Hubsan Spy Hawk - готовая модель беспилотника В нашем журнале мы неоднократно писали об устройствах, вобравших в себя все передовые достижения современных коммуникационных и вычислительных технологий, - беспилотных летательных аппаратах. Однако создание беспилотников - прерогатива не только государств, обладающих мощным военно-промышленным комплексом. В последние годы электронные комплектующие для авиамоделизма стали очень доступными. Чтобы собрать планер и оснастить его электронной «начинкой» с не самыми плохими характеристиками, требуется потратить меньше денег, чем стоит новый iPhone. В этой статье мы укажем отправные точки для создания беспилотного самолета, управляемого от первого лица с помощью установленной на нем камеры. В отличие от популярных сегодня вертолетов-квадрокоптеров такой аппарат может дольше держаться в воздухе и нести большую полезную нагрузку. Кроме камеры, служащей для контроля и управления, в подобный самолет можно установить высококачественную видеокамеру наподобие GoPro HD Hero и снимать впечатляющее видео высокого разрешения из-под облаков. Мы расскажем о том, где купить необходимое оборудование и как собрать модель, избежав подводных камней. Также вы узнаете, где можно приобрести готовые, не требующие сборки модели.
Выбор самолета
При посещении реальных магазинов или сайтов, продающих радиоуправляемые модели, глаза разбегаются от разнообразия. Поэтому в первую очередь надо определиться с назначением вашего самолета. Если есть желание поставить на него камеру и летать «от первого лица», то безальтернативный выбор - электрические модели. Электрический привод дает меньше вибраций, чем бензиновый, и проще в обслуживании. Его можно собирать дома, «на коленке», не боясь испачкаться.
Помимо этого, если вы собираетесь летать далеко, высоко и, главное, долго (до одного часа), то вам однозначно нужен планер или его подобие. Если же хочется модель побыстрее и поманевренней, то выбирать нужно самолет с меньшей площадью крыла и, возможно, с бесхвостой аэродинамической схемой. Для длительных полетов с управлением через камеру винт должен располагаться сзади, а не спереди самолета. Таким образом, при съемке он не будет мелькать в кадре. К тому же при жесткой посадке вся винтомоторная группа останется цела.
Традиционные материалы для планера носят названия EPO или EPP. Первый - это некое подобие пенопласта, который не разъедается суперклеем и имеет большую жесткость, а второй - вспененный полиэтилен - обеспечивает общую легкость и жесткость модели. Преимущество этих материалов также в том, что они ремонтопригодны. Направление радиоуправляемого авиамоделизма, в котором полеты контролируются с помощью установленной на самолете камеры, называется FPV. Расшифровывается эта аббревиатура как First Person View, а переводится как «вид от первого лица». Самолеты класса FPV - это не красивые копии, а подчиненные своей задаче планеры, на который не ставят даже шасси. Каждый грамм веса здесь на счету, так как важно установить достаточно тяжелый емкий аккумулятор. Запуск таких самолетов производится с руки, а посадка - просто на фюзеляж.
Управление
Необходимый элемент для того, чтобы, сидя в кресле на земле, летать над облаками, - система управления. Она состоит из двух компонентов: пульта управления и приемника. Пульт - это передатчик управляющих сигналов.
Сегодня существует множество брендов этих устройств, различающихся по числу каналов и используемым частотам. Для простоты мы возьмем самый новый и распространенный на частоте 2,4 ГГц.
Что касается каналов, то каждый из них отвечает за определенное действие: газ, руль высоты, руль направления, управление сервоприводами камеры и т. д. Пульт покупается один раз и на много лет вперед, поэтому стоит задуматься о том, чтобы каналов было побольше - по крайней мере, не меньше шести.
Пульт управления - это одна из самых дорогих частей всего нашего беспилотного комплекса. Среди компаний-производителей наиболее популярны Futaba, JR и Spektrum. Есть, впрочем, и те, кто покупает китайские пульты (например, Turnigy) за 2000 рублей и вполне удовлетворены ими. Мы использовали семиканальный пульт Futaba. К каждому пульту необходимо устройство, которое принимает с него сигнал и отдает его на органы управления самолета, вертолета и т. д., то есть приемник. Он или идет в комплекте с пультом, или приобретается отдельно. Китайские приемники вполне неплохи, при этом стоят они раза в три меньше брендовых.
Радиус действия пультов на частоте 2,4 ГГц составляет в среднем километр. Это примерная дальность, при которой самолет еще различим невооруженным глазом.
Сборка
Налетавшись в авиасимуляторе и имея в шкафу пульт, приемник и самолет, можно начать сборку. Самое сложное, что, возможно, придется освоить, - это паяльник. Он потребуется часто, однако на первом этапе, скорее всего, нужно будет только перепаять разъемы - ради уменьшения веса самолета.
Итак, у вас есть пульт-передатчик, приемник и самолет. Для того чтобы управлять плоскостями самолета, необходимы сервоприводы. О том, какие именно подойдут для вашего самолета, вы можете спросить в магазине или узнать в специальных разделах на веб-сайте. Сервоприводы подсоединяются к приемнику.
Еще вам необходимы бесколлекторный двигатель и регулятор оборотов к нему. Именно регулятор отвечает за то, с какой скоростью будут крутиться лопасти винта, когда вы будете двигать рычажком. К регулятору же подключается аккумулятор. Кроме того, через него подается питание на приемник, а затем через приемник попадает на сервоприводы.
Собранную конструкцию необходимо сначала проверить на столе, не вставляя в самолет. Если все крутится и работает, можно помещать в модель. Аккумулятор - деталь, которая будет постоянно выниматься и меняться, так что к его установке необходимо подойти тщательно. Еще раз проверьте все детали, а также центровку. Расположение центра тяжести указано в инструкции к самолету. Это важный момент, и пренебрегать им нельзя.
Подсказка: центровка, немного сдвинутая вперед от обозначенной, поначалу даже поможет в пилотировании. После отцентровки и еще одной проверки всех систем можно провести пробный полет. Если все в порядке, самолет не сломался, не улетел в лес или речку, а цел и работоспособен, то можно задумываться о видеооборудовании.
Видеооборудование
Видеотехника, которая доступна в свободной продаже в отечественных и зарубежных магазинах, различается по мощности и частоте. Возможны следующие диапазоны частот: 900 МГц, 1,2 ГГц, 2,4 ГГц и 5,8 ГГц. Важно понимать, что частота видеотракта не должна совпадать с частотой управления, то есть в нашем случае вариант 2,4 ГГц можно исключить. В связи с доступностью оборудования хорошим выбором будет частота 1,2 ГГц.
После выбора частоты необходимо определиться с мощностью. Для этого параметра возможны варианты от 10 мВт до 2 Вт. Чаще всего используется 600–1000 мВт. Отметим, что мощность в 100 мВт не даст почти двукратного прироста дальности по сравнению с 600, а лишь на 20% и только на стандартных антеннах типа «штырь». Как правило, магазины предлагают среднюю мощность в 800 мВт.
Кроме того, нужны камера и антенны, а также питание. Камеру - простую маленькую черную коробочку с объективом - можно найти в магазине товаров для видеонаблюдения. У этого компонента есть несколько важных для вас параметров. Первый из них - рабочий вольтаж. Желательно использовать 12 В, как и для всего остального оборудования. Следующий параметр - количество ТВ-линий. Выбирать надо устройство с разрешением от 540 линий или выше - верхней границей может быть 700.
Очень важный момент - качество сигнала (и для видео, и для управления). Оно зависит в большей степени не от мощности передатчика, а от антенн. На самолете поставьте Vee-антенну, а на земле - направленную. Последняя даст огромный прирост в дистанции по прямой, однако направив такую модель себе за спину, вы потеряете сигнал. Также нужно понять, на чем смотреть передаваемую с самолета картинку. Для начала можно вывести провод с видеоприемника на простой телевизор - подойдет самое дешевое автомобильное ТВ-устройство, работающее от 12 В.
Собранную конструкцию опять проверьте на столе. Если на дисплее есть картинка, монтируйте камеру с передатчиком и аккумулятором на самолет, а приемник, телевизор, антенну и аккумулятор, например, на фотоштатив.
Важно: нельзя включать передатчик (и пульт управления, и видеопередатчик) без антенны - в таком случае все оборудование сгорит.
Модель на заднем плане изготовлена из пеноплата EPO, и ее очень сложно разбить. Skywalker в центре выполнен из EPP 
На фотоштативе закреплены направленная антенна, телевизор, конвертер видеосигнала, передатчик для очков и аккумуляторы
Телеметрия
Телеметрия - важный элемент для полетов «по камере». Она позволяет выводить на экран множество полезных параметров, таких как заряд аккумулятора, потребляемый ток, высота полета, расстояние до точки старта, направление на точку старта, GPS-координаты, крен, тангаж, режим полета и другие, в зависимости от сложности OSD (On Screen Display). В последнее время появилось много простых решений, причем OSD комбинируется с автопилотом, который в случае обрыва связи из-за выхода за зону приема или просто по нажатию на кнопку вернет самолет в точку старта. Стоимость автопилотов начинается от 4500 рублей, что не так уж много, учитывая общую стоимость оборудования, - потерять самолет целиком обойдется намного дороже. Кроме того, автопилот предоставляет систему стабилизации полета, позволяющую расслабиться и получать удовольствие от созерцания окрестностей, не боясь порывов ветра или собственных ошибок пилотирования.
Fat Shark - одна из популярных моделей очков с беспроводной передачей изображения и трекером положения головы
Увеличение дальности полета
Есть два пути увеличения дальности - так называемая LRS (Long Range System - система дальнего действия) и усилитель самого пульта.
Система дальнего действия: Обычная частота LRS - 433 МГц. Данная система подключается к тренерскому разъему пульта управления. По сути, это еще один передатчик, на который с вашего пульта через кабель поступают сигналы, затем передающиеся на идущий в комплекте приемник с частой 433 МГц.
Усилитель пульта: подключается вместо штатной антенны. Он не потребует дополнительных приемников - можно использовать те, которые имеются.
Дополнительное оснащение
Картинку с OSD можно транслировать в видеоочки. Модели марки Fat Shark, стоимость которых начинается от 11 000 рублей, даже умеют отслеживать движение головы и управлять камерой на самолете. Конечно же, необходимо соблюдать технику безопасности, избегать «залетаний» за спину и стараться не летать там, где есть хоть малейшие сомнения в «национальной безопасности». Лучше всего производить полеты на открытой местности за городом.
Готовые модели
Если вам хочется побыстрее подняться в небо, то можно купить готовую модель для полетов с использованием камеры. Правда, возможностей у таких летательных аппаратов меньше.
AR.Drone 2 
Квадракоптеры - летательные аппараты с четырьмя роторами - из-за своей простой конструкции часто используются в любительском моделировании. Они могут зависать на месте, что делает их подходящими для видеосъемки с высоты. Один из интересных образцов квадрокоптеров можно купить по цене около 13 000 рублей. AR.Drone 2.0 может управляться со смартфонов или планшетов. Время его полета составляет 15 минут, а дальность ограничена сигналом Wi-Fi.
Сайт: ardrone2.parrot.com Hubsan Spy Hawk 
Комплектов готовых моделей с управлением по принципу FPV существует множество. Один из них - Hubsan Spy Hawk. В наборе, который можно купить по цене около 12 000 рублей, имеется четырехканальный передатчик с дисплеем, позволяющий управлять моделью на расстоянии до 400 м. Модель оснащена камерой с разрешением пять мегапикселей. Сайт: hubsan.com
Покупка комплектующих
Удобнее и дешевле покупать оборудование в интернет-магазинах. Заказы присылают по почте, а время ожидания составляет в среднем месяц. Мы перечислили только самые популярные марки и бренды. Разнообразного оборудования очень много, как и комбинаций сборки. Каждый может собирать конструкцию, опираясь на свой и чужой опыт.
Аппаратура управления: Futaba, JR, Spektrum Модели самолетов FPV: Bixler, Skywalker Видеооборудование: приемник-передатчик и камера, направленная антенна, телевизор Телеметрия: Надо сказать, что данный элемент при всех своих плюсах не всегда надежен и иногда отказывает. Для начала можно порекомендовать Storm cyclop, FY31AP или LRS 433. Имеет смысл присмотреться к их аналогам на следующих сайтах.
Онлайн-ресурсы: parkflyer.ru rangevideo.com foxtechfpv.com readymaderc.com hobbyking.com Еще один полезный ресурс, посвященный радиоуправляемым моделям вообще и FPV-вариантам в частности, - forum.rcdesign.ru. Здесь на «барахолке» можно найти недорогую аппаратуру, готовые самолеты в сборке и т. п. Впрочем, готовые комплекты продают редко и собирают на заказ крайне неохотно.
Сегодня заказать электронику для квадрокоптера из китая стоит очень дешево. Собрать раму квадрокоптера своими руками из подручных материалов и вовсе не сложно. Научиться управлять можно с помощью авиасимуляторов. Так что главное – это наличие желания сделать квадрокоптер своими руками.
Электронику для квадрокоптера лучше всего купить готовую.
Сборка радиоуправляемого квадрокоптера своими руками
Для начала надо определиться – будете использовать стандартную раму или решите изготовить свою.
Покупная рама удобна, но в случае поломки придется ждать, пока приедет запасная деталь. Самодельная рама квадрокоптера собранная своими руками позволяет починить поломку за 20-30 минут, но требует дополнительной работы при изготовлении квадрокоптера.
Наиболее простым вариантом является использование пластиковых труб для проводки проводов. Они легкие и достаточно прочные. К тому же можно купить и поворотные части и крепления к стене, которые подходят для крепления электродвигателей к раме.
В результате получается очень прочная конструкция которая позволяет возить не только электронику самого квадрокоптера, но и камеру для видеосъемки с квадрокоптера.
Немаловажная деталь для начинающих — место, где вы будете выпускать для полётов свой первый дрон. Городская местность отпадает сразу, так как дома, деревья и провода будут мешать пробным полётам. Парк так же не подходит. Одно неправильное движение — пострадать может отдыхающий и ваше новоиспечённое детище. Лучше выйти в чистое поле и рулить квадриком в своё удовольствие.
Список основных запчастей:
O моторы с контроллерами для них;
O аккумулятор для квадрокоптера и пульта управления;
O полётный контроллер;
O пульт управления с приёмом и передачей сигнала;
O зарядное устройство;
O соединительные провода, болтики и прочее;
O инструменты для работы.
Для того, чтобы в будущем осталась возможность модифицировать беспилотник для работы с видео- и фотосъёмкой, следует основание между лучами коптера сделать пошире, чтобы потом вместить остальные девайсы.
Выбор формы квадрокоптера
В первую очередь следует определиться с количеством лучей и винтов на коптере. Есть большое разнообразие в модификациях и внешних видах летающих дронов, исходя из количества лучей, выходящих из центра рамы, бывают три-, квадро-, гекса- и октокоптеры.
Количество пропеллеров может быть больше, чем лучей. Но название не меняется. Например, у квадрокоптера на каждом луче по два двигателя с пропеллерами — это не делает его октокоптером.
Наиболее популярной моделью среди коптероводов остаётся quatrocopter с расположением лучей в форме Х. Во-первых, сразу два мотора тянут вперёд всю конструкцию, а во-вторых, прицепленная видеокамера не будет видеть перед собой винты.
Что стоит учесть при подборе всех запчастей
Исходя из предполагаемого веса полной конструкции уже FPV квадрокоптера с камерой, следует собрать коптер с мощными моторами. Отсюда вытекает приобретение дополнительных аккумуляторов или установка сразу более ёмких.
Наглядное видео сборки:
Видео YouTube
Для облегчения конструкции раму можно сделать самостоятельно. Варианты есть: начиная от простых деревянных линеек, заканчивая алюминиевым профилем или трубками. На этом можно сэкономить. Главное, чтобы материал был прочный, так как при падении первое, что страдает — лучи коптера.
Конечно, есть уже готовые рамы, но следует остерегаться подделок, иначе после первого же краш-теста отлетит минимум одна «нога». На время навыка управления выигрышнее подручные материалы.
Лучи для квадрокоптера имеют оптимальный параметр — 30-60 см в длину от мотора до мотора.
Чтобы не пораниться и не косить листву ближайших деревьев, а так же для тестирования коптера в домашних условиях, на пропеллеры можно поставить специальную защиту.
К чему будет крепиться контроллер полёта и все остальные примочки? Здесь тоже можно включить фантазию. Конечно, картонка не подойдёт, но квадрат фанеры, пластиковое основание из-под бокса для CD-дисков — оптимально. Не тяжёлое и выдержит всё то, что требуется нацепить.
Моторы — их нужно сразу четыре. Для пропеллеров в основном подбираются по диаметру и мощности. Диаметр берётся от параметров рамы (если та самодельная, то на своё усмотрение).
Контроллеры управления двигателями нужны для регулировки скорости вращения лопастями. Мощность двигателей напрямую зависит от веса дрона в сборе.
Аккумуляторы для моторов могут быть разными по ёмкости. Лучше предоставить возможность менять аккомы на большие мощности и, конечно же, использовать не один, а сразу несколько.
Сами винты можно взять 9-12 см. Пара обыкновенных и 2 с обратным вращением. Желательно, чтобы к ним в комплекте шли крепежи сразу на несколько видов моторов.
Самое главное и самое затратное в quatrocopter — это его «мозги», а именно контроллер полёта — на нём нельзя экономить. Здесь следует учитывать будущие возможности беспилотника. Микроконтроллер лучше брать программируемый (например, Arduino Mega). Датчики к нему можно взять «всё в одном» All In One (гироскоп, акселерометр, барометр, магнитометр), или по минимуму — гироскоп и акселерометр.
Дополнительные функции:
· GPS — программирование маршрута полёта;
· «мягкая посадка» — fail safe (если радиосвязь с пультом потеряется, то коптер плавно сядет, а не рухнет на землю);
· FPV (first person view) — вид от первого лица, а наблюдение из планшета.
Передатчик на управляющую плату стоит подбирать по карману. Главное, чтобы было не менее четырёх каналов и частота 2,4 ГГц. Его можно купить для левши или правши.
С проводами, конечно, придётся повозиться, но в умелых руках это время пройдёт быстро.
На ножки коптера или на сами лучи на раме лучше прикрепить специальную мягкую подкладку, чтобы на твёрдых поверхностях посадка была легче.
Легко не будет, но будет интересно и занимательно!
Помимо основных материалов требуются еще и расходные – болты, гайки, шайбы.
На этом этапе из инструментов понадобятся ножовка по металлу, дрель и напильник.
После того, как все материалы подготовлены, приступаем к процессу:
· Любым удобным способом перенесите чертеж на заготовку текстолита и обрежьте ненужный материал по контуру.
· Соедините все получившиеся детали, закрепив их.
· Подготовьте отверстия под винты (на чертеже они красного цвета) сверлом диаметром в 3 миллиметра.
· После того, как лучи закреплены на раме, проделайте отверстия для облегчения конструкции (на чертеже это круги белого цвета).
· На лучах подготовьте отверстия для крепления двигателя.
· На последнем этапе обезжирьте раму и обклейте её двусторонним скотчем для гашения вибраций.
На последующих этапах понадобятся такие элементы: плата, контроллеры двигателей, пропеллеры, двигатели, аккумулятор и зарядное устройство для него, передатчик и приемник.
Для того, чтобы закрепить контроллеры на плате-адаптере, стоит использовать медный провод без изоляции. После этого производится припаивание проводов питания, провода шины, тумблер для включения и выключения питания.
При размещении контроллеров на плате стоит помнить, что все они должны быть направлены к соответствующим двигателям.
Следующий этап – установка двигателей. Начинается он с припаивания проводов к выводам двигателей их изоляции. Затем устанавливаются сами двигатели на концах лучей и закрепляются болтами с нижней стороны «ноги».
После этого наступает ответственный момент крепежа «мозга» квадрокоптера – платы-адаптера. Лучше устанавливать её на небольшие резиновые демпферы. Важно защитить плату от влаги и пыли, так что тут же закрываем её любым пластиковым колпаком. Его форма и прозрачность зависит исключительно от ваших предпочтений и на сохранность платы никак не влияет.
В подготовленный отсек крепится аккумулятор, который также лучше закреплять на резиновой прослойке.
На последнем этапе закрепляем винты на двигателях, подключаем передатчик и светодиодную подсветку.
От общего — к частному. Рама квадра должна быть прочной. Для ее изготовления подойдет кусок фанеры (150 х 150 мм), в качестве каркаса можно использовать квадратный профиль из алюминия (14 х 14 мм).
Профиля понадобятся и для изготовления лучей. Длина каждого из них от центра конструкции должна составлять 300 мм. На них, кстати, можно приспособить куски пенопласта или резины, которые будут смягчать приземление.
Далее установка платы. Ее нужно купить. Рекомендуется приобретать плату, уже оснащенную всеми датчиками — гироскопом, акселерометром, барометром и магнитометром — AllInOne. Есть варианты плат также и GPS-приемником. Датчики можно крепить к конструкции на толстый скотч или силикон — это поможет избежать сильной вибрации.
Монтировать ее надо в центре конструкции. Саморезы должны надежно прикрутить плату к концам лучей и проходить через фанеру. Рядом с ней должен находиться приемник. Его можно приклеить суперклеем.
Двигатели квадрокоптера должны располагаться на одинаковом расстоянии. Поэтому перед их расстановкой нужно сделать точную разметку на лучах и уже потом сверлить отверстия. Кстати, пространство для хвоста вала нужно делать насквозь, на всю его ширину так, чтобы он не задевал его края.
Теперь немного о проводах питания регуляторов скорости. Они соединяются параллельно с помощью переходников. Там, где к ним подключается батарея, следует делать разъемное соединение.
Теперь остается только подключить провода к соответствующим двигателям и установить “мозги”. Найти прошивку для платы (Arduino) в интернете не составляет труда. Сначала закачивается она, потом настройки. Во время установки программы будут появляться пошаговые инструкции. Им нужно четко следовать, чтобы отладить управление аппаратом и откалибровать его.
В меню программы есть раздел AC2 Sensor. Здесь проверяется работа датчиков и приемников. Все повороты и изменения уровней должны с максимальной точностью отражаться на колебаниях стрелки и светодиодных показателях.
После всей этой отладки можно устанавливать пропеллеры и тестировать полет. Аппарат при этом лучше разместить подальше от себя. Газовать следует плавно. Если дрон поднялся в воздух — великолепно. Если его начало трясти, следует перейти к настройкам PID. Возможны и другие нюансы отладки через программу.
Как разумно подобрать двигатель для квадрокоптера? Несомненно, данную деталь стоит подбирать исходя из характеристик и возможностей летающего аппарата. Использование мотора необходимо только в больших квадрокоптерах, иначе его наличие будет неоправданно и аппарат попросту не будет работать.
Главным правилом является то, что выбирать мотор стоит уже после окончательной сборки квадрокоптера. При планировании присоединять к летающему устройству видеокамеру или иное устройство, стоит учитывать дополнительный вес. Чтобы не перегружать аппарат, необходимо рассчитать тягу, которую можно посмотреть по специальным таблицам. К примеру, если вес аппарата равен 1,5 килограмма, то тяга должна быть в 2 раза больше, то есть быть равной 3 килограммам.
Чтобы правильно подобрать двигатель квадрокоптера, стоит тщательно изучить все его характерные свойства. Не менее важную роль играют винты аппарата. Квадрокоптер висит в воздухе за счет нескольких пар несущих винтов, вращающихся в различных направлениях.
Как раз для того, чтобы винты нормально работали, требуется подобрать двигатель на основе параметров своего квадрокоптера. Винты потребляют большую энергию двигателя, и мощность мотора важна при покупке.
Для подбора правильного мотора рекомендуем ознакомиться с различными видеозаписями, где вам подробно расскажут о хороших деталях для квадрокоптера. За счет советов, которые будут давать уже опытные пилоты, можно собрать уникальный квадрокоптер с мощным двигателем.
Зачем нужен мощный двигатель? Во-первых, он позволяет летать аппарату намного быстрее и дольше, совершать определенные маневры. Во-вторых, на квадрокоптер можно повесить дополнительный груз, к примеру, камеру, которая будет снимать материалы при полете на высоте. За счет этого можно сделать качественные снимки.
Следовательно, подбирать двигатель необходимо основываясь на том, какой квадрокоптер вы желаете собрать. Следует подбирать правильную мощность двигателя, иначе аппарат может либо не взлететь, либо вовсе будет неуправляемым. Чтобы избежать этого, необходимо прислушиваться к советам специалистов, и тогда собрать квадрокоптер будет очень просто.
04 мая 2016Несмотря на множество готовых моделей квадрокоптеров, представленных в интернет-магазинах, многие все равно предпочитают создание дрона своими руками. Во-первых, это позволяет сэкономить. Во-вторых, то, что ты смог сам собрать квадрокоптер, дает весомый повод для гордости, а управлять таким аппаратом намного приятнее, чем обычным покупным.
Итак, как сделать дрона в домашних условиях? Для этого есть несколько путей.
- Путь первый: относительно легкий. Можно купить готовый набор для сборки дрона. Такие сегодня продаются в любом интернет-магазине квадрокоптеров. Выбор огромен, по самой разной цене и из самых разных материалов. Плюс этого решения в том, что ты получаешь комплект деталей, идеально подходящих друг другу по техническим параметрам.
- Путь второй: для смелых и опытных. Полная свобода: ты самостоятельно покупаешь все необходимые составляющие.
Так выглядит их основной список:
1. аккумуляторы; 2. регуляторы скорости; 3. двигатели (по числу пропеллеров); 4. плата управления с датчиками: гироскоп, акселерометр, барометр, компас и т. д.; 5. рама (любители hand made могут и ее изготовить самостоятельно).
Преимущество этого решения — в возможности использовать уже имеющиеся у тебя детали, оставшиеся от старого квадрокоптера или лежащие «про запас».
Твой первый квадрокоптер: теория и практика
Для самостоятельной сборки идеально подходит дрон средних размеров. По желанию владельца аппарат может быть модифицирован, к нему может быть добавлена фото- или видеокамера, но общая схема сборки квадрокоптера своими руками следующая.
Первым делом необходимо определиться с размерами и конфигурацией рамы. Ты можешь купить уже готовую или изготовить ее своими руками. Преимущество последнего варианта — возможность в случае поломки починить раму самостоятельно, не дожидаясь, пока приедет запасная. В качестве материала можно использовать пластиковые трубы для проводов или квадратные алюминиевые трубки. Базовая форма — квадрат с пересекающимися лучами посередине.
На лучах рамы устанавливаются двигатели. Оптимальными будут модели Turnigy Aerodrive SK3 2822-1275, NTM Prop Drive Series 28-30S, Turnigy Multistar 2216-800Kv. Первый подойдет под регуляторы оборотов на 20 А (для квадрокоптера размером 45—50 см), другие два — под регуляторы на 30 А (для квадрокоптера в 50—60 см).
Сверху на двигатели крепятся пропеллеры — по два с правосторонним и левосторонним вращением. Их максимально допустимый размер будет обозначен в инструкции к двигателю.
К сердцевине крепится Li-Po-аккумулятор и плата управления — либо самая простая HobbyKing KK (оснащена только 3 гироскопами), либо MultiWii Lite V1.0 с 6-осевым выравниванием, либо MultiWii 328P (с 6-осевым выравниванием, барометром и компасом; наиболее оптимальна по соотношению цена/качество). Чтобы полет сохранял стабильность, контроллер необходимо виброизолировать — для этого подойдет виброизоляционная губка.
Конечно, всех тонкостей сборки из статей не узнать. Зато сделать это под руководством опытных пилотов можно на Drone Expo Show. На мастер-классах тебя научат собирать квадрокоптер и пилотировать его, а также ответят на все интересующие вопросы по теории сборки.
Сначала, подобрав размер квадра, приступил к зарисовке чертежа на куске обоев.
Кстати, размер выбрал 45 - универсальный, так как это мой первый дрон, и в каком направлении буду развиваться пока не знаю.
Собрав дома весь стеклотекстолит, приступил к выпиливанию двух одинаковых основ, между которыми будут зажаты лучи.
Материалом для изготовления лучей послужил алюминиевий квадратный профиль 10*10мм
Предварительная версия...
Крепил лучи между основами с помощью винтов и гаек, ничего другого не придумал)
Идём далее...
Ноги, шасси делал также из стеклотекстолита. Нарисовав эскиз, приступил к нарезке заготовок
После чего приступил к мучению шуруповёрта
Несмотря ни на что, дрон всё-таки встал на свои ноги)
А теперь - взвешивание. Вес рамы, без какого-либо оборудования, составил 263 грамма. Я думаю что это достаточно приемлемый вес, а что думаете вы?
Теперь, когда рама собрана, можно приступить к установке комплектующих.
Моторы и регули я выбрал эти:
EMAX XA2212 820KV 980KV 1400KV Motor With Simonk 20A ESC
Товар
http://www.сайт/ru/product/1669970/
Мозг, всем известный cc3d
CC3D Flight Controller
Товар
http://www.сайт/ru/product/1531419/
Батарея:
Аккумулятор литий-полимерный ZIPPY Flightmax 3000mAh 3S1P 20C
Товар
http://www.сайт/ru/product/8851/
Моторы со штатными крестиками крепил к лучам на болты и гайки 
Моторы установлены. Регуляторы примотал на изоленту, радиаторами к лучам.
Затем плату распределения питания разместил между пластинами стеклотекстолита
Припаял все нужные провода (регуляторов, габаритных огней).
Перфекционистам не смотреть)))
Проверил работоспособность...
Установив плату распределения питания, приступил к монтажу мозгов. Банально прилепил их на 2-х сторонний скотч.
Также поступил с приемником
Крепление батареи осуществляется благодаря липучкам на нижней основе квадра.
Вот и всё! Полётный вес квадрокоптера - 993 грамма. Прошив полётный контроллер, пошёл на улицу на первые испытания.
Видео полётов смотрите с 2.50 минуты
Квадрокоптер был построен в конце лета 2016, сейчас начало 2017г. За этот период квадрокоптер побывал в небе достаточное количество времени. В данный момент коптер цел, не было ни одного краша, я его немножко модернизировал, для установки камеры на его борт. В дальнейшем хочу на нём научится летать по fpv. Сейчас потихоньку начинаю собирать Fpv систему, видеопередатчик, приёмник уже заказал))
Спасибо всем кто читал выше изложенное, если есть вопросы, советы, пожелания - пишите в комментариях. Ниже представлены фотографии сделанные камерой, установленной на квадрокоптере, ну и сам коптер.
С Ув. Алексей
Полностью процесс сборки и настройки я описал и , а ниже будет немного изменённая версия, содержащая больше информации из моих предыдущих статей.
Я оставлю за скобками вопрос вхождения в данное хобби и перейду непосредственно к квадрокоптеру.
Выбор размера квадрокоптера
Год назад наибольшей популярностью пользовались квадрокоптеры 250-го размера. Но сейчас пилоты предпочитают собирать аппараты меньшего размера, что весьма разумно: вес меньше, а мощность та же. Я выбрал 180-й размер не из каких-то практических причин, а как некий челлендж по сборке.
На самом деле, такой подход к выбору не совсем правилен. Гораздо разумнее выбирать сначала размер пропеллеров, а уже под них - наименьшую раму, куда влезут выбранные пропеллеры. И при таком подходе 180-й формат вообще отбраковывается. Судите сами: 210-й формат позволяет ставить те же 5-дюймовые пропеллеры, что 250-й, при этом сам квадрик получается легче, а 4-дюймовые пропеллеры влезают и в 160-е рамы. Получается, что 180-й размер - это такой промежуточный формат, который «ни нашим, ни вашим». Его также можно считать утяжелённым 160-м. Но, тем не менее я выбрал именно его. Возможно потому, что это минимальный размер, способный более-менее комфортно тягать камеру GoPro или Runcam.
Комплектующие
Начнём с моторов. «Промежуточность» 180-го размера, а также богатство их ассортимента, осложняют выбор. С одной стороны, можно брать то, что идёт на 160-е, с другой - то, что устанавливают на 210-е или даже 250-е. Исходить надо из пропеллеров и батареи (количество банок). Не вижу смысла использовать батарею 3S, а по пропеллерам общие правила таковы:
- нужна максимальная статическая тяга - увеличивай диаметр пропеллера и уменьшай шаг (в разумных пределах)
- нужна высокая скорость - уменьшай диаметр и увеличивай шаг (в разумных пределах)
- нужна высокая тяга при маленьком диаметре - добавляй количество лопастей (опять же в разумных пределах, так как если разница между двух- и трёхлопастными пропеллерами ощутимая, то между трёх- и четырёхлопастными - не такая большая)
В моём случае я имею ограничение размера пропеллеров в 4 дюйма, но не имею ограничения по моторам. Значит, разумнее всего будет использовать трёхлопастные 4045 пропеллеры bullnose. Их сложно балансировать, но с ними управление отзывчевее и предсказуемее, а звук тише. С другой стороны, с двухлопастными пропеллерами скорость у квадрокоптера выше, но мне этого точно не надо. «В народе» на 180-х рамах преобладают следующие сетапы:
- лёгкий с моторами 1306-3100KV, обычными 4045 пропеллерами и батареей 850mAh
- тяжёлый и мощный под трёхлопастные bullnose пропеллеры и экшн-камеру с моторами 2205-2600KV и батареей 1300mAh
На самом же деле, рама позволяет ставить моторы от 1306-4000KV до 22XX-2700KV. Кстати, не знаю почему, но моторы 1806-2300KV сейчас в опале и мало используются.
Для своего квадрика моторы я взял - RCX H2205 2633KV . Во-первых, хотелось иметь запас по мощности (хотя с моими скромными навыками пилотирования, непонятно зачем). Во-вторых, мои сетапы никогда не получались сверхлёгкими, вдобавок я ещё и экшн-камеру таскать планирую. Конкретно моторы RCX - вариант компромиссный. Они дёшевы, но и нареканий по качеству много. На момент покупки комплектующих это были одни из немногих моторов 2205-2600KV на рынке. Сейчас (на момент написания статьи) ассортимент значительно больше и лучше выбрать что-нибудь другое.
С остальными комплектующими действовал по принципу «больше челленджа»:
Выбор полётного контроллера
Вы наверное заметили, что в списке нет полётного контроллера. Хочу описать его выбор подробнее. В недорогие наборы для сборки часто включают контроллер CC3D, так сейчас это, пожалуй, самый дешёвый ПК. Сегодня нет совершенно никакого смысла покупать CC3D. Он устарел и не имеет таких необходимых вещей, как контроль заряда батареи и «пищалка». Его преемник CC3D Revolution - это уже совсем иной продукт с богатыми возможностями, но и ценой свыше 40€.
Современные полётные контроллеры уже перешли с процессоров F1 на F3, что сделало Naze32 ПК прошлого поколения и ощутимо снизило его цену. Сейчас это поистине народный контроллер, который имеет почти всё, что душа желает при цене от 12€.
Из ПК нового поколения наиболее популярен Seriously Pro Racing F3, причём в первую очередь, из-за наличия недорогих клонов. Сам контроллер ничем не уступает Naze32, вдобавок имеет быстрый процессор F3, большое количество памяти, три UART-порта, встроенный инвертор для S.Bus. Именно SPRacingF3 Acro я и выбрал. Остальные современные ПК не рассматривались из-за цены, либо каких-то специфических особенностей (закрытая прошивка, компоновка и т.д.)
Отдельно отмечу модную ныне тенденцию объединять несколько плат в одну. Чаще всего ПК и OSD или ПК и PDB Я не поддерживаю данную идею за парой исключений. Мне не хочется менять весь полётный контроллер из-за сгоревшей OSD. К тому же, как показывает практика, иногда такое объединение приносит проблемы .
Схема проводки
Понятное дело, что все компоненты, которым нужно питание 5В или 12В, будут получать его от BEC`ов платы распределения питания. Камеру теоретически можно было запитать напрямую от 4S-батареи, благо входное напряжение это позволяет, но ни в коем случае делать этого не стоит. Во-первых, все камеры очень восприимчивы к шумам в цепи от регуляторов, что выразится в помехах на картинке. Во-вторых, регуляторы с активным торможением (такие, как мои LittleBee), при активизации этого торможения, дают в бортовую сеть очень серьёзный импульс, что может сжечь камеру. Причём, наличие импульса напрямую зависит от износа батареи. У новых его нет, а у старых - есть. Вот познавательное видео на тему помех от регуляторов и чем их фильтровать. Так что камеру лучше питать либо от BEC`а, либо от видеопередатчика.
Также, ради улучшения качества картинки, рекомендуется пустить с камеры на OSD не только сигнальный провод, но и «землю». Если скрутить эти провода в «косичку», то «земля» действует, как экран для сигнального провода. Правда в данном случае я этого не делал.
Коли уж зашла речь о «земле», то часто спорят о том, надо ли подключать «землю» от регуляторов к ПК или достаточно одного сигнального провода. На обычном гоночном квадрокоптере однозначно надо подключать. Её отсутствие может привести к срывам синхронизации (подтверждение).
Конечная схема проводки получилась простой и лаконичной, но с парой нюансов:
- питание полётного контроллера (5В) от PDB через выходы для регуляторов
- питание радиоприёмника (5В) от ПК через разъём OI_1
- питание видеопередатчика (12В) от PDB
- питание камеры (5В) от видеопередатчика
- OSD подключил к UART2. Многие используют для этого UART1, но как и на Naze32, здесь этот разъём запараллелен с USB.
- Vbat подключен к ПК, а не к OSD. В теории показания вольтажа батареи (vbat) можно считывать как на OSD, так и на ПК, подключив батарею либо к одному, либо к другому. В чём разница? В первом случае показания будут присутствовать только на экране монитора или очков и ПК ничего не будет о них знать. Во втором случае ПК может отслеживать напряжение батареи, информировать о нём пилота (например, «пищалкой»), а также передавать эти данные на OSD, в «чёрный ящик» и по телеметрии на пульт. Настраивать точность показаний тоже проще через ПК. То есть, подключение vbat к полётному контроллеру намного предпочтительнее.
Сборка
Для начала несколько общих советов по сборке:
- Карбон проводит ток. Так что всё надо хорошо изолировать, чтобы нигде ничего не замыкало на раму.
- Всё, что выступает за пределы рамы, при аварии вероятнее всего, будет сломано или оторвано. В данном случае речь идёт, в первую очередь, о разъёмах. Провода тоже могут быть перерублены винтом, так что и их надо прятать.
- Крайне желательно после пайки покрыть все платы изолирующим лаком PLASTIK 71, причём в несколько слоёв. По собственному опыту скажу, что наносить жидкий лак кисточной намного удобнее, чем покрывать спреем.
- Не лишним будет капнуть немного термоклея на места пайки проводов к платам. Это защитит пайку от вибраций.
- Для всех резьбовых соединений желательно использовать «Локтайт» средней фиксации (синий).
Сборку я предпочитаю начинать с моторов и регуляторов. хорошее видео по сборке маленького квадрокоптера, с которого я перенял идею расположения проводов моторов.
Отдельно хочется сказать про крепление регуляторов: где и чем? Их можно закрепить на луче и под ним. Я выбрал первый вариант, так как мне кажется, что в этом положении регулятор более защищён (это мои домыслы, не подтверждённые практикой). Вдобавок, при креплении на луче, регулятор отлично охлаждается воздухом от пропеллера. Теперь о том, как закрепить регулятор. Способов много, наиболее популярный - двухсторонний скотч + одна-две стяжки. «Дёшево и сердито», к тому же демонтаж трудностей не доставит. Хуже то, что при таком креплении можно повредить плату регулятора (если ставить стяжку на неё) или провода (если крепить на них). Так что я решил крепить регуляторы термоусадочной трубкой (25мм) и запаял их вместе с лучами. Есть один нюанс: сам регулятор тоже должен быть в термоусадке (мои в ней и продавались), чтобы не соприкасаться контактами с карбоном луча, иначе - КЗ.
Также имеет смысл приклеить по кусочку двухстороннего скотча снизу на каждый луч в месте крепления мотора. Во-первых, он защитит подшипник мотора от пыли. Во-вторых, если по какой-то причине один из болтиков открутиться, он не выпадет при полёте и не потеряется.
При сборке рамы не использовал ни одного болтика из комплекта, так как все они неприлично короткие. Вместо этого приобрёл чуть длиннее и с головкой под крестовую отвёртку (есть такое личное предпочтение).
Камера не помещалась по ширине между боковых пластин рамы. Немного обработал края её платы надфилем (скорее сточил шероховатости) и она встала без проблем. Но сложности на этом не кончились. Мне очень понравилось качество держателя для камеры от Diatone, но камера с ним не помещалась в раму по высоте (примерно на 8-10мм). Сначала я приколхозил держатель на наружной (верхней) стороне пластины через неопреновый демпфер, но конструкция получилась ненадёжной. Позже пришла идея максимально простого и надёжного крепления. Я взял только хомут от Diatone`овского крепления и одел его на отрезок прута с резьбой М3. Чтобы камера не сместилась вбок, я зафиксировал хомут нейлоновыми муфтами.
Очень понравилось, что из разъёмов на ПК пришлось паять только коннекторы для регуляторов. Полноценные трёхконтактные разъёмы у меня не вписывались по высоте, пришлось пойти на хитрость и использовать двухпиновые. Для первых пяти каналов (4 для регуляторов + 1 «на всякий пожарный») я припаял коннекторы к сигнальной площадке и «земле», для остальных трёх - к «плюсу» и «земле», чтобы можно было запитать сам ПК и уже от него - подсветку. Учитывая, что китайские клоны полётных контроллеров грешат ненадёжной фиксацией разъёма USB, его я пропаял тоже. Ещё одним моментом, характерным для клона SPRacingF3, является разъём «пищалки». Как и в случае с vbat, на верхней стороне платы находится двухконтактный разъём JST-XH, а на нижней - он продублирован контактными площадками. Закавыка в том, что у клона «земля» на разъёмe постоянная и при его использовании «пищалка» всегда будет активирована. Нормальная рабочая для «пищалки» «земля» выведена только на контактную площадку. Это легко проверяется тестером: «плюс» разъёма прозванивается с «плюсом» на контактной площадке, а «минус» - не прозванивается. Следовательно, надо припаять провода для «пищалки» к нижней стороне ПК.
Трёхконтактные разъёмы регуляторов тоже пришлось заменить. Можно было использовать четыре двухконтактных штекера, но вместо этого, я взял два четырёхконтактных штекера и вставил в один «землю» всех регуляторов, во второй (соблюдая порядок подключения моторов) - сигнальный провод.
Пластина с подсветкой по ширине больше, чем рама и выступает по бокам. Единственное место, где её не собьют пропеллеры - под рамой. Пришлось колхозить: взял длинные болты, надел на них нейлоновые муфты с предварительно проделанными прорезями (чтоб стяжки, крепящие подсветку, могли зафиксироваться) и вкрутил через нижнюю пластину в стойки рамы. К получившимся ножкам стяжками притянул пластину со светодиодами (отверстия в пластине подходили идеально) и залил стяжки термоклеем. С задней стороны пластины припаял коннекторы.
Уже после сборки, на этапе настройки выяснилось, что с пищалкой что-то не то. Сразу после подключения батареи она начинала монотонно пищать, а если активизировать её с пульта, то на этот монотонный писк накладывался ещё и ритмичный. Я сначала грешил на ПК, но после замера напряжение мультиметром, стало ясно где именно проблема. На самом деле можно было с самого начала подключить к проводам пищалки обычный светодиод. В итоге я заказал сразу несколько пищалок, послушал их и установил самую громкую.
Часто PDB и контроллер крепят к раме нейлоновыми болтами, но я не доверяю их прочности. Поэтому я использовал 20мм металлические болты и нейлоновые муфты. После установки PDB я припаял питание регуляторов (остальные провода были припаяны заранее) и залил места пайки термоклеем. Главный силовой провод, идущий к батарее, я стяжкой закрепил к раме, чтобы его не вырвало в случае аварии.
С приёмника я кусачками удалил все коннекторы, кроме необходимых трёх, а перемычку между третьим и четвёртым каналами пропаял прямо на плате. Как я уже писал выше, разумнее было бы брать приёмник без коннекторов. Также я развернул у него антенны и заплавил в термоусадку. На раме приёмник хорошо поместился между PBD и задней стойкой. При таком расположении хорошо видно его индикаторы и есть доступ к кнопке бинда.
Видеопередатчик стяжками и термоклеем я закрепил к верхней пластине рамы так, чтобы через прорезь был доступ к кнопке переключения каналов и светодиодным индикаторам.
Для крепления антенны видеопередатчика в раме есть специальное отверстие. Но не стоит соединять её с передатчиком напрямую. Получается своего рода рычаг, где одним плечом служит антенна, другим - сам передатчик со всеми проводами, а место крепления разъёма будет точкой опоры, на которую придётся максимум нагрузки. Таким образом, в случае аварии почти со 100% вероятностью разъём на плате передатчика отломается. Поэтому крепить антенну надо через какой-то переходник или удлинитель.
К MinimOSD я решил припаять разъёмы, а не провода напрямую. На форумах пишут, что эта плата нередко сгорает, следовательно разумно сразу подготовиться к возможной замене. Я взял планку с коннекторами в два ряда, нижние припаял к контактным площадкам с отверстиями, а на верхние вывел vIn и vOut. После этого залил места пайки термоклеем и упаковал всю плату в термоусадку.
Последним штрихом является наклейка с номером телефона. Она даст хоть небольшую надежду в случае потери квадрокоптера.
Сборка на этом подошла к концу. Получилось компактно и при этом сохранён доступ ко всем необходимым органам управления. Больше фотографий можно посмотреть . Масса квадрокопрера без батареи составляет 330г, с батареей - 470г. И это ещё без экшн-камеры и крепления для неё. В следующей статье я расскажу о прошивке и настройке получившегося квадрокоптера.
