Бензиновые квадрокоптеры и мультикоптеры. Краткий обзор / Хабр

Бензиновые квадрокоптеры и мультикоптеры. Краткий обзор / Хабр Лодки

Где и почему запрещена съемка с квадрокоптера

Съемка запрещена в зонах размещения стратегических объектов, военных баз и полигонов, тюрем, в охраняемых зонах. Полный список можно посмотреть на карте Google по ссылке. Некоторые производители коптеров поставляют со своей продукцией мобильные приложения, демонстрирующие запрещенные зоны и выдающие предупреждение на экране смартфона.

Информация привязана к локации и всегда актуальна для большинства стран. Дело в том, что свободная для полетов зона вчера сегодня может стать запретной. В случае нарушения оператор понесет наказание в виде штрафа, а нарушитель границ будет изъят и утилизирован.

 Скоростных ограничений нет, зато у властей есть претензии к массе дрона.  

Без разрешения на территории РФ нельзя летать аппаратам весом более 250 грамм. Для получения лицензии на полеты необходимо подать заявление по форме и дождаться разрешения в течение 10 дней. 

Правила для запуска дронов массой до 30 кг: запуск над землей или водой в светлое время суток в зоне прямой видимости оператора, высота не более 150 метров. 

Если по какой-то причине съемку нельзя провести в рамках указанных правил, необходимо согласование, — письменная заявка с описанием маршрута или звонок в центр управления полетами. Разрешение, как правило, выдается без проблем. Подробнее о правилах сертификации, разрешенных зонах в России и других странах читайте в этой статье.

Если нет желания связывать с органами контроля, лучшим решением станет покупка квадрокоптера массой до 250 грамм. 

Компактные модели подойдут тем, кто привык путешествовать налегке, — для полноразмерных коптеров понадобится небольшой чемоданчик. 

Съемка: подобрав правильный ракурс, сделать качественную фотографию можно даже с помощью бюджетного оборудования. Если базовая камера не устроит, ее можно заменить на более качественную, — необходимо подбирать камеру аналогичную по весу и системе крепления.

Без подвесов снимать видео можно только для себя, — никто больше не будет смотреть ролики такого качества. Для создания профессиональных роликов подходит только трехосевася система стабилизации, двухосевая морально устарела, единственно ее преимущество, — она стоит дешевле.

Свое первое знакомство с коптерами лучше начать с недорогой или особо прочной модели, к которой можно найти запасные части. В первую очередь из строя выходят пропеллеры, — они легко меняются. Новичкам рекомендуется использовать режим Beginner Mode. О том, как его активировать и зачем он нужен, рассказано в этом видеоролике:

*{padding:0;margin:0;overflow:hidden}html,body{height:100%}img,svg{position:absolute;width:100%;top:0;bottom:0;margin:auto}svg{left:calc(50% – 34px)}Бензиновые квадрокоптеры и мультикоптеры. Краткий обзор / Хабр” frameborder=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture” allowfullscreen>

Бензиновые квадрокоптеры и мультикоптеры. краткий обзор

Квадрокоптеры неожиданно ворвались в нашу жизнь и распространились повсеместно. Они получили свой второй шанс на жизнь, впервые появившись в первой половине прошлого века. Однако их основная проблема так до сих пор и не решена, — над чем и бьются множество компаний и отдельных энтузиастов.

Мультикоптер (англ. Multirotor, multicopter, многороторный вертолёт, многолёт) — летательный аппарат, построенный по вертолётной схеме, с тремя и более несущими винтами
Многовинтовые вертолёты разрабатывались ещё в первые годы вертолётостроения. Один из первых квадрокоптеров (англ. quadcopter, четырёхроторный вертолёт), который реально оторвался от земли и мог держаться в воздухе, был создан Георгием Ботезатом и испытан в 1922 году.

Бензиновые квадрокоптеры и мультикоптеры. Краткий обзор / Хабр
Источник картинки: wikipedia.org

Новое рождение мультикоптеры получили в XXI веке, уже как беспилотные аппараты. Благодаря простоте конструкции квадрокоптеры часто используются в любительском моделировании, также удобны для недорогой аэрофото- и киносъёмки.

В последнее время появились миниатюрные квадрокоптеры, умещающиеся на ладони (Walkera Ladybird, WLtoys V929, Blue Arrow nano Loop и пр). Они практически безопасны (масса аппарата менее 100 г), в то же время позволяют получить основные навыки полёта на мультироторном аппарате, так как принцип их управления ничем не отличается. Квадрокоптеры такого размера возможно запускать дома, не рискуя нанести вред людям или предметам. Некоторые модели разгоняются до впечатляющих 26 м/с[13], имеют высокое качество съёмки и управляются на расстоянии более 3,5 км.

По принципу управления мультикоптеры существуют:

Мультикоптеры имеют 3 или более винтов постоянного шага (автомата перекоса, в отличие от одно- и двухвинтовых аппаратов, нет). Каждый винт приводится в движение собственным двигателем. Половина винтов вращается по часовой стрелке, половина — против, поэтому рулевой винт мультикоптеру не нужен. Маневрируют мультикоптеры путём изменения скорости вращения винтов. Например:

Микропроцессорная система переводит команды радиоуправления в команды двигателям. Чтобы обеспечить стабильное зависание, мультикоптеры в обязательном порядке снабжают тремя гироскопами, фиксирующими крен аппарата. Как вспомогательный инструмент, иногда, также используется акселерометр, данные от которого позволяют процессору устанавливать абсолютно горизонтальное положение, и бародатчик, который позволяет фиксировать аппарат на нужной высоте. Также применяют сонар для автоматической посадки и удержания небольшой высоты, а также для облёта препятствий. Использование GPS-приёмника позволят записывать маршрут полёта заранее, с компьютера а также возвращать аппарат в точку взлёта, в случае потери управляющего радиосигнала, или снимать параметры полёта оперативно или потом.

Винты могут быть установлены непосредственно на вал двигателя, либо через редуктор.
В любительских и профессиональных мультикоптерах используются коллекторные и бесколлекторные электродвигатели и литий-полимерные аккумуляторы в качестве источника энергии. Это накладывает определённые ограничения на полётные характеристики: типичная масса мультикоптера составляет от 1 до 4 кг, при времени полёта от 10 до 30 минут (30—50 минут у уникальных единичных экземпляров). Запас энергии батарей позволяет отдельным моделям мультикоптеров улетать на расстояние до 7—12 км, на практике же радиус действия (максимальное расстояние, на которое они способны улететь с последующим возвратом в точку взлёта) обычно ограничено прямой видимостью (100—200 м при ручном управлении) либо дальностью действия аппаратуры радиоуправления и видеолинка. При этом лучшие образцы подобной аппаратуры, использующие усилители мощности радиосигнала и систему направленных антенн, способны обеспечивать стабильные: радиоуправление и видеолинк на расстояния до 100 км. Таким образом, наибольшее ограничение на радиус действия мультикоптеров накладывает именно время полёта.

Эти ограничения приводят к тому, что мультикоптеры обычно используются как аппараты «ближнего радиуса действия»: для любительских полётов недалеко от себя, для фото-видеосъёмки близко расположенных объектов и так далее (для сравнения, беспилотные самолёты с аккумулятором аналогичной ёмкости могут улетать на 10—15 км при высоте полёта 1—2 км).

Поднимаемый полезный груз моделями мультикоптеров среднего размера и грузоподъёмности — от 500 г до 2—3 кг, что позволяет поднять в воздух небольшую фото- или видеокамеру (обычно экшн-камера в более дешёвых моделях, либо зеркальные камеры в профессиональных).

Существуют и достаточно крупные модели мультикоптеров, с количеством роторов порядка 6—8 (гекса- и октокоптеры), способные поднять в воздух груз массой до 20—30 кг. Для увеличения грузоподъёмности применяют соосное расположение несущих роторов, что в случае гексакоптера, например, даёт 12 моторов и 12 пропеллеров, расположенных попарно на 6 несущих лучах.

Скорость полёта мультикоптера может быть от нуля (неподвижное висение в точке) до 100—110 км/ч.

Существуют также трёх- и пятивинтовые вертолёты (три- и пентакоптеры). Один из моторов там располагается на нанизанной на ось подвижной платформе, угол поворота которой изменяется сервоприводом — так и осуществляется поворот аппарата вокруг своей оси. Отдельно стоит отметить экспериментальные аппараты: бикоптеры, квадрокоптеры с изменяемым шагом пропеллеров, квадрокоптеры с двигателями на импеллерах, однако они не получили какого-либо распространения.

Большое количество энтузиастов занимается самостоятельной сборкой коптеров.
Часто для этих целей они используются широко известный недорогой полётный контроллер KK Multicopter, который имеет несмотря на свою низкую цену, достаточно широкие возможности и позволяет управлять системой, содержащий до 6 роторов включительно.

Бензиновые квадрокоптеры и мультикоптеры. Краткий обзор / Хабр
Источник картинки: www.quad-copter.ru

Следует упомянуть, что большая часть современных мультироторных систем представляет собой электрические машины, где тяговыми двигателями выступают электродвигатели, а в качестве источника энергии для них используются, в основном, литий-полимерные аккумуляторные батареи.

Исходя из всего вышесказанного, проистекает основная проблема мультироторных электрических систем: малое время работы (ввиду гораздо меньшего соотношения ёмкости аккумуляторных батарей к их весу, то есть энергоёмкости, по сравнению с любыми топливными системами) и невозможность подзарядки аккумуляторов в полевых условиях, ввиду отсутствия такой возможности.

Кроме того, грузоподъёмность мультироторных систем оставляет желать лучшего. Они вполне годятся для перевозки небольших грузов, однако стоимость системы, которая сможет стать полноценным средством передвижения или перевозки пассажиров, будет достаточно внушительной. Справедливости ради, однако, следует отметить, что в последнее время начинают практически реализовываться идеи некоего летающего городского такси, которое как раз будет построено на основе мультироторной электрической системы.

Однако, как уже было сказано ранее, мультироторные системы появились не вчера, изначально они представляли собой исключительно системы на двигателях внутреннего сгорания.

И не так давно, в середине 2021-х годов появилось достаточно интересная система, которая «возвращалась к истокам» и представляла собой квадрокоптер бензинового типа — Nitro Stingray.

В отличие от своих электрических собратьев, эта система в своей основе имела в качестве силовой установки двигатель внутреннего сгорания, от которого крутящий момент передавался на все четыре несущих ротора:

Этот квадрокоптер отличался тем, что он имел один центральный двигатель, а присущая мультикоптерам подвижность,- обеспечивалась четырьмя винтами, с изменяемым шагом:

Ввиду высокой энергоёмкости сжигаемого топлива, этот квадрокоптер имел относительно небольшой вес, если сравнивать его с электрическими собратьями, высокую удельную грузоподъёмность, а также подвижность, о чём было сказано ранее.

В это же десятилетие отметились несколько известных проектов, которые пытались решить проблему недостаточной грузоподъёмности электрических устройств таким же путем, — использованием центрального двигателя и передачи крутящего момента, в то время как управление осуществлялось регулировкой шага винтов.

Одним из таких проектов является проект Incredible HLQ (Heavy Lift Quadcopter), который даже запускал свою кампанию на kickstarter com.

Вот что говорили о нём его создатели:

«Мы — группа студентов-механиков, работающих над нашим главным проектом в Государственном университете Сан-Хосе в Сан-Хосе, Калифорния. В состав группы входят 4 участника: Ник Коновер, Крис Фулмер, Карлос Герреро и Габриэль Теллез. Каждый из нас обладает особым набором навыков и специализируется в 2 различных дисциплинах: мехатроника и конструирование.

Мы проектируем и строим квадрокоптер с большой грузоподъёмностью (HLQ), который мы называем Incredible HLQ (звучит как «Халк»). Как и супергерой, HLQ сможет поднимать и транспортировать огромное количество веса для своего размера и стоимости. HLQ сможет автономно извлекать и доставлять 50 фунтов (~22,7 кг) полезной нагрузки.

Чтобы достичь цели в 50 фунтов, HLQ будет использовать трансмиссию, приводимую в действие двумя бензиновыми двухтактными двигателями мощностью около 12,5 л.с. каждый. Подъём будет осуществляться с помощью четырёх головок несущего винта коммерческого радиоуправляемого вертолёта с четырьмя лопастями диаметром 435 мм. Выбор этих лопастей был основан на реальных испытаниях подъёмной силы на нашем испытательном стенде, которые показаны в видео. Управление достигается за счёт использования управления переменным шагом винтов для изменения подъёмной силы каждого ротора.

Управление полётом будет использовать модуль DIYDrone Ardupilot APM2.5 . Ardupilot — это плата управления на базе Arduino с открытым исходным кодом для БПЛА. Он широко используется для многих летательных аппаратов с неподвижным крылом, вертолётов и многороторных летательных аппаратов и имеет подтверждённый послужной список.

Смотрите про коптеры:  Как управлять квадрокоптером?

Кроме того, мы будем использовать систему компьютерного зрения для идентификации и отслеживания полезной нагрузки с помощью библиотеки OpenCV на Roboard RB-110. RB-110 — это полноценный компьютер на одной плате. Он имеет 486-совместимый процессор с тактовой частотой 1 ГГц и может работать под Windows, Linux или Dos.
HLQ — дорогостоящий проект для большинства старших инженерных проектов в SJSU (Государственный университет Сан-Хосе). Затраты выходят за рамки того, что мы, студенты, можем себе позволить, и поэтому ваша поддержка имеет решающее значение для нашего успеха».

У проекта есть свой канал на YouTube, где они публикуют последние новости о разработках.

Несмотря на большое количество затраченного времени, в данный момент проект всё также находится в стадии разработки, последнее видео о новостях проекта вышло в мае 2020 года:

Ещё одним достаточно известным проектом является Goliath Mkll.

Проект стартовал примерно в то же время, что и первый, также в 2021 году и имеет свой канал на YouTube, но так же как и первый проект, — до сих пор находится в стадии разработки:

Достаточно долгое время идея бензиновых грузоподъёмных мультироторных систем пребывала в запустении, в течение всего десятилетия 2021-х. По крайней мере, не было ничего особо заметного, что бы громко заявило о себе в блогосфере или интернете в целом.

Однако, в последние 3-4 года, ситуация похоже сдвинулась с мёртвой точки, — разработчики похоже учли сложность создания системы с изменяемым шагом винтов, и пошли другим путём: один за другим стали появляться проекты, которые сочетают в себе преимущества двух подходов,- электрического и бензинового.

Как правило, эти проекты построены приблизительно по одной и той же схеме: классическая мультироторная система, где несущие роторы базируются на основе электрических двигателей, в то время как источником энергии для питания системы являются не аккумуляторы, а используется портативная бортовая электростанция внутреннего сгорания — для выработки электроэнергии.

Такого типа дроны позиционируются как средства для опыления полей от вредителей. Ввиду своей грузоподъёмности и большого времени работы, они могут брать на борт большой бак с жидкими инсектицидами и работать долгие часы, проходя большую площадь.

Хотя, кое-кто развивает и альтернативные технологии. Как, например, проект ниже, о котором, к сожалению, ничего не известно, кроме технических характеристик, показанных в видео. Мультикоптерная система, предположительно, имеет синхронизирующие валы между парами отдельных двигателей, для выравнивания их скоростей, проходящие внутри труб — каркаса. А управление осуществляется наклоном каждого конкретного двигателя:

В качестве заключения:

Некоторое время назад, вышло видео, где сноубордист, прицепленный к квадрокоптеру, катается на фоне заснеженных ландшафтов:

Неожиданный подход, продемонстрированный в видео, произвёл впечатление на многих и широко разошёлся по блогосфере. Однако любой, более-менее близко знакомый с технической стороной «коптеростроения», понимает, что построение подобного коптера, — обойдётся в круглую сумму!

Но благодаря продемонстрированному строителями сельскохозяйственных коптеров подходу, данная затея уже не кажется такой безумной!

Предположим некий мультикоптер, который может поднимать человека, построенный по электрической схеме, и питающийся от бортовой электростанции. Ввиду мультироторной схемы, такой коптер будет обладать высокой подвижностью, в то же время, обладая высокой грузоподъёмностью, что позволит использовать его для такого интересного применения как дрон-бординг (катание за дроном, на прицепе)! Или скажем, в качестве манёвренного мощного дрона, для доставки грузов.

Для снижения шума от работы двигателя бортовой электростанции, дрон может лететь на большой высоте, поэтому это не будет проблемой.

Стартап? Why not…

Бензиновые квадрокоптеры и мультикоптеры. Краткий обзор / Хабр

Варианты выбора квадрокоптеров

Недорогой квадрокоптер начального уровня с FPV-камерой и передачей видео на экран смартфона поможет вам овладеть навыками управления дроном. Правда, запускать его следует в зоне уверенного приема WiFi от роутера.

Квадрокоптер с GPS не потеряется при потере сигнала от пульта.

Квадрокоптер с продолжительностью полета от 20 минут и дальностью от километра уже пригоден для выполнения серьезных задач.

Если вы любите скорость, выбирайте среди быстрых вадрокоптеров.

Если вы собираетесь пускать квадрокоптер на улице, выбирайте среди моделей с удержанием точки высоты, иначе потоки воздуха будут мешать управлению.

Виды квадрокоптеров

По размеру квадрокоптеры принято делить на классы в соответствии с размером диагонали (расстоянием между осями диагонально расположенных двигателей) – числа 200, 250, 350, 450 и т.д. в описании квадрокоптера как раз означают размер диагонали в мм. Квадрокоптеры до 200 размера принято относить к микроклассу.

Чем меньше размер квадрокоптера, тем он «игрушечней». Четкого разделения тут нет, бывают и полупрофессиональные модели микро-размера, и недорогие игрушки 350 класса. Но чем больше размер квадрокоптера, тем он более устойчив к воздушным потокам, а, следовательно, более приспособлен к полету на открытом воздухе.

По характеру использования квадрокоптеры разделяют на «игрушки» начального уровня, «любительские» – среднего уровня и профессиональные. Также можно выделить отдельный класс гоночных квадрокоптеров.

Квадрокоптеры начального уровня отличаются, в первую очередь, малым временем полета (около 10 минут) и малым радиусом действия (до 100 м). Как правило, такие модели не оснащаются GPS, датчиками удержания позиции и не приспособлены для полетов на открытом воздухе.

Модель начального уровня может использоваться для получения навыков пилотирования (при наличии на ней более-менее приличной FPV-камеры) или как игрушка для ребенка. В последнем случае обратите внимание на наличие защиты лопастей – скорость вращения винтов весьма высока, и отсутствие защиты может привести к травмам.

Квадрокоптеры любительского уровня уже могут держаться в воздухе 15-20 минут и удаляться от пульта на расстояние до километра. Для таких моделей крайне желательно наличие опций удержания высоты и удержания позиции.

Квадрокоптеры профессионального уровня способны проводить в воздухе продолжительное время и удаляться на километры. Они оснащены качественными GPS модулями, предотвращающими потерю дрона при отключении пульта – квадрокоптер самостоятельно вернется на точку старта по сохраненной в памяти локации.

Отдельная тема квадрокоптеров этого уровня – поддержка профессиональной фото- видеосъемки. Специализированные модели оснащены стабилизирующим подвесом камеры и имеют набор «операторских» функций – облет заданной точки с её съемкой, следование за оператором, изменение ракурса съемки и фокусного расстояния камеры и т.д.

Гоночные квадрокоптеры по многим параметрам попадают в любительские или даже игрушечные, но таковыми вовсе не являются. Радиус действия у них может быть невелик, навигационные функции могут отсутствовать, как и стабилизирующий подвес.

Отличительными особенностями гоночных дронов являются мощные двигатели, качественная FPV-камера с надежным каналом передачи и модульная конструкция – большинство «гонщиков» предпочитают собирать свои модели из отдельных элементов. Кроме того, частые для гоночных «квадриков» столкновения с препятствиями на высокой скорости постоянно приводят к поломкам винтов, лучей рамы и других деталей – модульная конструкция позволяет минимизировать затраты на ремонт.

Датчики и интеллектуальное управление квадрокоптера

От количества датчиков позиционирования зависит качество съемки и возможность поймать красивый ракурс. К традиционному набору (акселерометр, барометр, гироскоп и GPS) в продвинутых моделях добавляются внешние сенсоры. С их помощью программное обеспечение определяет и обходит препятствия, направляет дрон вслед за указанным объектом.

Positioning — режим штатива, он же камера-мод, GPS, Opti или синематик. Предназначен для зависания на одном месте или плавного облета. Если дрон потеряет GPS-сигнал, автоматически подключатся Opti-сенсоры, и аппарат полетит по указанному маршруту или вернется на базу, облетая препятствия.

Point to Point — полет от точки к точке. 

Point of Interest — облет достопримечательности по заданном радиусу. 

Follow me — слежение за объектом.

Автоматика лучше справляется с задачей управления воздушным транспортом, чем неопытный пилот, но не позволяет нарушать протоколы безопасности — то есть, делать головокружительные трюки, которые так любят зрители. Для тех, кто уже прокачал свои навыки пилотирования, есть несколько интересных режимов.

Acro (Manual) — дрон-камикадзе готов выполнять любую прихоть пилота, системы безопасности дрона отключены. 

Sports — позволяет наклоняться под опасным углом и развивать максимальную скорость до 140 км/ч.

Attitude Mode  — встречается не во всех моделях, из всех датчиков включенным остается только барометр. Позволяет оператору делать различные трюки в горизонтальной плоскости, пока электроника следит за высотой. 

Все указанные режимы переключаются на пульте управления или на смартфоне/планшете в меню настроек. 

Камера

Наличие камеры выводит квадрокоптер на более высокий уровень и значительно увеличивает интерес покупателей. Производители это понимают и сегодня камерой оснащены девять из десяти моделей даже в «игрушечном» сегменте. Однако камера камере рознь.

Самый печальный случай – когда дрон может только вести запись с камеры на флешку, а передавать видео оператору – не может. Смысла в такой камере мало, и подобные модели производятся скорее с расчетом на неопытного покупателя, не видящего разницы между наличием камеры и FPV.

FPV (First Person View – вид от первого лица) подразумевает возможность передачи видеопотока с камеры на пульт оператора в реальном времени. Если вы хотите ощутить чувство самостоятельного полета и научиться управлять дроном по камере, вам нужна модель именно с FPV. Но тут тоже есть тонкости.

Самые простые «квадрики» с FPV используют в качестве экрана смартфон оператора (обычно при этом на пульте есть крепление для смартфона).

С одной стороны, это сильно снижает цену комплекта за счет отсутствия в нем экрана. С другой стороны, чаще всего в таких комплектах передача видео (а порой – и управление) осуществляется по WiFi. То есть, для передачи данных, и сам квадрокоптер, и пульт постоянно должны быть в пределах действия вашей сети WiFi.

Это сильно ограничивает радиус действия камеры и делает её подверженной помехам от других сетей WiFi. Обычно с такой камеры хорошее изображение без рывков и «подвисаний» бывает только в непосредственной близости (десятки метров) от источника сигнала WiFi.

Не надо путать передачу видео по WiFi с цифровой передачей видео по специальным стандартам наподобие OcuSync, lightbridge или Dronebridge. Эти стандарты хоть и используют те же частоты и принципы связи, что и WiFi, но протоколы обмена данными у них другие и наличия сети WiFi они не требуют – передача данных идет напрямую от передатчика в дроне к приемнику в пульте.

Такие технологии обеспечивают наилучшее качество видеосигнала и используются в профессиональных моделях для выполнения качественной видеосъемки с воздуха. При этом некоторые модели так же используют экран смартфона для вывода видео, но передается оно в смартфон по USB-кабелю, подключенному к пульту.

Передача видеосигнала в аналоговом формате с выводом на экран пульта – оптимальное решение для FPV, обеспечивающее приемлемое качество изображения и высокую частоту смены кадров (fps).

Аппаратура для передачи аналогового видеосигнала стоит недорого, что и определяет её повсеместное использование в квадрокоптерах. Аналоговая передача видеосигнала используется в гоночных квадрокоптерах, в «приличных» моделях любительского сегмента и в профессиональных моделях – для управления дроном.

Если для управления картинки с жестко закрепленной FPV-камеры достаточно, то для воздушной съемки этого уже мало. Поэтому профессиональные «съемочные» дроны оснащены подвесами – механизированными кронштейнами для крепления камеры, обеспечивающими её стабилизацию при маневрах дрона и изменение ракурса по команде оператора.

*{padding:0;margin:0;overflow:hidden}html,body{height:100%}img,svg{position:absolute;width:100%;top:0;bottom:0;margin:auto}svg{left:calc(50% – 34px)}Бензиновые квадрокоптеры и мультикоптеры. Краткий обзор / Хабр” frameborder=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture” allowfullscreen>

Подвесы бывают 1, 2-х и 3-х осевые, способные скорректировать отклонения по одной, двум и трем осям соответственно.

Смотрите про коптеры:  Как управлять квадрокоптером: с пульта, с телефона

Минимум для нормального видео – 2-х осевой подвес, одноосевой (которым оснащены некоторые любительские модели) компенсирует только «кивание» дрона, его «качание» такой подвес не компенсирует – видео будет дергаться.

Камеры на предназначенных для видеосъемки квадрокоптерах также используются более высокого уровня – с качественной оптикой, с возможностью съемки HD-видео с большим fps и т.д. Некоторые профессиональные квадрокоптеры не имеют в комплекте камеры – её требуется докупать отдельно, а иногда и вместе с подвесом.

Отличительная особенность профессиональных дронов для воздушной съемки – расширенные «операторские» возможности и интеллектуальные режимы съемки: облет, следование за объектом, съемка панорам и т.д.

Здесь можно отметить отдельный класс селфи-дронов – миниатюрных квадрокоптеров, имеющих малый радиус действия, управляющихся обычно со смартфона и предназначенных для съемки селфи-видео. Несмотря на «игрушечные» характеристики, такие квадрокоптеры обычно несут неплохую HD-камеру и зачастую обладают функциями интеллектуальной съемки, присущими профессиональным моделям.

Качество съемки квадрокоптера

Компактные модели снимают на уровне Full HD или 2К. Основное их предназначение — сделать красивую фотографию для Инстаграм. Во время полета изображение нечеткое и распадается на пиксели.

В режиме «зависания на точке» миниатюрный аппарат может сделать несколько потрясающий селфи.  

Спортивные дроны оснащаются съемочным оборудованием среднего качества. Они не предназначены для красивой съемки объектов и природы, их основная задача — передать картинку оператору для точного позиционирования во время полета. 

Полупрофессиональные и профессиональные модели поставляются с системами стабилизации и цветовыми фильтрами для камер. Характеризуются качественным видеооборудованием с разрешением 2, 4 и 8К. На всех квадрокоптерах этого типа камеры съемные. Можно поставить качественные видоискатели, чтобы получить красивые кадры или дешевые, для тренировочных полетов.

Системы стабилизации — подвесы, бывают двух- и трехосевыми. Двухосевые подвесы «ходят» крестиком — вперед, назад, вправо, влево. Система стабилизации с тремя осями корректирует положение камеры по вертикали.

Привод подвеса может быть механическим и цифровым, второй вариант позволяет более плавно передвигать камеру и получать качественные кадры без рывков. Но может подвести из-за программной ошибки или обрыва связи, попросту заглючив в неподходящий момент.

Во время полета съемочное оборудование сильно трясет, — скорость коптера может достигать 140 км/ч. Без хорошего подвеса даже самая лучшая камера будет показывать беспорядочное мельтешение.

Квадрокоптеры работающие на частоте 2.4 ghz

— весьма популярный стандарт, применяемый в большинстве современных моделей начального и среднего уровня. Использует разделение по каналам, благодаря чему несколько таких пультов способны работать в непосредственной близости, не перекрывая сигнал друг друга и не создавая взаимных проблем в управлении. Кроме того, данный диапазон довольно помехоустойчив, а также хорошо подходит для создания моделей, управляемых со смартфона (см. соответствующий пункт) по Wi-Fi. Правда, по пропускной способности и дальности связи стандарт 2.4 GHz заметно уступает 5.8 GHz — однако это становится заметным лишь при выполнении сложных профессиональных задач, а в большинстве случаев характеристики данного диапазона вполне достаточны для нормального управления квадрокоптером. При этом цена и вес таких пультов довольно невелики.


§



§



§



§



§



§



§



§



§



Краткий гайд по квадрокоптерам для fpv. часть четвёртая – поговорим о мозгах?

О методологии и особенностях устройств эксперимента

В качестве основного элемента системы использовалась плата Intel Galileo. Плата основана на основе 32-битного центрального процессора Quark SoC x 1000 Intel с тактовой частотой 400 МГц. В качестве программного обеспечения использовалась версия Linux quark 3.19.

8 yocto-standard. Источник питания — аккумулятор 10400 мАч, способная обеспечить Galileo до 15 часов автономной работы. В плате Galileo через порт PCI Express была подключена беспроводная карта Intel Dual Band Wireless-AC 7260. Карта способна обеспечить скорость передачи данных до 867 Мбит/сек.

Первый этап эксперимента заключался в исследовании теоретических возможностей покрытия беспилотника. Расчет производили с помощью моделей распространения радиосигнала: «Free Space» и модель «Wireless Initiative New Radio» –WINNER D1.

С помощью этих моделей рассчитали предполагаемые максимальные дальности распространения для восходящего и нисходящего канала связи нескольких версий Wi-Fi. Кроме того произвели замеры производительности платы Galileo в качестве промежуточного узла сети Wi-Fi.

В основу эксперимента легли два режима работы беспроводных точек доступа. Первый — “Инфраструктурный” — реализуется в большинстве коммерческих сетей Wi-FI. В таком режиме точка доступа — это центральный узел связи, соединяющий устройства в сети и выступающей вроде шлюза в интернет. В таком режиме точка доступа берет на себя все задачи по управлению сетью.

Второй режим — это «Ad-Hoc». Он не менее распространен и представляет из себя ячеистую сеть, где ни одна из точек доступа не является центровой. Все узлы равноправны и каждый берет на себя задачи хоста либо маршрутизатора. Узлы Ad-Hoc могут перемещаться, образуя так называемую мобильную сеть (Mobile Ad-hoc NETwork — MANET).

Достоинство этого режима заключается в том, что соединение между узлами может быть динамически изменено при перемещении устройств. Но эффективная работа такой сети может сильно зависеть от алгоритмов маршрутизации, отвечающих за доставку пакет между узлами сети.

Для тестов в работу сети подключили два дополнительных устройства. В качестве узлов сети выступали два ноутбука с ОС Linux Ubuntu и Wi-Fi картой IEEE 802.11 a/b/g/n. На приемной стороне был установлен ноутбук с беспроводной картой Intel Centrino Advance-N 6230 и на другом конце ноутбук с картой Intel Dual Band 3160.

Центральной частью системы всегда оставалась плата Intel Galileo, работающая в режиме AP (инфраструктурный режим), либо в качестве одного из промежуточных узлов (Ad-Hoc) между передатчиком и приемником. В последнем устройстве был использован протокол маршрутизации BATMAN, отлично зарекомендовавший себя.

Получение метрик сети осуществлялось с помощью iPerf3. В этом эксперименте использовалась передача с постоянной скоростью между узлами сети со следующими параметрами: продолжительность передачи – 30 сек; скорость передачи: 1, 3, 5, 7, 9, 11 Мбит/сек; размер пакета: 512 и 1024 байта.

Измерения параметров реальной воздушной сети производились по следующей схеме:

Два оконечных устройства постепенно удалялись друг от друга вдоль оси Х. В точках измеряли пропускную способность сети с помощью сетевого анализатора iPerf3, и максимальный уровень сигнала с помощью анализатора спектра Rohde&Schwarz FSH3. Квадрокоптер зависал на высоте 10 и 20 метров, на которых и производились измерения. Так выглядел беспилотник:

Плюсы и минусы мощных передатчиков

Как и все новички я думал: «нужно купить самый мощный передатчик, потому что он даст мне максимальный радиус», но это не единственный критерий.

Мощные передатчики, например, на 600 мВт — хороший выбор, если вы летаете на улице среди препятствий в виде деревьев и летаете в одиночку. Вы скорее всего получите более уверенный прием и больший радиус, чем при использовании маломощного передатчика.

Учтите, что линейное увеличение мощности не дает линейный рост радиуса приема, т.е. для удвоения радиуса приема, нужно увеличить мощность сигнала в 4 раза.

Но, чем больше выходная мощность, тем больше энергии теряется и рассеивается в виде тепла. Поэтому мощные видеопередатчики имеют массивные радиаторы.

Не очень хорошо использовать мощные передатчики и при полетах внутри помещений. Можно получить обратный эффект, потому что сигнал будет отражаться от пола, стен и потолка, что вызовет интерференцию. В подобных условиях гораздо лучше ведут себя маломощные передатчики (25мВт).

Более того, 600 мВт передатчик может забивать сигнал других пилотов, т.е. летать группой будет довольно сложно. Поэтому во многих гонках разрешены передатчики мощностью не выше 25 мВт.

Кроме всего прочего, в некоторых странах есть ограничения максимальную выходную мощность. Без лицензии, на сколько я знаю, в большинстве стран можно использовать только 25 мВт. Поэтому перед полетом почитайте законы.

Плюсы мощных видеопередатчиков:

  • большой радиус приема сигнала
  • уверенный прием при одиночных полетах

Недостатки мощных передатчиков:

Радиус действия

Как мы уже отмечали в основе эксперимента проводилось измерение дальности связи и расчет покрытия согласно моделям распространения радиоволн «Free Space» (свободного пространства) и модель WINNER D1. Формулу Фрииса используют, когда нужно вычислить длину радиосигнала между передатчиком и приемников при отсуствии между ними препятствий.

Эта модель применяется только при расчете полей в дальней зоне, расчет производится по формуле:

Модель WINNER D1 — это стохастическая модель. Она учитывает потери в беспроводном канале связи. Определяется по формуле:

В ней неопределенные буквенные переменные имеют следующие значения A = 21.5, B= 44.2, и C = 20.

При расчетах мощность передатчика для Uplink и Downlink была принята равной 20 дБм (100 мВт). Расчет дальности связи производился для разных версий стандартов IEEE 802.11. В таблице ниже приведены результаты расчетов для нисходящего канала (Downlink) и для восходящего (Uplink).

Смотрите про коптеры:  Дрон своими руками: Урок 2. Рамы.

При расчетах было принято, что БПЛА находится на высоте 10 м.В реальном эксперименте оценивался уровень принимаемого сигнала. На рисунке ниже приводится уровень сигнала в зависимости от расстояния для инфраструктурного режима работы (слева) и режима Ad-hoc (справа) при работе дрона на высоте 10 метров.

Те же экспериментальные данные но для работы дрона на высоте 20 метров:

По результатам видно заметное различие между теоретическими и полученными на практике значениями. Они вызваны множеством дополнительных факторов. Однако в целом же уровень принимаемого сигнала значительно выше сигнала, полученного в Ad-hoc. На рисунках b и d изображено меньше измеренных контрольных точек, так как фиксировались только те измерения, которые были получены при работе беспилотника в качестве промежуточной точки между двумя оконечными устройствами.

Результаты, полученные при непосредственном подключении передатчика и приемника ноутбука, в расчет не брались. Другими словами, когда расстояние между конечными точками доступа было меньше 60 метров (для высоты дрона 10 метров) или 80 метров (для высоты 20 метров), квадрокоптер не выступал в качестве промежуточного устройства в режиме Ad-hoc.

Скорость передачи данных

Для оценки производительности инфраструктурного режима работы и режима Ad-hoc с точки зрения максимальной пропускной способности использовалась программа iPerf, с помощью которой запускались пакеты между оконечными точками доступа. Первые измерения провели в лабораторных условиях. Мерялась скорость в нескольких режимах работы и пакетах размером 512 и 1024 байт.

Следующие измерения провели в реальных условиях. Скорость в инфраструктурном режиме выше скорости в Ad-hoc сети.

Для инфраструктурного режима работы (слева) и режима Ad-hoc (справа) при работе дрона на высоте 10 метров:

Те же экспериментальные данные но для работы дрона на высоте 20 метров:

Максимальная скорость передачи данных по Wi-F различна в зависимости от версии стандарта 802.11. Главным образом она определяется методами модуляции, шириной канала, количеством пространственных потоков, кодированием и методами расширения спектра.

Максимально достижимые скорости для рассматриваемого эксперимента приведены ниже:

Увеличение расстояния влияет на качество связи. В свою очередь это вынуждает сетевые карты прибегать к более консервативным методам модуляции и уменьшению скорости передачи данных. В инфраструктурном режиме получается выдерживать более высокие скорости передачи.

Выше в ходе экспериментов было наглядно показано какие возможности открываются при использовании квадрокоптеров для развертки беспроводных автоматически конфигурируемых mesh-сетей. С развитием технологий связи и беспилотных летательных аппаратов возможностей для развития именно такого способа построения сети станет в разы больше

Советы и лучшие практики

Чтобы качество картинки было максимальным убедитесь, что передатчик и приёмник работают на одной и той же частоте. Некоторые каналы в разных сетках имеют очень близкие частоты, и простого появления картинки в очках недостаточно.

Важно выбрать хороший видеопередатчик, но учитывайте и типы используемых антенн, и особенности местности, где вы будете летать; всё это влияет на качество видео. Вот руководство по выбору антенн.

Заведите привычку проверять FPV оборудование перед его установкой на коптер, это полезно по многим причинам: вы не только проверяете работоспособность, но избавляете себя от мучений с настройкой собранного коптера (бывает очень сложно добраться до нужных разъемов, кнопок и индикаторов).

Учитывайте и напряжение питания видеопередатчиков, мелкие модели, предназначенные для тинивупов скорее всего работают в диапазоне 3,3 — 4,2 вольта; в том время как более крупные модели имеют широкий диапазон, типа 7,4 — 24 вольта, во многих случаях есть даже выход стабилизированного и фильтрованного питания для камеры (5 вольт).

Такое бывает не часто, но если вы вдруг периодически видите интерференцию, то попробуйте использовать сетку E канал 4 и сетку E канал 8, или друрую комбинацию каналов с большой разницей в частоте. Некоторые помехи связаны с питанием, подробнее про решение проблем смотрите в этой статье (англ).

Иногда может понадобиться сменить канал при полетах в компании с другими пилотами, иначе видеопередатчики могут мешать друг другу. Помните, чтобы не мешать другим, выясните у кого какой канал ДО включения питания своего коптера.  Сложно будет завести друзей, если вдруг хороший пилот разобьет свой коптер из-за того, что ВЫ перебили его видеосигнал! Вот тут объясняется как выбрать подходящий канал (англ).

Таблица частот диапазона 5,8 ггц

В каждой сетке свой набор частот, некоторые частоты встречаются в нескольких сетках, но в целом все сетки уникальны.

Все каналы в сетке имеют одинаковый шаг: 20, 19, 37, 23, 18 или 40 МГц.

СеткаCH 1CH 2CH 3CH 4CH 5CH 6CH 7CH 8
A58655845582558055785576557455725
B57335752577157905809582858475866
E57055685566556455885590559255945
F57405760578058005820584058605880
C (R)56585695573257695806584358805917
D53625399543654735510554755845621
U53255348536653845402542054385456
O54745492551055285546556455825600
L53335373541354535493553355735613
H56535693573357735813585358935933

Передатчик может передавать сигнал на одном из 72 каналов. К сожалению, это не означает, что одновременно сможет летать 72 человека, но было бы круто.

Так какую мощность выбрать?

На самом деле все зависит от ситуации, лучше всего использовать передатчики с настраиваемой мощностью.

25 мВт отлично подойдет для полетов внутри помещений, и большинства гонок, 600 мВт — для дальних, одиночных полетов, а 200мВт — нормальный компромисс между первыми двумя вариантами.

Кажется, что между 200 мВт и 600 мВт огромная разница, но на самом деле это не так, если смотреть на радиус. Как я уже говорил, для удвоения радиуса приема, теоретически, нужно увеличить мощность в 4 раза. Так что 600 мВт передатчик даже не удвоит радиус по сравнению с 200 мВт.

Мощность передатчика — это не единственный критерий, можно получить хороший прием сигнала при использовании диверсити приемников и с антеннами с большим коэффициентом усиления.

С 25 мВт видеопередатчиком можно получить радиус 1 км, так что 200 мВт передатчик легко даст радиус в 2-3 км, при правильной эксплуатации. На миникоптерах мы летаем не так далеко, но если у вас есть необходимость в дальних полетах, тогда лучше выбирать частоту пониже, а не 5,8 ГГц.

Управление

Некоторые недорогие модели не имеют пульта ДУ в комплекте и управляются со смартфона – это сильно снижает цену квадрокоптера, но и радиус действия его будет ограничен зоной уверенного приема WiFi. Функциональность таких дронов невысока. Хотя для селфи-дронов, например, этого достаточно.

Впрочем, возможность управления со смартфона или планшета есть и у многих «серьезных» моделей – если запускать дрон планируется в зоне уверенного приема WiFi, то можно не таскать с собой габаритный пульт, а воспользоваться смартфоном. Только не забудьте убедиться, что ОС вашего смартфона есть в списке совместимых операционных систем квадрокоптера.

Режим Headless Mode (или «новичок») используется при управлении дроном на визуальном контроле (а не с камеры FPV). В этом режиме система координат дрона связана с пультом, и он всегда будет удаляться от вас, когда вы наклоняете рычаг управления (стик) от себя и приближаться, когда вы наклоняете его к себе.

Если дрон не улетает от оператора дальше 100 м, управление обычно не вызывает сложностей – тем более, если оператор занят только управлением, не отвлекаясь на съемку. Если же квадрокоптер имеет больший радиус действия или оператору нужно больше внимания уделять съемке, а не управлению, то становятся необходимы некоторые вспомогательные функции:

Функции автовзлета и автопосадки позволяют поднимать и сажать дрон не в ручном управлении, а нажатием кнопки (или комбинацией кнопок). Это упрощает взлет и посадку, кроме того, функция автопосадки может помочь при потере связи с пультом или при потере визуального контакта с дроном – многие квадрокоптеры с автопосадкой при разрыве связи автоматически выполняют посадку.

Удержание позиции позволяет дрону зависать на одном месте при отпускании рычагов управления. Если этой функции у дрона нет, при отпускании стиков он может продолжать перемещаться с небольшой скоростью в произвольном направлении. Кроме того, удержание позиции позволяет дрону в некоторой степени компенсировать влияние ветра.

Реализуется удержание позиции с помощью пары датчиков: высоты и положения. Датчик положения может быть оптическим (когда контроллер анализирует изменение местности, снимаемой отдельной маленькой камерой) и на основе GPS-модуля. Высоту дрон также может получать с датчика высоты (барометрического или ультразвукового)

или также от GPS-модуля. GPS-модуль предоставляет дрону куда больший функционал, чем просто удержание позиции. Однако следует помнить, что корректно функции GPS работают только после калибровки магнитного датчика (компаса). Если не калибровать компас перед запуском дрона, он может неправильно определить стороны света и не будет понимать, в какую сторону двигаться, чтобы достичь нужной точки.

Функция «возврат домой» позволяет дронам с GPS-модулем при потере сигнала с пульта автоматически вернуть квадрокоптер в точку взлета.

Функция «полет по точкам/маршруту» также доступна только при наличии GPS. Эта функция позволяет ввести в дрон координаты точек на местности и после взлета квадрокоптер автоматически последует по заданному маршруту; оператор при этом может сосредоточиться на съемке, не отвлекаясь на управление.

Тип двигателя. Двигатель в квадрокоптере может быть коллекторным и бесколлекторным. Коллекторные дешевле, бесколлекторные имеют большую мощность и больший ресурс. В профессиональных и гоночных дронах применяются бесколлекторные двигатели.

Вес дрона также имеет значение – и не только для ношения его в сумке. С 2021 года были утверждены поправки в Воздушный кодекс РФ, обязывающие регистрировать все беспилотные летательные аппараты массой более 250 грамм. Поправка должна была вступить в силу в 2021 году, но этого пока так и не произошло.

Формат и размер квадрокоптера

Все летательные аппараты можно разделить на два формата: складывающиеся и полноразмерные. Складывающиеся модели помещаются в карман или небольшую сумку, — самая популярная модель такого формата DJI Mavic Air 2. Для тех, кто ищет устройство попроще и дешевле, подойдет DJI Mavic mini 2.

Все квадрокоптеры делятся на компактные, спортивные и профессиональные. 

Компактные подходят для обучения и заменяют палку для селфи, стоят недорого, летают близко. Особенности: управление жестами. Пример: Syma X25 Pro, Syma W1Pro.

Спортивные агрегаты отличаются от собратьев хорошей маневренностью и ярким боевым раскрасом. Их основная задачи — гонки. Они тяжелее и больше летающих селфи-палок, оснащаются дополнительной защитой для лопастей и большим количеством датчиков. Бывают модели, предназначенные для полета в помещениях и на природе.

Профессиональные квадрокоптеры самые большие, у них мощные батареи, есть дополнительная система стабилизации для плавной съемки, камеры с высоким разрешением. Большие размеры аппарата помогает ему успешно сопротивляться ветру и зависать в строго фиксированной точке. Пример: JJRC X9PS, DJI Mavic Air 2.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock
detector