Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI? Мультикоптеры
Содержание
  1. Что такое инерциальный измерительный блок (imu) и для чего он нужен?
  2. Калибровка квадртокоптера. основные моменты
  3. Почему квадрокоптер тянет в сторону?
  4. Амортизатор вибраций (демпфер)
  5. Блок управления подвесом (gcu)
  6. Бортовая электроника
  7. В чем разница между 2- и 3-осевыми подвесами?
  8. Воспроизводимость результатов
  9. Где должна происходить калибровка?
  10. Грабли
  11. Для чего нужна калибровка квадрокоптера
  12. Для чего предназначены системы стабилизации воздушной съемки?
  13. Дополнительные компоненты для подвеса и камеры
  14. Из каких компонентов состоит подвес?
  15. Как калибровать квадрокоптер syma
  16. Как подвес дрона двигается по осям?
  17. Как работает “механика” подвеса?
  18. Какие кнопки есть на пульте управления syma x5c
  19. Калибровка пид
  20. Камеры и датчики
  21. Матчасть
  22. Начнем с настройки камеры gopro.
  23. О нас
  24. Первая авария
  25. Перейдем непосредственно к настройкам программы reelsteady go.
  26. Подготовка квадрокоптера к полёту
  27. Подготовка коптера к первому взлету
  28. Полёт коптера с нашей системой стабилизации
  29. Программное обеспечение
  30. Революция в управлении воздушными камерами
  31. Решение проблем с пду или джойстиком
  32. Синхронизация пульта с коптером
  33. Сколько это стоит?
  34. Следует ли калибровать квадрокоптер?
  35. Телеметрия
  36. Типы калибровки
  37. Триммирование квадрокоптера
  38. Итоги

Что такое инерциальный измерительный блок (imu) и для чего он нужен?

У большинства моделей современных подвесов, например, у линейки DJI Zenmuse, имеется встроенный инерциальный измерительный блок. Кроме того, у подвесов Zenmuse есть дополнительный встроенный инфракрасный модуль. Блок IMU работает на основе специальных алгоритмов, обеспечивающих не только полную стабилизацию съемочного процесса, но удобный и простой контроль над всей системой.

Так как блок IMU уже встроен в подвес, то никакого дополнительного оборудования или проводки не потребуется. А это позволяет снизить вес и быстрее выполнять съемку. Например, вы можете дистанционно управлять затвором, используя инфракрасный приемник.

У IMU может возникать смещение по времени как изначально, так и после установки. Если угол обзора правильный, то камера снимает горизонт в виде прямой линии. Но если угол обзора смещен, то тогда возникают проблемы с наклоном горизонта. Впрочем, не стоит сильно беспокоиться из-за этого, так как существует несколько методов исправить данный недостаток, включая метод калибровки подвеса и дронов.

Возвращаясь к IMU, отметим перечень задач, которые оно призвано выполнять: измерение и передача информации об удельной силе тела, измерение и передача данных об угловой скорости, а иногда и о магнитном поле, окружающем тело. Выполняются данные задачи с помощью комбинации акселерометров и гироскопов, а также иногда с помощью магнитометров.

Смотрите про коптеры:  Можно ли запускать квадрокоптер в городе, штраф за квадрокоптер

Калибровка квадртокоптера. основные моменты

Существует два варианта действий:

  • механическая (применяется при небольшом отклонении в полете, представляя собой обычное подкручивание регулятора, отвечающего за тягу в одну или другую сторону, который расположен между сервоприводом и тарелкой);
  • автоматическая (предполагает настройку работы напрямую с пульта управления и проводится при необходимости сместить триммер на 5 позиций).

Сама калибровка проводится следующим образом:

Если появились проблемы, то сбрасываем до нуля настройки. Для этого поставьте дрон на ровную горизонтальную площадку, включите его и потяните одновременно левый джойстик вниз, а правый налево. Сделайте паузу, необходимую для настройки гироскопа, а затем одновременно левый стик отведите вниз, а правый направо. дождавшись калибровки акселерометра.

Теперь попробуйте вновь запустить дрон и поднять его на высоту не меньше полуметра (ниже нет смысла, так как коптер будет удерживаться воздушной подушкой, образующейся при вращении винтов). Если проблема не исчезла, то требуется триммирование.

Почему квадрокоптер тянет в сторону?

Самой распространенной проблемой с дронами остается их нестабильное положение и «увод» в сторону в условиях безветренной погоды. В большинстве случаев проблема решает калибровка и триммирование. Если это не помогает, то проблема может быть более серьезной и нужно проверить следующие моменты:

  • правильность подключения;
  • корректность направления вращения пропеллеров;
  • наличие неисправностей в приводах пропеллеров;
  • целостность отдельных элементов, ведущих к разбалансировке коптера.

Достаточно часто причиной проблем становится попытка самостоятельного или неквалифицированного ремонта, что нужно учитывать при техническом обслуживании. Если вы решите калибровать или ремонтировать дрон самостоятельно, то действуйте внимательно и соблюдайте требования инструкций.

Амортизатор вибраций (демпфер)

Если вам придется когда-либо разбирать подвес или увидеть его в разобранном виде, то вы обязательно обратите внимание на пластину со специальными элементами из резины, напоминающими что-то вроде рессор или амортизаторов. Это и есть один из важнейших компонентов современного подвеса – амортизатор вибраций или демпфер.

О важности этого блока говорит круг задач, которые он призван выполнять: снижать или демпфировать вибрацию средних и высоких частот, генерируемую дроном и направляемую к камере. При этом демпфер допускает низкочастотное движение пластины вместе с движением корпуса беспилотника.

Смотрите про коптеры:  | Аппаратура радиоуправления | Подбор сервомеханизмов для рулей моделей самолетов

Если приходится менять этот элемент подвеса, то не стоит экономить, тем более, что его общая стоимость не такая уж и высокая. Качественные профессиональные демпферы изготавливаются с применением композитных материалов и качественной резины для амортизирующих шариков.

Блок управления подвесом (gcu)

Блок управления подвесом (GCU), по сути представляет вариант компьютера, получающего данные с гироскопов. На их основе оне передает команды на двигатели подвеса, указывая им, как нужно двигаться. Блок управления подвесом обычно подключается к системе управления полетом и активно с ней взаимодействует.

Система управления полетом помогает контролировать работу подвеса. Одновременно блок управления отвечает за вывод видеоинформации на видеолинк для передачи видеосигнала. Системы управления полетом по-другому называют полетными контроллерами. У DJI выпущено уже несколько поколений таких устройств, например, DJI N3 и DJI A3.

Бортовая электроника

Основной компонент, который мы разрабатывали самостоятельно, — плата стабилизации. Изначально она была основана на платформе Arduino Uno, потом заменили на более мощную Due, что позволило увеличить частоту ПИД-регуляторов с 40Гц до 66.(6)Гц.

Пропеллеры коптера приводятся в движение компактными бесколлекторными двигателями в связке со стандартными контроллерами оборотов — ESC. Мы используем ESC с изменённой прошивкой.

Для питания всей системы используется литий-полимерный аккумулятор (3S). Из соображений безопасности мы решили сделать систему мониторинга напряжения на аккумуляторе. В штатном режиме использования аккумуляторов система ведёт себя достаточно стабильно. Однако на начальных этапах работы мы наблюдали эффекты, вызванные неоптимальным использованием батарей:

Для наших целей ESC было решено перепрограммировать. Благодаря использованию прошивки tgy (от SimonK) мы добились уменьшения задержки системы на пути от центрального контроллера до двигателей. В результате компоненты ПИД и угловая скорость стали более синусоидальными, а поведение всей системы приблизилось к поведению математической модели.

Для измерения динамических параметров используются следующие датчики:

В чем разница между 2- и 3-осевыми подвесами?

Главное отличие в качестве съемки, так как 3-осевые подвесы обеспечивают лучшую стабилизацию при видеосъемке по сравнению с 2-осевыми подвесами. Причина проста. В то время как 3-осевые модели стабилизируют по трем осям (рыскание, тангаж и крен), двухосевые подвесы только по оси тангажа и крена.

Смотрите про коптеры:  Как работает квадрокоптер, как им управлять — 5 разделов для новичков

Если у подвеса имеется 3-осевая стабилизация, то он способен либо значительно уменьшить, либо даже полностью устранить эффект “желе”. Это происходит за счет работы третьего двигателя, поглощающего нежелательные движения по оси рыскания. Правда, у трехосевых подвесов есть и недостатки: больший вес и цена, большее потребление энергии из-за наличия своих двигателей.

Воспроизводимость результатов

Чтобы создать такое устройство, нужно собрать аналогичную механическую конструкцию, эквивалентную электронную схему и использовать наше ПО.

Где должна происходить калибровка?

Калибровка квадрокоптера осуществляется на высоте более полуметра. Так и безопаснее, и ничего не мешает. Калибровать удобней всего при безветрии.

Грабли


В случае с корректировкой мощностей моторов необходимо не допускать слишком низких и слишком высоких мощностей, при которых стабилизация работает неверно.

С одной стороны, существует минимальная мощность, которую уменьшить нельзя, или моторы просто остановятся. С другой, уменьшение мощности может быть необходимо для правильной работы алгоритма. Если мощность (throttle) уменьшить слишком сильно, ПИД может «зашкаливать» в нижнюю сторону. Чтобы решить эту проблему, мы ограничиваем доступные пилоту мощности.

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?
Другая опасность — влияние побочных вибраций от моторов на Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

Для чего нужна калибровка квадрокоптера

Дрон в полёте может клониться в стороны и крутиться по кругу. Неправильная настройка квадракоптера может привести к несчастному случаю, Вы можете нанести телесные травмы себе и окружающим или испортить чьё нибудь имущество и вся ответственность ляжет на оператора который управлял данным аппаратом. Так что с помощью триммирование квадрокоптера  Вы сможете его  настроить и избежать непредвиденных ситуаций.

Для чего предназначены системы стабилизации воздушной съемки?

Основная задача подвеса с системой стабилизации, устанавливаемого на квадрокоптер, дать оператору (пилоту) возможность фотографировать или снимать видео без влияния на качество кадров вибрации или дрожания камеры. Внешние воздействия на съемочную систему возникают в ходе маневров дрона в воздухе, из-за работы двигателей и пропеллеров, а также от воздействия ветра или других внешних факторов.

Как правило, на подавляющем большинстве моделей коптеров камера может двигаться по желанию оператора. Если для работы камеры используется специальный подвес вроде DJI Zenmuse или DJI Ronin-MX, то возможностей для съемки становится еще больше, поэтому такие комплексы активно применяются для профессиональной съемки.

За кулисами фильма “Оперный театр Астаны”. Съемки с квадрокоптера DJI Inspire 2 с установленной на нем камерой и подвесом DJI Zenmuse 7

Виртуозная работа камеры обеспечивается, кроме всего прочего, идеальной работой 3-осевого подвеса со стабилизацией, который с помощью своих трех бесколлекторных двигателей может регулировать положение камеры по трем осям (панорамирование, поворот, наклон) после команды оператора.

Однако чистой механики, пусть и очень совершенной, недостаточно для эффективного функционирования подвеса в столь сложных условиях. поэтому на помощь приходят алгоритмы, позволяющие стабилизатору замечать разницу между преднамеренным движением камеры по команде с пульта или мобильного устройства (панорамирование или съемки в движении) от непреднамеренного движения, вызванного вибрацией или тряской во время маневра. Алгоритмы помогают стабилизатору заставить камеру работать плавно без дерганий и тряски.

Дополнительные компоненты для подвеса и камеры

Для решения профессиональных задач пользователи могут дооснащать свою летающую платформу с подвесом и камерой различным оборудованием. Так часто делается в строительстве, геодезии и других сферах профессиональной деятельности, где требуются точные данные измерения наземных объектов с воздуха, составления карт и 3D-моделей объектов.

Например, пользователь может установить на свой дрон датчик телеметрии DJI IOSD Mark II, который взаимодействует с камерой и подвесом. Но его преимущество не только в эффективном выполнении прямых задач. В его конструкции имеется встроенный модуль BEC. С его помощью можно подключить батарею типа 3S – 6S LiPo, чтобы подавать питание на камеру и основной контроллер.

А поскольку такие устройства, как DJI IOSD MARK II, работают вместе с полетным контроллером, то вы получаете еще и дополнительные выгоды в виде стабильного пилотирования и уменьшения вибрации, которая может негативно повлиять на подвес и работу камеры.

Теперь вы знаете хотя бы в общем то, как устроены и как функционируют подвесы для летающих камер DJI. Какие же подвесы для съемки можно считать лучшими, об этом читайте в нашем специальном обзоре.

Подвес с камерой DJI Zenmuse 30 для профессиональных летающих платформ

Из каких компонентов состоит подвес?

На схеме выше изображен подвес DJI Zenmuse Z15-5D III (HD), который можно использовать для установки на него камеры Canon 5D Mark III. По своему устройству большинство современных моделей подвесов напоминают Zenmuse Z15. Поэтому, если вы разберетесь в этих компонентах, вы поймете устройство и других моделей подвесов для беспилотников.

Как калибровать квадрокоптер syma

Принципиально триммирование и настройка подобных дронов не отличается от описанной выше процедуры. Ее можно легко провести собственными силами с помощью инструкции, прилагаемой к коптеру. Также обратим внимание, что модели Syma оснащены устройством, контролирующим уровень заряда аккумулятора.

При приближении последнего к критическому уровню дрон самостоятельно снижается до безопасной высоты, что предупредит его повреждение при полной разрядке и падении на землю. Про этот момент нужно обязательно помнить и если не удается произвести настройку квадрокоптера, то обратите внимание на уровень заряда.

Как калибровать квадрокоптер Syma

Сам процесс калибровки и триммирования не отличается от моделей других производителей. Для начала нужно запустить дрон на высоту чуть выше полуметра и понаблюдать за ним. Если происходит самопроизвольное смещение, то нужно подкорректировать, учитывая следующие моменты:

  • при вращении влево триммер под левым джойстиком управления нужно медленно сдвигать вправо до момента прекращения подобного движения и на оборот;
  • при движении аппарата вперед или назад нужно передвигать триммер под правым джойстиком также в противоположном направлении.

Обратите внимание, что передвигать триммер нужно очень медленно из-за риска перестараться и необходимости откалибровать его уже в обратном направлении.

Как подвес дрона двигается по осям?

  • Панорамирование (рыскание): движение рыскания – это боковое движение подвеса/камеры влево или вправо. У большинства подвесов для беспилотников имеется движение на 360 градусов. Если ваш дрон оснащен убирающимися шасси, то такое устройство предоставляет для камеры на подвесе полный круговой обзор на 360 градусов. Например, дроны DJI Inspire 1 и DJI Inspire 2 оснащены поднимающимися “лучами” с шасси, позволяющими камере производить съемку в любом направлении.
  • Крен: положительный угол крена поднимает подвес / камеру влево или вправо. Zenmuse Z15 выше имеет / -15 градусов крена.
  • Наклон (тангаж): движение подвеса и камеры вверх и вниз. На приведенной выше схеме подвеса видно, что она имеет диапазон перемещения от -90 до 15.

Как работает “механика” подвеса?

Для движения подвеса используются три модуля с сервоприводами (для панорамирования, поворота и наклона системы). Как правило, DJI и другие производители изготавливают подвесы, включая их компоненты, с учетом особенностей конкретных камеры (обычно рекомендованные модели указываются особо) и матрицы.

Пример съемки фильма “The Circle” с помощью дрона DJI Inspire 2 и подвеса с камерой Zenmuse X4S

Почти все современные подвесы для беспилотников работают (точнее, приводятся в движение) благодаря бесколлекторным (бесщеточным) двигателям. Отличие бесколлекторного двигателя от коллекторного (щеточного) заключается в принципе подачи электрического тока на коммутатор или электромагниты, заставляющие вращаться ротор.

Обычному пользователю может показаться, что именно отсутствие щеток и физического контакта – это базовое отличие двух моделей электродвигателя, однако это не совсем так. Важным элементом является наличие электромагнитов по периметру ротора, о чем уже упоминалось.

Какие кнопки есть на пульте управления syma x5c

  • Левый и правый стики (джойстики);
  • Переключение режимов (слева от левого стика);
  • Поворот на 360 градусов (справа наверху);
  • Переключатель «вперед-назад» (слева от правого стика);
  • Переключатель режимов (под правым стиком);
  • Кнопка «вкл-выкл» (в центре, над дисплеем).

Калибровка пид

Для углов Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

Хотя такой подход не самый эффективный (мы не знаем «срок годности» коэффициентов количественно и считаем их константами), на практике задача стабилизации коптера в полёте была нами решена. Правда, возникла проблема с управлением, но об этом позднее.

Камеры и датчики

Все вышеперечисленные детали бесполезны без камеры или датчика для воздушной фотосъемки, видеосъемки или 3D-изображений. Подвес должен иметь специальные правильные крепления, винты и кабели для подключения камеры к подвесу и блоку управления.

Матчасть


Определим невязку — разницу между требуемым и реальным значением некоторой величины:

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

 — требуемое значение величины (угол с джойстика),

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

 — текущее значение величины (угол с датчика).

Зададим момент сил для угла Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

где

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

 — пропорциональная,

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

 — интегральная,

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

 — дифференциальная составляющие.


Знак минус говорит о том, что при положительных

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

воздействие направлено против отклонения.

В чём смысл этой формулы? Напишем уравнение динамики, положив Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

 — момент инерции.

Для простоты уберём интегральную составляющую (Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

где

Т. е. чем больше пропорциональная составляющая, тем более «резкой» будет реакция на воздействие (больше амплитуда). Чем больше дифференциальная составляющая, тем быстрее будет происходить затухание (больше декремент).

Из модели затухающих колебаний получаем выражение для коэффициента затухания:

Из возможных решений уравнения нам подходит режим, близкий к критическому (граница апериодичности,

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

) — нет отрицательного «перелёта» графика, переходный процесс короткий. Как видно, критический режим задается всего одним соотношением на коэффициенты ПИД-регулятора.

Интегральная составляющая устраняет статическую ошибку. Пусть невязка Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

Более подробный анализ уравнения ПИД-регулятора можно найти в других статьях: раз, два.

Начнем с настройки камеры gopro.

Обновите ее до последней версии, т.к. в чатах встречал проблемы у людей со стабилизацией из-за версии прошивки. Делается это достаточно просто и несколькими способами: в ручном режиме, через приложения для компьютера Quik Desktop, через мобильное приложение GoPro App.

Далее выставляем настройки камеры, желательно как у меня, либо настройте под себя.

Разрешение можно выставить 4k или 2,7k4:3 (т.к. при обработки программой Reelsteady Go они все равно приведут Ваше видео к формату 16:9), 50 кадров.

Выдержка должна быть кратна количеству кадров для появления motion blur эффекта, и более плавной картинке, например 1/50 1/100 1/150 при 50fps.

Стабилизация на камере должна быть обязательно отключена!

О нас

Мы — студенты МФТИ (в своём большинстве), которые в свободное время занимаются проектом на мастерской TechnoWorks. Кроме коптера у нас живут и другие проекты: железные и программные. О них мы расскажем как-нибудь потом. А еще у нас можно придумать и реализовать свою идею (а мы поможем найти людей).

Если есть желание присоединиться к нашей команде, свяжитесь с нами! Мастерская активно расширяется, для новых участников у нас полно творческой и технической работы. И печенек.

Первая авария

Слишком большая дифференциальная составляющая на практике приводит к автоколебаниям, чего не должно быть в теории. Почему? Уберём все составляющие, кроме дифференциальной, и решим уравнение:

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

т. е. величина

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

превращается в линейную комбинацию

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

и её производной. То же самое происходит с моментом сил, который также является гармонической функцией в этом примере. При определенных

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

коэффициенты линейной комбинации могут быть такими, что возникнут незатухающие автоколебания.

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?
Также результат работы составляющих ПИД приходится ограничивать по модулю. Иначе значение Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

Компромиссом является установка не слишком маленьких коэффициентов в совокупности с введением ограничения сверху на все три составляющие: пропорциональную, интегральную и дифференциальную.

Стоит сказать, что реальная коррекция в почти горизонтальном положении — около 1–2 попугаев процентов мощности моторов (полётная мощность около 60%).

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?
Рассмотрим решение уравнения второго порядка (1), которое в одном из случаев является затухающей синусоидой.

На практике действительно получается что-то похожее (пример справа). Для демонстрации коэффициенты специально ухудшены для увеличения времени затухания. Оригинальную прошивку ESC пришлось заменить, т. к. она вносила существенную задержку, из-за которой математическая модель плохо описывала реальную систему.

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?
Поскольку Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

Перейдем непосредственно к настройкам программы reelsteady go.

Интерфейс достаточно простой и у Вас не должно возникнуть проблем с его работой, даже если у Вас плохой английский.

  1. Load video –  Загрузить Ваше необработанное видео в программу
  2. Timeline – или временная шкала, на которой Вы должны будете отмечать маркеры
  3. Кнопка проигрывать/пауза – при нажатии начинает проигрываться Ваше стабилизированное видео
  4. Маркеры синхронизации – с Вашего видео считывают информацию гироскопа (в каждом отрезке видео содержаться его метаданные, в том числе информация гироскопа, их и использует программа для стабилизации видео)
  5. Дополнительные настройки
  6. Save video – Сохранить видео

Рассмотрим окно с дополнительными настройками, именно тех настроек, которые нам могут пригодиться.

  1. Smoothness – Ползунок стабилизации
  2. Cropping Speed – Ползунок обрезания видео по краям
  3. Lock Horizon – Заблокировать горизонт у видео

Эти настройки не обязательные, достаточно настроек по умолчанию, но в некоторых случаях они могут Вам пригодиться.

Приступим к работе и загрузим видео для примера в проект.

На таймлайне удаляем поставленные автоматические два маркера (нажимаем на них правой кнопкой мыши и delete), далее ставим наш первый маркер в месте, где квадрокоптер уже взлетел, и второй маркер в конце, где он тоже еще в полете. Обычно двух маркеров достаточно, в некоторых случаях можно установить побольше (на кадре должно быть много различных деталей и должен быть виден горизонт). После Вы можете просмотреть результат, нажав на кнопку Проигрывания.

Если результат Вас устраивает, нажимаем на кнопку Save video и сохраняем уже стабилизированное видео. Все очень просто!

Пример с видео “до” и “после”

Подготовка квадрокоптера к полёту

Если у вас дрон, «готовый к полёту» — настраивайте лишь гироскоп и навигационную систему. Самодельный беспилотник придётся настраивать дольше.

Для этого нужно проделать следующие шаги

  1. Привяжите ПДУ (Пульт Дистанционного Управления).
  2. Настройте характеристики тяги при помощи соответствующей программы (подойдёт тот же mission planer, который мы упоминали).
  3. Настройте навигационную систему и гироскоп.
  4. Запустите на высоту полметра, при надобности, подкрутите регуляторы оборотов.

Подготовка коптера к первому взлету

Перед первым запуском проверьте включен ли дрон, проконтролировав положение соответствующего переключателя на его корпусе. Затем установите его на горизонтальную поверхности и разово на короткий промежуток времени поднимите левый джойстик вверх (если требование горизонтальности не будет соблюдено, то могут быть сбиты все настройки). Если все в порядке и можно взлетать, то вы услышите короткий однотонный звук.

В случае, когда после активации на пульте управления начал быстро мигать светодиодный индикатора, а на квадрокоптере он мигает очень медленно, то это признак рассинхронизации.

Восстановить нормальную связь поможет выключение и повторное включение дрона.

Полёт коптера с нашей системой стабилизации

лето 2022.зима 2022.весна 2022

Программное обеспечение

Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?

На рисунке приведена упрощённая блок-схема программы, исполняемой на контроллере платы стабилизации. Главной частью является цикл. Если хотя бы одно действие в нём не выполняется вовремя, частота перестаёт быть постоянной, и стабилизация работает неверно.

В качестве динамического датчика мы использовали MPU-6050 из-за его вычислительных возможностей. Встроенный процессор (DMP) способен частично обрабатывать данные с датчиков, что позволяет разгрузить центральный контроллер. Но оказалось, что надёжных библиотек для работы с этим устройством под Arduino не существует.

Решение jrowberg’а привело к проблемам при использовании на сильно загруженном микроконтроллере. Код в примере опирается на синхронность считывания данных. FIFO-буфер датчика, в который записываются посчитанные величины, переполняется в случае несвоевременного считывания.

Поскольку всегда считывается первый элемент из FIFO, то при частичной заполненности появляется задержка между помещением новых данных в FIFO и их обработкой на Arduino. В свою очередь, эта задержка приводит к возникновению автоколебаний. При переполнении буфер приходится очищать:

его размер 1024, что не делится на 42 — размер пакета. Поэтому, когда буфер переполняется, в начале FIFO находится часть какого-то постороннего пакета. Иными словами, начиная с определенного момента структура нарушается: начало FIFO не совпадает с началом пакета, и считать корректные данные невозможно.

Революция в управлении воздушными камерами

Буквально за пару последних лет система управления беспилотниками и воздушными съемочными комплексами пережила быструю эволюцию, если даже не революцию. Еще несколько лет тому назад вы могли управлять камерой, установленной на дрон, весьма ограниченно.

Никакого тотального контроля! Оператору часто приходилось сначала включать камеру еще до взлета и ставить ее на запись. Ну а менять положение или другие настройки камеры – об этом нечего было и говорить. По сути, после взлета дрона вы, как оператор, почти полностью теряли контроль над камерой.

Сейчас этого нет и в помине. Все последние модели беспилотников в том или ином виде оснащаются системами стабилизации и подвесами. Камера и подвес контролируются пилотом (а порой даже вторым оператором через ведомый пульт), так как их система управления интегрирована в общую систему управления беспилотником.

Вы можете легко управлять всем или отдельными элементами комплекса с земли с помощью пульта или мобильного устройства (смартфона или планшета). Камеру можно использовать для живой трансляции, причем не только в видеохостингах и социальных сетях, но и с помощью дополнительных устройств прямо на телеканале (последний вариант очень подходит для современных журналистов). Появились и другие интересные функции, о которых можно рассказывать отдельно.

Решение проблем с пду или джойстиком

Потребуется тримминг. Ранее мы об этом упоминали. Как выяснить, какой стик следует настроить:

  • Дайте дрону команду на взлёт. Если он будет крениться на правую сторону – триммируйте крен правого рычага.
  • Если клонится вперёд-назад – правьте левый рычаг, при помощи триммера тангажа.
  • В случае, если дрон летит диагонально – работайте с обоими стиками.

Синхронизация пульта с коптером

Здесь вам поможет инструкция к модели вашего дрона. Для примера: для трёхостного коптера достаточно включить ПДУ (Пульт Дистанционного Управления) и подождать 10 секунд. Короткие звуковые сигналы с длинным сигналом в конце означают, что пульт успешно синхронизировался.

Для лучшего понимания прочитанного советуем посмотреть подробные видео-инструкции, расположенные ниже. Если у вас ещё остались вопросы или что-то пошло не так – не стесняйтесь написать об этом в комментариях, мы постараемся вам помочь.

В случае, если дрон продолжает плохо слушаться команд или не выдаётся должная мощность – перепроверьте саму комплектацию. Возможно, что вы где-то неправильно подключили, идёт слабый контакт или выбраны неверные регуляторы оборотов.

На этом у нас всё. Не забудьте подписаться на нас в социальных сетях.

Напоследок хотим пожелать, чтобы у вас всё получится с первого раза, и вы успешно осваивали новые высоты.

Сколько это стоит?

Стоимость программы составляет 99$ камера обошлась мне в 200$ = итого 300$. Стоимость новой GoPro 7 black начинается от 300$ на сером рынке и в сомнительных магазинах. Если воспользоваться промокодом из нашего раздела скидки, то Вы получите скидку в размере 5$ и программа обойдется Вам в 94$.

Следует ли калибровать квадрокоптер?

Чтобы это понять, поднимите его на высоту и попробуйте полетать. Команда «вперёд» даёт на дрон сигнал лететь строго вперёд, без наклонов в какие-либо стороны. Точно так же проверить и другие направления. Если нарушения при полёте были выявлены – не стоит откладывать дело в долгий ящик, надо действовать.

Телеметрия

Дистанционное управление реализовано в двух режимах (для обеспечения более гибкого процесса разработки):

  1. С помощью модулей xBee Pro в конфигурации «коптер  ПК».
  2. С помощью выделенной радиочастоты (2.4ГГц) в конфигурации «пульт ДУ ↦ коптер».

Помимо управления через пульт ДУ происходит пересылка критических данных между коптером и ПК в режиме реального времени, для чего используются xBee Pro и приложение собственной разработки (см. скриншот). На компьютере можно видеть значение углов и угловой скорости, напряжение на аккумуляторе, мощность двигателей.

Данные, пересылаемые между коптером и ПК:

  • ПК ↦ Коптер: канал управления (ПК/пульт ДУ), мощность моторов, настройка для включения/выключения стабилизации, коэффициенты ПИД и ограничения;
  • Коптер ↦ ПК: углы, угловая скорость, компоненты Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?, Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?, Как устроены подвесы со стабилизацией на квадрокоптерах DJI?, данные с джойстика (мощность 3 угла), мощности моторов, напряжение на аккумуляторе.

Благодаря датчику от InvenSense, начальная обработка данных с датчиков происходит на встроенном процессоре (DMP). Мы разгружаем плату стабилизации, которая может использовать в качестве вычислителя даже маломощный AVR-микроконтроллер.

Типы калибровки

Существует 3 типа калибровки:

  1. Механическая – её используют в случае, если отклонение от необходимой оси не слишком большое. Осуществляется путём подкручивания регулятора тяги коптера.
  2. Автоматическая – осуществляется настройкой аппарата с пульта управления. Нужна, если требуется сместить триммер на 5 позиций или больше. Калибровка зависит от пульта и контроллера, так что без мануала тут не обойтись.
  3. При помощи программного обеспечения mission planer. Программа заточена для работы с платами Ardupilot. Все необходимые настройки задаются программно. Обычно производится перед первым полётом собранного дрона.

Для калибровки выполните следующие действия

  • Включите передатчик радиоуправления (само радиоуправление должно быть отлажено). Выставьте ручку газа на всю.
  • Возьмите Li-Po аккумулятор и подключите к разъёму Power-модуля, чтобы включить автопилот.
  • Далее APM начнёт моргать красными и синими светодиодами. Это значит, что он готов для калибровки после следующего включения. Отключите аккумулятор от APM.
  • Опять включите питание. Регуляторы издадут стандартный сигнал (число сигналов равно числу банок в батарее), а после издадут двойной короткий сигнал, подтверждающий калибровку по максимальной скорости.
  • Опустите ручку газа до минимального положения. Один длинный сигнал – откалибровано по минимальной скорости.
  • Теперь регуляторы для APM8 успешно откалиброваны. Можете проверить работу моторов.
  • Уберите газ на минимальное состояние и выключите питание Ardupilot.

Триммирование квадрокоптера

Достаточно простой процесс, позволяющий точно откалибровать движения дрона и обеспечить хорошую управляемость в полете. При выполнении процесса обращайте внимание на следующие правила:

  • если квадрокоптер клонит влево, то триммировать по рудеру его нужно в правую сторону и наоборот;
  • если при полете дрон кивает носом вперед, то триммируем назад и обратно.

Для оценки направления, требующего настройки, достаточно сделать разворот квадрокоптера на 360 градусов по любому из основных направлений. Для этого достаточно потянут правый стик в одну из сторон и нажать верхнюю кнопку.

Триммирование квадрокоптера

Перед тем как начать триммирование квадрокоптера нужно помнить, что у современных дронов имеется два режима работы (высокий и низкий расходы энергии), поэтому важно оценить качество его работы в каждом из них по отдельности. Также обратите внимание на правильность сборки самого коптера, так как иногда пропеллеры не крутятся даже при полностью исправных моторах.

Итоги

Главное достижение — отличная команда энтузиастов, способных работать над сложными робототехническими проектами. Мы верим, что всё дело в творческом подходе, возможности для самореализации, а также бесценном практическом опыте, которого всегда не хватает.

Мы создали новый проект системы стабилизации для мультикоптеров. Сейчас мы можем пилотировать квадрокоптер на открытом пространстве. Такие внешние факторы, как ветер, дождь и снег компенсируются автоматически благодаря ПИД-регулятору.

В настоящий момент мы усовершенствуем то, что сделали, и разрабатываем новые функции автоматизации.

Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий

Adblock
detector