Как спроектировать собственный квадрокоптер – «Хакер»

Доставка товаров

Целый ряд крупных торговых и почтовых компаний всерьез задумались об инвестициях в разработку беспилотников, занимающихся доставкой посылок, почты, медикаментов, продуктов питания. Задержка с запуском подобных проектов заключается лишь в некоторых технических проблемах в условиях плотной городской застройки, а также взаимодействия дронов с летательными аппаратами в свободной зоне.

В тех местах, где условия позволяют использовать преимущества дронов, доставка некоторых отправлений уже стала реальностью. La Poste Франции уже запустила такую программу доставк, вплотную подошли к тестированию программы швейцарские и финские почтовые службы. А почта Китая уже доставляет таким способом более 500 посылок в день в ряде своих провинций.

Торговые гиганты Amazon и Walmart уже анонсировали такой сервис своим потребителям, а компания Google провела первую тестовую беспилотную доставку. В случае успеха компания планирует с помощью своих дронов на солнечных батареях осуществлять раздачу 5G-интернета на территории всей Земли. А пока что некоторые модели со встроенным Wi-Fi, например Cheerson Wi-Fi, радуют обычных пользователей.

Что такое квадрокоптер и для чего это надо

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

Коптеры обычно различают по числу используемых моторов — начиная от бикоптера с двумя моторами (как GunShip из фильма «Аватар») и заканчивая октакоптером с восемью. На самом деле число моторов ограничено только твоей фантазией, бюджетом и возможностями полетного контроллера. Классическим вариантом является квадрокоптер с четырьмя моторами, расположенными на перекрещивающихся лучах.

Такую конфигурацию еще в 1920 году попытался соорудить француз Этьен Омишен (Étienne Oehmichen), и в 1922 году у него это даже получилось. По сути, это самый простой и дешевый вариант сделать летательный аппарат, способный без особых проблем поднимать в воздух небольшие камеры вроде GoPro. Но если ты собираешься взлетать с серьезной фото- и видеотехникой, то стоит выбирать коптер с большим числом моторов — это не только увеличит грузоподъемность, но и добавит надежности, если в полете выйдет из строя один или несколько моторов.

Помощник в журналистике

События на местах боевых действий, масштабные мероприятия, спортивные состязания теперь можно наблюдать онлайн, что увеличивает степень доверия потребителя к информации и выводит современную журналистику на новый уровень.

Эпоха цифровых технологий внесла серьезные изменения в характер журналистики и эволюцию распространения информации. Оставаться в авангарде сбора и подачи информации можно, используя квадрокоптер. Концепция «беспилотной журналистики» позволяет давать зрителям мультимедийный новостной контент в режиме реального времени.

Учитывая, как и что можно сделать с помощью этого аппарата, Ассоциация фотографов Америки совместно с Лабораторией новостей Google представили инновационную программу обучения журналистов использованию беспилотников. Созданная ими школа Drone Journalism School рассматривает не только сбор информации, но и уделяет большое внимание этическим и правовым вопросам данных массовых коммуникаций.

Полетные качества

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

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

Для чего нужна настройка квадрокоптера? Без нее дрон будет кренить на один борт и не сможет лететь в пункт назначения, определенный владельцем. Управлять полетом в таких условиях невозможно и есть риск привести беспилотник в негодность раньше времени. Те, кто не умеют обращаться с устройствами, списывают проблемы с полетом на заводской брак, низкое качество товара и на другие причины. На самом деле требуется установка настроек.

Как определить, нужно ли откалибровать квадрокоптер? Достаточно провести короткий полет, и просмотреть, как беспилотник ведет себя в пространстве.  Для этого устройство поднимается в воздух хотя бы на полметра. Если траектория полета хаотичная – ему требуется калибровка. Слишком низкая высота мешает настраивать машину. Квадрокоптер держится в воздухе благодаря воздушной подушке, которую создают винты.

Типы калибровки

Есть несколько видов триммирования:

1. Механическое — при незначительном отклонении необходимо подкрутить регулятор тяги;
2. Автоматическое –если нужно сместить триммер на 5 позиций и больше. Устройство настраивается с пульта дистанционного управления.

Механическая калибровка квадрокоптера требует всего нескольких минут, а вот автоматическую выполнять сложнее и дольше. Выполняется работа с переключателями. Один раз откалибровать устройство иногда мало и требуется калибровка до тех пор, пока беспилотник не встанет в нужное положение. При наклоне влево треммирование выполняется в правую сторону для равновесия.

Перед тем, как запустить дрон, нужно выполнить несколько простых шагов:

1. Вставить аккумулятор внутрь устройства без включения. (не относится к моделям, со встроенной батареей);
2. Чтобы настройка прошла быстрее, требуется поставить дрон на ровное место (к примеру на стол);
3. Далее нужно взять квадрокоптер в руки и включить его, а затем поставить на поверхность;
4. В новых моделях синхронизация гироскопов занимает примерно 10-20 секунд.

Триммер

Джостики для квадрокоптера обычно имеют стандартные кнопки и функции:

1. На джостике есть правый и левый стики. В правом – вертикальное перемещение дрона и наклон вперед, а в левом – горизонтальное передвижение;
2. Верхняя левая кнопка отвечает за переключение скорости;
3. Верхняя правая кнопка – поворот устройства на 360 градусов;
4. Слева по направлению от правого стика – переключатель движения «вперед-назад»;
5. Переключатель режимов находится под правым стиком.
6. Кнопка включения и выключения квадрокоптера располагается в центре джостика.
7. Под кнопкой включения – дислпей, отвечающий за расходы. Высокие расходы для быстрых полетов, низкие- для малой высоты.

Определение проблем

Как выполнять триммирование исходя из положения дрона в пространстве? Есть несколько основных проблем во время полетов:

1. Если наблюдается крен в правую или левую сторону, то проблема в правом рычаге и требуется регулировка по крену.
2. Если устройство без команды пользователя наклонилось вперед, а потом назад и в обратном порядке, выполняется регулировка по тангажу левым стиком.
3. Если в движении есть и крен и наклон, настраивать нужно оба стика.

Триммирование позволяет настроить полет, чтобы избежать столкновений с домами и деревьями. Это не только продлит срок службы квадрокоптера, но и обезопасит окружающих людей. Вся информация о том, как откалибровать конкретный беспилотник указана в инструкции по эксплуатации. Также в ней есть сведения о том, требуется ли калибровка для дрона. Но, в некоторых моделях, особенно тех, что относятся к категории бюджетных, инструкция отсутствует.

Рекомендуем проводить калибровку, так как она поможет по крайней мере, познакомиться с джостиком и привыкнуть к стикам. Лайфхак от любителей квадрокоптеров: рекомендуется сразу переходить на высокие расходы, не засиживаясь на низких, чтобы привыкнуть к чувствительности стика.

Разрешение на съемку с квадрокоптера в  особых зонах  является обязательным. Без документа вы не имеете права осуществлять съемку и это может грозить штрафом в размере от 3000 до 5000 рублей.

Для оформления документов, разрешающих полет квадрокоптера, владельцу устройства придется пройти такую процедуру:

• Оформление заявки в Росавиации. После ее рассмотрения, владелец дрона получит разрешение на съемку, или же заявление будет отклонено;
• Перед использованием не позже чем за сутки государственным органам должен быть предоставлен маршрут будущего полета;
• За несколько часов до полета, владелец БПЛА обязан оповестить диспетчера о предстоящем полете;
• В процессе взлета и посадки все действия следует оговаривать с диспетчером.

Всем пилотам дронов во время съемок рекомендуется придерживаться следующих правил:

1. Полеты в местах с большим скоплением людей нежелательны, так как некорректная работа коптера или неправильное управление могут повлечь за собой получение людьми травм.
2. Не стоит запускать дрон над охраняемыми объектами, полигонами, военными базами.
3. Поднимать аппарат на высоту более 150 м опасно. Так, во многих моделях дронов установлено специальное программное обеспечение, не позволяющее повысить скорость или преодолеть конкретную высоту в определенных зонах.

Если вы работаете с квадрокоптером, осуществляете коммерческую съемку, стоит получить разрешение на полет. Вы сможете спокойно решать основные задачи, не боясь неприятных ситуаций со стражами порядка.

Конечно же, процесс получения разрешения не обойдется без традиционных бюрократических проволочек, может обернуться финансовыми и временными тратами. Собираясь запустить дрон над центром города или историческим объектом, лучше заранее узнать, предполагает ли полет над этой местностью наличие соответствующих документов!

Для создания видео и фото аэросъемки квадрокоптером с высоты птичьего полета нам понадобятся следующие незаменимые аксессуары:

1. В первую очередь сам квадрокоптер с видеокамерой. Выбор модели квадрокоптера с хорошим соотношением цены и качества следует рассматривать с уклоном в качество.



2. Поляризационный фильтр. Он обязательно необходим на высоте выше 80 метров иначе картинка будет сильно синить в тенях (баланс белого не поможет).



3. Подвес камеры с подавлением вибрации (на дорогих моделях идет в комплекте). Без этого стабилизатора может появляться эффект Роллинг-шаттер (когда изображение плывет как жиле при сьемке фото или дрожит при сьемке видео в движении). Так же недопустимая сьемка с квадрокоптера при малейших царапинах на любом из вентиляторов. В такие случаи перед съемкой лучше поменять комплект винтов иначе возникнет вибрация и никакой стабилизатор не поможет. Роллинг-шаттер очень сложно устранить в процессе монтажа видео и даже фото. При сильном ветре невозможно измбежать эффекта роллинг-шаттер.



4. Запасной аккумулятор. Одного аккумулятора хватит примерно на 20 минут непрерывной аэросъемки. 3 аккумулятора для квадрокоптера достаточно для видеосъемки объекта любой сложности. Неоригинальные аккумуляторы – недопустимы! Известны случаи внезапного отказа неоригинальных аккумуляторов. В результате дорогое устройство с камерой может упасть с большой высоты в непредсказуемый момент и в непредсказуемое место.



5. Так же неплохо иметь запасной комплект винтов. При случайном повреждении винтов их можно заменить и закончить работу в хорошем качестве.

Далее рассмотрим самые подходящие бюджетные модели квадрокоптеров которые способны производить продаваемый видео и фото контент.

Здесь главными параметрами выступают скорость, маневренность, дальность полета и время автономной работы. Все они зависят от веса оборудования, мощности моторов и радиоприемников. Большинство любительских дронов летают на расстоянии до 200 метров от трансмиттера с небольшим полезным обвесом.

Микромодели, вроде Hubsan X4, слабо сопротивляются порывам ветра. Они не могут быстро или далеко летать. Их автономность также сильно ограничена – не более 5-10 минут в воздухе. Этого достаточно как для детской игрушки, но для более серьезных задач стоит выбирать большие квадрокоптеры.

В среднем ценовом сегменте время автономной работы дронов может достигать 20 минут. Для продления этого срока можно докупить несколько запасных аккумуляторов, чтобы не ждать зарядки каждого элемента питания. Модели с большой тягой моторов могут быть модернизированы дополнительными батареями, однако это негативно скажется на их маневренности и скорости.

Отдельно стоит выделить гоночные дроны. Как правило, это массивные БПЛА с крепким корпусом и чрезвычайно высокой скоростью (свыше 90 км/ч). Такие квадрокоптеры используются на соревнованиях радиолюбителей или авиашоу.

При выборе коптера отдавайте преимущества тем моделям, которые обмениваются сигналами с пультом дистанционного управления на частоте 2.4 или 5.8 GHz. В таком случае в условиях города управлению устройством не будут помешать сигналы от других приборов.

Транспортировка медикаментов

Квадрокоптеры доставляют кровь, трансплантаты, вакцины пациентам слаборазвитых стран – Руанды, Танзании, Папуа-Новой Гвинеи. Именно это направление использования квадрокоптеров наиболее востребованное и ценимое медиками.

Применение аппаратов в чрезвычайных ситуациях доказало их незаменимость после землетрясения на Гаити в 2012 году, тайфуна на Филиппинах и в других регионах, где инфраструктура была полностью разрушена. Лидером по спасению людей и доставке медикаментов с помощью беспилотников выступает калифорнийская компания Zipline, тесно сотрудничающая с международной организацией «Врачи без границ».

Таким образом, квадрокоптеры могут решить проблему почти 2х миллиардов человек из Африки и Азии, ограниченных в доступе к медицинским услугам, лекарствам. Огромный потенциал дронов в транспортировке лекарств или вакцин помогает в ситуациях, когда важен временной фактор. 

Рама

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

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

Самый простой вариант для любителей DIY — пойти в OBI, «Леруа Мерлен» или на строительный рынок и купить квадратную алюминиевую трубу 12 × 12, а также алюминиевый лист толщиной в 1,5 мм. Для того чтобы сделать раму из таких материалов типа «четыре палки и крепеж», достаточно дрели или ножовки по металлу.

В качестве образца для твоей рамы можно взять упрощенную заводскую раму или же найти в интернете готовый чертеж. Более сложные материалы (например, углепластик) можно заменить на алюминий — если и получится тяжелее, то ненамного. В любом случае стоит обращать внимание на длину и симметричность лучей.

Длина лучей выбирается исходя из диаметра используемых пропеллеров, так, чтобы после их установки расстояние между окружностями вращающихся винтов было не менее 1–2 см, и уж тем более эти окружности не должны пересекаться. Моторы, устанавливаемые на лучах, должны быть равноудалены от центра рамы, где будет располагаться «мозг», и (в большинстве случаев) находиться на одном расстоянии друг от друга, образуя равносторонний многоугольник.

При проектировании стоит учесть, что центр рамы должен совпадать с центром тяжести, поэтому установить аккумулятор сзади между лучами — плохая идея, если он не будет скомпенсирован грузом спереди, например камерой. Продумай, на что будет приземляться твой аппарат, для новичков можно посоветовать приспособить что-то мягкое на «пузе» или концах лучей, например плотный поролон или теннисные мячики.

Спасение планеты

Что умеют беспилотники, так это искать и спасать людей, пропавших в недоступных местах – горах, лесах, океанах. Квадрокоптеры с тепловыми камерами могут найти человека, попавшего в лавину или провалившегося в пещеру. Приборы предупредят полицейских о нахождении преступников в темное время, рейнджеров – о засаде браконьеров. Во время стихийных бедствий с их помощью доставляются не только лекарства, но и средства связи.

В Австралии с помощью дронов были обнаружены и доставлены спасательные средства двум подросткам, которых отнесло в море на километр от берега. Вся операция по транспортировке спасательного плота заняла несколько минут. Также беспилотники задействованы для обнаружения акул. Кроме того, в горных районах с помощью дронов сбрасывается взрывчатка для контролируемого схода лавин.

С помощью дронов научные организациями проводят исследовательские проекты, восстановление тропических лесов, отслеживают таяния ледников в Арктике. С применением дронов ученые собирают информацию и фотокадры из интересующих их регионов, что помогает делать более точные прогнозы климатического характера.

Возникновение и распространение масштабных пожаров, изменение природных условий и глобальное потепление – все эти проблемы изучаются с помощью высокоточной аппаратуры, доставляемой беспилотниками к месту наблюдений. Изменение естественной среды обитания ведет к массовой гибели животных, и только полученная информация может содействовать переселению диких животных и спасению целых видов.

Моторы и пропеллеры

Из-за вращения моторов в разные стороны приходится использовать разнонаправленные пропеллеры: прямого вращения (против часовой) и обратного вращения (по часовой). Обычно используются двухлопастные пропеллеры, их легче балансировать и найти магазинах, в то время как трехлопастные дадут больше тяги при меньшем диаметре винта, но доставят много головной боли при балансировке.

Плохой (дешевый и неотбалансированный) пропеллер может развалиться в полете или вызвать сильные вибрации, которые передадутся на датчики полетного контроллера. Это приведет к серьезным проблемам со стабилизацией и вызовет сильное смазывание и «желе» на видео, если ты снимаешь что-то с коптера или летаешь с видом от первого лица.

У любого пропеллера есть два основных параметра: диаметр и шаг. Их обозначают по-разному: 10 × 4.5, 10 × 45 или просто 1045. Это означает, что диаметр пропеллера 10 дюймов, а его шаг 4,5 дюйма. Чем длиннее пропеллер и больше шаг, тем большую тягу он сможет создавать, но при этом повысится нагрузка на мотор и увеличится потребление тока, в результате он может сильно перегреться и электроника выйдет из строя.

Поэтому винты подбираются под мотор. Ну или мотор под винты, тут как посмотреть. Обычно на сайтах продавцов моторов можно встретить информацию о рекомендуемых пропеллерах и аккумуляторах для выбранного мотора, а также тесты создаваемой тяги и эффективности. Существуют и пропеллеры с изменяемым шагом, что в теории повысит маневренность, но в реальности добавит сложную механику, имеющую свойство изнашиваться и ломаться с последующим дорогостоящим ремонтом.

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

И наконец, бесколлекторные моторы. У моторов есть ключевой параметр — kV. Это количество оборотов в минуту, которые сделает мотор, на поданный вольт напряжения. Это не мощность мотора, это его, скажем так, «передаточное число». Чем меньше kV, тем меньше оборотов, но выше крутящий момент. Чем больше kV при той же мощности, тем больше оборотов и ниже момент.

Инспектирование нефтяных вышек

Безопасность окружающей среды и обслуживающего персонала – основные параметры, принятые во внимание руководителями нефтяных и газовых компаний во время подписания контракта на осмотр и оценку технического состояния платформ и нефтяных вышек с помощью беспилотников. Преимущества использования дронов очевидны:

• Быстрый осмотр и оценка труднодоступных зон;
• Возможность оперативного реагирования на критическую ситуацию;
• Доступ к местам инспекции, представляющим опасность для людей;
• Возможность получения качественных и детальных снимков неисправностей и дефектов оборудования на любой высоте;
• Быстрое развертывание беспилотной инспекции.

Питание и контроллеры питания

Капитан подсказывает: чем больше мощность мотора, тем больше батарейка ему нужна. Большая батарейка — это не только емкость (читай, время полета), но и максимальный ток, которая она отдает. Но чем больше батарейка, тем больше и ее вес, что вынуждает скорректировать наши прикидки относительно винтов и моторов.

На сегодняшний день все используют литий-полимерные батарейки (LiPo). Они легкие, емкие, с высоким током разрядки. Единственный минус — при отрицательных температурах работают плохо, но если их держать в кармане и подключать непосредственно перед полетом, то во время разряда они сами слегка разогреваются и не успевают замерзнуть. LiPo-элементы вырабатывают напряжение 3,7 В.

При выборе батареи стоит обращать внимание на три ее параметра: емкость, измеряемую в миллиампер-часах, максимальный ток разряда в емкостях аккумулятора (С) и число ячеек (S). Первые два параметра связаны между собой, и при их перемножении ты узнаешь, сколько тока сможет отдавать этот аккумулятор продолжительное время.

Например, твои моторы потребляют 10 А каждый и их четыре штуки, а батарея имеет параметры 2200 мА · ч 30/40C, таким образом, коптеру требуется 4 • 10 A = 40 A, а батарея может выдавать 2,2 A • 30 = 66 A или 2,2 А • 40 = 88 А в течение 5–10 секунд, что явно будет достаточно для питания аппарата. Также эти коэффициенты напрямую влияют на вес аккумулятора. Внимание!

Если тока будет не хватать, то в лучшем случае батарея надуется и выйдет из строя, а в худшем загорится или взорвется; это же может произойти при коротком замыкании, повреждении или неправильных условиях хранения и зарядки, поэтому используй специализированные зарядные устройства, аккумуляторы храни в специальных негорючих пакетах и летай с «пищалкой», которая предупредит о разрядке.

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

Однако моторы подключаются к батарее не напрямую, а через так называемые регуляторы скорости. Регуляторы скорости (они же «регули» или ESC) управляют скоростью вращения моторов, заставляя твой коптер балансировать на месте или лететь в нужном направлении. Большинство регуляторов имеют встроенный стабилизатор тока на 5 В, от которого можно питать электронику (в частности, «мозг»), можно использовать отдельный стабилизатор тока (UBEC).

Выбираются контроллеры скорости исходя из потребления мотором тока, а также возможности перепрошивки. Обычные регули довольно медлительны в плане отклика на поступающий сигнал и имеют множество лишних настроек для коптеростроительства, поэтому их перепрошивают кастомными прошивками SimonK или BLHeli.

Китайцы и тут подсуетились, и часто можно встретить регуляторы скорости с уже обновленной прошивкой. Не забывай, что такие регули не следят за состоянием аккумулятора и могут разрядить его ниже 3,0 В на банку, что приведет к его порче. Но в то же время на обычных ESC стоит переключить тип используемого аккумулятора с LiPo на NiMH или отключить уменьшение оборотов при разрядке источника питания (согласно инструкции), чтобы под конец полета внезапно не отключился мотор и твой беспилотник не упал.

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

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

Наблюдение за дикой природой

Мониторинг за популяцией животных, определение ареала их обитания в масштабах крупных географических зон становится возможным с приходом беспилотной системы инспекции. По мнению специалистов, дроны являются самой безопасной, экологически чистой и недорогой альтернативой пилотируемым самолетам.

Квадрокоптеры, которые могут снимать в нескольких режимах, (DJI Spark) могут использоваться в экстремальных ситуациях, на значительных площадях, не нервируя животных и не нарушая их ритм жизни. С их помощью исследователи следят за поведением пингвинов в Антарктиде, перемещением горбатых китов у побережья Чили, наблюдают за перелетами птиц, следят за путями миграции слонов в Индии. С помощью фото- и видеоматериала ученые нашли места обитания диких животных, находящихся на грани исчезновения, и могут предотвратить их гибель.

Интересные предложения: ТОП-5 ЛУЧШИХ ФИРМ-ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОСАМОКАТОВ

Бортовой компьютер и сенсоры

• гироскоп позволяет удерживать коптер под определенным углом и стоит во всех контроллерах; • акселерометр помогает определить положение коптера относительно земли и выравнивает его параллельно горизонту (комфортный полет); • барометр дает возможность удерживать аппарат на определенной высоте. На показания этого датчика очень сильно влияют потоки воздуха от пропеллеров, поэтому стоит прятать его под кусок поролона или губки;

• компас и GPS вместе добавляют такие функции, как удержание курса, удержание позиции, возврат на точку старта и выполнение маршрутных заданий (автономный полет). К установке компаса стоит подойти внимательно, так как на его показания сильно влияют расположенные рядом металлические объекты или силовые провода, из-за чего «мозги» не смогут определить верное направление движения;

• сонар или УЗ-дальномер используется для более точного удержания высоты и автономной посадки; • оптический сенсор от мышки используется для удержания позиции на малых высотах; • датчики тока определяют оставшийся заряд аккумулятора и могут активировать функции возврата на точку старта или приземление.

Сейчас существует три основных открытых проекта: MultiWii, ArduCopter и его портированная версия MegaPirateNG. MultiWii самый простой из них, для запуска требует Arduino с процессором 328p, 32u4 или 1280/2560 и хотя бы одним датчиком-гироскопом. ArduCopter — проект, напичканный всевозможным функционалом от простого висения до выполнения сложных маршрутных заданий, но требует особого железа, основанного на двух чипах ATmega.

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

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

Настройка полетных параметров, как и программы настройки, очень индивидуальна для каждого проекта, а теория по ней могла бы занять еще одну статью, поэтому вкратце: почти все прошивки для мультикоптеров основаны на PID-регуляторе, и основной параметр, требующий вмешательства, — пропорциональная составляющая, обозначаемая как P или rateP.

Борьба с преступностью

Безопасность сотрудников полиции существенно возросла с применением на службе квадрокоптеров (DJI Phantom 4 PRO). Эффективное использование дронов особенно целесообразно в следующих случаях:

• Анализ дорожно-транспортных происшествий. Снимки с камеры беспилотника фиксируют все детали аварий, срочность вызова медицинских служб, пути проезда к месту происшествия;

• Мониторинг толпы. Крупные мероприятия, концерты, спортивные состязания, парады обычно сопровождаются наличием огромного количества людей. Дроны дают возможность оценить угрозу, регулировать проход толпы по путям, не допускающим давки, увидеть посторонние предметы;
• Инспекция бомб. Обследование подозрительных пакетов или сумок можно осуществлять с помощью беспилотника, чтобы оценить первоначальную угрозу и принять решение о степени его опасности;
• Выслеживание преступников в темное время. Наличие тепловизоров на камере дрона помогают полиции преследовать преступников, руководствуясь данными с беспилотника.

Безопасность

Все новички, думая о безопасности, вспоминают AR.Drone и его защиту винтов. Это хороший вариант, и он работает, но только на мелких и легких аппаратах, а когда вес твоего коптера начинает приближаться к двум килограммам или давно перевалил за эту цифру, то спасти может только прочная железная конструкция, которая будет весить очень много и, как ты понимаешь, сильно уменьшит грузоподъемность и автономность полета.

Поэтому лучше сперва тренироваться подальше от людей и имущества, которое можно повредить, а уже по мере улучшения навыков защита станет и не нужна. Но даже если ты пилот со стажем, то не забывай о технике безопасности и продумывай возможные негативные последствия твоего полета при нештатных ситуациях, особенно при полетах в людных местах.

Не стоит забывать, что сбой контроллера или канала связи может привести к тому, что аппарат улетит от тебя далеко, и тогда для поиска может пригодиться GPS-трекер, установленный заранее на коптер, или же простая, но очень громкая пищалка, по звуку которой ты сможешь определить его местоположение. Настрой и заранее проверь функцию fail safe твоего полетного контроллера, которая поможет приземлиться или вернуть коптер на точку старта при потере сигнала с пульта.

Помощь во время катастроф

Беспилотники помогут при техногенных катастрофах, когда работники гуманитарных служб не могут получить доступ к зонам бедствия. Они оценят ущерб от аварий на промышленных предприятиях, железнодорожных катастроф с опасными грузами, террористических актов, определят степень загрязнения больших территорий химическими или ядерными отходами, окажут помощь пострадавшим.

Так, в 2011 году во время цунами в Японии было повреждено здание атомной станции Фукусима. Целая армия дронов оценивала ситуацию и степень разрушения станции. Эти устройства участвовали в мониторинге радиационной угрозы, следили за распространением облучения на другие территории. 

Вас может заинтересовать:ТОП-10 ЛУЧШИХ МУЖСКИХ НАРУЧНЫХ ЧАСОВ

В сельском хозяйстве беспилотники, оснащенные тепловизорами, оценивают рост растений. Многоспектральные датчики позволяют фермеру контролировать применение орошения, удобрений и пестицидов в требуемых местах. Также они могут мониторить здоровье культур, их зараженность грибковыми или бактериальными инфекциями.

Помимо этого, поля можно обрабатывать с помощью беспилотников в сложных географических ландшафтах, распыляя удобрения в тех местах, куда не может добраться самолет. Используя технологию ультразвукового эхолота, распылительные дроны точно проводят процедуру опрыскивания, избегая риска избыточного нанесения химикатов.

Управление

Для работы с беспилотником чаще всего используется портативный пульт. Эти приборы бывают разных форм и размеров, но они всегда имеют два рычага (стика), которыми задается скорость и направление перемещения БПЛА. Поведение коптера в воздухе можно отрегулировать особыми клавишами пульта – триммерами. Особенности управления написаны в этой статье. Ниже, мы перечислим варианты управления.

Пульт со смартфоном

Если дрон оснащен полетной камерой, то на держатель ПДУ устанавливается мобильное устройство, отображающий всю воздушную обстановку. Чаще всего такая комбинация используется при полетах в режиме FPV.

Смартфон без ПДУ

Смартфон и особое приложение позволяют вообще отказаться от пульта. В этом случае связь поддерживается по каналу WiFi. Экран мобильного устройства показывает живое видео, поступающее с бортовой камеры. На его фоне рисуются виртуальные стики и мнемонические изображения команд. Неоспоримым плюсом такого метода считается минимальная стоимость комплекта, хотя пилот будет вынужден заряжать свой мобильник значительно чаще, чем обычно.

Третьим способом взаимодействия с дроном считается применение G-сенсора мобильного устройства, который отслеживает пространственную ориентацию операторского смартфона и переводит дрон в аналогичное положение. Простыми словами, управление с помощью наклона гаджета.

Только пульт

В данном случае, пульт имеет свой встроенный экран. Всю телеметрию вы можете считать без применения смартфона. Такой вариант присущ дорогим моделям.

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

Комплект обычно состоит из самого пульта и приемника. На приемнике находятся ручки управления и дополнительные кнопки. Обычно выбирают аппаратуру Mode2, когда левый стик управляет газом и поворотом, а правый — наклонами коптера. Все ручки, кроме газа, подпружинены и возвращаются в начальное положение при отпускании.

Также стоит обращать внимание на количество каналов. Для беспилотника потребуется четыре канала управления и один канал для переключения режимов полета, кроме того, могут потребоваться дополнительные каналы для управления камерой, для настройки или для особых режимов полетного контроллера. При выборе пульта стоит также учитывать возможность смены радиомодуля, чтобы в будущем его можно было легко обновить.

Аксессуары для квадрокоптера и съемки с высоты птичьего полета

Наслаждаться игрой любимой команды, видеть мельчайшие нюансы игры, следить за эмоциями игроков стало возможно с помощью съемки, выполняемой дронами. Великолепные и захватывающие кадры острой борьбы дают зрителю возможность почувствовать накал игры и сопереживать игрокам. Помимо зрительского интереса, беспилотная передача помогает решить еще ряд важных задач:

1. Спортивные комментаторы получают детальную картинку происходящего, что помогает им вести репортаж безошибочно;
2. Тренерский состав имеет возможность тщательно проанализировать ход игры и внести коррективы в действия команды;
3. Рекламные агентства используют лучшие моменты игрового противостояния для создания рекламных продуктов.

Фотографы всего мира стремятся снять потрясающие кадры с беспилотников, которые ранее были просто недоступны. Лучшие из них участвуют в конкурсе Dronestagram, который проводится ежегодно. В категориях Природа, Люди, Город, Творчество фотографы представляют самые впечатляющие фотографии, что позволяет большому количеству людей насладиться завораживающими видами нашей планеты с необычного ракурса.

Летательные аппараты дают огромные преимущества, позволяют решить ряд масштабных задач. Крупные компании финансируют создание новых моделей с более серьезным функционалом, призванным увеличить прибыли от их деятельности. Государственные службы используют их в целях защиты и безопасности людей, медики с помощью беспилотников спасают жизни, армия использует их для ведения военных действий. А обычные люди наслаждаются возможностью увидеть мир с нового ракурса, насладиться красотой и неповторимым очарованием планеты.

Охрана национальных границ

Применение дронов для защиты государственных границ является востребованным и эффективным. Такие беспилотники могут оснащаться системами распознавания лиц и номерных знаков автомобилей, тепловизорами, технологией перехвата телефонных звонков. Это очень удобно для предотвращения и реагирования на инциденты на границе. К тому же, это удобный способ контроля ситуации в малодоступных приграничных районах.

С помощью беспилотников пограничники могут отслеживать контрабандистов, наркоторговцев и препятствовать незаконному пересечению границы в труднопроходимых зонах.

Папарацци

Одними из первых, кто оценил невероятные способности квадрокоптеров (PowerVision PowerEgg), стали папарацци. Они перестали сидеть в засаде на дереве или в кустах, выжидая редких кадров знаменитостей. Многие селебрити жалуются на рой дронов, преследующих их семьи во время отдыха или путешествий. К тому же их смущала опасность, которую могут причинить аппараты в руках неопытных папарацци.

Во многих странах начали приниматься законы, запрещающие съемку частной жизни. Теперь, заметив наблюдение с беспилотника, любой человек может заявить в полицию о нарушении его прав.

Реализация самых безумных идей

Мы собрали самые главные идеи для разработки квадрокоптеров от тенденций дизайна до популярных материалов для производства.

Хотите разработать корпус для квадрокоптера? Компания KLONA занимается производством пластиковых корпусов для сложного оборудования. Сделайте заказ по телефону и мы оперативно приступим к разработке вашего корпуса!

Современные квадрокоптеры, несмотря на их разные конфигурации и формы, отличаются элегантным, немного футуристическим дизайном, и похожи на космические корабли. Как и среди прочих отраслей промышленного дизайна, здесь доминирует минимализм.

Walkera-QR-X350-PRO 

Кроме того, популярным направлением является инсекто- или зооморфизм, когда устройство по своему внешнему виду напоминает жука или рептилию. Иногда это влияет и на технические решения, как в случае с роботом, который сможет ползать по стенам, о котором мы написали выше.

DJI Inspire

Большинство из них имеют обтекаемую форму для уменьшения сопротивления. Несомненно, наиболее популярным цветом является белый. Среди бюджетных моделей также часто можно заметить сочетание кислотных цветов с черным.

Конструкция рамы

Самой популярной рамой при изготовлении квадрокоптеров является такая, где винты расположены по принципу буквы «Х». Это обеспечивает лучшую экспозицию камеры между винтами. Как правило, чем больше диаметр винтов, тем выше эффективность. Именно рама формата «Х» позволяет устанавливать винты максимально допустимого диаметра.

Элемент, который придает надежности конструкции, и в то же время является элементом дизайна – защитная рама для винтов. С ней можно не бояться быстрого повреждения винтов при столкновении или падении.

Квадрокоптеры UDI U818A и Parrot AR.Drone 2.0

Корпус квадрокоптеров делают из легких материалов, что позволяет аппарату беспрепятственно вздымался в воздух. Квадрокоптеры профессионального уровня делают из стекловолокна и/или углепластика. Эти материалы стали популярными благодаря их долговечности, легкости и простоте промышленного производства.

Углепластик не такой прочный и легкий, как стекловолокно, но более гибкий и детали из него легче производить и соединять. Стекловолокно отличается высокой жесткостью, но и большей хрупкостью, легче разрушается при ударе. Целесообразно смешивать материалы и делать раму из углепластика, а из стекловолокна – центральные и моторные монтажные пластины. Таким образом, углепластик будет защищать внутреннее устройство квадрокоптера от ударов, и начинка не пострадает.

Многие квадрокоптеры делают при помощи литья пластика под давлением. Современные корпуса чаще изготавливают монолитом из пластика (например, Kydex). Они отличаются повышенной прочностью при изготовлении квадрокоптеров маленьких размеров и водонепроницаемостью. Соединяют необходимые детали при помощи алюминиевых труб. Трубы с квадратным сечением являются на данный момент самыми распространенными, но они слишком часто гнутся и ломаются.

В компании KLONA вы можете заказать услугу литья пластика под давлением для производства вашего квадрокоптера в Украине! Мы предоставляем гарантию на все время сотрудничества.

Рассмотрим подробнее современный промышленный дизайн квадрокоптеров на примере одного из самых популярных квадрокоптеров – Phantom.

на сегодняшний день Phantom 3 является самой популярной моделью квадрокоптеров и представлен в разных модификациях. 1 марта компания DJI (мировой лидер рынка квадрокоптеров) представила свой флагман Phantom 4. Как и все предыдущие модели, винты квадрокоптера расположены буквой «Х». Несмотря на то, что внешне устройство не очень изменилось, на самом деле модель гораздо больше усовершенствована.

Ультразвуковые сенсоры позволяют обнаруживать препятствия и облетать их, сохраняя при этом исходную траекторию. С помощью режима TapFly можно задавать конечный пункт назначения, к которому квадрокоптер будет лететь сам, огибая препятствия. Благодаря режиму камеры ActiveTrack дрону можно задать объект, вокруг которого он будет летать и снимать его. При этом он не использует GPS – ему помогают две камеры для навигации.

Новая камера снимает видео с расширением 4К с углом обзора 90о. Дальность полета может составлять уже 5 км, а длительность – 28 минут.

С помощью беспилотника можно сделать незабываемое предложение руки и сердца, украсив место тысячью свечей или красивыми цветами, сняв всю процедуру с высоты птичьего полета.

Можно сохранить воспоминания о значимом событии жизни, увлекательном путешествии, получив уникальные фотографии о ваших приключениях. Благодаря дронам можно исследовать новые культуры и страны.