Пилотажная модель самолета из потолочной плитки
Далее будет подробная статья про изготовление данной модели. Самолет очень прост в изготовлении и ремонтопригоден. Кроме того,
электроника
, которая в нем используется, подходит от моделей-тренеров, что позволяет без лишних затрат перейти от «плосколета-тренера» к «пилотажке».
[43.87 Kb] (скачиваний: 964)
Чертеж модели в формате Excel, достаточно распечатать и склеить. Или даже просто начертить на потолочке маркером по линейке.
Материалы:
– Потолочная плитка
– Пеноплекс
– Разноцветный скотч
– Деревянные линейки
– Бамбуковые палочки и шпажки
– Тонкая фанера
– Стальная проволока
– Жесть
– Стыковочная лента для линолеума
– Клей для потолочной плитки
– Клей ПВА
– Эпоксидный клей
– «Липучка»
Инструменты:
– Канцелярский нож
– Металлическая линейка
– Угольник
– Маркер для компакт-дисков
– Ножницы
– Лобзик
– Наждачная бумага
– Надфили
– Прищепки
– Шприц для клея
– Изолента
– Пассатижи
– Шуруповерт со сверлами
– Термопистолет
– Утюг
Электроника:
Мотор
Пропеллер
Цанга
Сервопривод
Сервоудлинители
Регулятор оборотов
Фиксаторы тяг
Колеса – задние и передние
Аккумуляторы
Аппаратура
Шаг 1. Небольшие изменения в чертежах.
Так как данную модель я делал дважды, приведу список изменений, которые я внес в конструкцию.
1. Фюзеляж расширил на 1 см и не стал сужать носовую часть, чтобы внутрь помещалась вся электроника и аккумулятор.
2. Нижнюю часть фюзеляжа сделал из пеноплекса (2 см толщиной), чтобы повысить прочность конструкции.
3. Крыло переместил на 15 мм ближе к хвосту, чтобы центр тяжести оказался в нужном месте. А само крыло будет без нервюр – с несколькими лонжеронами разной толщины.
4. Шасси на первой версии вырывало дважды, а потому было решено усилить место крепления стойки шасси.
Шаг 2. Изготовление крыла.
Размечаем на потолочке маркером для дисков и вырезаем резаком четыре прямоугольника размерами 155х470 мм. На внутренней стороне чертим линии, по которым будут приклеены лонжероны. Расстояния между ними видны на фото, но смотря какой профиль крыла выбрать.
Из обрезков потолочки нарезаем лонжероны. Центральный делаем из пеноплекса (на фото оранжевый)
К пеноплексовому лонжерону приклеиваем деревянный лонжерон, склеенный из линейки (длина 800 мм).
На ровной поверхности склеиваем нижние части консолей крыла, приклеиваем лонжероны из потолочки и пеноплекса, стык половинок усиливаем изнутри небольшими (около 200 мм) кусочками линейки по передней и задней кромке и приклеиваем верхние части.
Заготовки передней кромки делаем из пеноплекса (или из потолочки) и приклеиваем к крылу.
После высыхания клея переднюю кромку обрабатываем грубой наждачкой и шлифуем мелкой.
Законцовки крыла делаем из потолочной плитки и приклеиваем. Затем обрабатываем наждачкой.
По центру крыла около центрального лонжерона вырезаем с одной стороны отверстие для вывода проводов к сервомашинкам элеронов. Чем меньше будет отверстие, тем выше будет прочность крыла, а потому главное не перестараться.
По чертежу вырезаем заготовки элеронов, они делаются из двух слоев потолочки, и склеиваем половинки.
Для получения одинаковых элеронов соединяем их друг с другом изолентой и обрабатываем края наждачкой.
Затем на каждом по отдельности сошкуриваем кромку, по которой элерон будет соединяться с крылом, под углом 45 градусов с двух сторон.
Крепиться элероны к крылу будут на скотч. Чтобы потом можно было вставить крыло в фюзеляж, навешиваем пока только один элерон. После этого крыло можно отложить и приступить к фюзеляжу.
Шаг 3. Изготовление фюзеляжа.
Обводим переднюю часть по шаблону маркером на листе потолочки прямо на лицевой стороне и чертим ось, на которой будет располагаться мотор, крыло и стабилизатор. Кроме того, эта линия будет границей, разделяющей цвета при обклейке модели скотчем.
Части фюзеляжа обрабатываем вместе наждачкой, так же как обрабатывались элероны.
Хвостовые части выравниваем так же, как и носовые. Сразу же, пока они соединены в пачку, вырезаем места под горизонтальное хвостовое оперение и сервоприводы. Затем подравниваем надфилем. Если сделать все аккуратно на данном этапе, то потом не придется выравнивать стабилизатор.
Соединять части фюзеляжа лучше совмещая по центральной линии, так не будет смещения отверстий для стабилизатора. Края в месте стыка половинок можно подправить наждачкой. Изнутри на стык половинок наклеиваем полоску из потолочной плитки.
Когда клей высохнет, приклеиваем пеноплексовое днище фюзеляжа. На данном этапе все выравниваем по угольнику, иначе малейший перекос потом отразится на полетных характеристиках. Откладываем фюзеляж сохнуть и двигаемся дальше.
Шаг 4. Изготовление моторамы и площадки под шасси.
Распускаем деревянную линейку на реечки шириной 5 мм и на чертеже начинаем склеивать клеем ПВА каркас. Моторама делается из фанеры 3мм, отверстие на ней – для вывода проводов к регулятору оборотов. Все детали приклеиваем с применением угольника. Выкос двигателя в дальнейшем, если понадобится, лучше реализовать подкладыванием под крепление мотора шайбы, чем криво приклеивать мотораму.
Затем сажаем на клей стойки для площадки под шасси.
Площадку так же выпиливаем из фанеры 3 мм. Для снижения веса сверлим отверстия, но усердствовать не надо, ибо при посадке это место будет получать большие нагрузки.
Вторую часть конструкции склеиваем в зеркальном виде и приклеиваем к мотораме и площадке шасси. До высыхания клея подкладываем под правую часть в качестве подпорки пластиковую карточку.
Прикладываем данную конструкцию к носовой части фюзеляжа. Крыло будет располагаться между двумя реечками.
Вырезаем из пеноплекса (20 мм толщиной) шпангоут, который будет расположен сразу за крылом. Делаем в нем небольшие выемки под рейки.
Вклеиваем пеноплексовый шпангоут в фюзеляж по угольнику. Затем приклеиваем конструкцию из моторамы и площадки под шасси.
Приклеиваем вторую часть фюзеляжа, не забывая про угольник. В хвостовой части размещаем шпангоуты. Места в шпангоутах для проводки хвостовых сервоприводов удобней вырезать в верхней части.
Вот так выглядит носовая часть изнутри. На площадку крепления шасси приклеиваем брусок из пеноплекса, тогда шурупы, которыми будет прикручено шасси, не повредят электронику.
Подготавливаем крышку для хвостовой части фюзеляжа, но не приклеиваем ее, чтобы было удобней прокладывать провода в хвостовую часть.
Размещаем провода хвостовых сервоприводов, прихватываем их кусочками скотча, а сами сервоприводы вставляем в отверстия (без клея). Слева – сервопривод руля высоты, справа – руля направления. Рекомендую сделать на проводах соответствующие пометки, чтобы потом было легче подключать их к приемнику.
Работы внутри хвоста закончены, можно заклеивать крышку.
Площадку под заднее колесико склеиваем из линеек или берем кусочек фанеры 3 мм. Вклеивать лучше на эпоксидный клей-пятиминутку.
В верхней части строго по центру вырезаем посадочное место под киль.
Крышку отсека с электроникой делаем из потолочки. Внутри, вдоль всей крышки, приклеиваем потолочным клеем бамбуковую шпажку. В части «псевдостекла» выгибаем шпажку, нагревая ее утюгом. Для повышения прочности, прихватываем шпажку термоклеем.
Шаг 5. Хвостовое оперение.
Стабилизатор и киль у меня остались с первой модели, а тогда я сфотографировать процесс не догадался. Но их изготовление сложностей вызвать не должно.
Стабилизатор и руль высоты изготовлены из двух слоев потолочки строго по чертежам, а петли сделаны из полосок двухстороннего скотча, который вклеивается между слоями. Стык, по аналогии с элеронами, сошкуривается с двух сторон под углом 45 градусов. Кроме того, в руль высоты вклеивается между слоями потолочки усиление из проволоки, чтобы обе половинки работали синхронно. К передней кромке стабилизатора приклеиваем бамбуковые шпажки, обязательно с выступом за пределы. Так стабилизатор будет прочней, а бамбучины будут защищать щель от попадания травы при взлетах и посадках.
Горизонтальное оперение готово – можно обклеивать скотчем.
Киль и руль направления, для облегчения, сделаны из одного слоя потолочной плитки. Стык так же сошкуривается. Петлями руля направления служит непосредственно обтяжка из скотча.
Шаг 6. Обклеивание модели скотчем.
Цвет модели лучше выбирать из расчета, что это модель переходная, от «тренера» к «пилотагам». А потому она должна хорошо читаться в воздухе. Снизу фюзеляж делаем черным, сверху красным. Крыло делаем снизу красным, сверху белым и добавляем черные законцовки. Хвостовое оперение выдерживаем в такой же цветовой гамме.
Сначала обклеиваем красным скотчем фюзеляж.
Затем обклеиваем нижнюю часть черным скотчем и приклеиваем хвостовые сервоприводы. Лучше всего на эпоксидку-пятиминутку.
Крышку отсека с электроникой обклеиваем красным скотчем, а металлическим – «псевдостекло».
Крыло начинаем обклеивать сначала белым скотчем, потом красным, и завершаем все черным, чтобы все неаккуратности закрыть.
Когда половина крыла обтянута, вставляем его в фюзеляж, но без клея.
Навешиваем второй элерон и обклеиваем вторую половину симметрично первой.
После завершения обтяжки приклеиваем крыло. Для большей прочности лучше клеить на эпоксидку, но если ее нет – потолочным клеем с закреплением термоклеем изнутри.
Шаг 7. Вклеивание стабилизатора и киля.
Стабилизатор лучше вклеивать, расположив фюзеляж на ровной поверхности, чтобы проконтролировать горизонтальность.
Для более надежного закрепления киля приклеиваем к нему два кусочка потолочки, а чтобы руль высоты его не задевал – делаем вырез. Вертикальность установки киля можно проверить отвесом или большим угольником.
Шаг 8. Изготовление шасси.
Стойку шасси выгибаем из пластины для закрывания швов в линолеуме. На концах сверлим отверстия для болтиков-осей.
Отверстие в колесе рассверливаем до нужного диаметра и прикручиваем к стойке. Гайку лучше зафиксировать капелькой лака для ногтей или специальным фиксатором резьбы.
Прикручиваем стойку шасси к фюзеляжу двумя саморезами.
Заднюю стойку выгибаем из стальной проволоки. Прикручиваем все с помощью кусочка жести на один саморез.
Шаг 9. Установка электроники.
С помощью иголки «находим» в крыле деревянный лонжерон, прикладываем сервопривод основанием, обводим маркером и вырезаем посадочное место. С помощью загнутой проволоки протягиваем в отверстия концы Y-кабеля.
Подключаем к Y-кабелю сервоприводы и закрепляем их в посадочных местах монтажным скотчем или эпоксидным клеем.
Кабанчики в рули и элероны можно вклеить покупные или сделать их самостоятельно из подходящего пластика, например, строительный уголок или старый CD-диск. Тонким сверлом сверлим в кабанчиках несколько отверстий, чтобы можно было механически менять расходы, а в нижней части делаем отверстие для кусочка проволоки, так кабанчик лучше фиксируется и не будет выскакивать. Клеим кабанчики на эпоксидку-пятиминутку.
Тяги делаем из жесткой стальной проволоки. Закрепить можно либо фиксаторами с двух сторон, либо с одной стороны выгнуть «змейку», а другой конец закрепить фиксатором (как на фото).
На хвостовое оперение тяги и кабанчики устанавливаем аналогично.
Основание двигателя (в данном случае он типа «грибок») прикручиваем к мотораме болтиками. А для закрепления самого мотора на основании вырезаем в носовой части два отверстия (сверху и снизу), чтобы иметь доступ к болтам крепления. На таком типе двигателя настоятельно рекомендую сразу заменить потайные болты крепления на обычные болтики, под отвертку! Потому что потайные болты шестигранником хорошо затянуть не удается, а если использовать фиксатор резьбы, то потом просто не выкрутить.
Шаг 10. Последние штрихи.
Крышку отсека с электроникой крепим на «липучку». Для этого вклеиваем внутри фюзеляжа пеноплексовые бруски с половинками «липучки», а вторые половинки приклеиваем на крышку. Из скрепки делаем небольшую ручку, за которую крышку удобней будет тянуть. Изнутри скрепка загнута на бамбучину и зафиксирована термоклеем.
Размещаем внутри остальную электронику, соединяем все провода и укладываем аккумулятор для проверки центровки. Центр тяжести как раз на одну треть от передней кромки крыла.
Все, модель готова к первым полетам!
Полетный вес модели = 640 грамм.
Если убрать шасси, можно облегчить модель на 50 грамм.
Но даже с шасси модель очень неплохо ведет себя в воздухе – мотора хватает для простых фигур пилотажа.
В дальнейшем, когда опыт пилотирования стал больше, я добавил еще обтекатель на носовую часть и кок (их видно на первом фото), но делать их начинающим пилотам нет смысла, так как это минимум на сутки удлиняет процесс создания самолета.
Видео полетов:
Проекты судов для любительской постройки. чертежи самодельных лодок
Яхта из баркаса. Переделка баркаса в яхту Давно уже деревянные гребные шлюпки на флотах стали редкостью. Зато во многих клубных гаванях можно встретить не только ялы, но и баркасы, и гребные катера, доживающие свой век. А ведь эти прочные и неприхотливые суда, высокие мореходные качества которых признаны многими поколениями моряков, могут еще послужить яхтсменам — баркас вполне можно переделать в неплохую яхту любительской постройки… дальше>>>
Туристский катер из вельбота Туристский катер «Рассвет» был построен на базе корпуса металлического спасательного вельбота. Так как вельбот был прежде гребно-парусным судном, потребовалось снять банки, установить дейдвудную трубу, переборки и надстройку. Все соединения были выполнены на заклепках, за исключением дейдвудной трубы и фундамента двигателя, при установке которых применялась сварка. Не имея возможности выполнить все необходимые для переоборудования чертежи, мы применили метод моделирования… дальше>>>
Яхта из спасательной шлюпки Когда мы узнали, что у нас на заводе есть списанная, но вполне пригодная для переделок спасательная шлюпка «СШР-5», сразу решено было превратить ее в яхту любительской постройки. Конечно, ожидать особых ходовых качеств от широкого вельбота было нельзя, но мы старались сделать все возможное, чтобы рядовая шлюпка превратилась в удобное и мореходное парусное судно. Итак, каковы же впечатления от нашей яхты… дальше>>>
Лодка из раскладушки с обшивкой из брезента Для изготовления данного судна любительской постройки используется раздвижной каркас выпускавшейся в течение ряда лет кровати-раскладушки из деревянных брусков с металлическими креплениями. Судно, построенное по приведенному проекту остойчиво, свободно держит на воде двух человек. Чтобы каркас раскладушки послужил основой для изготовления брезентовой лодки, надо дополнительно изготовить несколько деталей… дальше>>>
Самодельная мини-лодка своими руками — проект скоростной лодки Представляем еще одну лодку любительской постройки, на этот раз из фанеры. При создании проекта этой скоростной прогулочной мини мотолодки мне хотелось, чтобы она обладала не только высокой скоростью, но и была надежной, легкой, транспортабельной и, конечно, красивой. К моменту написания статьи на «Веге-1» уже пройден 1500-километровый маршрут по Дону. И должен сказать, что в этом испытательном пробеге она превзошла все мои расчеты и ожидания… дальше>>>
Глиссер своими руками. Проект гоночного глиссера класса R2 Наш глиссер выполнен по трехточечной схеме с передним расположением спонсонов. Для использования аэродинамической подъемной силы на днище поставлены «воздушные ловушки» — шайбы, являющиеся продолжением в корму (на длине 850 мм) внутренних стенок спонсонов. Центральная продольная балка выполнена обтекаемой; переборка безопасности отделяет оборудованный в носовой части балки кокпит водителя от моторного отсека… дальше>>>
Гоночный катамаран — проект и чертежи Сравнивая поведение этого катамарана и традиционных мотолодок, можно отметить, что на нем легче поддерживать высокую скорость в реальных условиях гонок. Воздушный поток, обтекающий мост, создает динамическую воздушную подушку. Между нижним контуром моста и водой — экраном в результате интенсивного подтормаживания потока увеличивается давление, вследствие чего появляется дополнительная подъемная сила. При полном весе мотолодки 210 кг (из них на корпус приходится 75 кг) с серийным мотором «Вихрь» получена скорость на прямой 70 км/час… дальше>>>
Спортивная скоростная мотолодка — проект Ренато Леви Стремительный профиль катеров конструкции Ренато Леви легко отличить среди десятков других гоночных судов, стартующих в океанских водно-моторных марафонах или иных больших международных гонках. «Зубочистки», «иглы», «лодки, у которых нос начинается от транца», — так журналисты называли лодки Леви, и, надо сказать, эти «прозвища» довольно метко характеризуют черты «Дельт» — катеров с особого типа обводами, созданными конструктором… дальше>>>
Тримаран «Шторм»: проект многоцелевого катера буксировщика для водного спорта и туризма Перед нами стояла задача — создать многоцелевой современный катер, пригодный и для водного спорта и для туризма. Это представляет определенную сложность, поскольку к такому универсальному судну предъявляется множество специфических требований. Мы и начали с того, что попытались проанализировать основные из этих требований, выдвинутые представителями различных видов водного спорта… дальше>>>
Лодка-амфибия с мотоциклетным двигателем За последние пять лет я построил две трехколесные амфибии с мотоциклетным двигателем. Первая лодка-амфибия была стальная (сварная) из миллиметрового листа и имела в длину 4,5 м. Бортовые колеса навешивались на борта, заднее ведущее колесо было и поворотным. Гребной вал проходил через днище с тоннельной кормой. Имелась регулируемая транцевая плита. Надо сказать, по асфальту амфибия шла очень хорошо, как мотоцикл, развивая скорость до 93-95 км/час… дальше>>>
Самодельная трехсекционная моторная лодка на основе «Автобота» Фанерная автомобильная лодка под 12-сильный мотор рассчитана на перевозку на прицепе в разобранном виде. Секция II вкладывается в секцию III, секция I — в секцию II. До укладки снимаются переднее съемное кресло 15 (или два передних кресла) и кормовой диван 11 с ящиком-рундуком под ним. Если секция III при полной длине 1480 мм не умещается в имеющийся прицеп по длине, можно сделать его поперечную стенку откидывающейся либо превратить ее в кильблок… дальше>>>
Яхта на колесах. Колесная яхта на базе буера Для того чтобы «переставить» буер «DN-60» с коньков на колеса, требуется сравнительно немного времени и усилий. Прежде всего, необходимо заменить башмаки боковых коньков на опорные плиты и накладки, а вместо узла крепления переднего конька изготовить оковку рулевого колеса. Ось бокового колеса является как бы продолжением поперечного бруса. Она ввинчивается в резьбовое отверстие бобышки… дальше>>>
Парус на байдарке — байдарка «Салют» под парусами Я сшил паруса для байдарки позапрошлой весной. Никогда до этого не кроил и к швейной машине близко не подходил. Все для меня было впервые, включая знакомство с чертежами парусного вооружения. Бермудское вооружение (треугольные паруса) я счел наиболее простым и подходящим. Забегая вперед, отмечу, что «Нептун» одного моего приятеля лавировал со своим рейковым парусом не хуже, а на полных курсах даже обходил мой «Салют», имея мачту в полтора раза ниже… дальше>>>
Проект бригантины — судно с прямыми парусами Приводим проект бригантины и краткое описание данного судна. Корпус бригантины стальной (кроме палубы и рубок). Применение остроскулых обводов и сварной конструкции при сравнительно больших толщинах стальных листов (обшивка 4 мм, коробка балластного киля 6 мм) обеспечивает максимальное упрощение процесса постройки корпуса. Предусмотрено использование в качестве основного материала стали… дальше>>>
Яхта-«полутонник». Проект крейсерско-гоночной яхты полутонного класса Крейсерско-гоночные яхты «полутонного» класса (с гоночным баллом IOR=6,6) являются оптимальным вариантом яхты для морских гонок. На них легче, чем на «четвертьтонниках», обеспечить удовлетворительную обитаемость, так как больше сами размерения яхты; правилами класса оговорена на 0,3 м большая высота в каюте (1,7 м); «полутонники» быстроходнее, легче справляются со встречной волной; шире возможности подбора парусов в зависимости от ветровых условий… дальше>>>
Двухкаютный катер «Баклан» — проект При проектировании нашего «Баклана» ставилась цель — создать мореходный, надежный в эксплуатации катер со вспомогательным парусным вооружением, пригодный для дальних туристских походов по волжским водохранилищам и Цимлянскому морю. Мы предпочли вариант общего расположения с двумя каютами. Катер со средним расположением кокпита легче удифферентовать. Наличие небольшой кормовой каюты обеспечивает дополнительные удобства для семейного экипажа, когда в его составе есть дети… дальше>>>
Семейный катер для путешествий — проект Д. Бича Этот проект «семейного» катера разработан известным американским конструктором Д. Бичем по заказу клиента из Чикаго, который хотел иметь комфортабельное и недорогое судно для путешествий по озеру Мичиган и рекам его бассейна. Д. Бич славится как конструктор плавучих дач, поэтому неудивительно, что построенный по его новому проекту катер кажется гораздо вместительнее других судов… дальше>>>
Гоночная мотолодка «Старт-3» — проект и постройка своими руками «Старт-3» — очень легкая и маневренная чисто гоночная мотолодка, рассчитанная на выступления, в первую очередь, в юношеском классе SA-250 (при увеличении длины на 0,25 м ее можно использовать и в старших классах SB-350 и SC-500). Особенностью ее обводов являются округлые очертания шпангоутов при сохранении почти плоского глиссирующего участка днища между первыми реданами. При такой форме поперечных сечений корпус лодки при любом водоизмещении имеет наименьшую смоченную поверхность… дальше>>>
Лодка Фан-дер-Флита — проект прогулочной гребной шлюпки для любительской постройки Мы решили разработать конструктивный чертеж лодки А. П. Фан-дер-Флита с сохранением оригинальных обводов и размерений. С задачей справились — шлюпка пошла в массовое производство после испытаний, подтвердивших ее хорошие эксплуатационные качества. Теоретический и конструктивные чертежи данной прогулочной гребной лодки предлагаются для использования в любительском судостроении… дальше>>>
Стеклопластиковая мотолодка «Марс-М» — проект и постройка тримарана из стеклопластика Для своей мотолодки «Марс-М» я снова выбрал тримаранные обводы с умеренной килеватостью. От предыдущего моего тримарана «Марс», имевшего точно такие же размерения и грузоподъемность, новую лодку отличают более совершенные обводы и повышенные мореходные качества, возможность применения мотора мощностью уже не до 40, а до 50 л. с., более просторный кокпит… дальше>>>
Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:
добавить страницу в избранное
Собираем бюджетный fpv квадрокоптер – подробнейшая инструкция
Меня зовут Дмитрий Дударев. Я занимаюсь разработкой электроники и очень люблю создавать различные портативные девайсы. Еще я люблю музыку.
Давным-давно – в апреле или около того, когда весь мир сотрясался от ударов страшного карантина, я решил научиться играть на гитаре. Я взял у друга акустическую гитару и стал осваивать инструмент по урокам из ютуба и табулатурам. Было тяжело. То ли я неправильно что-то делал, то ли плохо старался, то ли в обществе моих предков мелкая моторика вредила размножению. Короче, ничего кроме звуков дребезжащих струн у меня не выходило. Мое негодование усиливала постоянная расстройка струн. Да и окружающим тысячный раз слушать мою кривую Nothing else matters удовольствия не доставляло.
Но в этих муках про главное правило электронщика я не забыл. Если что-то существует, значит туда можно вставить микроконтроллер. Или, хотя бы, сделать портативную электронную модификацию.
Электронная гитара? Хм, интересная идея, подумал я. Но еще лучше, если на этой гитаре я сам смогу научиться играть. В тот же день акустическая гитара отправилась на свалку обратно к другу, а я стал придумывать идею.
Поскольку я у мамы инженер, то первым делом я составил список требований к девайсу.
Что я хочу от гитары?
1) Я хочу что-то максимально похожее на гитару, т.е. шесть струн и 12 ладов на грифе.
2) Хочу компактность и портативность. Чтобы можно было брать девайс с собой куда угодно, не заказывая газель для транспортировки.
3) Устройство должно без плясок с бубном подключаться к чему угодно, от iOS до Windows. Окей-окей, ладно, будем реалистичными – ко всем популярным осям.
4) Работа от аккумулятора.
5) Подключение должно производиться без проводов (но раз уж там будет USB разъем для зарядки, то и по проводу пусть тоже подключается)
6) Ключевой момент – на гитаре должно быть просто учиться играть, без необходимости в долгих тренировках по адаптации кистевых связок. Как это реализовать? Сразу пришла идея оснастить струны и лады светодиодами. Типа, загрузил табулатуры в гитару, а она уже сама показывает, куда ставить пальцы. Т.е. нет такого, что смотришь на экран, потом на гитару, снова на экран, снова на гитару. Вот этого вот всего не надо. Смотришь только на гитару. И там же играешь. Все. Это прям мое.
7) Хотелось бы поддержки разных техник игры на гитаре: hummer on, pull off, slide, vibrato.
8) Без тормозов. По-научному – чтобы задержка midi-команд не превышала 10мс.
9) Все должно собираться из говна и палок легко доступных материалов без сложных техпроцессов и дорогой электроники.
В итоге должен получиться компактный инструмент, на котором можно играть, как на гитаре, лишенный аналоговых недостатков и оснащенный наглядной системой обучения. Звучит реализуемо.
Разумеется, для мобильных платформ потребуется написать приложение, в котором можно будет выбрать табулатуру для обучения светодиодами, выбрать инструмент (акустика, классика, электрогитара с различными пресетами фильтров, укулеле и т.д.), и воспроизводить звуки.
Существующие аналоги
А надо ли изобретать велосипед? Ведь на всякую гениальную идею почти наверняка найдется азиат, который уже давно все реализовал в «железе», причем сделал это лучше, чем ты изначально собирался. Иду гуглить.
Оказывается, первая цифровая гитара была создана еще в 1981 году, но в народ сильно не пошла из-за хилой функциональности.
Варианты посовременнее, конечно, тоже нашлись.
Вот, например, с айпадом вместо струн или еще одна в форме моллюска:
Однако такого, чтобы выполнялись все мои хотелки – в первую очередь компактность и режим обучения «жми на лампочки» – такого нет. Кроме того, такие midi-гитары нацелены все же на более профессиональную аудиторию. И еще они дорогие.
Значит, приступаем!
Первый прототип
Чтобы проверить жизнеспособность концепции, нужно сначала определиться с элементной базой.
Контроллер берем STM32F042. В нем есть все, что нужно, при стоимости меньше бакса. Кроме беспроводного подключения, но с этим позже разберемся.
Далее. Струны на деке. Для первого концепта решил напечатать пластиковые язычки, закрепить их на потенциометрах с пружинками и измерять углы отклонения.
Так выглядит 3D-модель:
А так живьем:
Тактильное ощущение приятное. Должно сработать.
Для ладов на грифе я заказал на Али вот такие тензорезистивные датчики.
В отличие от разнообразных кнопок, они не щелкают. Плюс есть возможность определять усилие нажатия, а значит, можно реализовать сложные техники вроде slide или vibrato.
Плюс нужен АЦП, чтобы считывать инфу с датчиков и передавать на контроллер.
Пока ждал датчики из Китая, развел плату:
Прежде чем заказывать печать платы, решил дождаться тензорезисторов. И, как оказалось, не зря. Из 80-ти датчиков рабочими оказались только несколько, и то с разными параметрами.
Выглядит, мягко говоря, не так, как заявлено. И чего я ожидал, покупая электронику на Али?..
И тут меня осенило.
Можно ведь применить другой метод детектирования — измерение емкости, как в датчиках прикосновения. Это гораздо дешевле и доступнее. А если правильно спроектировать механику, то можно и усилие определять.
Что ж. Удаляю все, что было сделано
Второй прототип
Итак, тензорезистивные датчики в топку. В качестве сенсорных элементов в этот раз взял небольшие медные цилиндрики, напиленные из проволоки. Для измерения емкости удалось найти дешевый 12-канальный измеритель емкости общего назначения. Он измеряет емкость в масштабах единиц пикофарад, чего должно быть достаточно для схемы измерения усилия, которую я планирую реализовать в следующих модификациях.
Дополнительно на всякий случай повесил на каждый элемент грифа по посадочному месту для кнопки или чего-то подобного. И сделал соответствующие вырезы в плате. Это чтобы можно было не только прикоснуться к цилиндрику, но и прожать его внутрь. Можно будет поэкспериментировать с разными техниками игры.
Решив вопрос подключения множества микросхем измерителя емкости к контроллеру, приступаю к разводке платы.
На этот раз плату удалось заказать и даже дождаться ее изготовления.
После того, как припаял все комплектующие к плате, понял, что конструкция с пластиковыми струнами получается слишком сложной. Поэтому решил пока что повесить на деку такие же сенсорные цилиндрики, но подлиннее.
Два проводочка в нижней части – это я подключил накладку с цилиндриками к уже изготовленной плате. Это временное решение.
Железяка готова. Следующая задача – заставить ее играть.
Софт
Программная часть реализована так:
1. Скачиваем виртуальный синтезатор, который может работать с MIDI устройством и издавать гитарные звуки.
2. Пишем прошивку для контроллера, которая будет опрашивать сенсоры и передавать данные по USB на комп.
3. На стороне компа пишем программу, которая будет получать эти данные, генерировать из них MIDI-пакеты и отправлять их на виртуальный синтезатор из пункта 1.
Теперь каждый пункт подробнее.
Виртуальных синтезаторов под винду с поддержкой MIDI оказалось довольно много. Я попробовал Ableton live, RealGuitar, FL studio, Kontakt. Остановился на RealGuitar из-за простоты и заточенности именно под гитару. Он даже умеет имитировать несовершенства человеческой игры – скольжение пальцев по струнам, рандомизированные параметры извлечения нот.
Чтобы подключить свое приложение к виртуальному синтезатору я сэмулировал виртуальный порт midi, который подключен ко входу синтезатора RealGuitar через эмулятор midi-кабеля. Такая вот многоуровневая эмуляция.
*Мем с ДиКаприо с прищуренными глазами*
В интерфейсе программы я сделал графическое отображение уровня измеряемой емкости для каждого сенсора. Так будет проще подстраивать звучание. Также на будущее добавил элементы управления светодиодами, вибромотором (пока не знаю зачем, но он тоже будет в гитаре), визуализации работы акселерометра и уровня заряда аккумулятора.
Для того чтобы удары по струнам гитары вызывали проигрывание правильных нот, нужно замапить все 72 сенсора на грифе на соответствующую ноту.
Оказалось, что из 72 элементов на 12-ти ладах всего 37 уникальных нот. Они расположены по определенной структуре, так что удалось вместо построения большой таблицы вывести простое уравнение, которое по номеру сенсора выдает номер соответствующей ноты.
Проверяем работу
Похоже, все готово для первого теста. Пилить прутки и паять все 12 ладов мне было лень, поэтому ограничился 8-ю. Момент истины:
IT’S ALIVE! Жизнеспособность концепта подтверждена. Счастью не было предела! Но нельзя расслабляться.
Следующий этап – добавление светодиодов, акселерометра, вибромотора, аккумулятора, беспроводной связи, корпуса и возможности работы без драйверов или программ эмуляции midi на всех популярных платформах.
Светодиоды
По плану гитара должна подсказывать пользователю, куда ставить пальцы, зажигая в этом месте светодиод. Всего нужно 84 светодиода. Тут все просто. Я взял 14 восьмибитных сдвиговых регистров и соединил в daisy chain. STM-ка передает данные в первый регистр, первый – во второй, второй – в третий и т.д. И все это через DMA, без участия ядра контроллера.
Акселерометр
Самый простой акселерометр LIS3D позволит гитаре определить угол своего наклона. В будущем буду это использовать для наложения звуковых фильтров во время игры в зависимости от положения гитары.
Беспроводное соединение
Для беспроводной передачи данных решил поставить ESP32. Оно поддерживает различные протоколы Bluetooth и WI-FI, будет с чем поэкспериментировать (на тот момент я еще не знал, что в моем случае существует только один правильный способ подключения).
Корпус
Одно из ключевых требований к гитаре – портативность. Поэтому она должна быть складной, а значит, электронику деки и грифа нужно разнести на две платы и соединять их шлейфом. Питание будет подаваться при раскрытии корпуса, когда магнит на грифе приблизится к датчику Холла на деке.
Доработка прототипа
Что ж, осталось облачить девайс в приличную одежку.
Я много экспериментировал с различными конструкциями тактильных элементов грифа и рассеивателями для светодиодов. Хотелось, чтобы равномерно светилась вся поверхность элемента, но при этом сохранялась возможность детектирования прикосновения и нажатия на кнопки.
Вот некоторая часть этих экспериментов:
Еще я обратился к другу, который профессионально занимается промышленным дизайном. Мы придумали конструкцию узла сгибания гитары, после чего он спроектировал и напечатал прототип корпуса.
Развожу финальный вариант плат и собираем гитару:
Выглядит почти круто. Но девайс все еще подключается к компу через цепочку эмуляторов, эмулирующих другие эмуляторы.
Превращаем гитару в MIDI-устройство
В новой версии в первую очередь я хотел, чтобы при подключении по USB, гитара определялась как MIDI устройство без всяких лишних программ.
Оказалось, сделать это не так сложно. Все спецификации есть на официальном сайте usb.org. Но все алгоритмы, которые выполнялись на стороне python-приложения, пришлось переписывать на C в контроллер.
Я был удивлен, что оно сразу заработало на всех устройствах. Windows 10, MacOS, Debian 9, Android (через USB переходник). Достаточно просто воткнуть провод и в системе появляется MIDI-устройство с названием «Sensy» и распознается всеми синтезаторами. С айфоном пока протестировать не удалось т.к. нет переходника. Но должно работать так же.
Беспроводной интерфейс
Осталось избавиться от проводов. Правильное решение пришло не сразу, потому что я поленился как следует погуглить. Но в итоге я использовал протокол BLE MIDI, который поддерживается всеми новыми операционками и работает без всяких драйверов прямо как по USB MIDI. Правда, есть вероятность, что на более старых операционках решение не заработает в силу отсутствия поддержки BLE MIDI. Но все тесты с доступными мне девайсами прошли успешно.
Переписанный функционал приложения – т.е. трансляция данных сенсоров в MIDI-данные – занял точнехонько всю память контроллера. Свободными осталось всего 168 байт. Очевидно, кремниевые боги мне благоволили, значит иду в правильном направлении.
Уверен, можно оптимизировать, но это отложу для следующей версии. Хотя, возможно, проще не тратить время и просто взять контроллер потолще. Разница по деньгам – 5 центов. Посмотрим. Все равно нужно будет место для новых фич – обрабатывать техники игры, например. В первую очередь, хочу реализовать slide. Это когда начинаешь играть ноту с определенным зажатым ладом и проскальзываешь рукой по грифу, перескакивая с лада на лад.
Теперь можно проверить работу по беспроводу:
При включении всех светодиодов, гитару можно использовать, если вы заблудились в темной пещере.
Недостатки прототипа
На текущий момент у конструкции есть следующие минусы:
1) На сенсорах нигде не измеряется усилие нажатия. Это влечет за собой три проблемы:
• Постоянно происходят случайные задевания соседних струн как на деке, так и на грифе. Это делает игру очень сложной.
• Все играемые ноты извлекаются с одинаковой громкостью. Большинство подопытных этого не замечают, но хотелось бы более приближенной к настоящей гитаре игры
• Невозможность использовать техники hammer on, pull off и vibrato
2) Светодиоды одноцветные. Это ограничивает наглядность при игре по табулатурам. Хочется иметь возможность разными цветами указывать на различные приемы игры.
3) Форма корпуса не подходит для левшей. С точки зрения софта – я уже реализовал инверсию струн по акселерометру. Но механический лепесток, необходимый для удержания гитары рукой во время игры, поворачивается только в сторону, удобную правшам.
4) Отсутствие упора для ноги. Сейчас при игре сидя нижняя струна почти касается ноги, а это неудобно.
5) Сустав сгибания гитары требует осмысления и доработки. Возможно, он недостаточно надежен и стабилен.
Время переходить к разработке следующей версии.
Переезжаю на контроллер серии STM32F07. На нем уже 128КБ флэша – этого хватит на любой функционал. И даже на пасхалки останется.
Использовать ESP32 в финальной версии гитары было бы слишком жирно, поэтому я пошел искать что-то более православное. Выбор пал на NRF52 по критериям доступности, наличию документации и адекватности сайта.
Конечно, будут реализованы и три главных нововведения:
– светодиоды теперь RGB,
– на каждом сенсоре грифа будет измерение усилия (тактовые кнопки больше не нужны),
– струны на деке станут подвижными.
На данный момент плата деки выглядит так (футпринт ESP на всякий случай оставил):
Уже есть полная уверенность в том, что весь задуманный функционал будет реализован, поэтому было принято решение о дальнейшем развитии. Будем пилить стартап и выкладываться на Kickstarter 🙂
Проект называется Sensy и сейчас находится в активной разработке. Мы находимся в Питере, сейчас команда состоит из двух человек: я занимаюсь технической частью, мой партнер – маркетингом, финансами, юридическими вопросами.
Скоро нам понадобится наполнять библиотеки табулатур и сэмплов различных инструментов. Если среди читателей есть желающие в этом помочь – пожалуйста, пишите мне в любое время.
Кому интересно следить за новостями проекта – оставляйте почту в форме на сайте и подписывайтесь на соцсети.
Очень надеюсь на обратную связь с комментариями и предложениями!
Спасибо за внимание!
Забавный эпизод из процесса разработки
Сижу отлаживаю NRF52, пытаюсь вывести данные через UART. Ничего не выходит. Проверял код, пайку, даже перепаивал чип, ничего не помогает.
И тут случайно нестандартным способом перезагружаю плату – в терминал приходит буква «N» в ascii. Это соответствует числу 0x4E, которое я не отправлял. Перезагружаю еще раз – приходит буква «O». Странно. Может быть проблема с кварцевым резонатором и сбился baud rate? Меняю частоту в терминале, перезагружаю плату – опять приходит «N». С каждой новой перезагрузкой приходит по новой букве, которые в итоге составляют повторяющуюся по кругу фразу «NON GENUINE DEVICE FOUND».
Что эта NRF-ка себе позволяет? Прошивку я обнулял. Как она после перезагрузки вообще помнит, что отправлялось в предыдущий раз? Это было похоже на какой-то спиритический сеанс. Может, я и есть тот самый NON GENUINE DEVICE?
Залез в гугл, выяснил, что производители ftdi микросхем, которые стоят в USB-UART донглах, придумали способ бороться с китайскими подделками. Виндовый драйвер проверяет оригинальность микросхемы и на лету подменяет приходящие данные на эту фразу в случае, если она поддельная. Очевидно, мой донгл оказался подделкой и переход на другой решил эту проблему.
Снова спасибо китайцам.
