Промышленный дизайн квадрокоптеров: конструкция
Дроны различаются количеством несущих винтов. На рисунке ниже, с типологией мультикоптеров видно наиболее популярные типы. Чтобы дрон зависал и находился на одном месте, все винты должны крутиться с одной скоростью. Стороны оборота пропеллеров в разных модификациях изображены на схеме ниже. Зависающее положение используется для фотосъемки с длительной выдержкой. Это позволяет получить кадры высокой точности, которые используют в геодезии, археологии или для получения разведданных.
Разработка квадрокоптеров: возможные конструкции винтов
Чтобы менять направление полета, нужно изменять эти углы с помощью пульта управления квадрокоптером. Корпус пульта должен быть эргономичным и не скользящим.
Показатель скорости вращения винтов квадрокоптера — газ. Чем он выше, тем скорее коптер набирает высоту.
Квадрокоптеры оборудованы обязательными датчиками, которые регулируют положение аппарата в воздухе:
Гироскоп, который измеряет угловую скорость;
Акселерометр, который измеряет ускорение;
Регуляторы скорости, которые управляют сигналом контроллера.
Камера — не обязательная составляющая квадрокоптера. Она может быть встроена производителем или установлена отдельно, пользователем.
Среди всех дронов квадрокоптер является наиболее популярным вариантом для цивильного использования. В свою очередь среди квадрокоптеров наиболее удобной конструкцией является схема, где винты расположены по аналогии буквы «X».
Составляющие части квадрокоптера: разобранная 3D-модель дрона
Базовые узлы и компоненты
Чтобы построенный аппарат был способен подниматься в воздух хотя бы в теории, а сборка квадрокоптера своими руками доставляла удовольствие, необходимо приобрести ряд соответствующих компонентов:
- Полетный контроллер – «голова» будущего БПЛА, в которой установлены все базово необходимые датчики, а также программное обеспечение для обработки их показаний, а заодно и команд, приходящих с пульта управления, контроля скорости вращения каждого двигателя. Это самый дорогой компонент, который придется покупать, чтобы собрать квадрокоптер.
- Раму продвинутые моделисты делают самостоятельно из тщательно выбираемых материалов (алюминий, пластик, дерево, карбонат или их комбинации). При недостатке опыта или инженерных познаний, если проекту больше подходит готовая рама или нет ни желания, ни времени проектировать квадрокоптер и его части самому, то на помощь придут готовые рамы, производимые в широком спектре размеров.
- Двигатели лучше выбрать бесколлекторные – они несколько дороже, но гораздо надежнее коллекторных. Для полетов необходимо вращение со значительной скоростью, поэтому отсутствие коллектора положительно сказывает на сроке эксплуатации. Приобретается не менее 4 (или 8, если нужен октокоптер), если бюджет позволяет, то с 1-2 запасными.
- Контроллеры двигателей это платы, регулирующие скорость вращения каждого двигателя и питающие его, будут смонтированы на «лучах» корпуса. Их количество соответствует количеству двигателей.
- Пропеллеры или движители следует выбирать с особым вниманием, ведь размер должны подходить к габаритам будущей рамы, независимо от того, что она самостоятельно построена или куплена.
- Плата распределения питания предназначена для разводки питания с аккумулятора на контроллеры оборотов двигателей. Как правило, каждый покупной корпус снабжается небольшой платой, куда можно припаять вводы со всех котроллеров, а затем аккуратно их запитать. При желании можно заказать более продвинутый вариант основной платы питания если ваша схема квадрокоптера предполагает особенности компоновки.
- Покупка аккумуляторов – один из самых непростых моментов подбора запчастей. Тип подходящего элемента питания полностью зависит от целевого назначения создаваемой модели. Для быстрых моделей лучше брать небольшие батареи с высокими показателями KV (количество оборотов в минуту × Вольт), а для тихоходных аппаратов для съемок в приоритете соотношение емкости и веса, ведь перегружать конструкцию нельзя в любом случае. Полезное дополнение – монитор заряда батареи. Не обойдется и без специального балансирующего зарядного устройства для выбранного типа аккумуляторов (литий-ионные или литий-полимерные).
- Пульт управления с модулем ресивера, который подключается к полетному контроллеру, чтобы аппаратом можно было управлять. От типа пульта управления зависит комфорт управления и некоторые другие доступные функции.
- Дополнительные опции выбираются в зависимости от назначения будущего аппарата. Так, на дроны для съемки часто крепят стабилизаторы камер, а гоночные невозможны без комплекса FPV (first person view, вид от первого лица).
Недостаток последнего несложно устранить в процессе сборки, благо, «высший пилотаж» владения паяльной станцией не нужен. И лучше использовать паяльники с тонким жалом.
Чертежей квадрокоптеров в полном смысле этого слова не существует, да они и не нужны. Сборка из модулей исключает подобную потребность. С расходными материалами все немного сложней. Чтобы собрать квадрокоптер своими руками понадобятся:
- Фиксатор резьбы, чтобы ни один из винтов не выкрутился от полетных вибраций.
- Термоусадочная изоляция на каждое место пайки.
- Полимерные затяжки-хомуты для фиксации элементов на корпусе.
- Гидроизолирующий состав для печатных плат.
- Коннекторы типа «банан» для двигателей.
Ничто не помешает внести необходимые правки и доработки в конструкцию в процессе сборки или летных испытаний. Может для поставленных целей лучше собрать октокоптер своими руками. При наличии внимательности и осторожности даже самые технически неграмотные любители аппаратов смогут построить летающего дрона.
Создание корпуса для квадрокоптера: отталкиваемся от габаритов
Вес квадрокоптера колеблется от одного до четырех килограмм. Конструкция квадрокоптера позволяет ему поднимать вес в несколько килограмм, носить тяжелые профессиональные камеры и транспортировать небольшие посылки. Чтобы поднять камеру, квадрокоптер должен быть не меньше 20 сантиметров в длину. Amazon видит в дронах будущее доставки и уже запатентовал идею склада, с сотней отверстий для вылета дронов.
Схема логистического центра, который запатентовала Amazon
Длина крупногабаритных квадрокоптеров стартует от 50 сантиметров. Они являются более прочными, в сравнении с малогабаритными (до 20 сантиметров) и среднегабаритными дронами (20 — 50 сантиметров). Такие квадрокоптеры оснащены мощными батареями, которые продлевают время полета до получаса. Они маневренны, выдерживают столкновения в лоб и не боятся сложных погодных условий. Все это предусматривает их конструкция и продуманный корпус.
Конструкция корпуса квадрокоптера обычно имеет обтекаемую форму, для уменьшения сопротивления.
Конструкция военного дрона-разведчика
Квадрокоптеры, как и многие другие изобретения часто используют в дизайне зооморфизм. Обычно это не чисто дизайнерское решение. Конструкторы и проектировщики заимствуют у животных и технические решения, например квадрокоптер SCAMP умеет не только летать, а и карабкаться, принцип передвижения позаимствован у геккона.
3D-моделирование квадрокоптера SCAMP: живая природа на службе у инженеров
Сконструировать простейший квадрокоптер относительно просто. Мода на БПЛА (беспилотные летательные аппараты), которая захлестнула мир в начале 2010-ых и тот факт, что при желании собрать свой квадрокоптер может каждый, у кого есть желание и доступ в интернет, повлияла на рост интереса к 3D-моделированию.
Процесс сборки
Существует масса вариантов компоновки и конструкции мультикоптеров, но наиболее распространены именно модели с четырьмя винтами. Поэтому сборка такого квадрокоптера послужит примером для поэтапного обзора процесса сборки. В процессе можно опираться на примерные чертежи квадрокоптеров из сети или составленные самим.
1: Строим раму
Независимо от габаритов или назначения каждый дрон должен иметь раму, каркас, несущую основу. Сборка готовых рам не должна вызывать сложностей ввиду того, что они снабжаются подробными инструкциями и всем необходимым крепежом.
А чтобы собрать раму самому, придется проявить конструкторские способности. Самостоятельно изготовленная рама квадрокоптера из металла, пластика, металлопластика или дерева должна быть достаточно прочной. К примеру, толщина деревянных частей каркаса, изготовленного своими руками, должна быть не менее 30 мм. Сборка своего квадрокоптера на недостаточно прочной раме – пустые усилия, потому что он будет часто ломаться.
В любом случае на выходе должно получиться заданное количество лучей одинаковой длины, которые несут на себе моторы и крепятся к центральной несущей пластине. На ней же установлены посадочные опоры или «ноги». В некоторых вариантах компоновки ноги «растут» из-под двигателей. Все зависит от особенностей, продиктованных чертежом квадрокоптера и его рамы.
Двигатели, их контроллеры и пропеллеры играют ключевую роль в скорости, маневренности и других характеристиках полета. Поэтому следует выбирать продукцию брендов, тесно работающих в сфере квадрокоптеростроения, а не кого-нибудь, кто оказался в этом сегменте рынка случайно.
Да, движение происходит за счет разницы в скорости их вращения, но она должна быть строго контролируемой. Разношерстная компания двигателей нарушала бы баланс. Крепятся винтами на наружные концы «лучей».
После двигателей на плоскости их опор размещаются контроллеры оборотов и фиксируются стяжками. Соединение контроллеров с двигателями, также как с распределительной платой, осуществляется путем прямой пайки и коннекторов. При желании и бюджетных возможностях можно использовать контроллер 4-в-1, но тогда немного изменится схема компоновки квадрокоптера. В итоге получится почти готовый коптер, которому не хватает только полетного контроллера.
Полетный контроллер, как правило, монтируется в верхней части каркаса аппарата, над распределительной платой и отсеком для батареи. Компоновку допустимо изменять, но стоит помнить, что чем ниже центр тяжести, тем устойчивей аппарат.
Для минимизации влияния вибраций на работу полетного контроллера, его монтажная площадка часто крепится на резиновые проставки или используются более хитрые системы гашения вибраций. На этапе проектирования это хорошая возможность блеснуть инженерной смекалкой, не нанеся непоправимого вреда всей конструкции.
И только размещать на корпусе, подключение допустимо только после первичной калибровки полетного контроллера.
Различные производители выпускают разные контроллеры, пульты управление и другие компоненты. Поэтому их калибровка – сложный и вариативный процесс, достойный отдельного рассмотрения.
Собранное устройство должно быть полностью откалибровано, а на пульте следует установить управление. Только после этого можно будет подыматься в воздух, не опасаясь потерять плод своих трудов. Однако точное описание процесса калибровки зависит от типа используемого контроллера и аппаратуры, поэтому следует уточнять необходимые шаги, исходя из этих данных.
Только потратив 200-300 долларов на компоненты, несколько дней на сборку, настройку и калибровку, можно наконец отправляться в полет на собственноручно построенном квадрокоптере. Нельзя не отметить, что за те же деньги доступны вполне функциональные серийные модели. Но дело ведь не в этом.
Приведенная выше инструкция достаточно поверхностна, но она дает очертания того, с чем придется столкнуться, чтобы квадрокоптер собрать. Постепенные уточнения помогут накопить хорошую теоретическую базу для последующего развития.
Подводя итоги, нужно отметить, что самостоятельно построенные дроны уступают в характеристиках моделям заводского производства, особенно если первые – дело рук начинающего конструктора.
Вот только дело в том, что самодельный квадрокоптер и не стремится конкурировать с титанами рынка. Это выбор для тех, кто любит погружаться в интересующую тему, конструировать или совершенствовать конструкции.
Серийное производство квадрокоптеров в KLONA
Любительское моделирование подходит в качестве хобби, но если у вас есть идея и работающий прототип квадрокоптера, мы поможем наладить серийное производство дронов. Этапы налаживания производства в КЛОНА состоят из таких шагов:
Создание 3D-модели. Если у вас уже есть наработки, мы используем их, если они отсутствуют, то мы возьмем вашу идею и приступим к реализации.
После всех этапов разработки модели, мы утвердим ее и напечатаем. Полученный прототип корпуса потребуется доработать.
Тестирование. Потребуется понять, способен ли квадрокоптер выполнять все задуманное, хорошо ли работают механизмы, что отвечают за полет, не перегревается ли аккумулятор.
Правки, изготовление нового корпуса и пресс-формы.
Печать нескольких корпусов и проверка работоспособности пресс-формы.
Запуск серийного производства.
На каждом этапе могут требоваться доработки, поэтому мы перестраховываемся и тестируем модель, а не делаем пресс-форму с первого прототипа.
Заказать разработку квадрокоптера вы можете в студии промышленного дизайна КЛОНА. Работайте с профессионалами, чтобы результат вас не разочаровывал!
7 (499) 112 08 50
