Собираем самодельный квадрокоптер

Что собой представляет квадролет

Для тех, кто пока еще не в теме — это конструкция, платформа, сооружение, летательный аппарат, кому как удобнее, которая (если мы говорим о платформе) управляется передатчиком. Имеет 4 двигателя с тем же количеством винтов. В сборке таких летательных аппаратов непременно присутствует летающая многомоторная платформа.

Когда беспилотник взлетает, он занимает горизонтальное положение. Как и вертолет, он способен зависать над поверхностью земли на разной высоте. Летает в разные стороны. Раньше коптеры умели летать только в сторону своего носа. В последние годы стали делать модели типа Headless, когда дрон во время полета мог резко полететь в любую из четырех сторон, не поворачиваясь в эту самую сторону своей носовой частью.

Коптер способен подниматься и опускаться, при этом он всегда остается в горизонтальном положении относительно земли. Если же на нем установлено специальное оборудование, то в некоторых случаях он может летать даже в режиме автопилота. Большинство авиалюбителей используют такие возможности, прежде всего, чтобы сосредоточиться в этот момент на аэросъемке, а не являть миру свое пилотажное мастерство.

Регуляторы оборотов для квадрокоптеров и мультироторных летательных аппаратов

Общий принцип работы беспилотника

Как мы говорили ранее, система является мультироторной. Эти самые роторы создают мощное диагональное вращение в противоположных направлениях. У роторов имеется так называемый управленец, собирающий информацию с трех или с шести гироскопов (количество последних зависит от конфигурации коптера) и передает ее роторам.

Гироскопы были созданы для того, чтобы автоматически определять положение аппарата во время полета и затем фиксировать его во всех трех плоскостях. При этом акселерометр делает так, чтобы коптер занял идеальное положение по горизонтали. Чтобы закрепить квадрокоптер на определенной высоте, полетная система оборудуется бародатчиком.

За счет этого происходит движение коптера, если все четыре винта крутятся одинаково. Результатом смены скорости вращения той или иной пары моторов становится наклон коптера (как его еще называют — «крен») в сторону наиболее слабо крутящихся винтов — дрон летит по горизонтали.

Итак, общее представление о деталях и модулях будущего квадрокоптера уже сложилось, теперь настала пора поделиться с вами тем, как же собрать дрон собственноручно.

Первое, что приходит на ум при сборке собственного квадрика,  конечно же, его рама. Ничего сложного с этим элементом нет. Для ее основы сойдет обычная фанера размером 15 квадратных сантиметров. Лучи приспособляются с помощью винтов по диагональной разметке вашей рамы. Луч должен быть 30 сантиметровой длины, начиная от центра коптера. Балки — 25 см. Дырки для самих двигателей отложим на конец создания корпуса, предварительно сделав разметку по движкам.

Двигатели для самодельного квадрокоптера

Прежде чем его вставлять необходимо сделать точную разметку лучей и проделать отверстия под сам движок. Сделайте все возможное, чтобы расстояние от краев до оси вращения были эквивалентны. По крайней мере, насколько это только возможно. При установке двигателя из его дна будет торчать валовый хвост, поэтому для него нужно сделать специальное отверстие.

Приступаем к сборке

В первую очередь устанавливаем управляющую плату. При этом разместите ее как можно ближе к центру вашей платформы. С самого начала сделайте необходимые, и самое главное, точные замеры. В этом случае аппарат не будет заносить из стороны в сторону во время полета. Используйте саморезы достаточной длины, для того чтобы прикрутить лучи к плате. Ленточка из алюминия  подойдет для посадочных лыж и держания аккумулятора.

Установите приемник вплотную к плате. Чтобы установить приемник, можно использовать какой-нибудь мощный суперклей. Упрощенный вариант соединения двумя трехжильными шлейфами возможен в том случае, когда приемочные каналы по своему назначению такие же, как и каналы управляющей платы. Имейте это в виду.

Проводка

С помощью переходников сделайте параллельное соединение 4-х проводов питания. В том месте, где батарея будет подключаться ко всем четырем проводам, нужно будет воспользоваться разъемными соединениями. В остальных местах необходима будет спайка. Затем затяните все детали в термоусадку, чтобы во время сильной вибрации (когда коптер будет летать) что-нибудь не выскочило и не отсоединилось.

Теперь займемся управляющей платой и подключим провода драйверов. В принципе, после этой операции можно сделать небольшую проверку и устранить проблемы, которые выявятся при тестировании.

Второй способ сборки квадрокоптера собственноручно

Неважно, каким способом вы будете собирать свой первый летательный аппарат, одно вам надо запомнить — не жалейте денег на детали, из которых будете собирать дрон. Только в этом случае, с большей долей вероятности, сборка получится качественной и незначительные неточности и погрешности вам будут прощены.

При сборке квадрокоптера вторым способом мы рассмотрим пошаговый вариант сборки с использованием Arduino Mega, прошивки Мега-Пират.

Что потребуется для сборки? 5 моторов, включая 1 запасной. Приобретите также два комплекта лопастей — один рабочий, второй для запаса. Напоминаем вам, что там должно быть два обычных винта и два с обратным вращением. Регуляторы скорости. Их должно быть не менее четырех штук и, опять же, как минимум столько же запасных.

Советуем использовать несколько легких и маленьких. Да, дрон будет меньше летать в течение одного жизненного цикла такого мини-аккмулятора, но при этом полет у вас будет более стабильным. Тем более, что процесс замены аккумулятора не займет много времени.

Рама для вашего квадрокоптера должна быть легкой и одновременно с этим прочной. Вспомните то, какую раму мы описали в первом случае самостоятельной сборки. Так вот, такая рама вполне подойдет и для этого варианта. Из электронной начинки необходимы будут: плата «все в одном», акселерометр, батареи, микроконтроллер, гироскоп, а также множество болтиков, винтов, проводков и различного вида стяжек. Не забудьте также про паяльник и дрель.

Когда вы убедитесь в том, что все необходимое у вас имеется в наличии, можно смело приступать к сборке. Процесс сборки можно повторить, пользуясь первым методом, который был описан выше. Самое главное, чтобы от каждого конца луча и до центра рамы расстояние было одинаковым. Проследите за тем, чтобы пропеллеры не касались друг друга и, что важно, центральной части рамы, потому что именно там будут размещаться электронные мозги вашего дрона, плюс видеокамера, которую, кстати, можно установить по желанию.

Если вы вмонтируете ваши датчики в резину или, скажем, в силиконовую массу, то этим самым сила вибрации во время работы пропеллеров будет погашена. В качестве шасси можно сделать и закрепить пенопласт на самых концах лучей. Для более мягкой посадки их можно прорезинить или прикрепить поролон.

Если вы не хотите собирать плату самостоятельно, то мы рекомендуем купить готовую. На ней уже установлено 4 датчика, гироскоп, который будет замерять угловое ускорение, акселерометр, измеряющий ускорение, барометр, отвечающий за выборы нужной высоты и удерживающий квадрокоптер именно на ней, а так же магнитометр, отвечающий за то, куда будет лететь дрон.

Как собрать дешевый квадрокоптер Arduino Uno своими руками

Если вы последуете кратким инструкциям по сборке Ардуино Уно, изложенными ниже, то на выходе вы получите беспилотный четырехлучевой аппарат с 30 минутным полетным временем, размерами 60 сантиметров (152 дюйма) от мотора до мотора. Он будет весить чуть больше одного килограмма.

Для рамы нужно использовать тонкие лучи, выпиленные из обычных деревянных досок. Приблизительная толщина одного такого луча должна составлять 1-1.5 сантиметра сверху и около 3-4 сантиметров, если смотреть на луч сбоку. Сделайте две одинаковые заготовки длиной 60 сантиметров каждая и при помощи вырезки отверстия в центре одной из них прочно закрепите оба луча между собой. Можно запаять их, склеить и так далее.

После этого, для своего удобства, вы можете покрасить лучи двумя различными цветами. Например, желтым покрасьте передние два луча, а красным или черным те лучи, которые после сборки окажутся тыльной стороной беспилотника.

Силовую плату необходимо будет установить на перекрестке вашей рамы. Она должна быть закреплена по центру, в нижней части креста. С помощью пластиковых ремешков, длину которых можно регулировать, прикрепите эту плату к корпусу с двух сторон. Этого будет достаточно, чтобы плата не слетела и стабильно выполняла свое основное предназначение. Пусть вас не смущает, что она может двигаться и смещаться со своего места на пару миллиметров или даже на 1 сантиметр.

После этого вам необходимо будет установить 4 электронных контроллера скорости от HobbyKing — вес каждого составляет всего лишь 16 грамм. Надежно прикрепите их возле края каждого из лучей. Для этого цели вполне подойдет тот же пластиковый регулируемый ремешок, с помощью которого вы закрепили силовую плату.

На конце каждого из лучей следует прикрепить специальную крышечку с отверстием, в которую вы установите двигатели и пропеллеры. В качестве фиксирующего материала снова же используйте ремешки. Закрепите крышку на совесть, чтобы не слетела при первом же запуске моторов. Кстати, электронный контроллер скорости лучше установить на верхней части луча. Так он будет лучше взаимодействовать с пропеллером и вам будет проще установить между ними соединение.

Контрольная панель, собранная из нескольких важных электронных элементов (схему сборки смотрите на иллюстрации) прикрепляется к верху при помощи пластиковых ремешков. У вашей платы должно быть по два отверстия с каждой из четырех сторон, для того чтобы надежно прикрепить ее к каждому лучу.

В конечном итоге, в центральной части вашего самодельного квадролета окажутся две платы. Одна силовая, установлена внизу крепления, вторая — контрольная панель, закрепленная в верхней части пересеченных лучей вашего коптера.

Чтобы смягчить и подавить вибрацию моторов, которые будут оказывать не совсем хорошее влияние на вашу электронику, необходимо сделать антивибрационные демпферы. Для этих целей можно использовать обычные силиконовые затычки-беруши. Они продаются в любой аптеке. Вам понадобится набор из четырех таких беруш, чтобы установить их под каждое крепление контрольной печатной платы.

Сделать это лучше следующим образом. Перед тем как вы начнете затягивать укрепляющие ремешки на каждой из четырех сторон своей платы, подложите силиконовую затычку так, чтобы она оказалась под самой платой и при этом лежала на луче. В этом случае она выполнит роль своеобразной прокладки между этими двумя жесткими элементами и сможет поглощать вибрацию.

Чтобы закрепить берушу между платой и крестовиной мультикоптера, просуньте в отверстия платы пластиковый ремешок, выровняйте берушу и затяните ремешок таким образом, чтобы он смог закрепить не только печатную плату на крестовине, но еще и прижал с двух сторон саму затычку.

Теперь приступим к установке батарей. Можно использовать два аккумулятора Zippy Compact. Емкость каждой из них составляет 3700 миллиампер часов. Если же использовать их обе, то она возрастет вдвое. В итоге мы получим 7400 мАч и почти 30 минут полного полета. Однако стоит помнить, что именно эти две батареи и станут главным грузом дрона. Их вес в совокупности будет равен 517 граммам.

Для закрепления батарей потребуется скотч и длинный пластиковый ремешок (всего один, но зато более широкий, чем те, которыми вы закрепляли детали до этого). Аккумуляторы следует прикрепить таким образом, чтобы они заняли диагональную позицию, то есть крепились не к какому-либо лучу, а сразу к обоим.

Понятно, что лучшим местом для этого будет та же крестовина в центре. Так как между контрольной печатной схемой и самой крестовиной останется свободное пространство, полученное благодаря высоте затычек-беруш, в эту щель вам как раз и надо будет просунуть ремешок, для того чтобы прикрепить аккумуляторы к конструкции.

До этого вам нужно будет положить один аккумулятор на другой, а сверху добавить обычную мягкую губку, которая используется для перевозки бьющихся деталей, провести под ними пластиковый ремешок, а сверху него наклеить прочный скотч. Это позволит закрепить ремешок на одном месте, чтобы батареи не соскользнули с него, и приклеить батареи друг к дружке. Для надежности вы можете использовать еще скотч, чтобы приклеить батареи друг к другу по краям, но это уже опционально.

Далее мы прикладываем батареи плотно ко дну корпуса, просовываем ремешок в отверстие под платой сверху. Туго его затягиваем. Если нужно, еще раз проверяем конструкцию на прочность. Губка будет также выполнять роль подавления вибрации, которая может возникнуть между лучами квадролета, аккумуляторами и силовой платой на дне конструкции.

В специальные крышки на концах лучей теперь можно установить 25-миллиметровые двигатели и надеть на них пропеллеры. Ваша рама уже покрашена в два разных цвета, для того чтобы лучше ориентироваться, где у аппарата перед, а где зад. Но для более точной ориентации можно использовать оранжевый или белый шарик для игры в настольный теннис.

https://www.youtube.com/watch?v=HHdsBnOGE7o

Для этого от одного переднего луча до другого нужно провести обыкновенную проволоку и закрепить каждый ее конец приблизительно под контроллерами скорости. В центре проволоки уже должен находиться крепко нанизанный на нее шарик.

Все, ваш Ардуино готов к полету. Как говорилось выше, его полетный вес составил 1054 грамма. Время полета при таком весе — 30 минут и несколько секунд.

При конструкции квадрокоптера не учли наличие посадочных шасси. В принципе, они не нужны, потому что у дрона не установлена камера к его брюху, а защищать батареи и заморачиваться ради них приделыванием ног не стоит. Все, что нужно вам будет сделать, это точно рассчитать, когда истекут 30 минут полета, и вовремя мягко посадить систему на землю.

Для начала придется не только приобрести необходимые компоненты, но и еще кое-что сделать собственными руками. Из подручных материалов можно сделать дешевый, но вполне себе надежный каркас для будущего коптера.

Лучше всего подойдет небольшой кусок ДВП. Из него будет проще выпиливать необходимого размера куски прямоугольной формы. Сделанные рамки и стойки из этого материала достаточно будет склеить обычным термоклеем.

В качестве контактов подойдут обычные швейные иглы, к основаниям которых следует припаять электрические провода. Вы также не сможете обойтись без программатора USB asp с SPI интерфейсом.

Электронные скоростные регуляторы — в принципе, можно приобрести Hobbywing Program Supportable 10A бесколлекторные контроллеры для радиоуправляемых моделей. Такие обычно продают в китайских Интернет-магазинах типа «Али экспресс». Итак, с них надо снять термоусадку, под которой находятся транзисторы и контроллер на ANMEGA 8.

Как сделать мини квадрокоптер своими руками

В качестве лучей подойдут обычные рейки, которые нужно скрепить между собой по центру, сделать разметки в местах моторов и затем просверлить в этих местах отверстия.

В каждое такое отверстие вставляем маленькие двигатели и заполняем пустое пространство (если оно будет) при помощи термоклея. Вырезаем небольшие куски фанеры, размеры которых должны соответствовать размерам концов лучей, и наклеиваем их на каждый луч, насаживая на торец, как бы изолируя моторы от коптера. Обратите внимание, что наклеить их нужно на нижнюю часть будущего дрона.

Теперь в каждом из этих изоляторов необходимо просверлить отверстия и просунуть в них провода двигателей, чтобы зафиксировать их на раме и чтобы они не путались и случайно не попали под пропеллеры во время полета.

Надеваем винты. Внимание, учитывайте направление вращения пропеллеров. На передних лучах левый должен вертеться по часовой, а правый — против часовой стрелки. На задних левый вращается против часовой, а правый — по часовой.

Теперь на верхнюю площадку необходимо установить печатную плату. Предварительно делаем основание из мягкого материала, склеиваем плату с основанием и прикрепляем к площадке. В нижней части под платой установите аккумулятор. Проделываем необходимые работы по соединению платы с двигателями и батареей.

Для надежности, чтобы провода не распускались, окончательно закрепляем их к лучам при помощи обычного прозрачного скотча. При желании, вы можете припаять световые диоды к дрону. На краях платы есть специальные разъемы (4шт.), к которым и нужно подсоединить LED фонарики. Все, коптер готов к полету.