Часть 1. Что такое квадрокоптер | CUSTOMELECTRONICS.RU

Что такое fpv?

First-person view — вид от первого лица.

First Person View (сокр. FPV) — вид от первого лица. Такой аббревиатурой называют одно из направлений радиоуправляемого авиамоделизма. В данном случае осуществляется не только управление авиамоделью по радиоканалу системы радиоуправления, но и приём с модели видео изображения по дополнительному видео-радиоканалу в режиме реального времени. Пилот, управляющий авиамоделью, видит изображение, получаемое с видеокамеры при помощи устройств отображения: мониторов, телевизоров, видео-очков, видео-шлемов.

Разделяют две подгруппы направления: Low Range FPV и Long Range FPV. В первом случае используют стандартный набор для FPV, включающий маломощный передатчик видеосигнала, позволяющий летать в зоне действия стандартного передатчика радиоуправления. Для дальних полетов используют усилители мощности или более мощные передатчики как для управления моделью, так и для передачи с неё видеосигнала.

На носу у квадрокоптера камера, которая снимает все происходящее и передает изображение на очки пилота. Вы как будто в воздухе и летаете.

Существует множество разных очков и две основных технологии передачи видео. Аналоговая и цифровая технология.

Первое видео, в котором пилот тренируется на гоночном квадрокоптере, видно, что такое аналоговая система FPV. Картинка похожа на ту, что мы видели в детстве на аналоговом ТВ. Она может быть с кучей помех, но при этом у нее минимальный латенси (нет лагов), с дальностью картинка постепенно шумит все больше и больше.

Цифровое FPV пока еще сырая технология, но у меня никаких нареканий нет. Из минусов которые могут быть, можно очевидно выделить — лаги или даже фризы (зависания картинки). Но такие системы как DJI FPV, местами даже более пробивные через стены и на расстояние чем аналоговые.

Часть 1. Что такое квадрокоптер | CUSTOMELECTRONICS.RU
(DJI FPV)

Более подробно рассмотрим комплектующие для FPV в следующих статьях этого цикла.

Электронные регуляторы скорости (Electronic Speed  Controllers / ESC)

Электронный регулятор скорости (ESC) (другие названия: электронный регулятор скорости, электронный регулятор хода) представляет собой электрическую цепь, которая призвана контролировать скоростной режим беспилотника (впрочем, и других типов летательных аппаратов, так как это устройство в различных модификациях есть и у самолетов).

Схема работы электронного регулятора хода предполагает подачу (на входе) напряжения с батареи и поступление сигналов с полетного контроллера (бортового компьютера дрона). А вот на выходе от регулятора поступает на привод управляющее напряжение. Отсюда понятно, что регуляторы хода должны быть совместимы с полетным контроллером, когда проектируется и собирается конкретная модель беспилотника.

О регуляторах можно рассказывать долго, а их важность для беспилотников бесспорна. Об этом говорит тот простой факт, что современные дроны полностью зависят от этого вида устройств для нормального полета и выполнения всех задач, которые ставятся перед конкретным видом летательного аппарата.

Поэтому DJI и другие производители дронов на электрической тяге много работают над совершенствованием электронных регуляторов хода. При выходе каждой новой модели беспилотника DJI старается внести усовершенствования и в ESC, о чем обязательно информирует будущего потребителя, например, о снижении энергопотребления и более высокой производительности.

Где же устанавливаются электронные регуляторы ходы? Как правило, эти устройства располагают в раме летательного аппарата. У дронов DJI они, как правило, располагаются в “руках” ближе к двигателям. Многие современные модели беспилотников оснащаются достаточно продвинутыми ESC, которые могут работать в различных режимах.

А это невозможно без качественного программного обеспечения (прошивки). Прошивка должна регулярно обновляться для исправления ошибок в кодах управления, а также для повышения эффективности работы устройства (снижения потребления тока и т.п.). Если вы приобретаете одну из моделей коптера бренда DJI, то вам не придется принудительно обновлять ПО, потому что при выходе новой версии прошивки, все происходит в автоматическом режиме. Поэтому вам лично не придется вносить какие-либо изменения в работу ESC.

Sdk и комплекты

Понятно, DJI — не единственный пример. SDK есть у Parrot, 3DR, Skydio, Yuneec (правда 3DR, Yuneec и Parrot работают с open-source-платформами, о них мы поговорим далее). 

По сути сейчас мы наблюдаем процесс формирования целого рынка программного обеспечения для таких программируемых дронов. 

Некоторое ПО, в т.ч. на DJI (несмотря на то, что он не open-source) можно найти на GitHub.

Кстати, образовательные решения тут тоже есть. Например, тот же DJI выпускает специальный комплект из нескольких дронов, рассчитанный на обучение целой группы студентов программированию на Scratch, Python и Swift. 

Помимо проприетарных, есть множество DIY-решений, основанных на популярных универсальных полетных контроллерах. Откровенно говоря, DIY-сообщество в свое время и стало родоначальником всего рынка управляемых дронов. Компании с рынка радиоуправляемых моделей взялись за разработку БПЛА лишь тогда, когда идея стала популярна в народе и можно было построить какие-то бизнес-прогнозы.

DIY-решения обычно опираются на какую-то из доступных систем управления (автопилотов), например Ardupilot или Pixhawk. А контроллер подбирается из списка поддерживаемых для выбранного автопилота. Впоследствии его можно даже доукомплектовать оборудованием (если прошивка позволяет это сделать). Под такие решения есть свои универсальные платформы разработки, например MAVSDK (его поддерживают 3DR, Yuneec и Parrot).

По аналогии с 3D-принтерами некоторые производители выпускают кит-комплекты для DIY дронов. К примеру, в упомянутом выше хакатоне ребята работали с дронами «Иволга» отечественного производства. Есть и другие примеры, например, Ardupilot, как производитель, предлагает на рынке собственные наборы, цена на которые варьируется в зависимости от комплектации.

Часть 1. Что такое квадрокоптер | CUSTOMELECTRONICS.RU
Пример комплекта с Aliexpress

На базе open source контроллеров встречаются и промышленные решения.

Начиная с самосборных решений под управлением готового автопилота, некоторые энтузиасты переходят к разработкам собственного автопилота. Так мир open source в этой части постоянно расширяется. Однако это задача не для новичка. Поскольку суть заключается не столько в самом программировании, сколько в решении инженерных задач.

Виды квадрокоптеров: классификация по размерам

Одним из основных критериев выбора коптера считаются его габариты. Одним пользователям нравятся маленькие квадрокоптеры. Он просты в управлении (обучение обращению с квадрокоптером редко длится более получаса), занимают мало места, а их приобретение обычно обходится достаточно дешево.

Большим плюсом является отсутствие сложностей в организационном плане. Например, покупателям не нужно думать, как зарегистрировать квадрокоптер. Можно просто купить и наслаждаться его функционалом на частной территории. Самые большие (профессиональные) аппараты необходимо регистрировать. Зато они открывают обширные возможности – как в плане функционала, так и в плане удобства эксплуатации.

Классификация квадрокоптеров по габаритам выглядит следующим образом:

  • Мини. Небольшое устройство со скромным радиусом действия. Обычно используется как игрушка – в помещении или во дворе. К достоинствам аппарата можно отнести высокую маневренность, к недостаткам – невозможность полноценного использования при сильных порывах ветра.
  • Маленький. Такой коптер быстр и удобен в управлении, благодаря чему его используют не только для баловства или съемки ландшафта, но и для любительских гонок на любой местности – как на равнинах, так и в лесу.
  • Средний. Характеризуется оптимальным сочетанием маневренности и грузоподъемности. Плюсом является устойчивость к порывам ветра. Используется как для продолжительной съемки, так и для проведения гонок на высоких скоростях.
  • Тяжелый. Имеет тяжелый массивный корпус, за счет чего считается самым надежным решением, но значительно уступает более мелким моделям в маневренности. Такой аппарат можно применять для съемок в неблагоприятных условиях и для кратковременных перевозок небольших грузов.

Для начинающих «летчиков», еще не знающих, как настроить квадрокоптер, больше подойдут маленькие модели. Опытным пользователям однозначно понравятся более тяжелые аппараты. Слишком уж много возможностей они открывают перед профессиональными «пилотами».

Возможные области применения квадрокоптеров

Уже сейчас коптеры используют для доставки легкого, но ценного груза в труднодоступные регионы. Речь о транспортировке вакцины в страны Африки, о пересылке еды в горные поселения и, конечно же, о доставке продуктов в изолированные зоны. Все эти действия продиктованы необходимостью, но в будущем подход может измениться, причем известные логистические организации уже заявили о намерении приобретать и настраивать квадрокоптеры ради доставки обычной почты и мелких посылок.

Прогнозируется и использование квадрокоптеров в развлекательной индустрии. К примеру, не так давно «Диснейленд» подал запрос на патентование идеи демонстрации видеоизображений прямо в воздухе. Это нововведение предназначено, прежде всего, для показа рекламы и мультфильмов. Хотя владельцы парка развлечений видят и другие пути применения технологии.

Некоторые люди и вовсе призывают применять мини квадрокоптеры с камерой для организации слежки за выявленными и потенциальными преступниками. Однако такое решение противоречит правам человека, а потому вряд ли будет использовано в будущем. По крайней мере, официально.

Некоторые компании, занимающиеся разработкой квадрокоптеров, ставят целью создание аппаратов, подходящих для транспортировки небольших групп людей. Главными сложностями реализации такого решения является достижение необходимых показателей грузоподъемности (до 300-400 кг) и обеспечение достаточного количества времени полета коптера. При этом желательно обеспечить удобство и рентабельность подобной транспортировки.

Также в обществе периодически мелькают опасения касательно использования квадрокоптеров в качестве оружия. Быстрые и незаметные летательные аппараты в умелых руках способны доставить довольно много неприятностей, а оттого вероятность возникновения подобного сценария и кажется достаточно высокой.

Для чего нужен квадрокоптер

Активное развитие и внедрение коптеров в гражданскую среду, привели к росту вариантов использования:

  1. Пассажирские перевозки — так, в Дубаи, на международном саммите была продемонстрирована модель беспилотного такси Ehang 184, которое может находиться в воздухе около 30 минут за один полёт. По сути это одноместный восьми-роторный аппарат, который лишен каких-либо органов управления, т.е. фактически человек летит в этом аппарате в качестве пассажира, а не пилота. В небольшой кабине располагается кресло и планшет с сенсорным экраном, используя который вы можете указать пункт назначения. В 2021 году первый тестовый полет совершило аэро-такси Vahana компании Airbus. В феврале этого же года, сообщили о секретном аэро-такси Joby Aviation, стартап проекта уже привлек 100 млн долларов.
  2. Хозяйственная деятельность — дроны берут на себя отдельные функции авиации: проведение аэросъёмки или других видов сбора данных, нужных для сельского хозяйства, контроля ситуаций на дорогах и в любых удалённых участках. С их помощью отслеживают пути миграции животных, находят затерявшиеся суда, выявляют уровень гидрометеорологической опасности, проводят обследование линий электропередач.
  3. Развлекательные / спортивные шоу — такие аппараты чаще всего оснащаются несущими винтами и являются подобием вертолётов, а не самолётов. Данная конструкция наиболее рациональная, поскольку не требует наличия взлётно-посадочной полосы. Развлекательное использование БПЛА недавно расширилось воздушными гонками. Чаще всего для них используются модели самостоятельной сборки или существенно переработанные готовые. В результате они получают возможность набирать скорость выше 150 км/ч, но относятся к аппаратам с малыми габаритами. Отметим, что стартап Alauda Racing запустил на платформе Kickstarter сбор средств на первые в мире гонки на пилотируемых мультикоптерах, которые планируются в 2020 году.
  4. Профессиональная или любительская фотосъемка — все современные модели оснащаются высококачественной камерой и позволяют делать восхитительные снимки там, куда человек не смог бы никогда добраться самостоятельно.
  5. Грузовые перевозки — в 2021 году компания Amazon провела испытания по доставке посылок с помощью коптера и подала заявку на технологию доставки груза при помощи парашюта. В последние месяцы активно появляются новости с концептами больших грузовых беспилотников, способных перемещаться на высоких скоростях и перевозить до нескольких тонн. Как, например, модель Draco-2 компании Sabrewing Aircraft и тестовая сборка компании Boeing.
Смотрите про коптеры:  Обзор квадрокоптера JJPRO X5: однозначно народный любимец / Дроны, квадрокоптеры, моделизм / iXBT Live

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.

Математическая физика дронов ( теория управления — "алгоритмы" )

Смотрите про коптеры:  Получение разрешения на полёт дрона (БВС, БПЛА) в Российской Федерации / Хабр

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.

Рекомендации по покупке квадрокоптера

Популярность дронов сегодня растет лавинообразно. Многие люди приобретают их просто для видео-селфи, которые можно выложить в Интернет, чтобы удивить и порадовать своих подписчиков в соцсети.

Сразу предупредим: при покупке беспилотника не соблазняйтесь его слишком низкой ценой. На современном рынке много подделок, которые стоят сравнительно дешево, но ведь и небольшую сумму жалко «выбросить на ветер».

Лидерами по оптимальному соотношению цены и качества являются сегодня квадролеты китайской фирмы DJI. Выбрать можно как профессиональные дроны (скажем, DJI Phantom 4 Pro), так и более простые, но очень качественные модели (к примеру, DJI Mavic Air).

При выборе конкретной модели нужно исходить из тех задач, которые вы хотите решать с помощью БПЛА. Например, видео с беспилотника может передаваться в режиме реального времени или же записываться на флеш-память. Первый вариант, разумеется, предоставляет куда больше возможностей по видеосъемке и видеомониторингу.

Дроны различаются и по количеству каналов управления: чем их больше – тем лучше. Новичкам посоветуем обратить внимание на наличие такой полезной функции гаджета, как Headless Mode, благодаря которой не нужно задумываться, где у квадрокоптера перед, а где зад.

Смотрите про коптеры:  Гоночные и спортивные квадрокоптеры, купить квадрокоптер для гонок с FPV камерой и очками недорого

Предпочтительнее также выбрать БПЛА с гироскопом: этот миниатюрный датчик контролирует положение дрона во время полета, обеспечивая ему завидную устойчивость, особенно при сильном ветре. В данном случае коптер просто зависает, благодаря чему уменьшается риск сноса его в сторону и столкновения с препятствием.

И, конечно же, огромное значение для любого дрона имеют дальность полета и продолжительность нахождения в воздухе.

Рынок бытовых квадрокоптеров

Несмотря на огромное разнообразие бытовых беспилотников, их можно разделить на три основные группы:

  • Квадрокоптеры для новичков. С ними легко справляются даже дети, отчего такие БПЛА нередко называют игрушками. Однако данные гаджеты хорошо подходят и для взрослых, только начинающих осваивать дроны. Эти аппараты обычно имеют микропроцессор, в обязательном порядке — 6-осевой гироскоп, а также простейший барометрический сенсор (для удержания высоты);
  • Любительские мультикоптеры. Их, как правило, приобретают уже опытные специалисты, которым дроны нужны для решения конкретных задач, скажем, для съемки свадеб, организации воздушных состязаний и так далее. Такие беспилотники обычно оснащены автономными функциями полета и съемки;
  • БПЛА для профессионалов. Предназначены, как нетрудно догадаться, для использования в профессиональной сфере, и управляют ими только опытные пилоты. С помощью этих устройств выполняются спасательные операции, сложная аэросъемка, мониторинг земельных угодий и многое другое. Обладая всеми основными функциями, присущими современным мультикоптерам, такие аппараты оснащены высококачественными видеокамерами, отличной электронной начинкой, емкими аккумуляторами, что обеспечивает дальность полета и качественную съемку. Правда, и стоят профессиональные беспилотники соответственно.

Стабилизация полета

Помимо преобразования команд оператора в команды двигателя полетный контроллер стабилизирует полет платформы. Стабилизация необходима по нескольким причинам:

  • неидентичность винтомоторных групп (ВМГ)
  • неидентичность регуляторов оборотов
  • неравномерность распределения нагрузки на двигатели из-за смещения центра тяжести
  • «сдувание» ветром

Для компенсации этих воздействий в составе полетного контроллера есть инерциальная измерительная система, которая включает в себя акселерометр, гироскоп, магнитометр и барометр. В более дорогих моделях дополнительно используют GPS-приемники. Даже в те моменты когда оператор пытается просто удерживать коптер на месте полетный контроллер продолжает активно менять двигатель тягу двигателей компенсируя все возможные ускорения и вращения.

Ссылки на остальные части цикла статей о квадрокоптерах:Часть 2. Элементы квадрокоптераЧасть 3. Все об аккумуляторах для квадрокоптеровЧасть 4. Рама квадрокоптераЧасть 5. Подсветка коптераЧасть 6.

Подключение элементов квадрокоптераЧасть 7. Настройка пульта Turnigy9x для коптераЧасть 8. Настройка регуляторов оборотов бесколлекторного двигателяЧасть 9. Настройка полетного контроллера DJI NAZAЧасть 10. Гиростабилизированный подвес для камеры SJ4000

Структурная схема квадрокоптера

Есть множество способов конфигурации двигателей: трикоптер, гексакоптер, октокоптер, но самый простой из них в сборке и управлении, это квадрокоптер, то есть мультироторная платформа с четырьмя двигателями. Мы построили именно квадрокоптер, поэтому будем рассматривать его.

В свою очередь квадрокоптер может иметь и Х- конфигрурацию. У « »-коптера один из лучей направлен вперед, у «Х»-платформ основное направление находится между двумя соседними лучами. Эти два типа не отличаются друг от друга ничем, кроме того что на последнем проще закрепить камеру так, чтобы в ее поле зрения не попадали работающие винты.

Поэтому наш коптер имеет «Х»-ориентацию.Сразу скажу, что все изложение будет привязано к тому оборудованию, которое используем мы. Это проверенное сочетание устройств, которое мы рекомендуем и вам, так как они наиболее широко распространены, доступны и получает даже на первых парах получить неплохую стабильность полета.

Подробное описание использованного оборудования вы сможете найти в следующей статье цикла.На структурной схеме весьма условно все составляющие части нашего квдрокоптера. Красным цветом показаны цепи питания и черным — линии данных. На структурной схеме показаны те элементы, которые используем мы. Вид сверху:

Управление коптером осуществляется при помощи пульта управления, который передает команды радиоприемнику. Мы используем пульт Turnigy 9x. Сами модули радиоканала могут быть приобретены отдельно и установлены в совместимый пульт, но гораздо чаще используются готовые решения пульт с радиомодулем приемник.

Пульт питается от батареек, а радиоприемник получает питание от Полетного контроллера. Связь односторонняя, только от пульта к приемнику. Обычно приемник подключается к полетному контроллеру четырьмя проводами, по которым передаются сигналы поворота вокруг трех осей и команда «газа».

Задача полетного контроллера — переводить команды от пульта управления в сигналы задающие обороты двигателя. Также в нем установлены инерциальные измерительные датчики, позволяющие следить за текущим положением платформы и выполнять автоматические регулировки.

Мы используем полетный контроллер DJI NAZA. который состоит из двух блоков. В первом из них находится стабилизатор питания и светодиод, отображающий статус. Во втором (основном) — непосредственно управляющая электроника. Разделение частей полетного контроллера обусловлено тем, что второй блок при установке должен быть размещен в строго определенном месте, а второй блок там, где оператору будет видно светодиод статуса.

ESC — это регуляторы оборотов электродвигателей. Дело в том, что в квадрокоптерах используют специальные бесколлекторные, которые способны работать на очень больших оборотах. Для управления этими двигателями необходимо формировать трехфазное напряжение и относительно большие токи, чем и занимаются регуляторы оборотов.

Для каждого двигателя необходим свой регулятор оборотов. Для управления регуляторами оборотов принят такой же сигнал как и для сервоприводов, то есть импульсы следующие с частотой 50Гц и длительностью, меняющейся от 0,8 до 2,1мс. Чем длиннее управляющий импульс, тем выше обороты двигателя.

Все четыре регулятора оборотов подключаются к полетному контроллеру. Питаются регуляторы непосредственно от аккумулятора. Обычно регуляторы имеют встроенный стабилизатор на 5В, который в коптерах используется редко. Этот стабилизатор необходим, когда нужно подключить регулятор напрямую к приемнику, в тех случаях когда двигатель только один (например, в авиамоделях).

Каждый двигатель подключен к своему регулятору оборотов тремя проводами. Последовательность подключения проводов определяет направление вращения двигателя.Аккумулятор питает регуляторы и полетный контроллер. В строительстве коптеров применяют специализированные литий-полимерные аккумуляторы, о которых мы отдельно потом расскажем позже.

Чем занимается полетный контроллер

Насколько легко или сложно управлять конкретным дроном, в том числе и программировать его, определяет полетный контроллер и его программное обеспечение. Именно на него ложится задача управления физикой полета. Благодаря контроллеру оператору достаточно знать только базовые понятия и определения, и нет необходимости защищать докторскую по аэродинамике, чтобы совершить первый полет.

Контроллер решает классические задачи по:

  • ориентации беспилотника вокруг его центра масс;
  • ориентации центра масс беспилотника в пространстве;
  • движению БПЛА по маршруту;
  • избежанию коллизий с другими беспилотниками, если это групповой полет, или с иными объектами. Например, есть много разработок безопасных дронов, которые не сталкиваются с людьми, — все зависит от конкретной задачи;
  • управлению полезной нагрузкой — камерой, захватами для груза и т.п.;
  • передаче информации, в частности, приему команд с пульта, если управление осуществляется вручную;
  • корректировке полета, в т.ч. в больших формациях.

Часть 1. Что такое квадрокоптер | CUSTOMELECTRONICS.RU
Полетный контроллер Arducopter
Часть 1. Что такое квадрокоптер | CUSTOMELECTRONICS.RU
Полетный контроллер DJI A3

Полетные контроллеры присутствуют на рынке как самостоятельно, так и в составе готовых дронов.

Среди готовых решений широко известны китайские DJI. Вслед за полетным контроллером, шесть лет назад, китайцы предложили SDK, с которым можно создавать вполне профессиональные решения. Вот лишь небольшой список уже решенных задач:

  • контроль неправильно припаркованных автомобилей и дорожного движения в целом;
  • обследование и обработка территорий в сельском хозяйстве (в том числе, поля и виноградники);
  • 3D-реконструкция модели поверхности земли — маркшейдерские работы, трехмерная реконструкция природных туристических объектов и т.п.;
  • контроль флотилии дронов для развлекательных целей или быстрого прочесывания местности.

Языки и среды разработки

В двух словах программирование дрона сводится к контролю координат промежуточных точек и высоты над землей с одновременным управлением полезной нагрузкой в зависимости от поставленной задачи.

Используемый для программирования язык, как и среда разработки, определяется системой управления, а в случае с проприетарными решениями — производителем контроллера.

Но пока на рынке царит настоящий зоопарк подходов и языков.


Часть производителей вообще предлагает собственные среды — как упомянутый выше DJI.

Сообщества, разрабатывающие опенсорсные полетные контроллеры, от них не отстают. Исторически сложилось, что большинство DIY решений основано на среде Arduino. Тот же Ardupilot в свое время разрабатывался для управления дроном с контроллером ATMega 2560, а в качестве среды разработки использовал оболочку Arduino.

Но сегодня этого уже недостаточно. Задачи, возложенные на беспилотники, усложняются, а вслед за этим растут требования к железу и ПО. Так что аппаратная составляющая меняется. Даже опенсорсные решения уже базируются не на контроллерах, а на полноценных процессорах с ARM-архитектурой (по аналогии со смартфонами).

Среды разработки, соответственно, также дорабатываются и усложняются. Они становятся кроссплатформенными, но пока все еще ориентированы на конкретный автопилот. И хотя на данный момент существуют общепринятые частные стандарты (например, передачи данных или взаимодействия беспилотников с наземными станциями), до выявления лидера среди языков разработки и SDK пока далеко.

С точки зрения гарантированного выбора направления развития этот этап становления рынка абсолютно непредсказуем. Однако именно сейчас время самых интересных проектов, ведь столько задач еще не решено!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector