Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр

Важные элементы для квадрокоптеров:

Основные требования квадрокоптеров это обладание досаточной тяги у моторов пропеллеров , способные его поднять:

  • Благодаря тому, что технологии литиевых батарей позволяют это сделать
  • Предыдущие технологии не позволяли обладать достаточным потенциалом и были слишком тяжелые и не производительные.
  • Бесщеточные двигатели (Brushless motor) и электронные контроллеры скорости (ECS) повышают полетные характеристики, выносливость моторов и их надежность (работа на отказ). при разумной дисциплине можно летать в дождь и не волноваться за моторы.
  • Карбоновые , алюминевые и стеловолоконные технологии облегчают вес давая эфективность и производительность по соотношению к весу апарата.
  • Полетный контроллер (ArduPilot) является мозгом , который позволяет квадрокоптеру творить потрясающие вещи.
  • Группа разработчиков опирается на APM контроллер , который имеет хороший потенциал
  • В полетный контроллер встроенно много датчиков, необходимых для автоматического полета
  • В эту систему включены : трех осевой гироскоп, трех осевой акселерометр, компас (магнитометр) , барометр (высотомер) и GPS.
  • ArduPilot подключается к моторам , радиопередатчикам, телеметрии и камеры контроля.
  • Современные радиоуправляемые системы 2.4МГц обеспечивают быструю и очень надежную связь с квадрокоптером.
  • Программа Mission Planer позволяет обновить прошивку Автопилоту
  • Программа так же позволяет загружать пользовательские параметры (миссии / точки) и прочие инструкции в квадрокоптер.
  • Кроме того, можно использовать планирование миссии полета , анализировать журналы полета записаные на автопилот.
  • А еще программа может работать как телеметрическая наземная станция (Ground Station) , где отображаются в реальном времени данные полета.

Виды квадрокоптеров

По размеру квадрокоптеры принято делить на классы в соответствии с размером диагонали (расстоянием между осями диагонально расположенных двигателей) – числа 200, 250, 350, 450 и т.д. в описании квадрокоптера как раз означают размер диагонали в мм. Квадрокоптеры до 200 размера принято относить к микроклассу.

Чем меньше размер квадрокоптера, тем он «игрушечней». Четкого разделения тут нет, бывают и полупрофессиональные модели микро-размера, и недорогие игрушки 350 класса. Но чем больше размер квадрокоптера, тем он более устойчив к воздушным потокам, а, следовательно, более приспособлен к полету на открытом воздухе.

По характеру использования квадрокоптеры разделяют на «игрушки» начального уровня, «любительские» – среднего уровня и профессиональные. Также можно выделить отдельный класс гоночных квадрокоптеров.

Квадрокоптеры начального уровня отличаются, в первую очередь, малым временем полета (около 10 минут) и малым радиусом действия (до 100 м). Как правило, такие модели не оснащаются GPS, датчиками удержания позиции и не приспособлены для полетов на открытом воздухе.

Модель начального уровня может использоваться для получения навыков пилотирования (при наличии на ней более-менее приличной FPV-камеры) или как игрушка для ребенка. В последнем случае обратите внимание на наличие защиты лопастей — скорость вращения винтов весьма высока, и отсутствие защиты может привести к травмам.

Квадрокоптеры любительского уровня уже могут держаться в воздухе 15-20 минут и удаляться от пульта на расстояние до километра. Для таких моделей крайне желательно наличие опций удержания высоты и удержания позиции.

Квадрокоптеры профессионального уровня способны проводить в воздухе продолжительное время и удаляться на километры. Они оснащены качественными GPS модулями, предотвращающими потерю дрона при отключении пульта – квадрокоптер самостоятельно вернется на точку старта по сохраненной в памяти локации.

Отдельная тема квадрокоптеров этого уровня – поддержка профессиональной фото- видеосъемки. Специализированные модели оснащены стабилизирующим подвесом камеры и имеют набор «операторских» функций – облет заданной точки с её съемкой, следование за оператором, изменение ракурса съемки и фокусного расстояния камеры и т.д.

Гоночные квадрокоптеры по многим параметрам попадают в любительские или даже игрушечные, но таковыми вовсе не являются. Радиус действия у них может быть невелик, навигационные функции могут отсутствовать, как и стабилизирующий подвес.

Отличительными особенностями гоночных дронов являются мощные двигатели, качественная FPV-камера с надежным каналом передачи и модульная конструкция – большинство «гонщиков» предпочитают собирать свои модели из отдельных элементов. Кроме того, частые для гоночных «квадриков» столкновения с препятствиями на высокой скорости постоянно приводят к поломкам винтов, лучей рамы и других деталей – модульная конструкция позволяет минимизировать затраты на ремонт.

Виды квадрокоптеров: классификация по размерам

Одним из основных критериев выбора коптера считаются его габариты. Одним пользователям нравятся маленькие квадрокоптеры. Он просты в управлении (обучение обращению с квадрокоптером редко длится более получаса), занимают мало места, а их приобретение обычно обходится достаточно дешево.

Большим плюсом является отсутствие сложностей в организационном плане. Например, покупателям не нужно думать, как зарегистрировать квадрокоптер. Можно просто купить и наслаждаться его функционалом на частной территории. Самые большие (профессиональные) аппараты необходимо регистрировать. Зато они открывают обширные возможности – как в плане функционала, так и в плане удобства эксплуатации.

Классификация квадрокоптеров по габаритам выглядит следующим образом:

  • Мини. Небольшое устройство со скромным радиусом действия. Обычно используется как игрушка – в помещении или во дворе. К достоинствам аппарата можно отнести высокую маневренность, к недостаткам – невозможность полноценного использования при сильных порывах ветра.
  • Маленький. Такой коптер быстр и удобен в управлении, благодаря чему его используют не только для баловства или съемки ландшафта, но и для любительских гонок на любой местности – как на равнинах, так и в лесу.
  • Средний. Характеризуется оптимальным сочетанием маневренности и грузоподъемности. Плюсом является устойчивость к порывам ветра. Используется как для продолжительной съемки, так и для проведения гонок на высоких скоростях.
  • Тяжелый. Имеет тяжелый массивный корпус, за счет чего считается самым надежным решением, но значительно уступает более мелким моделям в маневренности. Такой аппарат можно применять для съемок в неблагоприятных условиях и для кратковременных перевозок небольших грузов.

Для начинающих «летчиков», еще не знающих, как настроить квадрокоптер, больше подойдут маленькие модели. Опытным пользователям однозначно понравятся более тяжелые аппараты. Слишком уж много возможностей они открывают перед профессиональными «пилотами».

Защитные конструкции

Наиболее прямолинейный подход избежать последствий падения или столкновения БПЛА — защитная клетка и прочие защитные конструкции. Здесь две задачи — защищать дрон от повреждений и защищать среду, где работает дрон, и людей в ней от дрона.

Базовый вариант конструкции, относящейся скорее к защите людей от дрона, — защита пропеллера.

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр
Дрон AR.Drone 2.0 с защитой пропеллеров. Источник

Есть еще забавные решения, вдохновленные оригами, со складными гибкими конструкциями защиты пропеллеров (и даже конструкции рамы), развитие которым дала группа профессора Дарио Флореано в EPFL.

Превалирующей конструкцией защиты самого дрона (а вместе с тем и людей от него) является защитная клетка. Сам квадрокоптер находится внутри клетки.

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр
Дрон Clover от российской COEX

Российская компания COEX делает дроны для учебных целей, которые по умолчанию имеют защиту пропеллеров, а опционально — защитную клетку.

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр
Дрон Flyability ELIOS

Швейцарская (Швейцария — столица дроностроения?) компания Flyability — выпускает, пожалуй, самый коммерчески успешный коптер ELIOS с защитной клеткой для выполнения инспекций внутри помещений. Оригинальность конструкции состоит в креплении защитной клетки к раме коптера на подвижном подвесе с возможностью стабилизации.

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр
Дрон Dronistics

Стартап Dronistics из EPFL (опять Швейцария, это выходцы из группы Dario Floreano) предлагает дрон со складной клеткой для безопасной доставки грузов.

Недостатком таких дронов является увеличение массы конструкции — нужно носить с собой защитную клетку и элементы крепления к БПЛА. Стремление снизить массу защитной конструкции приводит к снижению ее прочности.

Какой подход действительно вам нужен?

  • Это очень важно, чтобы он соответствовал вашему уровню возможностей, если вы уйдете слишком далеко — вы получите негативный опыт.
  • Тем более гораздо важнее выбрать надежный и консервативный подход, чем пытаться все делать сразу.
    • Самый простой вариант — получить готовый к полету RTF или набор «все включено».
    • Хороший почти готовый к полету набор ARF и тщательно подобранные остальные компоненты приведут вас к выдащим результатам.
    • Подход ARF часто стоит несколько меньше может дать посмотрить свой аппарат специально с учетом ваших потребностей.
    • Выбор подхода , приобретение комплекта рамы (frame kit) предполагает, что у вас есть достаточно знаний, чтобы подобрать соответствующие компоненты, которые будут работать вместе.
    • Это позволит вам собрать квадрокоптер, специально оптимизированный под ваши потребности и желания.
    • Если вы не найдете и не будете действовать подробному описанию по постройке и сборке рамы (frame kit) — сделайте так, что это был не первый квадрокоптер в вашей жизни.
    • Очевидно, что для построки с нуля — вдвойне сложно, как постройка с использованием комплекта рамы.
    • Процес постройки и его компоненты должны соответствовать так, что бы квадрокоптер работал хорошо, это могут позволить опытные люди.
  • Есть дорогие, высокого класса квадрокоптеры, которые, как правило, ориентированные на коммерческую фото или видео аппаратуру и это выходит за пределы нашей области здесь.
  • Все квадрокоптеры которые тут описаны будут иметь подлинные 3dr APM, PX4 или Pixhawk полетные контроллеры.
    • Это лучшие и наиболее функциональные полетные контроллеры, которые имебт большую поддержку DIYDrones сообщества.
    • Будьте внимательны при использовании копий полетных контроллеров они могут иметь небольшие различия, которые могут их сделать непригодными к использованию.
    • Просто предупреждаю — будьте бдительны и вы получите то, за что заплатили.

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр

Камера

Наличие камеры выводит квадрокоптер на более высокий уровень и значительно увеличивает интерес покупателей. Производители это понимают и сегодня камерой оснащены девять из десяти моделей даже в «игрушечном» сегменте. Однако камера камере рознь.

Самый печальный случай – когда дрон может только вести запись с камеры на флешку, а передавать видео оператору – не может. Смысла в такой камере мало, и подобные модели производятся скорее с расчетом на неопытного покупателя, не видящего разницы между наличием камеры и FPV.

FPV (First Person View – вид от первого лица) подразумевает возможность передачи видеопотока с камеры на пульт оператора в реальном времени. Если вы хотите ощутить чувство самостоятельного полета и научиться управлять дроном по камере, вам нужна модель именно с FPV. Но тут тоже есть тонкости.

Самые простые «квадрики» с FPV используют в качестве экрана смартфон оператора (обычно при этом на пульте есть крепление для смартфона).

С одной стороны, это сильно снижает цену комплекта за счет отсутствия в нем экрана. С другой стороны, чаще всего в таких комплектах передача видео (а порой – и управление) осуществляется по WiFi. То есть, для передачи данных, и сам квадрокоптер, и пульт постоянно должны быть в пределах действия вашей сети WiFi.

Это сильно ограничивает радиус действия камеры и делает её подверженной помехам от других сетей WiFi. Обычно с такой камеры хорошее изображение без рывков и «подвисаний» бывает только в непосредственной близости (десятки метров) от источника сигнала WiFi.

Смотрите про коптеры:  Грузовые дроны - как квадрокоптеры изменят нашу жизнь

Не надо путать передачу видео по WiFi с цифровой передачей видео по специальным стандартам наподобие OcuSync, lightbridge или Dronebridge. Эти стандарты хоть и используют те же частоты и принципы связи, что и WiFi, но протоколы обмена данными у них другие и наличия сети WiFi они не требуют – передача данных идет напрямую от передатчика в дроне к приемнику в пульте.

Такие технологии обеспечивают наилучшее качество видеосигнала и используются в профессиональных моделях для выполнения качественной видеосъемки с воздуха. При этом некоторые модели так же используют экран смартфона для вывода видео, но передается оно в смартфон по USB-кабелю, подключенному к пульту.

Передача видеосигнала в аналоговом формате с выводом на экран пульта – оптимальное решение для FPV, обеспечивающее приемлемое качество изображения и высокую частоту смены кадров (fps).

Аппаратура для передачи аналогового видеосигнала стоит недорого, что и определяет её повсеместное использование в квадрокоптерах. Аналоговая передача видеосигнала используется в гоночных квадрокоптерах, в «приличных» моделях любительского сегмента и в профессиональных моделях – для управления дроном.

Если для управления картинки с жестко закрепленной FPV-камеры достаточно, то для воздушной съемки этого уже мало. Поэтому профессиональные «съемочные» дроны оснащены подвесами – механизированными кронштейнами для крепления камеры, обеспечивающими её стабилизацию при маневрах дрона и изменение ракурса по команде оператора.

*{padding:0;margin:0;overflow:hidden}html,body{height:100%}img,svg{position:absolute;width:100%;top:0;bottom:0;margin:auto}svg{left:calc(50% — 34px)}Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen>

Подвесы бывают 1, 2-х и 3-х осевые, способные скорректировать отклонения по одной, двум и трем осям соответственно.

Минимум для нормального видео – 2-х осевой подвес, одноосевой (которым оснащены некоторые любительские модели) компенсирует только «кивание» дрона, его «качание» такой подвес не компенсирует – видео будет дергаться.

Камеры на предназначенных для видеосъемки квадрокоптерах также используются более высокого уровня – с качественной оптикой, с возможностью съемки HD-видео с большим fps и т.д. Некоторые профессиональные квадрокоптеры не имеют в комплекте камеры – её требуется докупать отдельно, а иногда и вместе с подвесом.

Отличительная особенность профессиональных дронов для воздушной съемки – расширенные «операторские» возможности и интеллектуальные режимы съемки: облет, следование за объектом, съемка панорам и т.д.

Здесь можно отметить отдельный класс селфи-дронов – миниатюрных квадрокоптеров, имеющих малый радиус действия, управляющихся обычно со смартфона и предназначенных для съемки селфи-видео. Несмотря на «игрушечные» характеристики, такие квадрокоптеры обычно несут неплохую HD-камеру и зачастую обладают функциями интеллектуальной съемки, присущими профессиональным моделям.

Квадрокоптер своими руками

Существует много решений , как собрать свой квадрокоптер, но как показывает практика большинство людей
сталкивается с теми или иными проблемами при постройке квадрокоптера. Не имея представления как им управлять
и пытаться собрать хоббийный квадрокоптер, а это, как правило рама 450 класса — это очень затратно по деньгам.

Даже у меня первый самосборный квадрокоптер, без опыта полетов и опыта сборки
побывал в воздухе 5 секунд и разбился. Все из-за того, что мне не были понятны нюансы при сборке и настройке полетного
контроллера. Сборка квадрокоптера подразумевает , что у вас как минимум:

  • Есть опыт в пилотировании хотя бы маленького квадрокоптера, например Hubsan X4 H107L
  • Есть понимание принципов работы всех его узлов
  • Вы ознакомлены с техникой безопасности (а это означает понимание,
    что даже маленький квадрокоптер хорошо может поцарапать,
    даже в руках детей это очень опасная игрушка). Не зря на коробке даже
    маленького квадрокоптера написано, что для детей от 14 лет. Редко когда бывает исключение.

Поэтому исходя из вышеизложенного рекомендую не пожалеть и потратить деньги на маленьких 4-х канальный квадрокоптер
и научиться на нем как минимум: висеть в воздухе, летать по кругу, летать по «восьмерке»,
пролетать в разного рода щели, летать на улице в ветер и конечно же — летать лицом к себе.

После того как спустя месяц или два практики вы не забросите полеты — можно возращаться
на этот сайт и мы приступим к сборке уже настоящего хоббийного автономного квадрокоптера.
Переходя из класса в класс вы получаете опыт в пилотировании.
А когда время дойдет до квадрокоптера своими руками :

  • Задумайтесь — лучше точный расчет деталей и комплектующих, чем непонятно что.
  • Начните получать опыт в пилотировании с простого и маленького простого квадрокоптера готового к полету (RTF версия).
  • Для тех кто с «руками» можно построить на основе рамы F450, хороший квадрокоптер, который мы опишем ниже.
  • Первый квадрокоптер не должен быть для фото / видео или FPV — вы должны просто построить квадрокоптер и в первую очередь научиться летать.
  • Даже если вы знаете , что вам действительно нужно вы должны понимать , что вам необходимо привыкнуть к управлению вашего квадрокоптера и его полетного контроллера.
  • Если вы хотите получить массу удовольствий от управления начните с недорогого , безопасного , прочного и готового к полетам маленького квадрокоптера , такого как Hubsan X4 H107L.
  • Если вы серьезно подошли к делу , то попробуйте ARF версию рамы для постройки или если вы хотите просто лететь и может себе это позволить — используйте RTF версию (готовый к полетам квадрокоптер).
  • Не начинайте со сборки рамы, даже если у вас есть полная инструкция как построить действительно хороший квадрокоптер для акробатики и спорта.
  • Не начинайте строить свою собственную раму; даже среди строителей больше неудач, чем успехов; не повторяйте их ошибки.
  • Не начинайте с большого и опасного квадрокоптера с кучей фото или видео аппаратурой на нём — это очень опасно и вы будите сожалеть об этом.
  • Небольшой и маневренный квадрокоптер всегда приносит больше удовольствия, чем большой, медленный и громоздкий гексакоптер или октакоптер (hexacopter octacopter).
  • Для хорошей профессиональной сьемки или фотографии всегда требуются большие камеры, вам лучше думать о маленьком, легком и маневренным квадрокоптере.
  • Безопасность полетов очень важна, держите безопасное растояние подальше от людей и дорогих вещей, не забудьте посетить страницу по безопасности.

Квадрокоптеры syma

Syma – китайский производитель, занимающийся выпуском дронов различной конфигурации, в том числе квадрокоптеров. Организация делает ставку на изготовление и продажу устройств из бюджетного ценового сегмента, благодаря чему ее продукция востребована как на китайском, так и на международном рынке.

Среди достоинств квадрокоптеров Syma числятся:

  • довольно низкая цена;
  • стильный внешний вид;
  • хорошее сочетание энергоемкости и энергопотребления;
  • возможность установки профессиональной камеры (на некоторых моделях).

К сожалению, качество большинства коптеров нельзя назвать высоким. Большая часть моделей относится к категории «игрушечных» дронов. Эти изделия отлично подходят на роль первого коптера – для обучения пользования устройствами перед приобретением более дорогих и надежных аналогов.

Тем не менее, для многих людей именно цена является решающим фактором, а потому популярность упомянутой продукции уже немало лет держится на высоком уровне. Из общего перечня предлагаемой брендом продукции можно выделить квадрокоптеры Syma x21w, Syma x5uw, Syma x5c, Syma x20 и x8Pro.

Разумеется, эти три компании – не единственные производители коптеров. У них есть десятки конкурентов, постоянно работающих в двух направлениях – создании надежных летательных аппаратов и выходе на первые места в соответствующем сегменте рынка.

В результате такого подхода на рынке уже сейчас представлено немало достойных моделей. Поэтому, перед тем как изучить ассортимент магазина и определиться, какой квадрокоптер лучше купить, рекомендуем заглянуть в подготовленный топ квадрокоптеров 2020 года и оценить основные преимущества популярных моделей, разработанных на протяжении нескольких последних лет.

Квадрокоптеры dji

DJI Innovations – наиболее известный разработчик и поставщик квадрокоптеров. Компания производит любительские и профессиональные модели дронов, предназначенные для выполнения разнотипных задач – от любительских съемок до доставки негабаритной продукции и проведения разведывательных операций.

Квадрокоптеры DJI имеют много достоинств. Среди них:

  • отличная управляемость в полуавтоматическом режиме;
  • опция автоматического распознавания препятствий;
  • автоматическое удержание целей следования;
  • поддержка нескольких способов управления дронами;
  • очень быстрая синхронизация со смартфонами;
  • отличное качество съемки – даже на средней и высокой скорости полета.

Среди ведущих разработок компании стоит выделить квадрокоптеры DJI Mavic 2 Zoom, DJI Mavic Air Fly, DJI Phantom 4 Pro. Все модели характеризуются отличной защитой, стильным дизайном, продолжительным временем непрерывного полета (20-30 минут), наличием камер 12-20 МП.

Квадрокоптер DJI Phantom 4 Pro и вовсе считается лучшей разработкой нашего времени, причем это утверждение обосновано как рейтингами специализированных изданий, так и отзывами пользователей. Отдельного упоминания заслуживает квадрокоптер DJI Tello TLW004 – недорогой и хороший квадрокоптер с камерой 5 МП.

Китайские детали — это хорошо или плохо?

  • Не все китайские детали хороши, вам нужно быть осторожным. очень дешево — плохая идея!
  • По мере приобритения опыта вы поймете какие детали качественные.
  • Рекомендуется использовать хорошую и зарекомендовавшую в качестве электронику.
  • Если вы желаете получить аксессуары , такие как GPS то лучше тоже воспользоваться оригиналом или качественным аналогом.
  • Если у вас есть желание сделать вид от первого лица (FPV) то используйте специальные наборы OSD и видеоочки с передачиком и приемником, желательно хорошие.
  • Что касается камер GoPro Hero 3 и особенно Black Edition то это работает хорошо.
  • ARF набор рамы DJI и ему подобных имеет хорошее качество, не смотря на то что сделано в Китае.
  • Микро квадрокоптеры производителей Traxxas, Hubsan и Helimax настоятельно рекомендуются, они так же сделаны в Китае,
    но являются отличным способом, что бы начать изучение.
  • Моторы, батарейки, регуляторы ESC, рамы и даже аппараура FrSky или Turnigy RC радиопередатчики и приемники
    могут быть очень хорошим предложением от Китая.
  • Много товаров, которые мы покупаем на внутреннем рынке
    на самом деле сделаны в Китае и конечно их качество сильно варьируется, независимо от страны происхождения.
  • Мотор стоимостью 25 долларов от rctimer вряд ли будет того же качества, что и эквивалентной 100 долларовый Tiger-Motor, но это всего лишь $25.00.
  • Хотя прямые поставки китайского товара, как правило, довольны надежны по доставке,
    поддержка послепродажного или возврат, зачастую, весьма проблематичный.
  • Если вы учитываете от десяти до двадцати процентов брака или повреждения для китайского товара — вы не будете разочарованы.
  • В любом случае, начните с двух или трех рекомендуемых «сборок» ниже, что бы довести дело до конца и научиться летать в первую очередь.

Комплектующие рамы

  • Как только вы соберетесь к постройке своими руками квадрокоптера вы получите хороший опыт в строительстве, но это уже не для новичков.
  • Исключением являеся, если вы внимательно следуете инструкциям по сборке квадрокоптера.
  • Об использованных методах постройки рам можно узнать из каждого «журнала постройки».
  • Есть достаточно интересные модели рам, которые не разрушаются, например спортивно-акрабатические рамы Hoverthings flip 380 sport frame.
    • Эта рама использует жесткую и сильные карбоновые лучи которые обрабатываются на ЧПУ станке из толстоко стекловолокна.
    • Это позволяет использовать те же моторы и регуляторы ESC, что и в раме F450 DJI c пропеллерами до 10 дюймов.
    • Я купил Флип Sport Kit плюс дополнительная пара «вкладка» секций типа центр и дополнительных 7/8 «прокладками».
    • Рама позволяет размещать батарейку под основной платой специальными держателями.
    • Так же использовать специальный регулятор 4-в-1 помещенному между центральными пластинами рамы.
Смотрите про коптеры:  Как собрать отличный гоночный квадрокоптер всего за бюджетные 392$ - Все о квадрокоптерах

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр

  • Совмещенный регулятор ESC 4 в 1 ESC производит меньше помех и компактен, чем 4 обычных регулятора ESC и плата распределения питания.
  • Я использую карбоновые 10 дюймовые пропеллеры, потому что они очень жесткие и очень эффективные.
  • Моя цель заключается в создании еще более жесткого и более высокопроизводительного квадрокоптера, чем DJI F450.
  • Хотя это небольшой квадрокоптер является мощным и достаточно гибким, чтобы использовать FPV видео и / или камеру GoPro с «подвесом».

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр

  • Рама Tarot 650 из карбона довольно большая и позволяет устанавливать пропеллеры до 17 дюймов.
  • Я использую моторы 360kv медленной скорости и большого диаметра, которые предназначены для использования более эффективных и больших пропеллеров на низких скоростях.
  • Я буду использовать разнообразные пропеллеры — от 14 до 17 дюймов, чтобы исследовать производительность и эффективность при различных размерах пропеллеров.
  • Хотя акрабатический спортивный квадрокоптер 330, который показан выше может быть целесообразным для первого квадрокоптера этот Tarot 650, безусловно, нет.
  • Это четырехмоторный аппарат достаточно велик, чтобы быть тяговитым и долгим в полете на выносливость и нести большую видео или фотокамеру, но:
    • Для подъема полезной нагрузки в 2кг с квадрокоптером вам нужно уточнить конфигурацию моторов и пропеллеров.
    • Четыре мотора Tigermotor MN4010 475KV стоимостью около $ 86 каждый, четыре 15 х 5 или 16 х 5 пропеллера и четыре высококачественных регулятора ESC 30А.
    • Так же нужно 10000 мАч 4-х баночную Lipo батарейку (две 5000мАч) для достижения примерно 10 минут полетного времени на 4KG общего веса.
    • Квадрокоптер способный поднять общую массу 4кг (включая 2кг полезной нагрузки) и уметь взлетать при 50% тяги (это необходимость по технике, а так же иметь возможность 6кг взлета).
    • Вам понадобится 16х5 пропеллеры для достижения тяги и эффективности необходимые для подъема 4KG с разумным временем полета.
    • Именно поэтому требутся большие двигатели с минимальным кВ, они должны быть высокого качества, что бы выдержать непрерывную высокую нагрузку производительности.
    • Это настоятельно рекомендуется, что бы вы не пытались построить один из таких апаратов в качестве первого из непонятно чего.
  • Есть очень полезная ссылка для расчета производительности различных мультикоптеров и их компонентов — калькулятор квадрокоптера: eCalc

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр

Области применения квадрокоптеров

Недорогие модели квадрокоптеров (например, мини квадрокоптеры с камерой) зачастую применяются ради развлечения владельцев, в том числе для проведения любительских съемок. Многие люди с детства мечтали увидеть мир с высоты птичьего полета и сейчас воплощают мечты путем эксплуатации беспилотников.

Такие владельцы квадрокоптеров ежедневно совершают своеобразные виртуальные путешествия, снимая окрестности и наслаждаясь незабываемым видом различных красот, находясь в произвольно выбранном месте.

Квадрокоптер с камерой и трансляцией на пульт ДУ позволяет делать все перечисленное практически на интуитивном уровне. К тому же управление беспилотником сложностей не вызывает, а запас энергии в аккумуляторе позволяет устройству находиться в воздухе до 10-40 минут (в зависимости от модели).

Возможны и более практичные применения квадрокоптеров:

  • Борьба с преступностью. В развитых странах беспилотники используют для инспектирования мест ДТП, выслеживания преступников, контроля толпы на митингах и подобных мероприятиях.
  • Изучение аварийных объектов. Коптеры удобно применять для осмотра пострадавших сооружений промышленного и другого назначения. В опасных ситуациях рисковать людьми нерационально. Оценку ущерба и анализ ситуации можно провести с помощью беспилотников.
  • Помощь в сельском хозяйстве. Квадрокоптеры, оборудованные тепловизорами и специальными датчиками, применяют для контроля эффективности работы автоматизированных систем орошения и удобрения, а также для мониторинга состояния культур.
  • Съемка спортивных событий. Надежный квадрокоптер с камерой и трансляцией видео на пульт или экран уже стал незаменимой вещью во время футбольных матчей. Его использование позволяет оценивать ситуацию на поле с различных ракурсов. Аналогичный подход практикуют и при съемке других спортивных дисциплин.
  • Продажа и аренда недвижимости. Съемка с помощью квадрокоптера позволяет представить объект в лучшем свете, показать все преимущества ландшафта и даже дать информацию о соседях.

Также квадрокоптеры активно применяют в военном деле (в том числе для разведки и охраны объектов). Военные нередко оснащают беспилотники дорогостоящим высокоточным оборудованием, позволяющим получать детальную картинку местности в режиме реального времени. Дополнительно коптеры оборудуют системами распознавания лиц и другими приборами для идентификации личности.

Используют квадрокоптеры и в спасательных миссиях. Периодически жизнь людей и сохранность ценного имущества зависят от точности планирования операции. В таких случаях коптеры позволяют оперативно собрать нужные разведданные и организовать мероприятия с учетом всех особенностей местности.

Особенности включают в себя:

Высокоточная подержка удержания высоты позволит спокойно летать сразу.
Или выбререте удивительный режим «простой полет» (Simple mode), что делает ArduCopter одним из самых простых в управлении.
Не беспокойтесь за слежением орентации вашего квадрокоптера, пусть полетный контролер этим занимается сам!

Вам не потребуются знания в программировании. Просто используйте простую в использовании программу на
рабочем столе, что бы загрузить последнюю прошивку одним щелчком мыши и настройте с помощью
программного обеспечения Mission Planner нужные вам режимы. Используйте эту программу в
качестве мощной наземной станции (Ground Station).

Сотни GPS точек ждут вас (точное число зависит от памяти полетного контроллера,
ArduCopter подерживает 127 точек, но есть и более продвинутые системы на базе PX4).
Просто поставте точку в Mission Planner и ArduCopter полетит к ним.


RTL (Вернуться на старте). Щелкните переключаетелем , что бы вернуть ArduCopter на место старта автоматически.

Планирование всех миссий доступны через опциональную двухстороннюю связь.
Путевые точки, смена режимов полета, даже тюнинг может быть сделан с
вашего ноутбука, в то время как аппарат находиться в воздухе!

Автоматический взлет и посадка. Просто введите аппарат в этот режим
и смотрите как ArduCopter сам выполнит свою миссию полностью автономно,
вернувшись домой сядет на землю перед вами.

В связи с богатым набором функций и полностью автономных возможностей АРМ,
кривая обучения может выглядеть несколько пугающим.
К счастью набор исчерпывающей информации сделает это стремление очень простым и достижимым.

Пожалуйста, не поддавайтесь искушению пропустить шаги и бросаться к быстрому полету.
Это робототехника и авиация комбинированного типа из которых являются довольно
сложными вещи сами по себе. Следуйте инструкциям и у вас будет свой робот
в воздухе.

Подключите радиоприемник: pwm или ppm сигналы

  • для управления по радио через ШИМ (PWM) подключите радиоприемник к APM входных сигнальных контактов используя разъемы для подключения канала 1 к APM сигнала конекторами с надпиьсь 1 , канал 2 к конекторам 2 и т.д. Кроме того, необходимо убедиться в том, что приемник будет питаться от APM.
  • для управления по радио через PPM необходимо подключить первый канал и перемкнуть перемычкой входы 2 и 3 , как показано на картинке. Выводы на приемнике могут варьироваться , поэтому обратитесь к документации на ваш приемник.

Подключение ArduPilot Mega APM ШИМ PWM

После скачивания и установки Mission Planner на вашу наземную станцию, подключите APM к компьютеру используя микро-USB провод.
Не подключайте провод к USB-хабу , подключайте провод к компьютеру.

Подключение ArduPilot Mega APM USB проводом

После установки Mission Planner подключите через micro-USB APM с системой Windows, которая автоматически определит
и предоставит драйвера для устройства, запустите программное обеспечение и выберите порт который будет указан
в списке, выберите необходимую скорость (по умолчанию это 115200 бод/с) как показано на рисунке

Подключение ArduPilot Mega APM COM PORT SPEED

Выберите “соединение” в правом вверхнем углу экрана ,
что бы загрузить параметры MAVLINK в APM ,
Mission Planner будет показывать окно с параметрами загрузки данных.

Подключение по протоколу MAVLINK ArduPilot Mega APM

Когда инициализация параметров пройдёт окно загрузки пропадёт.

MAVLINK connect Mission Planner

Включите передатчик и убедитесь, что он в режиме самолета
(Полетному контроллеру необходим режим полета , независимо от платформы на
эксперементальной основе) и установите все стики по центру.

Mission Planner Radio Setup First Setting

Левая ручка будет контролировать газ (THR) и рысканья (Yaw),
правая будет контролировать крен (Roll) и тангаж (Pitch) .
Трехпозиционный переключатель будет контролировать режимы полета.

В Mission Planner выберите “Radio Calibrating” ,
нажмите на “калибровка” и правом нижнем углу,
Mission Planner выведет окно,
что батарея не должна быть подключена ,
как и моторы с пропеллерами.

Radio Calibrate Mission Planner

Нажмите “ок” и начните двигать стиками в каждую из сторон до предела,
а так же трехпозиционный тумблер. наблюдайте за результатами,
красные линии установят пределы минимамльного и максимального
значения вашего радиопередатчика.

Radio Calibrate Done Mission Planner

Когда все значения каналов радио смогли показать свой
минимум и максимум нажмите в программе “Done”.
Данные вам отобразятся в отдельном окне,
нормальное значение около 1100 для минимума и 1900 для максимума.

Result Radio Calibrate Mission Planner

Проблемы управления

Основная проблема управления по сравнению с обычным жестким дроном — вибрации, которые, во-первых, больше по амплитуде, во-вторых, разные для контроллера и различных двигателей, т.к. они установлены на различных балках (хотя это же может быть и плюсом — виброразвязка).

Ранние тесты тенсодрона на подвесе: вибрации (извините за вертикальное видео)Ранние тесты тенсодрона в полете: вибрации

Мы не одиноки

Оказывается, у нас был конкурент.

Еще в начале (почти год назад), когда мы делали прототип, мы нашли это видео от ребят из Imperial College London:

 

Авторы пришли к той же идее, что и мы: применение тенсегрити для дронов — это интересно. 

Т.к. никаких подробностей по конструкции и, тем более, прототипа представлено не было, свои работы мы продолжили.

Уже потом, когда у нас был летающий образец, мы получили отчет той же группы: 

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр
Отчет Hayden Cotgrove, Christopher Turner, Zachary Yamaoka Tensegrity Drones. Ссылка уже не работает

Во-первых, прототип у них не полетел. Во-вторых, их конструкция — это жесткий дрон внутри тенсегрити-клетки, у нас же элементы дрона встроены в тенсегрити-структуру, которая тем самым является и фреймом и клеткой одновременно. Таким образом, здесь как концептуальные проблемы, так и проблемы качественной реализации.

Возвращаемся к проблемам управления и вибрации. Вот, что написано в отчете Hayden Cotgrove, Christopher Turner, Zachary Yamaoka:

Results
The drone was able to hover for short periods, thus proving that it is possible for tensegrity drones to fly. However, the propellers struggled to lift the drone for a couple of reasons:

  • The tensegrity structure was much heavier than the corresponding rigid structure as it made mostly from thick MDF, rather than thin carbon-fibre 
  • The tensegrity structure vibrated a lot as the outside structure was not stiff enough, despite the motors being held on one rigid plane 
  • The payload also vibrated too much, occasionally colliding the propellers
Смотрите про коптеры:  Купить квадрокоптер, дрон, коптер, низкие цены

Данные проблемы мы решаем с двух сторон — улучшением конструкции для уменьшения вибраций при полете и разработкой алгоритмов управления и оценивания состояния с целью подавления вибраций и более качественного управления, в том числе с учетом дополнительных данных от IMU датчиков на балках и динамической модели тенсегрити-структуры.

Падение на пол с последующим взлетом, в помещении (без монтажа)

Разработка


Вдохновением для общей формы коптера послужила рама

. Мне понравилось расположение компонентов в одном уровне — камера спереди, потом смещенный вперед центр, и подвешенный сзади аккумулятор. Такая схема позволяет расположить камеру так, что пропеллеры не попадают в ее поле зрения. Также они придумали хороший способ виброизоляции — камера и аккумулятор подвешиваются к двум горизонтальным трубам, которые в свою очередь монтируются на центр с помощью резиновых изоляторов.

Однако полностью под мои потребности Spidex не подходил. Во-первых, в нем использованы алюминиевые трубки, от которых я уже натерпелся — гнутся они, причем даже без аварий, просто от постоянной нагрузки. Во-вторых, я использую камеру GoPro Hero HD2, одолженную на неопределенный срок у сожителя — я нe готов монтировать ее на коптер без защитного корпуса, а Spidex этого не предусматривает.

Короче говоря, от Spidex я решил использовать только общую компоновку. Раму я решил собирать самостоятельно, используя стеклопластиковые пластины и карбоновые трубы с зажимами. У знакомого дома стоит фрезерный станок, на котором можно вырезать пластины необходимой формы. Чтобы создать эту самую форму, я засел за LibreCAD, и вот что у меня получилось:

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр
Общий вид коптера сверхуТяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет / Хабр
Центральные пластины и держатели камеры и аккумулятора

Удовлетворившись данным результатом, я передал чертежи знакомому, и заказал всe необходимые детали в местных (немецких) онлайн-магазинах. В частности, были куплены карбоновыe трубки (16×14мм, метровой длины, три штуки — для рамы нужны будут две, ну и про запас), зажимы для них вместе с подходящими винтами/гайками (из набора FCP HL от Flyduino), провода для прокладки через трубки к моторам, виброизоляторы (сайлент-блоки под М3), и куча всякой мелочевки.

Всю электронику я решил использовать с предыдущего коптера. Два квада мнe ни к чему, все прекрасно работает — зачем покупать новые детали? Список той самой электроники и других деталей, перекочевавших с предыдущей модели:

  • Моторы: 4x NTM 28-30 750kv
  • Контроллеры моторов: 4x HobbyKing Blue Series 30A, с прошивкой SimonK
  • Пропеллеры: 4x Graupner E-Prop 11×5
  • Плата управления: Crius MultiWii SE v0.1, с MultiWii 2.2
  • Аккумуляторы: Turnigy Nanotech 4S 4500mAh 25-35C
  • Камера: GoPro HD Hero2
  • Видеопередатчик: ImmersionRC 5.8G 25mW
  • Антенна: Clowerleaf 5.8G, DIY от умельца на местном форуме
  • OSD: MinimOSD с прошивкой KV Team OSD для MultiWii 2.2
  • GPS: Drotek I2C GPS
  • Радиоприемник: Graupner HoTT GR-16, под мой передатчик (MX-16)

Сборка


Через несколько дней все детали были на месте, и можно было приступать к сборке.

Сборка коптера в 23 картинках

Детали разложены на столе, сборка начинается. Порядок долго не продержался…

image

Для начала пилим трубки под нужную длину — 22см и 28см, все четыре пилятся из одной метровой трубки. Пилкой для металла с мелкими зубьями идет очень хорошо.

image

Примеряем зажимы к нижнему центру.

image

Центр собран для проверки, все ли стыкуется как надо. Вроде да.

image

Прикрутил все остальные части рамы. Похоже, что почти готово? Как бы не так.

image

Оси моторов нужно обрезать — они выступают с задней стороны, и мешают установке сверху трубок. Обклеиваем мотор клейкой лентой, дабы не допустить попадания металлических опилок внутрь…

image

… и Дремелем его, Дремелем. Дремель режет 3-миллиметровую ось как нож масло. Главное защитные очки нe забыть.

image

Снимаем термоусадку с контроллеров моторов, чтобы припаять новые провода.

image

Провода нарезаны под нужную длину. Припаиваем разъмы для моторов. По три фазы на мотор, паять надо дофига — и это всeго лишь квад.

image

Размещаем контроллеры на нижней полураме.

image

Прикручиваем мотор и проводим кабеля через трубку. Всe собирается, как запланировано!

image

Изолируем контроллеры новой термоусадкой, когда все кабеля на месте.

image

Устанавливаем контроллеры моторов на их окончательную позицию. Проводов многовато, но достаточно чисто.

image

Разводка проводов от аккумулятора, методом RCExplorer. Сначала собираем провода от контроллеров пучком…

image

… стягиваем тонкой медной проволокой…

image

… спаиваем, и изолируем термоусадкой. Соединение получается механически крепкое, и хорошо проводящее.

image

Примеряем итоговую сборку: все совпадает! Верхняя полурама еще не прикручена, просто лежит сверху.

image

Верхняя полурама с управляющей электроникой в центре (контроллер и GPS) и виброизолированными трубками с камерой и аккумулятором.

image

Видеооборудование нa нижней стороне верхнего центра: видеокабель из камеры идет в MinimOSD, там на него накладывается информация из полетного контроллера, и дальше в видеопередатчик.

image

Нижняя полурама готова к установке верхней. Моторы приподняты, чтобы зажимы в центре не распались, когда будут откручены временные гайки.

image

Устанавливаем и прикручиваем верхнюю полураму. Затягиваем гайки, соединяем всe провода…

image

… готово!

Результат сборки:

Вот такой коптер получился. Единственное, чем я недоволен — это вес. Облегчить конструкцию не удалось, за счет зажимов для трубок и огромного количества винтов с гайками общий вес поднялся до 1950 грамм. Однако это еще вполне в рамках мощности привода — мои сомнения были полностью развеяны во время первого полета.

Советы которые смогут помочь защитить ваш аппарат от повреждений

  • 1) избегайте резких и экстремальных полетов
    • а) перемещайте стики плавно и не дёргайте их.
    • б) если аппарат хорошо сбалансирован и настрое, то он потребует небольшое отклонение стиков, в отличии от “плавающих” и “кривых” аппаратов.
  • 2) аппарат должен быть более менее стабильным в горизонтальной плоскости и не иметь дополнительных тримов с аппаратуры.
    • а) если коптер “гуляет” в полете, вам прийдется отримировать его с аппаратуры.
  • 3) будьте осторожны при подаче большого газа , так как аппарат может получить или потерять высоту (просадка батареи по мощности и нехватка газа на моторы с отключением мозгов и их перезагрузкой).
  • 4) так как мультикоптеры симметричны вам очень лего дизарентироваться и потерять его в ориентации.
    • а) для ручных полетов ориентация является важной частью для полетов, следите за ней
    • б) во время обучения сохранайте орентацию аппарата с момента взлета и контролируйте её.
    • в) рекомендуется по началу летать на растояние не более 10м но и не ближе , чем 3 м к себе.
    • г) если вы отлетаете дальше чем 30 метров, то очень легко потерять ориентацию в пространстве — это может привети к аварии.
    • д) если вы потеряли осевую ориентации (Yaw) во время полета, то попробуйте в режиме стабилизации лететь вперед и спользуя повоторы вокруг оси направлять его как автомобиль.
    • е) это гораздо лучше, чем просто спуститься на землю не понимая орентацию, еще хуже — улететь.
    • ж) отлетая часто получается , что наклоняя аппарат назад к пилоту вы видете , что он может отдаляться — это происходит из-за потери ориентации.
    • з) Результат этого — аппарат улетает и разбивается.
  • 5) всегда имейте режим стабилизации на аппаратуре.
  • 6) порывы ветра могут сделать полет значительно труднее
    • а) сильный ветер может препядствовать движению аппарата или вовсе загрутить его вокруг.
    • б) чем выше вы находитесь на местносте , тем больше вероятность сильных ветров.
    • в) переключение в режим Стабилизации и посадка позволит вам сохранить аппарат перед тем, как у вас появятся новые навыки пилотирования
    • г) Избегайте высоких и скоростных полетов в разных режимов пока не появилась значительная увереность в пилотировании.
    • д) при полете вокруг деревьев очень легко потерять визуальный контакт и ориентацию
    • е) порывы ветра вокруг объектов, зданий, сооружений могут усугубить пилотирование
    • ж) потеря радиосигнала тоже вероятна и может произойти в неподходящий момент.
    • з) если ваш аппарат приближается к потенциальной помехе, то следует переключиться на режим стабилизации и вернуть его к себе.
  • 7) Ardupilot конкретные спобобы безопасности: RTL, FailSafe , GeoFence
    • а) RTL может обеспечить безопасное возращение к месту запуска, если он получит команду от вас.
    • б) настройка FailSafe на радиомодуле может быть выполнена командами RTL или Auto Land , что бы сохранить аппарат и предотвратить от травм себя и окружающих.
    • в) GeoFence устанвливает автоматический периметр, который заставит аппарат оставаться в безопасном месте.
    • г) Не следует пологаться на выше указаные режимы для обеспечения безопасности, у вас всегда должна быть мысль о переводе аппарат в режим стабилизиции и переход в ручное управление, если что-то пойдёт не так.
    • д) особенно не пологайтесь на эти режимы выполняя обучение или какие-либо другие маневры.
    • е) эти режимы являюся дополнением и не являются заменой в безопасности
  • 8) о первом взлете или о настройки контроллера
    • а) в режиме стабилизации двигайте стик газа медленно, пока аппарат не зависнет
    • б) если аппарат пытается перевернуться — опустите газ и устраните проблемму.
    • в) двигатели могут быть настроены в неправильном направлении (см. схемы подключения)
    • г) могут быть неправильно установлены пропеллеры
    • д) если аппарат пытается крутиться вокруг своей оси или улететь в некотором направлении
    • е) передатчик или настройки аппаратуры могут быть не правильными
    • ж) двигатели или регуляторы могут быть настроены не правильно
    • з) не правильные пропеллеры могут быть надеты не правильно на моторы
    • и) если аппарат не может висеть стабильно над землей на уровне 2м то стоит решить эту проблему.

  • 9) при полете FPV (вид от первого лица) с видеокамерой , вы должны иметь режимы: стабилизация , simple mode и RTL
    • а) убедитесь, что RTL работает правильно перед использованием FPV
    • б) используйте режим стабилизации при FPV полетах
    • в) Если видеосвязь FPV прервалась вы можите переключить на simple mode или RTL для возращения домой.
  • 10) убедитесь, что Ваш аккумулятор закреплен надежно
    • а) используйте крепление-липучки
    • б) можно использовать вклеенну поддержку для батареи для лучшего держания липучки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector