Чем отличается дрон от квадрокоптера? Полный разбор всех понятий.

Безопасность полётов

В отличие от самолёта, который способен планировать с выключенным двигателем, или вертолёта, который способен сесть с помощью авторотации, мультикоптер при отключении моторов или электропитания, полностью неуправляем. Квадрокоптер при отказе одного из двигателей может сохранять стабилизацию.

Гексакоптер или октокоптер помимо этого могут совершить мягкую посадку с одним неработающим мотором, однако не во всех случаях (например, при разрыве хотя бы одной лопасти вибрация из-за дисбаланса увеличивается настолько, что контроллер перестаёт работать, и аппарат переходит в неуправляемое падение).

Учитывая то, что мультикоптер имеет немалую массу, жёсткий корпус и быстро вращающиеся пропеллеры, его столкновение с людьми или автотранспортом может привести к негативным последствиям. Поэтому полёты над людьми или автодорогами не рекомендуются. Желательно планировать траекторию полёта так, чтобы в случае необходимости (например, при разрядке батареи) внизу было место для безопасной посадки.

Важен и человеческий фактор. Современный полётный контроллер по сложности настройки и количеству полётных режимов почти не уступает настольному компьютеру. Невнимательное чтение документации, отсутствие выполнения необходимых действий (например, калибровки компаса при настройке) могут привести к неуправляемому полёту и потере аппарата.

В целях безопасности некоторые модели дистанционно управляемых мультикоптеров оборудуют дублирующими системами навигации и позиционирования, элементами интеллектуальной роботизации способствующими самостоятельному определению летательным аппаратом препятствии на маршруте полёта и их облёту, защитными кожухами винтов или всего летательного аппарата, самостоятельным возвратом к месту пуска при утере сигнала управления[14][15][7][10].

Законодательное регулирование

В Российской Федерации установлен разрешительный порядок на полёты всех без исключения беспилотных воздушных аппаратов. Статья 33 Воздушного Кодекса РФ определяет, какие БВС подлежат регистрации, а какие учёту, но в настоящее время не существует каких-либо правовых последствий за отсутствие у граждан учёта/регистрации беспилотных воздушных аппаратов.

За полёты без разрешения на использование воздушного пространства (ИВП) предусмотрена ответственность по ст. 11.4 КоАП — для физических лиц штраф до 5000 руб., до 50 000 руб. для должностных лиц и до 500 000 руб. для юридических лиц. Для получения разрешения на ИВП в пределах населённых пунктов надлежит заранее подать заявку на ИВП в местный орган самоуправления, в которой указать план полёта.

При этом имеются ограничения — по времени и по территории (запретные зоны и зоны ограничения полётов). Например, безусловно запрещены полёты возле аэропортов, военных и других охраняемых объектов, исправительных учреждений, а на время проведения чемпионата мира по футболу 2020 г.

Отдельно регулируется фото- или видеосъёмка с использованием беспилотных аппаратов. Съемка с воздуха относится к авиационным работам, даже если речь идёт о получении художественных фотографий. В соответствии с текущим законодательством, для проведения подобных съемок требуется:

• Разрешение на съёмку Генерального штаба вооруженных сил РФ;
• Разрешение на съёмку оперативного управления штаба военного округа, в зоне ответственности которого находится снимаемый объект;
• Разрешение территориальных органов безопасности ФСБ;

После завершения съёмки заснятый материал передается в региональное УФСБ для рассекречивания и последующего использования в открытом доступе[17].

История

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.

Недостатком этих аппаратов была сложная трансмиссия, передававшая вращение одного мотора на несколько винтов. Изобретение рулевого винта и автомата перекоса положило конец этим попыткам. Новые разработки начались в 1950-е годы, но дальше прототипов дело не продвинулось.

Новое рождение мультикоптеры получили в XXI веке, уже как беспилотные аппараты. Благодаря простоте конструкции квадрокоптеры часто используются в любительском моделировании[2].

Мультикоптеры удобны для недорогой аэрофото- и киносъёмки — громоздкая камера вынесена из зоны действия винтов[источник не указан 877 дней].

Какую конструкцию выбрать? [править]

Исходя из цели аэрофотовидеосъемки, в настоящее время, на мой взгляд, имеются следующие градации камер, которые могли бы поднимать в воздух мультикоптеры:

Считаем, что соответственно весу этих камер потребуется еще и стабилизированный подвес для них, что означает добавку в весе еще не меньше 50-70% от веса этих камер.

Например, средние камеры вполне может поднимать в воздух гексакоптер, построенный на двигателях AXi 2814/20 (22), пропеллерах 13х6.5 и немецких контроллерах 2.0. Его преимущества – относительная компактность, удобство эксплуатации – он может летать вполне достаточное время (около 8-9 минут) на одной батарее 5800 мА/ч, которая удобно и быстро меняется с полезной нагрузкой 2 кг.

Стоит на этих же двигателях построить октокоптер (я строил такой), картина меняется: аппарат становится довольно громоздким, чтобы летать те же 8-9 минут с полезной нагрузкой допустим 2,5-3 кг., ему нужны две батареи (5800), которые нужно заряжать специальным зарядным устройством, эти батареи нужно носить с собой, они не очень удобно и быстро меняются и т.п.

Немецкий кит Okto XL вполне способен носить Canon 5D, но сама по себе его конструкция мне кажется слабоватой, следовательно, генерирующей колебания, да и с батареями там проблема – можно использовать только плоские, крепеж подвеса там хилый и т.п.

Октокоптер есть смысл строить только для тяжелых камер, но на более мощных двигателях (AXi 2826/12 или AXi 4120/20) и мощных контроллерах (например, Аэродрайв8 или Геркулес, которые для I2C довольно дороги – 700-1400 евро за 8 штук), смиряясь с неудобствами и потерей мобильности, понимая, что это плата за съемку с высоты на камеру высокого класса.

Источник

Квадрокоптеры syma

Syma – китайский производитель, занимающийся выпуском дронов различной конфигурации, в том числе квадрокоптеров. Организация делает ставку на изготовление и продажу устройств из бюджетного ценового сегмента, благодаря чему ее продукция востребована как на китайском, так и на международном рынке.

Среди достоинств квадрокоптеров Syma числятся:

• довольно низкая цена;
• стильный внешний вид;
• хорошее сочетание энергоемкости и энергопотребления;
• возможность установки профессиональной камеры (на некоторых моделях).

К сожалению, качество большинства коптеров нельзя назвать высоким. Большая часть моделей относится к категории «игрушечных» дронов. Эти изделия отлично подходят на роль первого коптера – для обучения пользования устройствами перед приобретением более дорогих и надежных аналогов.

Тем не менее, для многих людей именно цена является решающим фактором, а потому популярность упомянутой продукции уже немало лет держится на высоком уровне. Из общего перечня предлагаемой брендом продукции можно выделить квадрокоптеры Syma x21w, Syma x5uw, Syma x5c, Syma x20 и x8Pro.

Разумеется, эти три компании – не единственные производители коптеров. У них есть десятки конкурентов, постоянно работающих в двух направлениях – создании надежных летательных аппаратов и выходе на первые места в соответствующем сегменте рынка.

В результате такого подхода на рынке уже сейчас представлено немало достойных моделей. Поэтому, перед тем как изучить ассортимент магазина и определиться, какой квадрокоптер лучше купить, рекомендуем заглянуть в подготовленный топ квадрокоптеров 2020 года и оценить основные преимущества популярных моделей, разработанных на протяжении нескольких последних лет.

Квадрокоптеры dji

DJI Innovations – наиболее известный разработчик и поставщик квадрокоптеров. Компания производит любительские и профессиональные модели дронов, предназначенные для выполнения разнотипных задач – от любительских съемок до доставки негабаритной продукции и проведения разведывательных операций.

Квадрокоптеры DJI имеют много достоинств. Среди них:

• отличная управляемость в полуавтоматическом режиме;
• опция автоматического распознавания препятствий;
• автоматическое удержание целей следования;
• поддержка нескольких способов управления дронами;
• очень быстрая синхронизация со смартфонами;
• отличное качество съемки – даже на средней и высокой скорости полета.

Среди ведущих разработок компании стоит выделить квадрокоптеры DJI Mavic 2 Zoom, DJI Mavic Air Fly, DJI Phantom 4 Pro. Все модели характеризуются отличной защитой, стильным дизайном, продолжительным временем непрерывного полета (20-30 минут), наличием камер 12-20 МП.

Квадрокоптер DJI Phantom 4 Pro и вовсе считается лучшей разработкой нашего времени, причем это утверждение обосновано как рейтингами специализированных изданий, так и отзывами пользователей. Отдельного упоминания заслуживает квадрокоптер DJI Tello TLW004 – недорогой и хороший квадрокоптер с камерой 5 МП.

Области применения квадрокоптеров

Недорогие модели квадрокоптеров (например, мини квадрокоптеры с камерой) зачастую применяются ради развлечения владельцев, в том числе для проведения любительских съемок. Многие люди с детства мечтали увидеть мир с высоты птичьего полета и сейчас воплощают мечты путем эксплуатации беспилотников.

Такие владельцы квадрокоптеров ежедневно совершают своеобразные виртуальные путешествия, снимая окрестности и наслаждаясь незабываемым видом различных красот, находясь в произвольно выбранном месте.

Квадрокоптер с камерой и трансляцией на пульт ДУ позволяет делать все перечисленное практически на интуитивном уровне. К тому же управление беспилотником сложностей не вызывает, а запас энергии в аккумуляторе позволяет устройству находиться в воздухе до 10-40 минут (в зависимости от модели).

Возможны и более практичные применения квадрокоптеров:

• Борьба с преступностью. В развитых странах беспилотники используют для инспектирования мест ДТП, выслеживания преступников, контроля толпы на митингах и подобных мероприятиях.
• Изучение аварийных объектов. Коптеры удобно применять для осмотра пострадавших сооружений промышленного и другого назначения. В опасных ситуациях рисковать людьми нерационально. Оценку ущерба и анализ ситуации можно провести с помощью беспилотников.
• Помощь в сельском хозяйстве. Квадрокоптеры, оборудованные тепловизорами и специальными датчиками, применяют для контроля эффективности работы автоматизированных систем орошения и удобрения, а также для мониторинга состояния культур.
• Съемка спортивных событий. Надежный квадрокоптер с камерой и трансляцией видео на пульт или экран уже стал незаменимой вещью во время футбольных матчей. Его использование позволяет оценивать ситуацию на поле с различных ракурсов. Аналогичный подход практикуют и при съемке других спортивных дисциплин.
• Продажа и аренда недвижимости. Съемка с помощью квадрокоптера позволяет представить объект в лучшем свете, показать все преимущества ландшафта и даже дать информацию о соседях.

Также квадрокоптеры активно применяют в военном деле (в том числе для разведки и охраны объектов). Военные нередко оснащают беспилотники дорогостоящим высокоточным оборудованием, позволяющим получать детальную картинку местности в режиме реального времени. Дополнительно коптеры оборудуют системами распознавания лиц и другими приборами для идентификации личности.

Используют квадрокоптеры и в спасательных миссиях. Периодически жизнь людей и сохранность ценного имущества зависят от точности планирования операции. В таких случаях коптеры позволяют оперативно собрать нужные разведданные и организовать мероприятия с учетом всех особенностей местности.

Примечания

Принцип действия

По принципу управления мультикоптеры бывают[3]:

• автономные
• дистанционно-управляемые (беспилотные)

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:

• ускорить все винты — подъём;
• ускорить винты с одной стороны и замедлить с другой — движение в сторону;
• ускорить винты, вращающиеся по часовой стрелке, и замедлить вращающиеся против — поворот в плоскости.

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-приемника 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[4].

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[5].

По вариантам размещения винтов в отношении оси движения и в зависимости от их направления вращения различают несколько типов мультикоптеров:

Система управления

Чрезвычайно важный пункт — система управления полетом. Наиболее привычный и удобный (для тех, кто уже имел дело с радиоуправляемыми моделями) вариант — штатный пульт с мини-джойстиками, кнопками и регуляторами. Многие пульты оснащены световыми индикаторами, а некоторые — даже небольшим ЖК-дисплеем, на экран которого выводится информация об основных параметрах и режимах работы.

Простой пульт ДУ

Пульт с монохромным ЖК-дисплеем

Сейчас в продаже представлено немало моделей мультикоптеров, которые не укомплектованы пультом и рассчитаны на управление с мобильных устройств — смартфонов, планшетных ПК и пр. В этом случае на устройство, выполняющее роль пульта, устанавливается специальное приложение, а управление осуществляется при помощи сенсорного экрана, на котором отображаются виртуальные джойстики, регуляторы и пр.

Некоторые модели рассчитаны на управление с мобильного устройства — смартфона или планшетного ПК

При наличии у мультикоптера встроенной камеры и функции трансляции изображения можно выводить на экран мобильного устройства картинку («вид из кабины») в режиме реального времени. Наличие такой возможности обычно обозначается аббревиатурой FPV, которая расшифровывается как First Person View («вид от первого лица»).

Однако на практике управление при помощи мобильных устройств имеет ряд серьезных недостатков.

Начнем с того, что при ярком солнечном освещении изображение на экране плохо читается — что создает серьезные помехи для пилота. Ведь в отличие от аппаратных рычажков и кнопок виртуальные органы управления, отображаемые на экране, невозможно найти на ощупь.

Кроме того, нажатия на сенсорный экран обрабатываются операционной системой мобильного устройства с некоторой задержкой, которая практически незаметна при использовании обычных приложений, но может оказаться критичной в случае управления полетом в режиме реального времени.

И, наконец, одним из наиболее существенных недостатков такого варианта является ограниченный радиус действия. Дело в том, что связь летательного аппарата с мобильным устройством осуществляется по Wi-Fi. Встроенные беспроводные адаптеры смартфонов и планшетных ПК даже в идеальных условиях (на открытом пространстве) обеспечивают стабильное соединение на расстоянии не более 50-60 м.

Для некоторых моделей мультикоптеров, которые в базовой комплектации рассчитаны на управление с мобильного устройства, можно приобрести фирменный пульт как дополнительный аксессуар. Например, для квадрокоптера Bebop Drone компании Parrot доступно дополнительное устройство управления под названием Skycontroller, рассчитанное на работу в паре с планшетом или смартфоном.

Оно выполнено в виде штурвала и оборудовано двумя аппаратными джойстиками для управления полетом. В центре имеется кронштейн для крепления мобильного устройства. В корпус пульта Skycontroller встроен двухдиапазонный репитер Wi-Fi с четырьмя внутренними антеннами, который позволяет увеличить радиус действия беспроводного соединения с квадрокоптером до 2 км. Кроме того, у Skycontroller имеется выход HDMI для подключения видеоочков.

Пульт Skycontroller для квадрокоптера Parrot Bebop Drone

Итак, в случае приобретения малых и миниатюрных мультикоптеров, которые планируется эксплуатировать в помещении, управление посредством приложения, запускаемого на мобильном устройстве, является вполне приемлемым решением. Если же выбор пал на модель среднего или большого размера, предназначенную для использования на улице, наличие аппаратного пульта ДУ является обязательным условием для нормальной эксплуатации.

Современное применение мультикоптеров

Современное применение мультикоптеров весьма разнообразно: от игрушек, доставки товаров, любительских средств для фото- и видеосъёмки до пассажирских и грузовых транспортных средств и боевых роботов[6][7][8][9].

В любительских и профессиональных мультикоптерах используются коллекторные и бесколлекторные электродвигатели и литий-полимерные аккумуляторы в качестве источника энергии[10]. Винты могут быть установлены непосредственно на вал двигателя, либо через редуктор.

Это накладывает определённые ограничения на их полётные характеристики: типичная масса мультикоптера составляет от 1 до 4 кг, при времени полёта от 10 до 30 минут[11][12] (30—50 минут у уникальных единичных экземпляров).

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. 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.

Съемка и трансляция изображения

Для проведения фото- и видеосъемки с воздуха можно приобрести либо мультикоптер, оборудованный встроенной камерой, либо модель, позволяющую закрепить и поднять в воздух отдельную фото- или видеокамеру. Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки.

Квадрокоптер Parrot Bebop Drone оборудован встроенной в корпус камерой

Главные преимущества встроенной камеры — минимальные габариты и вес. Кроме того, встроенная камера получает питание от аккумуляторной батареи мультикоптера и управляется со штатного пульта — благодаря чему для проведения съемки не нужно модернизировать конструкцию летательного аппарата и обзаводиться дополнительным оборудованием. И, наконец, это не потребует лишних затрат: цена камеры входит в стоимость мультикоптера.

Квадрокоптер Syma x8cw укомплектован съемной камерой, которая прикрепляется к его корпусу снизу

В некоторых моделях, оснащенных встроенной или съемной камерой, реализована возможность трансляции изображения по Wi-Fi на мобильное устройство. В этом случае пользователь может видеть «живую» картинку с камеры на экране своего планшета или смартфона — что позволяет гораздо более точно компоновать кадр.

Серьезные недостатки встроенных камер — низкая разрешающая способность и не очень высокое качество получаемых изображений. Конечно, сейчас в продаже можно найти модели, оборудованные 10- и даже 20-мегапиксельными встроенными камерами, однако необходимо иметь в виду, что в силу объективных причин разрешающая способность отнюдь не является синонимом качества.

За примерами далеко ходить не надо — достаточно объективно оценить фотографии, сделанные при помощи смартфонов. Еще один принципиальный недостаток данного решения заключается в том, что при маневрах летательного аппарата встроенная в его корпус камера изменяет свое положение — что не всегда совпадает с замыслом оператора.

В силу ряда перечисленных выше причин многие предпочитают оснащать мультикоптер внешней камерой. Модели среднего размера способны транспортировать компактные и относительно легкие action-камеры, а большие мультикоптеры позволяют поднять в воздух зеркальный фотоаппарат или профессиональную видеокамеру.

Квадрокоптер DJI Phantom c action-камерой GoPro Hero 2

Начнем с того, что для установки дополнительного съемочного оборудования понадобится специальная оснастка (обычный или стабилизирующий подвес) и дополнительные аксессуары. В некоторых случаях может потребоваться доработка конструкции летального аппарата.

Специальный подвес для установки зеркальной фотокамеры

Кроме того, нужна система дистанционного управления съемкой. При использовании action-камер данная проблема решается довольно просто, поскольку многие устройства этой категории оборудованы встроенным адаптером Wi-Fi и могут управляться через мобильное приложение, запускаемое на смартфоне или планшетном ПК.

При наличии функции Live View также обеспечивается трансляция «живой» картинки с камеры на экран мобильного устройства. Единственной проблемой может оказаться радиус действия Wi-Fi-соединения, который зачастую оказывается значительно меньше, чем у штатного пульта управления мультикоптера.

Гексакоптер с видеокамерой, закрепленной на управляемом подвесе

Что касается фотоаппаратов и видеокамер, то в большинстве случаев для дистанционного управления их работой необходимо приобрести и установить дополнительный модуль. Это может быть как адаптер Wi-Fi, обеспечивающий возможность управления с мобильных устройств (а заодно передачу изображений и видео), так и приемник для специального пульта со встроенным радиопередатчиком.

Стоит также обратить внимание на то, что использование двух радиосистем, работающих в одном частотном диапазоне (например, пульта ДУ с передатчиком 2,4 ГГц и адаптера Wi-Fi), может привести к возникновению сильных помех. Естественно, это необходимо учитывать при установке дополнительного оборудования на мультикоптер.