (количество банок). Не вижу смысла использовать батарею 3S, а по пропеллерам общие правила таковы:

В моём случае я имею ограничение размера пропеллеров в 4 дюйма, но не имею ограничения по моторам. Значит, разумнее всего будет использовать трёхлопастные 4045 пропеллеры bullnose. Их сложно балансировать, но с ними управление отзывчевее и предсказуемее, а звук тише. С другой стороны, с двухлопастными пропеллерами скорость у квадрокоптера выше, но мне этого точно не надо. «В народе» на 180-х рамах преобладают следующие сетапы:

На самом же деле, рама позволяет ставить моторы от 1306-4000KV до 22XX-2700KV. Кстати, не знаю почему, но моторы 1806-2300KV сейчас в опале и мало используются.

Для своего квадрика моторы я взял — RCX H2205 2633KV. Во-первых, хотелось иметь запас по мощности (хотя с моими скромными навыками пилотирования, непонятно зачем). Во-вторых, мои сетапы никогда не получались сверхлёгкими, вдобавок я ещё и экшн-камеру таскать планирую. Конкретно моторы RCX — вариант компромиссный. Они дёшевы, но и нареканий по качеству много. На момент покупки комплектующих это были одни из немногих моторов 2205-2600KV на рынке. Сейчас (на момент написания статьи) ассортимент значительно больше и лучше выбрать что-нибудь другое.
С остальными комплектующими действовал по принципу «больше челленджа»:

Выбор полётного контроллера

Вы наверное заметили, что в списке нет полётного контроллера. Хочу описать его выбор подробнее. В недорогие наборы для сборки часто включают контроллер CC3D, так сейчас это, пожалуй, самый дешёвый ПК. Сегодня нет совершенно никакого смысла покупать CC3D. Он устарел и не имеет таких необходимых вещей, как контроль заряда батареи и «пищалка». Его преемник CC3D Revolution — это уже совсем иной продукт с богатыми возможностями, но и ценой свыше 40€.
Современные полётные контроллеры уже перешли с процессоров F1 на F3, что сделало Naze32 ПК прошлого поколения и ощутимо снизило его цену. Сейчас это поистине народный контроллер, который имеет почти всё, что душа желает при цене от 12€.
Из ПК нового поколения наиболее популярен Seriously Pro Racing F3, причём в первую очередь, из-за наличия недорогих клонов. Сам контроллер ничем не уступает Naze32, вдобавок имеет быстрый процессор F3, большое количество памяти, три UART-порта, встроенный инвертор для S.Bus. Именно SPRacingF3 Acro я и выбрал. Остальные современные ПК не рассматривались из-за цены, либо каких-то специфических особенностей (закрытая прошивка, компоновка и т.д.)
Отдельно отмечу модную ныне тенденцию объединять несколько плат в одну. Чаще всего ПК и OSD или ПК и PDB Я не поддерживаю данную идею за парой исключений. Мне не хочется менять весь полётный контроллер из-за сгоревшей OSD. К тому же, как показывает практика, иногда такое объединение приносит проблемы.

Схема проводки

Сборка

Для начала несколько общих советов по сборке:

Сборку я предпочитаю начинать с моторов и регуляторов. Здесь хорошее видео по сборке маленького квадрокоптера, с которого я перенял идею расположения проводов моторов.

Отдельно хочется сказать про крепление регуляторов: где и чем? Их можно закрепить на луче и под ним. Я выбрал первый вариант, так как мне кажется, что в этом положении регулятор более защищён (это мои домыслы, не подтверждённые практикой). Вдобавок, при креплении на луче, регулятор отлично охлаждается воздухом от пропеллера. Теперь о том, как закрепить регулятор. Способов много, наиболее популярный — двухсторонний скотч + одна-две стяжки. «Дёшево и сердито», к тому же демонтаж трудностей не доставит. Хуже то, что при таком креплении можно повредить плату регулятора (если ставить стяжку на неё) или провода (если крепить на них). Так что я решил крепить регуляторы термоусадочной трубкой (25мм) и запаял их вместе с лучами. Есть один нюанс: сам регулятор тоже должен быть в термоусадке (мои в ней и продавались), чтобы не соприкасаться контактами с карбоном луча, иначе — КЗ.

Также имеет смысл приклеить по кусочку двухстороннего скотча снизу на каждый луч в месте крепления мотора. Во-первых, он защитит подшипник мотора от пыли. Во-вторых, если по какой-то причине один из болтиков открутиться, он не выпадет при полёте и не потеряется.
При сборке рамы не использовал ни одного болтика из комплекта, так как все они неприлично короткие. Вместо этого приобрёл чуть длиннее и с головкой под крестовую отвёртку (есть такое личное предпочтение).

Камера не помещалась по ширине между боковых пластин рамы. Немного обработал края её платы надфилем (скорее сточил шероховатости) и она встала без проблем. Но сложности на этом не кончились. Мне очень понравилось качество держателя для камеры от Diatone, но камера с ним не помещалась в раму по высоте (примерно на 8-10мм). Сначала я приколхозил держатель на наружной (верхней) стороне пластины через неопреновый демпфер, но конструкция получилась ненадёжной. Позже пришла идея максимально простого и надёжного крепления. Я взял только хомут от Diatone`овского крепления и одел его на отрезок прута с резьбой М3. Чтобы камера не сместилась вбок, я зафиксировал хомут нейлоновыми муфтами.

Очень понравилось, что из разъёмов на ПК пришлось паять только коннекторы для регуляторов. Полноценные трёхконтактные разъёмы у меня не вписывались по высоте, пришлось пойти на хитрость и использовать двухпиновые. Для первых пяти каналов (4 для регуляторов + 1 «на всякий пожарный») я припаял коннекторы к сигнальной площадке и «земле», для остальных трёх — к «плюсу» и «земле», чтобы можно было запитать сам ПК и уже от него — подсветку. Учитывая, что китайские клоны полётных контроллеров грешат ненадёжной фиксацией разъёма USB, его я пропаял тоже. Ещё одним моментом, характерным для клона SPRacingF3, является разъём «пищалки». Как и в случае с vbat, на верхней стороне платы находится двухконтактный разъём JST-XH, а на нижней — он продублирован контактными площадками. Закавыка в том, что у клона «земля» на разъёмe постоянная и при его использовании «пищалка» всегда будет активирована. Нормальная рабочая для «пищалки» «земля» выведена только на контактную площадку. Это легко проверяется тестером: «плюс» разъёма прозванивается с «плюсом» на контактной площадке, а «минус» — не прозванивается. Следовательно, надо припаять провода для «пищалки» к нижней стороне ПК.

Трёхконтактные разъёмы регуляторов тоже пришлось заменить. Можно было использовать четыре двухконтактных штекера, но вместо этого, я взял два четырёхконтактных штекера и вставил в один «землю» всех регуляторов, во второй (соблюдая порядок подключения моторов) — сигнальный провод.

Пластина с подсветкой по ширине больше, чем рама и выступает по бокам. Единственное место, где её не собьют пропеллеры — под рамой. Пришлось колхозить: взял длинные болты, надел на них нейлоновые муфты с предварительно проделанными прорезями (чтоб стяжки, крепящие подсветку, могли зафиксироваться) и вкрутил через нижнюю пластину в стойки рамы. К получившимся ножкам стяжками притянул пластину со светодиодами (отверстия в пластине подходили идеально) и залил стяжки термоклеем. С задней стороны пластины припаял коннекторы.
Уже после сборки, на этапе настройки выяснилось, что с пищалкой что-то не то. Сразу после подключения батареи она начинала монотонно пищать, а если активизировать её с пульта, то на этот монотонный писк накладывался ещё и ритмичный. Я сначала грешил на ПК, но после замера напряжение мультиметром, стало ясно где именно проблема. На самом деле можно было с самого начала подключить к проводам пищалки обычный светодиод. В итоге я заказал сразу несколько пищалок, послушал их и установил самую громкую.

Часто PDB и контроллер крепят к раме нейлоновыми болтами, но я не доверяю их прочности. Поэтому я использовал 20мм металлические болты и нейлоновые муфты. После установки PDB я припаял питание регуляторов (остальные провода были припаяны заранее) и залил места пайки термоклеем. Главный силовой провод, идущий к батарее, я стяжкой закрепил к раме, чтобы его не вырвало в случае аварии.

С приёмника я кусачками удалил все коннекторы, кроме необходимых трёх, а перемычку между третьим и четвёртым каналами пропаял прямо на плате. Как я уже писал выше, разумнее было бы брать приёмник без коннекторов. Также я развернул у него антенны и заплавил в термоусадку. На раме приёмник хорошо поместился между PBD и задней стойкой. При таком расположении хорошо видно его индикаторы и есть доступ к кнопке бинда.

Видеопередатчик стяжками и термоклеем я закрепил к верхней пластине рамы так, чтобы через прорезь был доступ к кнопке переключения каналов и светодиодным индикаторам.

Для крепления антенны видеопередатчика в раме есть специальное отверстие. Но не стоит соединять её с передатчиком напрямую. Получается своего рода рычаг, где одним плечом служит антенна, другим — сам передатчик со всеми проводами, а место крепления разъёма будет точкой опоры, на которую придётся максимум нагрузки. Таким образом, в случае аварии почти со 100% вероятностью разъём на плате передатчика отломается. Поэтому крепить антенну надо через какой-то переходник или удлинитель.

К MinimOSD я решил припаять разъёмы, а не провода напрямую. На форумах пишут, что эта плата нередко сгорает, следовательно разумно сразу подготовиться к возможной замене. Я взял планку с коннекторами в два ряда, нижние припаял к контактным площадкам с отверстиями, а на верхние вывел vIn и vOut. После этого залил места пайки термоклеем и упаковал всю плату в термоусадку.

Последним штрихом является наклейка с номером телефона. Она даст хоть небольшую надежду в случае потери квадрокоптера.

Сборка на этом подошла к концу. Получилось компактно и при этом сохранён доступ ко всем необходимым органам управления. Больше фотографий можно посмотреть здесь. Масса квадрокопрера без батареи составляет 330г, с батареей — 470г. И это ещё без экшн-камеры и крепления для неё. В следующей статье я расскажу о прошивке и настройке получившегося квадрокоптера.

DIY автономный дрон с управлением через интернет

Сначала я написал длинное предисловие откуда взялась такая задача, а потом оно мне показалось скучным и я его удалил.

Итак, задача: создание автономного БПЛА для мониторинга состояния линий электропередач (ЛЭП).

Так как:

Список дефектов для обнаружения на ЛЭП.

Требования к БПЛА

Понятно, что эта задача не на один год, но я начну, а кто-нибудь, может быть, подхватит и продолжит.

Для примера, готовые промышленные варианты автономных комплексов: раз, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять, одиннадцать, двенадцать, тринадцать, четырнадцать. Я всем написал запросы как потенциальный покупатель, чтобы узнать цены. Из них готовых к продаже: 2; готовых к продаже в Россию: 0.

Выбор полетного контроллера

Так как мне нужно транслировать видео и телеметрию через интернет, то сразу приходит на ум поставить на дрон микрокомпьютер с 4G модемом и камерой, и сделать из этого комплекта web-трансляцию. Нашлись вот такие решения: раз, два, три. Это обычные одноплатники с внешним USB 4G модемом и камерой. Для кодирования и трансляции видео используется gstreamer. Но эти штуки сами по себе дроном управлять не умеют, их нужно использовать совместно с полетным контроллером.

Полетный контроллер — это мозг дрона. Он следит за состоянием датчиков положения (гироскоп, акселерометр, компас), GPS-координатами, положением ручек на пульте управления и, исходя из этих данных, управляет моторами, чтобы висеть в одной точке или куда-то лететь. Полетный контроллер нужно будет как-то связать с бортовым компьютером, чтобы можно было загрузить полетное задание или указать произвольную точку куда лететь и когда включать камеру.
В продаже можно найти много разных контроллеров сильно отличающихся друг от друга по цене и функционалу. Какие-то из них работают на своем родном ПО, а какие-то используют open-source ПО, такое как Ardupilot и его форк PX4.

С Ardupilot я игрался еще на 8-битных атмегах, в которых не было USB-bootloader’а, а прошивались они на программаторе. С тех пор с ним не сталкивался и был приятно удивлен, когда узнал, что сейчас он может работать на 64-битных компьютерах с Linux, у него огромное сообщество пользователей как хобби, так и профи, длинный список поддерживаемых “из коробки” датчиков и расписанные планы на 2018-2019 годы. За это время он успел перерасти в проект DroneCode, а потом и отсоединиться от него.

На первый взгляд в нем как раз реализованы все необходимые функции: автоматический взлет и посадка, загрузка полетных заданий, есть desktop и мобильные приложения под все основные семейства ОС. Программы управления (GCS — Ground Control Station) общаются с бортовым контроллером короткими сообщениями по открытому протоколу MAVLink через комплект радиомодемов (дрон шлет телеметрию, GCS шлет команды управления). Подозреваю, что эти сообщения получится пустить через интернет.

Взглянем на список поддерживаемых контроллеров и что-нибудь подберем. Вариантов там полтора десятка от мала до велика и с разными характеристиками.

Из всего того многообразия контроллеров мне понравилось несколько вариантов:

Самый легкий комплект (84 г) получается из микрокомпьютера Raspberry Pi Zero W (9 г), контроллера Erle PXFMini (15 г), родного внешнего GNSS модуля (46 г) и дополнительного USB-концентратора (14 г).

Рабочий процессор в этом комплекте один — на Raspberry Pi. На нем висит управление ШИМ регуляторов моторов, считывание показаний датчиков, ОС Linux со всеми потрохами и декодирование видео с камеры. Так как в Pi Zero не предусмотрены USB порты, то в этом варианте приходится использовать внешний концентратор. IMU датчики и вход питания без резервирования.

Следующий комплект (97 г) от гонконгской компании с русскими фамилиями в команде разработчиков — контроллер Emlid Edge (59 г) с GNSS модулем (38 г). GNSS модуль работает по протоколу UAVCAN и дополнительно оснащен магнитометром и датчиком воздушного давления. За ШИМ здесь отвечает отдельный процессор ARM Cortex-M3, ОС Linux крутится на основном ARM Cortex-A53 quad-core.

В контроллере имеется HDMI видеовход, что позволяет подключить к нему напрямую любую камеру с таким выходом, например GoPro 4 или 5. Относительно высокая стоимость объясняется дальнобойными wifi-приемопередатчиками в комплекте (до 2 км с трансляцией HD-видео). Вес бортового модуля (52 г) в общей таблице не включен, так как мне нужна связь по 4G, однако такой вариант можно иметь в виду: из дальнобойного wifi можно сделать запасной канал связи через стационарный роутер с проводным интернетом.

Следующий вариант (98 г) состоит из знаменитого микрокомпьютера Raspberry Pi 3 (45 г) с контроллером-шилдом Navio 2 (23 г) от той же Emlid и внешней GNSS-антенны (30 г). На контроллере стоит отдельный процессор Cortex-M3 для управления ШИМ на 14 каналах и расшифровки входящих SBUS и PPM сигналов от приемника. Он, в свою очередь, управляется через драйвер в ядре ОС Linux, которая крутится на Raspberry.

Контроллер оснащен парой раздельных IMU датчиков (акселерометр, гироскоп, магнитометр) MPU9250 и LSM9DS1, одним датчиком воздушного давления и GNSS-модулем U-blox NEO-M8N, который видит GPS, Глонасс и BeiDou с внешней антенной через разъем MCX.

Запитывать этот “пирог” от 5 вольт можно одновременно с трех сторон, которые работают как дублирующие друг друга независимые источники: основной разъем питания на шилде, PWM серво выходы, micro-USB на Raspberry.

Контроллер Erle Brain 3 (100 г) с внешним GPS модулем (45 г) по своим весу, цене и набору датчиков смотрится в таблице так, что даже фото сюда вставлять не буду.

Далее у нас самый надежный и самый тяжелый комплект (150 г), который состоит из популярного полетного контроллера PixHawk 2 Cube (80 г) с открытой архитектурой и компьютера Raspberry Pi 3. Вместо Raspberry в этом случае можно использовать любой легкий одноплатник, например, Odroid XU4, NVIDIA Jetson или любой другой с нужными интерфейсами и подходящим весом.

В самом PixHawk установлено 2 процессора: первый 32-битный STM32F427 Cortex M4 — основной, на котором работает ОС реального времени (RTOS) NuttX и второй резервный (failsafe) 32-битный STM32F103. Контроллер сделан в виде модулей: в кубе установлены процессоры и датчики IMU (на антивибрационном креплении, да еще и с подогревом), а на основу выведены питание и разъемы на всю периферию. Предполагается, что основы могут быть разными и все желающие могут разработать свою собственную под специфические требования, на которую можно потом поставить готовый куб. Есть, кстати, готовый вариант с разъемом под установку микрокомпьютера Intel Edison. Но, так как, Intel больше эти компьютеры не выпускает, то и в этом комплекте в качестве бортового компьютера будет Raspberry.

Raspberry используется как дополнительный компьютер для связи с интернетом и на нем можно запускать любые ресурсоемкие задачи (например, распознавание образов в OpenCV), не боясь, что сбои в таком процессе “повесят” критичные функции, такие как управление моторами.

Автономная зарядка

Как можно видеть в готовых вариантах выше, существует несколько подходов к подготовке автономного дрона к следующему полету: зарядка аккумулятора через контактные площадки, бесконтактная индукционная зарядка и механизированная замена аккумулятора с последующей его зарядкой на станции.

У каждого метода есть свои плюсы и минусы, о них я напишу отдельно, но в любом случае, для их функционирования дрон должен уметь приземляться в нужную точку практически с сантиметровой точностью.

Посадка “в точку”

Для точной посадки можно использовать стандартную камеру бортового компьютера, визуальные маркеры и OpenCV для их распознавания. Вот один из вариантов решения, который можно нагуглить. Еще один свежий появился, когда я писал эту статью. Но распознавание образов достаточно трудоемкий процесс для Raspberry, и без особой необходимости загружать его не хочется. Также качество распознавания будет сильно зависеть от материала из чего сделан маркер и условий освещенности. Желательно, чтобы это был отдельный датчик и отдавал готовые координаты нужной визуальной точки, независимо от наличия и угла падения света. И такой есть в списке поддерживаемого оборудования Ardupilot, называется IR-Lock.

Airobotics из списка выше также использует это решение. Он сделан на основе модуля камеры с открытым кодом Pixy CMUcam5. Этот модуль снабжен камерой и процессором, и его можно “научить” распознавать определенные образы объектов, а, затем, на выходе получать готовые координаты этих объектов на изображении.

Зная координаты распознанного образа на изображении и расстояние до него, полетный контроллер вычисляет на какое расстояние и в какую сторону нужно переместить дрон.
Модификация IR-Lock состоит в том, что в качестве маркера, который нужно распознать используется ИК фонарь из светодиодов, а на камере обычные линзы заменены на те, что пропускают только ИК свет. В итоге, при любом освещении, камера видит свечение фонаря белым цветом на черном фоне (и больше ничего), что сильно повышает точность распознавания.

Висеть, как вкопанный

Чтобы дрон умел висеть на одном месте и не “плавать”, одного только GPS не достаточно. К сожалению, из-за состояния атмосферы координаты с приемников GPS могут плавать в пределах десятков метров и для сантиметровой точности нужно использовать корректирующие системы GPS RTK. Эта система использует наземную неподвижную станцию, как эталон отклонений координат, и радиосвязь с бортом, чтобы отправить туда значения этих отклонений. Такая штука обязательно нужна для съемки фотопланов с последующей склейкой в большие карты, а для целей висения на месте я пока ограничусь оптическим датчиком PX4Flow.

Работает он по такому же принципу, как и оптическая мышь. В отличие от IR-Lock, он не распознает конкретный образ и в Ardupilot они работают в разных полетных режимах. Изображение с камеры анализируется на смещение 400 раз в секунду, а вычисленные значения смещения могут быть прочитаны контроллером по протоколу I2C. Датчик (open-hardware) весит 15 грамм и имеет все необходимое у себя на плате: процессор 168 MHz Cortex M4F CPU (128 + 64 KB RAM), оптический сенсор 752×480 MT9V034 и 3-х осевой гироскоп L3GD20. Для его нормальной работы также рекомендуется использовать лазерный дальномер, вместо ультразвукового. Хотя на самом модуле предусмотрен разъем как раз для УЗ датчика.

Минимальный комплект электроники

Общий вес получается 199 г. Все компоненты работают от 5 Вольт и потребляют в режиме трансляции видео почти 2 Ампера (10 Ватт).

В наборе присутствует ультразвуковой датчик расстояния, который будет смотреть вперед на предмет препятствий. Стереозрение и круговые лидары я оставил на потом, если в них возникнет реальная необходимость.

Полезная нагрузка

Так как родная камера от Raspberry делает средние по качеству фото, а также не умеет захватывать фото одновременно с видео, то она будет использоваться только для web-трансляции, а в качестве основной камеры нужна подходящая для выявления дефектов на ЛЭП. Для большей части позиций из списка выявляемых дефектов подойдут GoPro Hero 5 Session, мультиспектральная Parrot Sequoia, двойная Sentera Double 4K и инфракрасная FLIR Vue Pro. Каждая из них весит около 100 г.

Для стабилизации камеры с целью улучшения качества снимков в нагрузку с ней полетит 2х или 3х осевой подвес.

Простые 3-х осевые подвесы весят около 160 г и питаются от 12 Вольт, имеют рабочий ток при таком напряжении около 50 мА и максимальный ток 700 мА при заклинивании моторов.

Питание

Для питания всей электроники необходимы источники на 5 Вольт (минимум 2,2 Ампера) и 12 Вольт (минимум 1 Ампер). С учетом резервного питания полетного контроллера, нужно два независимых источника на 5 Вольт. Сделать систему питания можно из отдельных модулей подходящего номинала или найти готовый “3 в 1”, например такой (24 г, макс входное напряжение до 28 Вольт, выходы по 3А). К нему будет подключен датчик тока (22 г), чтобы была возможность измерять расход мАч на аккумуляторе.

Комплект электроники + камера + подвес + система питания весят 505 г.

Моторы и пропеллеры

На многих профессиональных дронах я видел моторы и пропеллеры компании T-Motor. Видимо, не спроста. В документации Ardupilot они также рекомендованы как силовая установка для профессиональных дронов. Поэтому, поищем подходящие моторы у них.

Чтобы дрон летал долго, нужны моторы с максимальным КПД. Эффективность связки мотора и пропеллера измеряется количеством тяги в граммах на 1 Ватт затраченной электроэнергии.
Чтобы узнать какой мотор самый подходящий, нужно знать общий вес полностью собранного дрона с учетом рамы, аккумулятора и самих моторов с винтами. Аккумулятор нужен такой, чтобы его хватило минут на 30 полета. Рама нужна такая, чтобы на нее все поместилось и винты ничего не задевали.

Слишком много неизвестных, поэтому воспользуюсь онлайн калькулятором для квадрокоптеров E-calc.

Поигравшись в калькулятор, я выбрал моторы Antigravity 4004 KV300 (53 г) с винтами 15х5 (27 г). В оптимальном режиме при напряжении питания 24 Вольта такой комплект тянет 474 грамма при токе 1,4 А. Эффективность получается 14.11 г/Ватт, отношение тяги к собственному весу = 5.9:1. На полном ходу тяга составляет 1311 грамм при токе 7,5 А. Коптер будет с четырьмя моторами, то есть квадро. Оптимальный взлетный вес = (474 г * 4 мотора) = 1896 г, максимальный (с учетом тяговооруженности 2:1) = (1311 г * 4 мотора) / 2 = 2622 г.

Моторы управляются регуляторами оборотов. Напряжение питания моторов = 24 Вольта, максимальный рабочий ток = 7,5 А, поэтому нужен регулятор под такое напряжение и с рабочим током, с учетом запаса, минимум 10А. У T-Motor самый легкий регулятор (7 г без проводов) под такое напряжение — это FPV 35A-32bit 3-6S. Он сделан на основе популярной прошивки BLHeli-32, с закрытым кодом, но с широкими возможностями настроек и большим числом аналогов.

ВМГ (винто-моторная группа), состоящая из моторов, пропеллеров и регуляторов (по 4 шт каждого) весит 346 г.

Вместе с электроникой и полезной нагрузкой (346 + 505) получается 851 г. С учетом крепежа, проводов и разъемов (прикинем +100 г) = 951 г.

При оптимальном весе, на раму и аккумулятор остается (1896 — 951) = 945 г. При максимальном (2622 — 951) = 1671 г.

Рассчитаем минимальный размер рамы, чтобы выбранные 15-дюймовые пропеллеры не мешали друг другу создавать тягу. Размеры рамы производители указывают в расстоянии между осями моторов, расположенных по диагонали друг от друга.

По картинке можно узнать гипотенузу, которая вычисляется из катета, равного сумме диаметра винта и расстояния между пропеллерами. Соседние лопасти 15-дюймового винта будут крутиться в 1 миллиметре друг от друга при диагонали рамы 540 мм. Добавим немного пространства и размер подходящей рамы будет равен примерно 600-700 мм.

В продаже найти таких можно много, например, раз: 600мм и 750г, два: 650мм и 450г, три: 690 и 675г, четыре: 650мм и 750г. Все они отличаются исполнением и наличием складных элементов (шасси, лучи) для удобства транспортировки.

Выбор конкретного экземпляра для своих нужд пока отложу, для дальнейшего расчета буду иметь в виду вес рамы равный 450 г.

Остается аккумулятор весом 495 г для оптимального веса и 1221 г для максимального.

Аккумулятор

Для выбора аккумулятора нужно знать какой он должен отдавать ток.

На полном ходу двигатели будут “есть” 30А (7,5А * 4 мотора), а электроника примерно 0,45А (10 Ватт). С учетом небольшого запаса округлим минимальный рабочий ток аккумулятора в 35А. Для Li-Po батарей с высокой токоотдачей в 30С минимальная емкость будет равна 1,2 Ач (35/30), а для более легких Li-Po и Li-Ion с токоотдачей в 10С минимальная емкость 3,5 Ач (35/10).

Как вариант, сборка 6S2P из Li-Ion Sony VTC6 с BMS весит примерно 630 г (при емкости 6 Ач). С этим аккумулятором дрон будет весить 2031 г, что больше оптимального на 135 г, но в пределах максимального. Теперь посчитаем на какое время коптер сможет зависнуть при идеальных условиях. При общем весе в 2031 г на каждый мотор приходится 508 г. Взглянем на характеристики мотора и найдем потребляемый ток при такой тяге. Он примерно будет равен 1,6А. 4 мотора и электроника дадут в сумме 6,85A (1,6 * 4 + 0,45). С учетом разрядки аккумулятора до 20% получится (6 Ач * 80% / (6,85 A)) = 0,7 часа или 42 минуты.

Компоновка

Пока я выбирал подходящую раму и думал как все это на ней размещать и чем крепить, пришел к выводу, что проще будет нарисовать несколько деталей и заказать 3D-печать из пластика и фрезеровку из карбона. Пару готовых железок и крепеж можно заказать на Алиэкспрессе.

Немного поэкспериментировав с компоновкой и центром тяжести, получилась вот такая рама:

Она состоит из карбоновых трубок и пластин, деталей из алюминия и крепежа из титана. Расчетный вес рамы получился 350 г при диагонали 700 мм. 3D-модель рамы и список деталей.

Полностью собранная модель (без проводов):

Общий вес коптера с электроникой, аккумулятором Li-Ion 6S2P и проводами должен получится 1931 г.

Да, мне тоже показалось, что дрон получился слишком голым для автономного варианта и мелкий дождик легко намочит бортовую электронику. Поэтому добавил немного пластика:

Вес пустой рамы с корпусом 384 г, общий вес 2020 г, расчетное время висения на одной зарядке (разряд аккумулятора до 20%): 44 минуты.

Бокс для зарядки

Бокс для зарядки будет сделан из алюминиевого профиля, крепежной фурнитуры и алюминиевых сендвич-панелей. В нем будут установлены роутер, компьютер, погодные датчики и камера с видом на посадочную зону. Я решил сделать покатую крышу из двух створок, чтобы зимой на ней не скапливался снег и не мешал открыванию. Механизм открывания створок до конца еще не продуман, а также не определена система зарядки (нуждаюсь в подсказках).

В следующей статье я расскажу как настроить и запустить дрон через интернет с помощью GUI или командной строки, про варианты систем зарядки из которых я сейчас выбираю, ПО для управления коптером и анализа снимков и почему мой первый полет через интернет продлился так недолго:

Как спроектировать собственный квадрокоптер

Партнер

Содержание статьи

Несмотря на то что квадрокоптеры крайне модная тема, выбирать компоненты для сборки своего аппарата по-прежнему не так просто. Выбор деталей для конкретного проекта — это мучительный поиск оптимального сочетания веса, мощности и функ-циональности. Поэтому прежде, чем окунуться в мир бесчисленных интернет-магазинов и безымянных китайских производителей, давай проделаем подготовительную работу.

Что такое квадрокоптер и для чего это надо

Мультироторы, они же мультикоптеры или просто коптеры, — это беспилотные летательные аппараты, предназначенные для развлечения, съемки фото и видео с воздуха или отработки автоматизированных систем.

Коптеры обычно различают по числу используемых моторов — начиная от бикоптера с двумя моторами (как GunShip из фильма «Аватар») и заканчивая октакоптером с восемью. На самом деле число моторов ограничено только твоей фантазией, бюджетом и возможностями полетного контроллера. Классическим вариантом является квадрокоптер с четырьмя моторами, расположенными на перекрещивающихся лучах. Такую конфигурацию еще в 1920 году попытался соорудить француз Этьен Омишен (Étienne Oehmichen), и в 1922 году у него это даже получилось. По сути, это самый простой и дешевый вариант сделать летательный аппарат, способный без особых проблем поднимать в воздух небольшие камеры вроде GoPro. Но если ты собираешься взлетать с серьезной фото- и видеотехникой, то стоит выбирать коптер с большим числом моторов — это не только увеличит грузоподъемность, но и добавит надежности, если в полете выйдет из строя один или несколько моторов.

Теория полета

В теории полета (аэродинамике) принято выделять три угла (или три оси вращения), которые задают ориентацию и направление вектора движения летательного аппарата. Проще говоря, летательный аппарат куда-то «смотрит» и куда-то двигается. Причем двигаться он может не туда, куда «смотрит». Даже самолеты в полете имеют какую-то составляющую «сноса», которая уводит их от курсового направления. А вертолеты вообще могут летать боком.

Три эти угла принято называть крен, тангаж и рыскание. Крен — это поворот аппарата вокруг его продольной оси (оси, которая проходит от носа до хвоста). Тангаж — это поворот вокруг его поперечной оси (клюет носом, задирает хвост). Рыскание — поворот вокруг вертикальной оси, больше всего похожий на поворот в «наземном» понимании.

Основные маневры (слева направо): движение по прямой, крен/тангаж и рыскание

Хакер #174. Собираем квадрокоптер

В классической схеме вертолета основной винт при помощи автомата перекоса лопастей управляет креном и тангажем. Так как основной винт обладает ненулевым сопротивлением воздуха, у вертолета возникает вращающий момент, направленный в сторону, противоположную вращению винта, и, чтобы его скомпенсировать, у вертолета есть хвостовой винт. Изменяя производительность хвостового винта (оборотами или шагом), классический вертолет управляет своим рысканием. В нашем же случае все сложнее. У нас есть четыре винта, два из них вращаются по часовой стрелке, два — против часовой. В большинстве конфигураций используются винты с неизменяемым шагом и управлять можно только их оборотами. Если они все будут вращаться с одинаковой скоростью, то они скомпенсируют друг друга: рыскание, крен и тангаж будут нулевыми.

Если мы увеличим обороты одного винта, вращающегося по часовой стрелке, и уменьшим обороты другого винта, вращающегося по часовой стрелке, то мы сохраним общий момент вращения и рыскание по-прежнему будет нулевым, но крен или тангаж (в зависимости от того, где мы сделаем ему «нос») изменятся. А если мы увеличим обороты на обоих винтах, вращающихся по часовой стрелке, а на винтах, вращающихся против часовой стрелки, уменьшим (чтобы сохранить общую подъемную силу), то возникнет вращающий момент, который изменит угол рыскания. Понятное дело, что все это будем делать не мы сами, а бортовой компьютер, который будет принимать сигнал с ручек управления, добавлять поправки с акселерометра и гироскопа и крутить винтами, как ему надо. Для того чтобы спроектировать коптер, необходимо найти баланс между весом, временем полета, мощностью двигателей и другими характеристиками. Все это зависит от конкретных задач. Все хотят, чтобы коптер летал выше, быстрее и дольше, но в среднем время полета составляет от 10 до 20 минут в зависимости от емкости аккумулятора и общего полетного веса. Стоит запомнить, что все характеристики связаны между собой и, к примеру, увеличение емкости аккумулятора приведет к увеличению веса и, как следствие, к уменьшению времени полета. Чтобы узнать, сколько примерно твоя конструкция будет висеть в воздухе и сможет ли вообще оторваться от земли, существует хороший онлайн-калькулятор ecalc.ch. Но прежде чем вбивать в него данные, нужно сформулировать требования к будущему аппарату. Будешь ли ты устанавливать на аппарат камеру или другую технику? Насколько быстрым должен быть аппарат? Как далеко тебе нужно летать? Давай посмотрим на характеристики различных компонентов.

PX4 — бортовой компьютер с полноценной UNIX-системой

Основной момент, который нужно решить при выборе рамы, — будешь ли ты использовать готовую раму или же делать ее сам. С готовой рамой все проще, да и заказывать в любом случае придется множество деталей. При этом, учитывая цены в китайских магазинах, самодельный вариант может оказаться дороже. С другой стороны, собственную раму в случае аварии будет проще починить. Ну и, естественно, своими руками можно сделать любую, даже самую сумасшедшую конструкцию. Рассмотрим поподробнее самосборный вариант.

Сделать раму можно из любых подручных материалов (дерево, алюминий, пластик и так далее). Можно подойти чуть серьезнее и выпилить ее на ЧПУ-станке из плетеного карбона, причем можно усложнить задачу и сделать складную конструкцию.

Самый простой вариант для любителей DIY — пойти в OBI, «Леруа Мерлен» или на строительный рынок и купить квадратную алюминиевую трубу 12 × 12, а также алюминиевый лист толщиной в 1,5 мм. Для того чтобы сделать раму из таких материалов типа «четыре палки и крепеж», достаточно дрели или ножовки по металлу. Но нужно быть готовым к тому, что такая конструкция прослужит недолго. Все-таки все эти профили делают из очень мягкого материала (АД31/АД33), при полетах он будет легко гнуться.

Oehmichen № 2, пилотируемый квадрокоптер французского инженере Этьена Омишена, запущенный в 1922 году

В качестве образца для твоей рамы можно взять упрощенную заводскую раму или же найти в интернете готовый чертеж. Более сложные материалы (например, углепластик) можно заменить на алюминий — если и получится тяжелее, то ненамного. В любом случае стоит обращать внимание на длину и симметричность лучей. Длина лучей выбирается исходя из диаметра используемых пропеллеров, так, чтобы после их установки расстояние между окружностями вращающихся винтов было не менее 1–2 см, и уж тем более эти окружности не должны пересекаться. Моторы, устанавливаемые на лучах, должны быть равноудалены от центра рамы, где будет располагаться «мозг», и (в большинстве случаев) находиться на одном расстоянии друг от друга, образуя равносторонний многоугольник.

При проектировании стоит учесть, что центр рамы должен совпадать с центром тяжести, поэтому установить аккумулятор сзади между лучами — плохая идея, если он не будет скомпенсирован грузом спереди, например камерой. Продумай, на что будет приземляться твой аппарат, для новичков можно посоветовать приспособить что-то мягкое на «пузе» или концах лучей, например плотный поролон или теннисные мячики. А также защити аккумулятор на случай неудачного приземления, например установи его между пластинами рамы или расположи под высокими посадочными лыжами.

Полет от первого лица (FPV) очень захватывает, особенно если пользоваться видео-очками и HeadTracker’ом, который будет повторять движения головы на подвесе FPV-камеры, создавая ощущение, что находишься в кабине пилота.

Моторы и пропеллеры

Из-за вращения моторов в разные стороны приходится использовать разнонаправленные пропеллеры: прямого вращения (против часовой) и обратного вращения (по часовой). Обычно используются двухлопастные пропеллеры, их легче балансировать и найти магазинах, в то время как трехлопастные дадут больше тяги при меньшем диаметре винта, но доставят много головной боли при балансировке. Плохой (дешевый и неотбалансированный) пропеллер может развалиться в полете или вызвать сильные вибрации, которые передадутся на датчики полетного контроллера. Это приведет к серьезным проблемам со стабилизацией и вызовет сильное смазывание и «желе» на видео, если ты снимаешь что-то с коптера или летаешь с видом от первого лица.

Регулятор скорости,
он же ESC

У любого пропеллера есть два основных параметра: диаметр и шаг. Их обозначают по-разному: 10 × 4.5, 10 × 45 или просто 1045. Это означает, что диаметр пропеллера 10 дюймов, а его шаг 4,5 дюйма. Чем длиннее пропеллер и больше шаг, тем большую тягу он сможет создавать, но при этом повысится нагрузка на мотор и увеличится потребление тока, в результате он может сильно перегреться и электроника выйдет из строя. Поэтому винты подбираются под мотор. Ну или мотор под винты, тут как посмотреть. Обычно на сайтах продавцов моторов можно встретить информацию о рекомендуемых пропеллерах и аккумуляторах для выбранного мотора, а также тесты создаваемой тяги и эффективности. Существуют и пропеллеры с изменяемым шагом, что в теории повысит маневренность, но в реальности добавит сложную механику, имеющую свойство изнашиваться и ломаться с последующим дорогостоящим ремонтом.

Также чем больше винт, тем больше его инерция. Если нужна маневренность, лучше выбрать винты с большим шагом или трехлопастные. Они при том же размере создают тягу в 1,2–1,5 раза больше. Понятно, что винты и скорость их вращения нужно подбирать так, чтобы они смогли создать тягу большую, чем вес аппарата.

А вот и моторчик на 850 kV

И наконец, бесколлекторные моторы. У моторов есть ключевой параметр — kV. Это количество оборотов в минуту, которые сделает мотор, на поданный вольт напряжения. Это не мощность мотора, это его, скажем так, «передаточное число». Чем меньше kV, тем меньше оборотов, но выше крутящий момент. Чем больше kV при той же мощности, тем больше оборотов и ниже момент. При выборе мотора ориентируются на то, что в штатном режиме он будет работать при мощности 50% от максимальной. Не стоит думать, что чем kV больше — тем лучше, для коптеров с типичной 3S-батареей рекомендуемое число находится в диапазоне от 700 до 1000 kV.

Более прочный материал — дюраль (Д16Т). Практически не гнется, достаточно пружинистый, и его применяют в авиации. Профили из него в ОБИ не продаются, но можно поймать на Митинском рынке на третьем этаже, на рынке ТВЦ «Строй» тоже были.

Питание и контроллеры питания

Капитан подсказывает: чем больше мощность мотора, тем больше батарейка ему нужна. Большая батарейка — это не только емкость (читай, время полета), но и максимальный ток, которая она отдает. Но чем больше батарейка, тем больше и ее вес, что вынуждает скорректировать наши прикидки относительно винтов и моторов. На сегодняшний день все используют литий-полимерные батарейки (LiPo). Они легкие, емкие, с высоким током разрядки. Единственный минус — при отрицательных температурах работают плохо, но если их держать в кармане и подключать непосредственно перед полетом, то во время разряда они сами слегка разогреваются и не успевают замерзнуть. LiPo-элементы вырабатывают напряжение 3,7 В.

При выборе батареи стоит обращать внимание на три ее параметра: емкость, измеряемую в миллиампер-часах, максимальный ток разряда в емкостях аккумулятора (С) и число ячеек (S). Первые два параметра связаны между собой, и при их перемножении ты узнаешь, сколько тока сможет отдавать этот аккумулятор продолжительное время. Например, твои моторы потребляют 10 А каждый и их четыре штуки, а батарея имеет параметры 2200 мА · ч 30/40C, таким образом, коптеру требуется 4 • 10 A = 40 A, а батарея может выдавать 2,2 A • 30 = 66 A или 2,2 А • 40 = 88 А в течение 5–10 секунд, что явно будет достаточно для питания аппарата. Также эти коэффициенты напрямую влияют на вес аккумулятора. Внимание! Если тока будет не хватать, то в лучшем случае батарея надуется и выйдет из строя, а в худшем загорится или взорвется; это же может произойти при коротком замыкании, повреждении или неправильных условиях хранения и зарядки, поэтому используй специализированные зарядные устройства, аккумуляторы храни в специальных негорючих пакетах и летай с «пищалкой», которая предупредит о разрядке. Число ячеек (S) указывает на количество LiPo-элементов в батарее, каждый элемент выдает 3,7 В, и, например, 3S-аккумулятор будет отдавать примерно 11,1 В. Стоит обращать внимание на этот параметр, так как от него зависят скорость оборотов моторов и тип используемых регуляторов.

Элементы батареи объединяют последовательно или параллельно. При последовательном включении увеличивается напряжение, при параллельном — емкость. Схему подключения элементов в батарее можно понять по ее маркировке. Например, 3S1P (или просто 3S) — это три последовательно подключенных элемента. Напряжение такой батареи будет 11,1 В. 4S2P — это восемь элементов, две группы, подключенных параллельно по четыре последовательных элемента.

Однако моторы подключаются к батарее не напрямую, а через так называемые регуляторы скорости. Регуляторы скорости (они же «регули» или ESC) управляют скоростью вращения моторов, заставляя твой коптер балансировать на месте или лететь в нужном направлении. Большинство регуляторов имеют встроенный стабилизатор тока на 5 В, от которого можно питать электронику (в частности, «мозг»), можно использовать отдельный стабилизатор тока (UBEC). Выбираются контроллеры скорости исходя из потребления мотором тока, а также возможности перепрошивки. Обычные регули довольно медлительны в плане отклика на поступающий сигнал и имеют множество лишних настроек для коптеростроительства, поэтому их перепрошивают кастомными прошивками SimonK или BLHeli. Китайцы и тут подсуетились, и часто можно встретить регуляторы скорости с уже обновленной прошивкой. Не забывай, что такие регули не следят за состоянием аккумулятора и могут разрядить его ниже 3,0 В на банку, что приведет к его порче. Но в то же время на обычных ESC стоит переключить тип используемого аккумулятора с LiPo на NiMH или отключить уменьшение оборотов при разрядке источника питания (согласно инструкции), чтобы под конец полета внезапно не отключился мотор и твой беспилотник не упал.

Моторы подключаются к регулятору скорости тремя проводами, последовательность не имеет значения, но если поменять любые два из трех проводов местами, то мотор будет вращаться в обратном направлении, что очень важно для коптеров.

Два силовых провода, идущих от регулятора, надо подключить к батарейке. НЕ ПЕРЕПУТАЙ ПОЛЯРНОСТЬ! Вообще, для удобства регуляторы подключают не к самой батарейке, а к так называемому Power Distribution Module — модулю распределения энергии. Это, в общем-то, просто плата, на которой припаяны силовые провода регуляторов, распаяны разветвления для них и припаян силовой кабель, идущий к батарее. Конечно, батарею не надо припаивать, а надо соединить через разъем. Ты же не хочешь перепаивать батарею каждый раз, как она сядет.

Бортовой компьютер и сенсоры

Выбор полетных контроллеров для коптеров очень велик — начиная от простого и дешевого KapteinKUK и нескольких open source проектов под Arduino-совместимые контроллеры до дорогого коммерческого DJI Wookong. Если ты настоящий хакер, то закрытые контроллеры тебя не должны сильно интересовать, в то время как открытые проекты, да еще и основанные на популярной ардуинке, привлекут многих программистов. О возможностях любого полетного контроллера можно судить по используемым в нем датчикам:

• гироскоп позволяет удерживать коптер под определенным углом и стоит во всех контроллерах; • акселерометр помогает определить положение коптера относительно земли и выравнивает его параллельно горизонту (комфортный полет); • барометр дает возможность удерживать аппарат на определенной высоте. На показания этого датчика очень сильно влияют потоки воздуха от пропеллеров, поэтому стоит прятать его под кусок поролона или губки; • компас и GPS вместе добавляют такие функции, как удержание курса, удержание позиции, возврат на точку старта и выполнение маршрутных заданий (автономный полет). К установке компаса стоит подойти внимательно, так как на его показания сильно влияют расположенные рядом металлические объекты или силовые провода, из-за чего «мозги» не смогут определить верное направление движения; • сонар или УЗ-дальномер используется для более точного удержания высоты и автономной посадки; • оптический сенсор от мышки используется для удержания позиции на малых высотах; • датчики тока определяют оставшийся заряд аккумулятора и могут активировать функции возврата на точку старта или приземление.

Сейчас существует три основных открытых проекта: MultiWii, ArduCopter и его портированная версия MegaPirateNG. MultiWii самый простой из них, для запуска требует Arduino с процессором 328p, 32u4 или 1280/2560 и хотя бы одним датчиком-гироскопом. ArduCopter — проект, напичканный всевозможным функционалом от простого висения до выполнения сложных маршрутных заданий, но требует особого железа, основанного на двух чипах ATmega. MegaPirateNG — это клон ArduCopter, который способен запускаться на обычной ардуине с чипом 2560 и минимальным набором датчиков из гироскопа, акселерометра, барометра и компаса. Поддерживает все те же возможности, что и оригинал, но всегда догоняет в развитии.

Продвинутый девяти-
канальный пульт

С железом для открытых проектов аналогичная ситуация, как и с рамами для коптера, то есть ты можешь купить готовый контроллер или собрать его самостоятельно с нуля или на основе Arduino. Перед покупкой стоит всегда обращать внимание на используемые в плате датчики, так как развитие технологий не стоит на месте, а старье китайцам как-то надо распродать, к тому же не все сенсоры могут поддерживаться открытыми прошивками.

Наконец, стоит упомянуть еще один компьютер — PX4, отличающийся от клонов Arduino тем, что у него есть UNIX-подобная операционная система реального времени, с шеллом, процессами и всеми делами. Но надо предупредить, что PX4 — платформа новая и довольно сырая. Сразу после сборки не полетит.

Настройка полетных параметров, как и программы настройки, очень индивидуальна для каждого проекта, а теория по ней могла бы занять еще одну статью, поэтому вкратце: почти все прошивки для мультикоптеров основаны на PID-регуляторе, и основной параметр, требующий вмешательства, — пропорциональная составляющая, обозначаемая как P или rateP. Если при взлете твой коптер дергается из стороны в сторону, то это значение надо уменьшать, если же вяло реагирует на внешние воздействия, то наоборот — повышать, остальные нюансы ты сможешь найти в инструкциях и на сайтах разработчиков.

Безопасность

Все новички, думая о безопасности, вспоминают AR.Drone и его защиту винтов. Это хороший вариант, и он работает, но только на мелких и легких аппаратах, а когда вес твоего коптера начинает приближаться к двум килограммам или давно перевалил за эту цифру, то спасти может только прочная железная конструкция, которая будет весить очень много и, как ты понимаешь, сильно уменьшит грузоподъемность и автономность полета. Поэтому лучше сперва тренироваться подальше от людей и имущества, которое можно повредить, а уже по мере улучшения навыков защита станет и не нужна. Но даже если ты пилот со стажем, то не забывай о технике безопасности и продумывай возможные негативные последствия твоего полета при нештатных ситуациях, особенно при полетах в людных местах. Не стоит забывать, что сбой контроллера или канала связи может привести к тому, что аппарат улетит от тебя далеко, и тогда для поиска может пригодиться GPS-трекер, установленный заранее на коптер, или же простая, но очень громкая пищалка, по звуку которой ты сможешь определить его местоположение. Настрой и заранее проверь функцию fail safe твоего полетного контроллера, которая поможет приземлиться или вернуть коптер на точку старта при потере сигнала с пульта.

Управление

Немного про радиоаппаратуру. Сейчас практически все передатчики для летающих моделей работают на частоте 2,4 ГГц. Они достаточно дальнобойные, и этот частотный диапазон не так зашумлен, как, например, 900 МГц. Для полета вообще-то достаточно четырех каналов: газ, рыскание, тангаж, крен. Ну а восьми каналов точно хватит и на что-нибудь еще.

Для полетов с камерой обзаведись подвесом, который будет удерживать камеру параллельно горизонту при маневрах, а также поможет управлять наклоном камеры. Большинство контроллеров имеют выходы для стабилизации подвесов с сервоприводом, а также выход для переключателя управления кнопкой спуска камеры.

Комплект обычно состоит из самого пульта и приемника. На приемнике находятся ручки управления и дополнительные кнопки. Обычно выбирают аппаратуру Mode2, когда левый стик управляет газом и поворотом, а правый — наклонами коптера. Все ручки, кроме газа, подпружинены и возвращаются в начальное положение при отпускании. Также стоит обращать внимание на количество каналов. Для беспилотника потребуется четыре канала управления и один канал для переключения режимов полета, кроме того, могут потребоваться дополнительные каналы для управления камерой, для настройки или для особых режимов полетного контроллера. При выборе пульта стоит также учитывать возможность смены радиомодуля, чтобы в будущем его можно было легко обновить.

Дрон своими руками: Урок 2. Рамы.

Содержание

Введение

Итак, перед тем как приступить к сборке дрона, первым делом необходимо выбрать раму. Вы можете исполнить её самостоятельно, либо использовать уже готовые решения (UAV frame kit). Как вы уже смогли заметить, что для создания мультироторных БЛА можно использовать различные типы рам и конфигурации. Поэтому в этом разделе мы рассмотрим распространённые или основные типы рам, материалы исполнения, а также вопросы касающиеся проектирования.

Типы рам БПЛА

Трикоптер

Квадрокоптер

Гексакоптер

Октокоптер

Размер БПЛА

Беспилотники бывают разных размеров, от «Нано», которые меньше ладони, до крупногабаритных, которые можно перевозить только в кузове грузовика. Для большинства пользователей, которые только начинают познавать беспилотное хобби, оптимальный диапазон размеров, предлагающих наибольшую универсальность и ценность, находится в пределах от 350мм до 700мм. Размером рамы является диаметр наибольшего круга пересекающего каждый из моторов. Запчасти для БПЛА таких размеров имеют широкий спектр цен и самый большой выбор доступных продуктов.

Материалы исполнения БПЛА/Конструкция

Ниже приведены наиболее распространенные материалы исполнения используемые для изготовления рам мультироторных дронов, соответственно список не полный. В идеале рама должна быть жёсткой с минимально возможной передачей вибрации.

Поролон (Пена) — как единственный материал для изготовления рам БЛА используется редко, и, как правило, в комбинации с жёстким каркасом или усиленной конструкцией. Также может применяется в стратегических целях; в качестве защиты несущих винтов (пропеллеров), шасси, не редко выступает в качестве демпфера. Поролон может быть разных типов от мягкого до относительно жёсткого.

Дерево — если в приоритете дешевизна конструкции, то дерево — это отличный вариант, который значительно сократит время сборки и изготовления запасных частей. Древесина достаточно тверда и является проверенным временем материалом. Важно чтобы при изготовлении рамы использовалась идеально прямая древесина (без изгибов и деформации).

Пластик — для большинства пользователей доступен только в виде пластиковых листов. Имеет тенденцию к изгибу и как таковой не идеален. Отлично подходит для изготовления защитного каркаса или шасси. Если вы рассматриваете возможность 3D печати, следует учитывать временной интервал изготовления (возможно проще купить комплект дооснащения UAV frame kit). 3D печать деталей отлично себя зарекомендовала при создании небольших квадрокоптеров.

Алюминий — доходит до потребителя в различных формах и размерах. Вы можете использовать листовой алюминий для исполнения корпуса, либо экструдированный алюминий для реализации лучей дрона. Алюминий не такой лёгкий, по сравнению с углеродным волокном или G10, зато цена и долговечность выступают главными преимуществами материала. Вместо разрушения или трещин, алюминий имеет склонность к изгибу. Для работы с материалом требуется только пила и дрель.

G10 (разновидность стекловолокна) — не смотря на то, что внешний вид и основные свойства практически идентичны с карбоном (углеродным волокном), является менее дорогим материалом. В основном доступен в листовом формате и используется для реализации верхних и нижних пластин рамы. Также в отличии от углеродного волокна, G10 не блокирует радиочастотные волны.

PCB (Печатная плата – пластина из диэлектрика) — по сути аналог стекловолокна, но в отличии от последнего всегда плоские. Иногда используется в качестве верхних и нижних пластин рамы, с целью уменьшения количества используемых деталей (например, плата распределения питания часто встроена в нижнюю панель). Рамы нано/мини квадрокоптеров могут быть исполнены из одной печатной платы включающей в себя всю электронную начинку.

Углеродное волокно — самый востребованный материал из-за лёгкого веса и высокой прочности. Процесс изготовления по прежнему исключительно ручной. Как правило серийно производятся простые формы, такие как плоские листы, трубчатые комплектующие; исполнение сложных трехмерных форм осуществляется на заказ.

Дополнительные соображения

Общие рекомендации по монтажу:

Методические рекомендации

Шаг 1: Посмотрите, какие материалы и инструменты для их обработки имеются в вашем распоряжении.

Шаг 2: Перечислите все дополнительные (вспомогательные) части, которые вы планируете включить в сборку.

Шаг 3: Поразмышляйте о предполагаемых размерах рамы.

Шаг 4: Спроектируйте, соберите и протестируйте раму.

Теперь у вас есть рама и вы можете переходить к следующему уроку.

Как сделать самодельный квадрокоптер своими руками

Квадрокоптер своими руками — сложная, но вполне осуществимая задача для людей, которые имеют базовые представления о радиотехнике. Существует несколько основных вариантов домашнего конструирования дрона.

Что нужно для сборки квадрокоптера

Набор деталей и расходных материалов может меняться в зависимости от того, какой именно дрон нужно сделать своими руками. Но базовый список элементов выглядит следующим образом:

Чтобы собрать квадрокоптер из запчастей, практически все специфические детали можно приобрести в Интернете, например, через сервис АлиЭкспресс.

Чертежи и схемы квадрокоптеров

Чертежи для сборки квадрокоптера могут незначительно различаться между собой. Детали зависят от габаритов собираемого своими руками дрона, от его формы и конструктивных особенностей. Но базовый чертеж обычно предлагает сделать маленький квадрокоптер на крестообразной силовой раме с размерами 363 на 363 см. Параметры корпуса при этом составляют около 107 на 107 см, в таком случае в дроне без проблем размещаются основные детали.

Стандартно самодельные дроны собирают на рамах из четырех лучей

Структурная схема квадрокоптера выглядит очень просто. В центре конструкции на силовой раме всегда располагается электронная плата управления. По четырем углам на равном расстоянии друг от друга нужно поставить двигатели с закрепленными на них пропеллерами. В корпус в центре конструкции монтируют также элементы питания и радиодатчики для удаленного пилотирования.

Регуляторы оборотов на лучах необходимы для дронов, предназначенных для маневрирования

Как сделать самодельный квадрокоптер из бумаги

Простейший вариант сборки предлагает выполнить корпус аппарата из плотной бумаги. Такой квадрокоптер своими руками для начинающих будет очень легким, и управлять им в ветреную погоду не получится. Зато и больших расходов он тоже не потребует.

Сборка корпуса из бумаги

Прежде всего, при сборке бумажного дрона необходимо подготовить шаблон. Его можно нарисовать самостоятельно по одному из найденных чертежей, но гораздо проще скачать готовый вариант.

Бумагу для дрона нужно брать плотную, чтобы она не сминалась в процессе использования

Из готового шаблона острыми ножницами или ножом вырезают отдельные детали. После этого приступают к склеиванию частей — использовать можно ПВА или Момент по желанию. Важный нюанс состоит в том, что клея нужно наносить совсем немного и сразу же убирать его излишки. Даже небольшие застывшие капельки в конечном итоге влияют на массу и балансировку коптера.

Промазанные детали прикладывают друг к другу и слегка прижимают. После этого корпус оставляют сохнуть, а потом визуально проверяют качество сборки.

Установка электронной начинки

Чтобы бумажный дрон взлетел, на него необходимо монтировать электронику. Пошаговая инструкция для квадрокоптера своими руками выглядит так:

Готовый квадрокоптер своими руками из подручных материалов можно испытывать при помощи заранее приобретенного пульта управления.

Бумажный коптер требует использования максимально компактных и легких деталей при сборке

Как сделать мини-дрон своими руками в домашних условиях

Небольшой квадрокоптер можно смастерить своими руками из нескольких покупных деталей, клея и палочек от мороженого-эскимо. На его сборку понадобится потратить около 15 минут времени и минимум усилий.

Сборка силовой рамы дрона

Проще всего использовать для сборки самодельной рамы для квадрокоптера палочки от мороженого. Их склеивают между собой горячим или холодным клеем в виде решетки.

При сборке рамы дрона из палочек нужно следить, чтобы конструкция была пропорциональной

Установка электронной части и моторов

При помощи того же клея в центральной части рамы закрепляют аккумулятор, а по углам ставят четыре двигателя с мини-винтами. Под батареей питания закрепляют электронную плату, отвечающую за прием сигнала с пульта, и соединяют ее со всеми моторами. Чип контроля подключают также к аккумулятору.

После закрепления ножек мини-дрона нужно убедиться, что конструкция стоит на поверхности ровно

Проверка работоспособности

Собранный своими руками бюджетный квадрокоптер устанавливают на ножки, аккуратно прижимают отверткой к поверхности и нажимают на кнопку старта на пульте. Если пропеллеры благополучно закрутятся, дрон сделан успешно и сможет взлететь при проведении первого настоящего испытания.

Как сделать квадрокоптер с камерой своими руками

В домашних условиях реально провести сборку не только примитивного дрона, но и профессионального квадрокоптера своими руками. Для этого понадобится приобрести базовые детали — аккумуляторы, контроллер полета, моторы, провода и пульт ДУ. Также нужно купить камеру — компактную и легкую, но с хорошим разрешением.

Сборка рамы

Бумажная и картонная рама для коптера с камерой не подойдет, конструкция будет слишком тяжелой. При желании можно заказать готовую основу для дрона в Интернете. Но очень просто выполнить сборку и своими руками, например, из водопроводных пластиковых труб или легких алюминиевых профилей. Скрепляют детали между собой при помощи винтов или фитингов. На концах лучей рамы снизу можно сразу же прикрутить ножки, на которых будет стоять дрон.

Алюминиевая рама достаточно легкая и при этом очень прочная

Установка моторов

На каждом из лучей рамы необходимо установить по мощному компактному мотору. Закрепить их можно при помощи термоклея или резьбы. На верхнюю часть двигателей надевают винты. Лопасти для квадрокоптера своими руками обычно не делают — это требует использования фрезеровочного станка. Купить готовые пропеллеры намного проще и практичнее.

Винты для дрона с камерой лучше использовать с двумя лопастями — вибрация будет меньше

Сборка электроники

В центральной части аппарата устанавливают плату управления. Крепить микросхему лучше всего горячим клеем. Двусторонний скотч для массивных конструкций используют реже, поскольку он не обеспечивает надежной сцепки.

Контроллер для дрона с камерой следует выбирать подороже, с датчиками и режимами полета

Установка камеры

Для сборки летающего дрона своими руками для съемки оптимально использовать GoPro — легкую, небольшую по размерам экшн-камеру. В верхней или нижней части рамы для нее необходимо сделать специальную пенопластовую платформу, которая станет гасить вибрации от корпуса при полете. Камеру для надежности плотно закрепляют резинками.

Камеру на дроне можно закрепить в любой точке с хорошим обзором и минимумом вибрации

Установка регуляторов оборотов и подключение проводов

На данном этапе квадрокоптер для видеосъемки своими руками почти готов. Остается только соединить регуляторы оборотов с моторами и контроллером, а потом подключить плату управления к батареям питания. Также нужно не забыть вывести на полетный чип провода от камеры.

Моторы дрона с камерой в сумме должны давать подъемную силу, превышающую вес аппарата

Как сделать гоночный квадрокоптер своими руками

Сборка гоночного дрона по сути ничем не отличается от конструирования обычного квадрокоптера. Разница состоит в подходе к выбору деталей — нужно уделить особое внимание моторам, раме и винтам.

В случае с гоночным дроном основу лучше приобретать готовую. Она обеспечит оптимальную балансировку аппарата. Хорошим вариантом для сборки станет легкая и прочная рама из карбона со стандартными четырьмя лучами.

Сборка моторной части

Моторы для гоночного коптера закрепляют на лучах рамы винтами в специальных отверстиях. Двигатели должны быть достаточно мощными — например, хорошо подойдут 2205-2600 KV. В центральной части лучей устанавливают регуляторы оборотов и соединяют проводами с моторами. Винты для сборки гоночного дрона можно выбирать с двумя или тремя лопастями — первые дадут большую скорость, вторые облегчат процесс маневрирования.

Регулировка оборотов гоночному коптеру нужна обязательно, иначе он не сможет маневрировать

Установка электронной части

Стандартным способом на центральной пластине рамы закрепляют плату управления. Ее можно посадить на горячий клей или просверлить отверстия и зафиксировать небольшими винтами. В последнем случае конструкция после сборки получится надежнее. К раме прикрепляют приемник сигнала, который будет передавать команды на плату управления. Аккумулятор традиционно монтируют в нижней части устройства отдельно от микрочипа.

Камеру в гоночном дроне фиксируют в специальном гнезде на готовой раме

Подсоединение проводов

На финальном этапе сборки остается подключить к плате управления провода, отходящие от камеры и моторов. Сам микрочип при этом соединяют с аккумулятором.

При прокладке проводов нужно следить, чтобы они оставались подальше от лопастей дрона

Как сделать квадрокоптер для человека своими руками

Дрон для человека — пока что крайне редкий, небезопасный и дорогостоящий вариант для самостоятельной сборки. Общедоступных инструкций того, как самому в домашних условиях сделать квадрокоптер с огромной подъемной силой, пока не существует, поскольку обладателей таких аппаратов очень немного.

Однако краткий алгоритм создания грузоподъемного дрона можно описать, опираясь на стандартную схему.

Для сборки самодельного большого квадрокоптера подойдет только металлическая рама из стали, карбона или прочного алюминия. Другие конструкции просто не смогут поднять всю электронику и владельца дрона.

Болты для скрепления элементов рамы должны быть рассчитаны на нагрузку свыше 100 кг

Установка моторов и регуляторов оборотов

Двигатели для мощного квадрокоптера своими руками устанавливаются на лучах силовой рамы. Принципиальное внимание нужно уделить их производительности — суммарная тяга должна быть не меньше 120 кг. Добиться такого показателя реально при помощи восьми бесколлекторных моторов на 3 кВт каждый. К двигателям необходимо докупить регуляторы не менее 80 А. Детали соединяют между собой при сборке проводами, а к раме крепят исключительно на прочных винтах.

Для мощного дрона лучше брать моторы средней производительности со сниженной собственной массой

ёСборка системы управления

Плата с процессором в квадрокоптере для человека должна поддерживать регулировку оборотов пропеллеров, стабилизацию и смену направления. Ставят ее, как и во всех случаях, на центральной площадке, закрепляя винтами в просверленных отверстиях, и соединяют с моторной частью и приемником сигнала.

Аккумуляторов для коптера понадобится сразу несколько, и они должны обладать максимальной мощностью. Батарее придется питать восемь производительных моторов и к тому же поддерживать дрон в воздухе на протяжении хотя бы десять минут. Чтобы конструкция не получилась слишком громоздкой, при сборке проще связать аккумуляторы в съемный ранец, который сможет надеть на спину владелец.

Управление дроном для человека проводится с обычного пульта самим оператором

Посадочные ноги дрону для человека не пригодятся. Но понадобится предусмотреть в конструкции прочный подвес с лямками, который будет отвечать непосредственно за удержание оператора.

Заключение

Квадрокоптер своими руками — интересная и увлекательная задача для поклонников радиотехники. При желании в домашних условиях можно изготовить любой дрон, вплоть до моделей, способных поднять над поверхностью земли самого оператора.