Как сделать недорогой FPV микро-дрон

Привет, друзья. Сегодня у нас очередная очень интересная статья, а именно сегодня мы рассмотрим, как сделать «микор-дрон» с FPV камерой. Данная самоделка отлично подойдёт тем, кто хочет научиться гонять на гоночных микро квадрокоптерах, и не хочет крушить дорогостоящие дроны за пару минут. Получиться отличный тренажёр как для опытных дроноводов, так и для детей. Сама самоделка будет состоять из максимально не дорогих компонентов, специально, для того чтобы позволить её смог каждый. Также следует отметить, что в конце статьи вы можете найти ссылки на основные компоненты самоделки. Ну чтож, думаю не стоит тянуть с длинным предисловием, погнали.

И так, для данного дрона нам понадобится:
— Рама (покупная или вырезанная из лёгкого и прочного материала).
— Микроэлектродвигатели 4шт.
— Полётный контроллер.
— Коннектор формата «мама» для аккумулятора.
— Приёмник для аппаратуры радиоуправления (в данном случае от Fly Sky).
— Аппаратура радиоуправления
— FPV Камера.
— Винтики и стойки для печатных плат.
— Пропеллеры 4шт.
— Аккумулятор.
— Приёмник для FPV камеры (например FPV шлем).

Из инструментов также понадобится:
— Паяльник
— Припой
— Двойной скотч
— Изолента
— Кусачки
— Отвёртка
— Канцелярский нож

Для начала следует начать, наверное, с самого главного, а именно с рамы квадрокоптера, так как именно на ней и будет собираться вся наша конструкция. Следует отметить, что уже готовых рам существует большое множество, но не обязательно её покупать, так как можно взять и вырезать её из какого либо прочного и самое главное лёгкого материала. Например, из листа ABS пластика. Всё зависти от вашей заинтересованности к самому хобби, лично я бы рекомендовала приобрести сразу готовую раму, для того чтобы в дальнейшем при тюнинге дрона не пришлось бы её менять. Саму раму можно вырезать собственноручно, найдя в интернете схемы и чертежи (распечатав их и приклеив к материалу, из которого и собираетесь вырезать раму). Или можно воспользоваться услугами лазерной резки, как и поступил автор.

Для следующего шага нам следует приобрести электродвигатели в количестве 4 штук, для этого отлично подойдут движки Racerstar 8520 8.5x20mm, которые продаются в комплекте. Сами электродвигатели следует установить на раму в свои посадочные отверстия, которые следовало сделать ранее. В идеале, когда двигатели сидят плотно на своём месте, без каких либо дополнительных крепежей. Но если вы вырезали раму собственноручно, и сделать точные отверстия вам не удалось, то можно воспользоваться супер клеем или термоклеем, но делать это следует так, чтобы не нарушить развесовку.

Также при установке двигателей следует не забывать что в комплекте по два типа двигателей, одни, что вращаются по часовой стрелке, а другие что против часовой. Устанавливать такие двигатели следует друг напротив друга.

Затем нам потребуется взять полётный контроллер. В данном случае полётный контроллер включает в себя такие функции как регулятор оборотов, блок питания для аккумулятора и самого полётного контроллера. Полётный контроллер следует прикрепить ровно по центру самой рамы, но не на жёсткое крепление, так как лишняя вибрация, от которой в данном случае практически невозможно избавиться будет создавать лишние помехи управления. Поэтому для этого отлично подойдёт двойной скотч на мягкой подложке.

После чего начинаем подключать провода к полётному контроллеру, для начала возьмём разъём формата «мама» (такой, как на фото ниже) и припаяем его к контактам на полётном контроллере, а именно к выделенным контактам у разъёма питания (плюсовым проводом к разъёму питания).


Далее к полётному контроллеру следует подключить ранее установленные электродвигатели. Но перед этим провода, идущие от электродвигателей, следует аккуратно провести по раме и закрепить их при помощи маленьких кусочков изоленты. Затем уже при помощи кусачек отрезаем лишнюю длину проводов и припеваем их к тем контактам на полётном контроллере, что изображены ниже. Провода важно припаять точно так же, как изображено ниже.

Следующим шагом нам необходимо взять приёмник от аппаратуры радиоуправления, который тоже следует подключить к полётному контроллеру. (см. фото ниже). Приёмник так же как и полётный контроллер крепим при помощи двойного скотча.

Затем нам следует взять FPV камеру и установить её на наш квадрокоптер. Для того чтобы установить FPV камеру, нам следует сделать для неё специальную площадку над контроллером полёта. Саму площадку вырезаем из того же материала что вырезали раму для квадрокоптера. Для того чтобы закрепить площадку можно использовать стойки для печатных плат. Вкрутив и затянув их сначала к раме, а затем приложив площадку, закрепив её винтами. FPV камеру так же как и другие компоненты самоделки закрепляем при помощи двойного скотча, на площадке что только что изготовили. Провода от камеры подключаем к проводам идущим от аккумулятора согласно полярности «+» к «+», а «-» к «-».

После чего нам потребуются пропеллеры. Желательно, но не обязательно они должны быть разного цвета, например, два красных и два чёрных. Это нужно для того чтобы вы могли определять «перед» и «зад» квадрокоптера.

Ну и в завершении сборки, следует закрепить аккумулятор на раме квадрокоптера. Это можно сделать также на двойной скотч или оригинально закрепить его при помощи резинки, так как сделала это автор.

Ну, вот и всё! Вы собрали свой микро-дрон. После сборки сразу следует перейти в его настройки. А именно подключаем аккумулятор к полётному контроллеру, а затем аппаратуру управления, если приёмник «законэкчен» с аппаратурой то сразу после её включения они должны найти друг друга, если нет, то в инструкции к вашей аппаратуре должно быть подробно описано, как это сделать.

Присоединив аппаратуру с приёмником, переходим к настройке. А именно следует слегка поднимать дрон, аккуратно добавляя газ. И если он отклоняется, в какую либо сторону, то следует поднять обороты конкретного двигателя, в сторону которого он летит, и делать это следует до тех пор, пока в замкнутом пространстве дрон не будет максимально стабилен и хоть как то, держать точку.

Далее FPV камера. Настоятельно рекомендую, если вы серьёзно настроены на то, что вы реально будете этим заниматься, и строите этот дрон для тренировок, а затем приобретёте или построите себе серьёзный аппарат, то сразу следует приобретать хороший FPV шлем чтобы не покупать его в дальнейшем. Если для вас это больше игрушка, то можете сэкономить и приобрести такой же FPV приёмник как у автора самоделки. Чтобы начать видеть трансляцию на своём смартфоне следует, включить дрон, затем скачать и открыть специально приложение на своем смартфоне (QR- код на загрузку приложения будет в инструкции), подключить FPV приёмник и все должно работать.

Ну, на этом все! В итоге у нас получилось, что-то между игрушкой и тренажёром для профессионалов. Но в любом случае самоделка очень интересная и понравиться каждому.

Приобрести комплектующие, которые могут пригодиться для сборки данной самоделки можно тут:
— FPV камера
— Полётный контроллер
— Электродвигатели

— Аппаратура радиоуправления (с приёмником)
— FPV приёмник
— Пропеллеры
— АКБ и зарядка к ним

Вот видео автора самоделки:

Ну и всем спасибо за внимание и удачи в будущих проектах самодельщики!

Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Как сделать Дрон своими руками

Мини дрон — квадрокоптер на дистанционном управлении можно очень просто сделать дома. Использовать его можно для игр и как макет для изучения работы дрона. Конструкция содержит минимальное количество деталей, а на постройку уйдет 15 минут времени или чуть более.
Наша простая модель не имеет ни регулировку скорости вращения двигателей, ни изменения направления полета. Она не умеет практически ничего, кроме того как подниматься в воздух вверх и опускаться по нажатию кнопки. Но если вы хотите, то вы можете в дальнейшем собрать более серьезный вариант и доработать всеми возможностями какими хотите.

Понадобится для сборки Дрона

А также: палочки от мороженного, пистолет с горячим клеем, паяльник с припоем и флюсом.

Подробнее о деталях для сборки квадрокоптера

Пульт с приемником для дистанционного управления можно позаимствовать из игрушки, к примеру из сломанной машинки или купить — Али Экспресс. Главным условием должно быть то, чтобы вся электроника исправно работала от напряжения 3,7 В.

Аккумуляторная батарея 3,7 В взята от старого мобильного телефона, ее так же можно приобрести — Али Экспресс. Там можно выбрать еще гораздо меньшие варианты.

Мини двигатели для летающих моделей можно купить — Али Экспресс.

Пропеллеры так же придется приобрести — Али Экспресс. Они должны подходить к двигателям. Так что лучше их взять вообще комплектом — тут на Али.

Изготовление Дрона — квадрокоптера

Итак, первым делом соберем такую решетку из четырех палочек для мороженного. Фиксируем все горячий клей. Это будет основная рама нашего мини квадрокоптера.

Аккумулятор приклеиваем таким же способом к раме.

Приклеиваем четыре двигателя с пропеллерами в углы решетки.

Теперь нужно сделать ножки, на которых будет стоять дрон. Разрежем две палочки от мороженного пополам.

Прикрепим к основанию.

Добавляем приемную плату ДУ. Вывода всех двигателей соединим параллельно.

Подключаем провода двигателей к выходу платы ДУ.

Подключаемся к аккумуляторной батареи.

Проверка. Удерживаем дрон от подъема и нажимаем на кнопку пульта ДУ. Если пропеллеры всех четырех двигателей закрутились — все работает исправно.

Выходим на открытую местность, ставим наш квадрокоптер и проверяем работу. Дрон должен взлететь в верх без особых проблем.

Если пропеллеры закрутились, а конструкция не взлетела, проверьте уровень заряда аккумулятора. Если все в норме, нужно облегчить конструкцию. В принципе, мощности таких четырех мотором должно хватить с запасом.

Во время постройки рекомендую как можно больше экономить общий вес, чтобы дрон был максимально легок. Так что лейте меньше клея, отрезайте максимально короткие провода и т.п.

Смотрите видео

Более подробную инструкцию по сборке игрушки смотрите в видео.

Что нужно знать, чтобы собрать дрон своими руками

Квадрокоптер можно приобрести практически в любом крупном интернет-магазине, или сделать дрон своими руками. Неизвестно, что появилось раньше: массовое производство коптеров или первыми были попытки радиолюбителей создать дрон самостоятельно. Но тот факт, что это увлечение становится популярным среди любителей радиоуправляемых устройств, не может оставить равнодушным ни одного моделиста и коллекционера квадрокоптеров.

Содержание

Модель квадрокоптера «Сделай Сам»
Купить или сделать?
Детали, процесс сборки, нюансы

Модель квадрокоптера «Сделай Сам»

Многие пользователи дронов задаются вопросом — как собрать квадрокоптер собственными руками. Скорее это желание происходит от стремления получить полный контроль над  полетом и управлением процесса съемки.

В самостоятельной сборке коптера есть ряд преимуществ: во-первых, это возможность создать аппарат с теми параметрами, которые вам нужны. Во-вторых, такое устройство легче кастомизировать, всегда можно приделать новые детали или заменить, например, аккумулятор и поставить более мощный источник питания. В-третьих, это может послужить интересным опытом и стать первым шагом к новому увлечению.

Из отрицательных сторон можно подчеркнуть то, что такая сборка может потребовать много времени на поиск нужных деталей, изучение всей технической части. Тем более никто не сможет дать гарантии, что «первый блин не пойдёт комом». Хотя с другой стороны, сейчас существует большое количество специализированных магазинов для радиотехники, а понять принципы устройства и работы квадрокоптера помогут многочисленные схемы на примере готовых моделей самодельных версий.

Также многие прибегают к моделированию дронов из того расчёта, что это может обойтись гораздо дешевле, чем покупка брендового устройства. Но и здесь многое зависит от того, с какими характеристиками аппарат вы хотите получить, и важен ли для вас внешний вид квадра. Тем более частые модификации, которые помогут сделать дрон более функциональным, тоже могут влиться «в копеечку».

Изобретатель Джаспер ван Ленен в 2013 году представил набор для тех, кто хочет собрать дрон самостоятельно. В чемоданчике у него было всё самое необходимое: электроника, моторчики, радиоприёмник, детали корпуса. Все пластмассовые детали были распечатанные на 3D принтере.

Купить или сделать?

Решение сделать коптер самим может быть определёно, так называемым, спортивным интересом, а может быть связано и с желанием сэкономить. И в первом, и во втором случае важно взвесить все «за» и «против», а также определить сильные и слабые стороны в самостоятельной сборке.

Время

Как было сказано выше, основным минусом дрона «Сделай Сам» может стать время. Ведь одно дело -заказать готовый к полёту квадр, подождать одну-две недели и использовать его в своё удовольствие. А вот в самостоятельной сборке есть целый ряд нюансов, которые могут повлиять на сроки:

1. Приобретение всех необходимых запчастей, которые не всегда могут попасть к вам в руки одновременно.
2. Время потребуется и на изучение технической части, чтобы ясно понимать из чего состоит и как работает дрон.
3. Сама сборка и настройка полётного контроллера потребует времени и, конечно, терпения.
4. Постсборка, которая означает не только тестирование, но работу над ошибками и «переделками», что также занимает много времени и сил.

Опыт

Компенсировать первый пункт во многом сможет наличием опыта в самостоятельной сборке радиоуправляемых устройств. К тому же, если вы собираете дрон при наличии «заводской» модели, то это может стать наглядным пособием для изучения «начинки» квадра. А вот для тех, кто первый раз сталкивается с такой сборкой, есть два варианта:

А) Приобрести самую недорогую модель квадрокоптера, которая не только послужит образцом, но и чьи детали можно позаимствовать для своего коптера;

Б) Обратиться за помощью на форумы и специализированные сайты, где можно почерпнуть всю информацию, а также подробно прочитать о пошаговой сборке коптера с указанием наименований всех необходимых деталей.

Стоимость

Многие решают собрать квадрокоптер из расчёта, что такое устройство обойдётся дешевле покупного. Но здесь следует помнить о некоторых особенностях:

• Конечно, если вы ставите цель собрать квадрик из подручных средств с минимальными затратами, то проблем не возникнет, так как можно приобрести все комплектующие из одного ценового диапазона. Но тут нужно понимать, что создать мощное устройство с высокой грузоподъемностью вам не удастся.
• Если же вы делаете ставку на характеристики квадрокптера, а не на простую возможность взлетать и парить в воздухе несколько минут, то здесь вы вряд ли добьетесь существенной разницы между покупным и самодельным коптером. Хотя, конечно, возможность сохранить 10-20% от стоимости всё же будет.

Самостоятельная сборка квадро-, гекса- или трикоптера — это возможность попробовать себя в роли инженера и механика, позволяющая создать уникальную модель с теми характеристиками, которые для вас являются наиболее актуальными. Но питать надежды, что это более простой и дешёвый путь, чем покупка готового устройства, всё же не стоит.

Детали, процесс сборки, нюансы

Итак, вы решили создать свой первый квадрокоптер. Для начала лучше всего обратиться к опыту «бывалых» конструкторов. Здесь на помощь придут различные форумы, сайты, видео-«лайфхаки».

Любой дрон состоит из двух основных частей — это сам механизм, который запускает его, и каркас, на котором крепится эта «начинка». Для того чтобы коптер полетел нужны:

• Полетный контроллер;
• Батарея;
• Моторы и пропеллеры, которые к ним крепятся;
• Регуляторы скорости;
• Сервопровод для создания поворотного механизма;
• А также различные расходники: шурупы, разъемы, антивибрационная губка, клей, эластичная лента.

Каркас может быть вырезан из фанеры или из прочного пластика, его форма во многом определяет и тип дрона: будет ли это три-, квадро- или гексакоптер. Он представляет собой основную раму, на которую крепится контроллер и аккумулятор, и лучи с моторами, поворотным механизмом и конструкцией для регулятора скорости. Лучше всего, если лучи будут подвижными, особенно в случае, когда вы собираетесь делать большой квадрокоптер, тогда впоследствии не возникнет проблем с транспортировкой.

Создание своего квадрокоптера — это возможность попробовать себя в роли инженера и дизайнера. Коптеру можно придать самую разную форму, используя как готовый каркас, так и самодельный, попробовать оснастить его дополнительными конструкциями, которые будут помогать переносить различные предметы на борту.

Если коптер будет использоваться для аэросъёмки, то следует позаботиться и о наличии подвесов для камеры. От мощности моторов и размеров пропеллеров будет зависеть грузоподъёмность устройства. Этот факт особенно важно учитывать, если речь идёт о тяжёлых цифровых или полупрофессиональных камерах.

Настройка полётного контроллера происходит через ПК, на который предварительно нужно установить специальную программу для MultiWii или Arduino, в зависимости от модели купленного контроллера. И, конечно же, чтобы вы могли управлять и ловить сигнал от вашего коптера нужно будет приобрести радиопередатчик, например, DSM2.

Какую характеристику Вы бы хотели улучшить в квадрокоптерах?

Из чего состоит квадрокоптер? Устройство дрона: обзор для новичков

Беспилотные технологии считаются чуть ли не чудом техники XXI века, хотя появились они не сегодня и не вчера. Однако именно в наше время самые разные модели дронов (воздушных и подводных) стали постепенно менять многие вещи в окружающем человека мире. Помимо военных беспилотниками стали активно пользоваться ученые, специалисты различных отраслей промышленности, пожарные, полиция, любители и профессионалы в области фото- и видеосъемки.

Огромное количество беспилотников создается не только для профессионалов, но и любителей. И если вы собираетесь вступить в быстро растущее сообщество коптероводов, то наверняка хотите побольше узнать о том, что представляет собой летательный аппарат, управляемый дистанционно, из каких компонентов он состоит и для чего они нужны машине.

Рассмотрим основные элементы квадрокоптера на примере модели DJI Inspire 1

1. Стандартные пропеллеры

Стандартные пропеллеры отвечают за направление движения дрона и располагаются в передней части летательного аппарата. Хотя с момента появления беспилотников для изготовления пропеллеров использовались самые разные материалы, сегодня большинство серийных машин получают пропеллеры либо из пластика, либо из композитных материалов (углеволокна).

Инженеры до сих пор работают над наиболее эффективной формой пропеллеров, чтобы обеспечить стабильность полета, хорошее маневрирование и устойчивость летательного аппарата к воздействию ветра или других погодных условий. Пилоту необходимо перед каждым полетом в обязательном порядке проверять состояние пропеллеров, так как малейшее повреждение может вызвать аварию или нестабильный полет. Вот почему рекомендуется всегда иметь с собой во время полетов запасные пропеллеры.

2. Толкающие пропеллеры

Толкающие пропеллеры отвечают за передвижение летательного аппарата в воздухе вперед и назад. Название пропеллеров как раз и показывает принцип их работы. Поэтому располагаются они в задней части дрона, ведь их задачей является подавление крутящих моментов двигателя дрона во время обычного полета коптера, чтобы последний двигался либо вперед, либо назад в зависимости от команд с пульта управления.

Низкошумные пропеллеры модели 8743 для квадрокоптеров серии DJI Mavic 2 

С технологической точки зрения, толкающие пропеллеры не отличаются от стандартных. Их изготавливают из пластика или композитных материалов. Они также могут иметь разные размеры в зависимости от модели дрона, а также иметь специальную защиту, которая спасет конструкцию от аварии и защитит людей от случайного касания краями винтов. Толкающие пропеллеры также необходимо постоянно проверять перед полетом на предмет их общего состояния и наличия или отсутствия повреждений.

3. Бесколлекторные двигатели

Все производимые в последнее время дроны используют бесколлекторные двигатели, которые считаются более эффективными с точки зрения производительности и эксплуатации по сравнению с коллекторными двигателями. В любом типе техники конструкция мотора не менее важна, чем все остальные компоненты, ведь эффективный двигатель не только обеспечивает отличное пилотирование (в случае с беспилотником), то сокращает ваши расходы на обслуживание и покупку дополнительного оборудования. Чем мощнее двигатель, тем больше длится время автономной работы дрона и дольше его полет. Мощность двигателя также влияет на параметры полезной нагрузки, которую может нести дрон: камера и другое оборудование.

Различия между коллекторным и бесколлекторным двигателем

Отличным примером является разработка компанией DJI серии своих дронов промышленного назначения: Inspire 1, Inspire 2, серии дронов Matrice и Agras. Конечно, у DJI в этом плане тоже есть конкуренты, стремящиеся выпускать летательные аппараты с мощными двигателями, однако пока китайская компания идет на шаг впереди, создавая не только мощные, но и экономичные, а также малошумные агрегаты.

4. Посадочное шасси

Наличие шасси у беспилотника не всегда обязательно. Некоторые небольшие модели сконструированы таким образом, чтобы можно было без проблем приземлиться на нижнюю панель или что-то вроде нее. Другие модели, и их большинство, оснащаются различными вариантами шасси. У кого-то они напоминают вертолетные лыжи, у других замысловатые “ножки”. Все зависит от конкретной модели, ее назначения и оснащения. Например, беспилотники, использующиеся для воздушной съемки, а значит, оборудованные подвесной камерой, как правило, получают высокое шасси с большим клиренсом. Такими шасси изначально оборудуются все модели DJI Phantom с первой до последней версии. Высокие шасси есть и у промышленных дронов линейки Matrice, также разрабатываемой DJI.

А вот у дронов серии Inspire и Mavic шасси представляют собой что-то вроде ножек, установленных под двигателями на концах “рук” рамы. При этом из-за низко расположенной камеры шасси Inspire при посадке опускаются ниже, а в полете немного поднимаются вверх, улучшая при этом обзор для камеры. У Mavic из-за особенностей расположения камеры такое решение не требуется, но зато у него шасси складываются вместе с “руками” и пропеллерами, превращая дроны этой серии в одни из самых компактных и удобных для перевозки.

Квадрокоптер DJI Inspire 1 с поднимающимися в полете «лучами» и шасси

Назначение дрона и возможность подвесить дополнительную полезную нагрузку под нижней панелью (например, камеру или груз), влияют на технические решения для шасси. В одних случаях они делаются фиксированными (как у той же серии Phantom), а в других случаях шасси могут убираться, предоставляя камере обзор на 360 градусов, что важно для специализированных беспилотников (для инспекции, пожаротушения, поиска и спасения и т.п.).

5. Электронные регуляторы скорости (Electronic Speed  Controllers / ESC)

Электронный регулятор скорости (ESC) (другие названия: электронный регулятор скорости, электронный регулятор хода) представляет собой электрическую цепь, которая призвана контролировать скоростной режим беспилотника (впрочем, и других типов летательных аппаратов, так как это устройство в различных модификациях есть и у самолетов). По сути, это важное устройство передает энергию от батареи к двигателю бесколлекторного типа, преобразуя постоянный ток источника питания в переменный ток, который нужен мотору.

Схема работы электронного регулятора хода предполагает подачу (на входе) напряжения с батареи и поступление сигналов с полетного контроллера (бортового компьютера дрона). А вот на выходе от регулятора поступает на привод управляющее напряжение. Отсюда понятно, что регуляторы хода должны быть совместимы с полетным контроллером, когда проектируется и собирается конкретная модель беспилотника. Кроме того, они должны потреблять тока меньше, чем отдавать. Расчет же тока для привода производится, исходя из характеристик мотора и пропеллера плюс 20-30%.  

О регуляторах можно рассказывать долго, а их важность для беспилотников бесспорна. Об этом говорит тот простой факт, что современные дроны полностью зависят от этого вида устройств для нормального полета и выполнения всех задач, которые ставятся перед конкретным видом летательного аппарата. Поэтому DJI и другие производители дронов на электрической тяге много работают над совершенствованием электронных регуляторов хода. При выходе каждой новой модели беспилотника DJI старается внести усовершенствования и в ESC, о чем обязательно информирует будущего потребителя, например, о снижении энергопотребления и более высокой производительности.

Специальные регуляторы скорости для гоночных дронов DJI Takyon Z14120

Где же устанавливаются электронные регуляторы ходы? Как правило, эти устройства располагают в раме летательного аппарата. У дронов DJI они, как правило, располагаются в “руках” ближе к двигателям. Многие современные модели беспилотников оснащаются достаточно продвинутыми ESC, которые могут работать в различных режимах. А это невозможно без качественного программного обеспечения (прошивки). Прошивка должна регулярно обновляться для исправления ошибок в кодах управления, а также для повышения эффективности работы устройства (снижения потребления тока и т.п.). Если вы приобретаете одну из моделей коптера бренда DJI, то вам не придется принудительно обновлять ПО, потому что при выходе новой версии прошивки, все происходит в автоматическом режиме. Поэтому вам лично не придется вносить какие-либо изменения в работу ESC.

6. Полетный контроллер

Полетный контроллер выполняет роль материнской платы или даже бортового компьютера беспилотника. Если несколько упростить его задачи, то полетный контроллер отвечает за передачу всех команд, которые пилот передает на борт дрона. А если точнее, то в задачи контроллера входит интерпретация входящих данных от ресивера (приемника), модуля GPS, монитора батареи и бортовых датчиков. Кроме этого, полетный контроллер взаимодействует с электронными регуляторами хода и тем самым следит за работой двигателя и регулировку скорости, что является частью задач по управлению коптером. Но это, разумеется, далеко не все. Любые команды — запуск и работа камеры, управление режимом автопилота и другие автономные функции, — все они направляются полетным контроллером. Как правило, пользователю не нужно вносить какие-либо изменения в работу устройства, поскольку это может негативно повлиять на характеристики беспилотника.

Полетный контроллер DJI A3 взаимодействует с блоком IMU и системой геопозиционирования для обеспечения высокой точности данных во время пилотирования и съемки

7. Приемник (ресивер)

Приемник — это устройство, отвечающее за прием радиосигналов, посылаемых дрону через контроллер. Для эффективного управления беспилотником  необходимо минимум четыре канала. Впрочем, обычно производители рекомендуют предоставлять до пяти каналов. В целом же, сегодня на рынке представлено множество разных моделей ресиверов, как и модификаций беспилотников.

Обучающее видео по работе пультом дистанционного управления (контроллером) DJI

8. Передатчик

Передатчик — это устройство, отвечающее за передачу радиосигналов от контроллера к дрону для выдачи команд о направлении полета и других связанных с этим параметров. Как и приемник, передатчик должен иметь не менее четырех каналов для работы с беспилотником, но обычно также рекомендуется 5. Так же, как и в ситуации с ресиверами, на рынке сегодня представлено много модификаций приемников от различных производителей. Этот факт будет, скорее всего, интересен тем, кто хотел бы собрать собственный дрон, так как в случае замены устройства на моделях от DJI, используется фирменная продукция и продукция тех брендов, которые имеют партнерские отношения с китайским производителем.  Приемник и передатчик должны использовать один радиосигнал для связи с дроном во время полета. Каждый радиосигнал имеет стандартный код, который помогает отличать в эфире свой сигнал от чужих.

Последняя модель передатчика DJI Lightbridge 2

9. Модуль спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС, Бэйдоу).

Многие современные беспилотники оснащаются модулями спутниковой навигации. Чаще всего это модуль GPS, однако на многих последних дронах от DJI можно встретить двойную систему навигации, которая может включать комбинации GPS и ГЛОНАСС или же GPS и Бэйдоу. В зависимости от установленной комбинации такой беспилотник может эффективно эксплуатироваться в тех или иных регионах мира. Примером может быть серия промышленных беспилотников DJI Matrice 200.

Модуль (или комбинация модулей) спутниковой навигации обеспечивает бортовой компьютер дрона данными о местонахождении аппарата (долгота, широта и высота). Подобная, достаточно сложная, система навигации необходима прежде всего специализированным беспилотникам, которые выполняют полеты на большие расстояния и/или выполняют достаточно сложные задачи в области безопасности, военные задачи или работают в сфере промышленности.

Модуль GPS и плата IMU для DJI Mavic 2 Pro/Zoom

Однако задачи модуля спутниковой навигации вышеописанными не ограничиваются. С его помощью летательный аппарат не только ориентируется в пространстве во время полета, но и может в автоматическом режиме точно приземлиться на “базу”, даже если его визуальные датчики и штатная камера не работают, а связь с пультом дистанционного управления утеряна. Таким образом, модуль спутниковой навигации поможет обеспечить безопасность полета.

10. Батарея

Поскольку многие современные дроны летают при помощи бесколлекторных двигателей, то есть на электрической тяге, то аккумуляторная батарея является одной из основных частей дрона. Без нее невозможно запустить дрон и выполнить все поставленные полетные задачи. Впрочем, если вы управляете дроном с пульта (джойстика), то нужно помнить, что он тоже работает от своей батареи. Батарея на борту дрона чаще всего называется полетной (бортовой) и может иметь разные параметры (тип, емкость, мощность, наличие или отсутствие интеллектуальных функций и т.п.).  

Батарея с функцией самоподогрева для работы при температурах ниже 0 для дронов серии DJI Mavic 2

Понятно, что у разных моделей беспилотников разные требования не только к силовой установке, но и к батарее, как к источнику питания. Небольшие и любительские дроны оснащаются батареями небольших размеров с небольшой емкостью и мощностью, что в конечном итоге влияет на полетное время и рассчитанную полезную нагрузку. Для сравнения:

• DJI Spark — 1480 мА/ч — 16 минут полета
• Ryze Tello — 1100 мА/ч — 13 минут полета
• DJI Mavic Air — 2375 мА/ч — 21 минута полета
• DJI Mavic 2 Pro — 3850 мА/ч — 31 минута полета
• DJI Inspire 2 — 4280 мА/ч — 27 минут полета в зависимости от нагрузки
• DJI Phantom 4 V2.0 — 5870 мА/ч — 30 минут полета

Специализированные (промышленные дроны и платформы) требуют более емкой и мощной батареи ввиду сложности и большого объема решаемых задач. Отсюда и иные параметры источников питания, а также вытекающие отсюда полетное время и вес полезной нагрузки. Для сравнения:

• DJI Matrice 100 — 4500 мА/ч (дополнительная 5700 мА/ч) — в зависимости от полезной нагрузки и количества батарей время полета и зависания от 20 до 40 минут
• DJI Matrice 600 Pro — 4500 мА/ч (дополнительная 5700 мА/ч) — в зависимости от полезной нагрузки и количества батарей время полета и зависания до 38 минут

Компания DJI, как и ее конкуренты, постоянно ведет исследования в области совершенствования полетных аккумуляторов. Например, мониторинг состояния батареи сегодня стал уже довольно обычным явлением. Теперь пилот вовремя узнает не только об уровне заряда батареи, но и сможет получить информацию о том, когда следует вернуть беспилотник на базу, чтобы он не потерпел аварию из-за полного разряда батареи. Кроме того, DJI стала выпускать специальные аккумуляторы с подогревом, позволяющие эксплуатировать ее дроны при низких температурах, что ранее было просто невозможно.

11. Камера

В этом отношении наблюдается некоторое разнообразие. Если первые дроны поставлялись без камер и в лучшем случае имели некоторые аксессуары для крепления обычных камер, используемых на земле, то теперь ситуация изменилась. Часть дронов поставляется во встроенной камерой (яркий пример: серия Mavic, Spark, Ryze Tello). В других случая беспилотник может быть оборудован подвесной камерой, которую можно снимать (и даже устанавливать другие совместимые) или же вы можете купить коптер без камеры, к которому можно позже докупить штатную подвесную камеру. Преимущества аппаратов с камерами очевидны, ведь тогда они превращаются в “летающие камеры”, с помощью которых можно вести как любительскую, так и профессиональную съемку с воздуха.

Фильм «Riders», снятый с помощью квадрокоптера DJI Inspire 2 и подвеса с камерой DJI Zenmuse X7, — один из ярких примеров динамичной воздушной съемки

поэтапная сборка и настройка своими руками

Здравствуйте, наши уважаемые читатели. В этой статье мы поговорим про то, как собрать квадрокоптер на Ардуино. Это не самая простая, хотя и очень увлекательная задача, результатом решения которой станет появление небольшого беспилотника, спроектированного, собранного, и настроенного собственными руками. Сразу оговоримся, что речь идет о максимально дешевом дроне из наиболее доступных по цене комплектующих.

Необходимые детали и узлы

Прежде чем приступить к сборке квадрокоптера своими руками, необходимо обзавестись всеми необходимыми деталями. Мозгом нашей самоделки станет полетный контроллер Arduino Uno. Его возможностей более чем достаточно для того, чтобы управлять беспилотником.

Помимо микроконтроллера, нам понадобятся:

• Аккумулятор (лучше несколько) на 3.7В
• Плата MPU-6050 (на ней установлены гироскоп и акселерометр)
• Транзистор ULN2003A
• Коллекторные двигатели с полым ротором 0820
• Провода

Необходимо сделать несколько замечаний. Так как мы собираем дешевый самодельный дрон, то наш выбор пал на коллекторные движки с полым ротором (так называемые coreless motors). Они далеко не так надежны, как бесколлекторные двигатели, но зато гораздо дешевле стоят. Кроме того, можно обойтись без дополнительных контроллеров скорости.

Зато невозможно обойтись без гироскопа и акселерометра. Гироскоп необходим для того, чтобы квадрокоптер мог удерживать заданное направление движения, тогда как акселерометр используется для измерения ускорения. Без этих устройств управлять коптером было бы гораздо сложнее (если вообще возможно), так как именно они предоставляют данные для сигнала, регулирующего скорость вращения винтов.

Мы не указали в списке необходимых деталей раму. Ее можно приобрести, а можно распечатать на 3D принтере каркас, лучи и крепления для двигателей. Второй вариант нам кажется более предпочтительным, тем более, что в интернете можно без труда найти проекты квадрокоптера.

Распечатанная на принтере рама окажется не только легкой, но и прочной. Но если доступа к 3D принтеру нет, раму можно заказать.

Пошаговая инструкция по сборке

Как напечатать раму и крепеж

3D принтеры можно найти во многих университетах, лабораториях, коворкингах. Зачастую доступ к ним бесплатный. Модели для печати можно создать самостоятельно, используя для этого, например, Solidworks. А можно воспользоваться уже готовыми решениями, при необходимости изменив параметры.

Как настроить акселерометр гироскопа

Для настройки акселерометра-гироскопа (I2C)мы рекомендуем использовать следующую библиотеку. Ни в коем случае не подключайте плату к напряжению 5В, иначе вы моментально ее испортите.

Вкратце расскажем, чем интересна плата I2C с датчиками. Она заметно отличается от обычной платы акселерометра с тремя аналоговыми выходами для осей X, Y, Z. I2C представляет собой интерфейсную шину, обеспечивающую передачу значительных объемов данных через логические цифровые импульсы.

Аналоговых выходов на плате не много, и в этом большой плюс I2C, ведь в противном случае нам бы пришлось использовать все порты на Arduino, чтобы получить данные от гироскопа и акселерометра.

Схема подключения к Arduino

Прежде чем плата I2C сможет обмениваться данными с Arduino, ее необходимо подключить к контроллеру.

Схема следующая:

• VDD -3.3v
• GND — GND
• INT- digital 2
• SCL — A5
• SDA — A4
• VIO – GND

Еще раз обращаем внимание на то, что для питания необходимо использовать необходимо именно 3.3В. Подключение платы к 5В скорее всего приведет к ее поломке (спасти может только регулятор напряжения, но он далеко не всегда присутствует на плате).

Если на плате присутствует контакт AD0, он подключается к земле (GND).

В библиотеке, на которую мы дали ссылку выше, используются перечисленные каналы.

Скетч для Arduino

Преимуществом выбранного для сборки дрона микроконтроллера является относительная простота работы с ним. Вам не придется читать специальные книги, документы и техническую документацию. Достаточно знать основы программирования Arduino, которые, как вы сейчас убедитесь, не так сложны.

Подсоединив плату MPU-6050 к контроллеру, включите его и перейдите по ссылке.

Нас интересует скетч I2C scanner code, вернее, его код.

Скопируйте программный код, вставьте в пустой скетч, после чего запустите его. Убедитесь, что подключение установлено к 9600 (для этого запустите Arduino IDE через Tools-Serial Monitor). Должно появиться устройство I2C с адресом 0×68 либо 0×69. Запишите или запомните адрес. Если же адрес не присвоился, скорее всего проблема в подключении к электронике Arduino.

Затем нам понадобится скетч, умеющий обрабатывать данные гироскопа и акселерометра. В интернете есть множество вариантов, и найти подходящий не проблема. Скорее всего, он будет в заархивированном виде. Разархивируйте скачанный архив, отройте Arduino IDE и добавьте библиотеку (sketch-import library-add library). Нам понадобятся папки MPU6050 и I2Cdev.

Открываем MPU6050_DMP6 и внимательно просматриваем код. Никаких сложных действий производить не придется, но если был присвоен адрес 0×60, то необходимо расскоментировать строку в верхней части (ее можно найти за #includes) и написать верный адрес. Изначально таv указан 0×68.

Загружаем программу, открываем окно монитора через 115200 и просто следуем инструкции. Через несколько мгновений вы получите данные с гироскопа/акселерометра. Затем следует провести калибровку датчиков.

Установите плату на ровную поверхность и запустите скетч MPU6050_calibration.ino (легко ищется в интернете). Просмотрите код, по умолчанию в нем указан адрес 0×68. После запуска программы у вас появится информация по отклонениям (offset). Запишите ее, она нам понадобится в скетче MPU6050_DMP6.

Все, вы получили функционирующие гироскоп и акселерометр.

Программа для Arduino

По ссылке вы сможете скачать программу для Arduino, с помощью которой коптер будет стабилизирован в полете и сможет зависнуть над землей. В дополнение к программе обязательно скачайте библиотеку с Arduino PID по ссылке.

Программа поможет вам управлять дроном. Алгоритм, используемый для стабилизации, основан на двух PID-контроллерах. Один предназначен для крена, другой – для тангажа.

Разница в скоростях вращения пары винтов 1 и 2 равна разнице в скоростях пары винтов 3 и 4. Тоже самое справедливо и для пар 1, 3 и 2, 4. PID-регулятор производит изменение разницы в скорости, после чего крен и тангаж становятся равными нулю.

Обратите внимание на цифровые пины Arduino для моторов и не забудьте изменить скетч.

Подключение к контроллеру

Для того, чтобы управлять коптером, нам необходимо получить контроль над моторами, подключив их к Arduino. Контроллер дает на выходе лишь небольшое напряжение и силу тока, поэтому подключение двигателей напрямую лишено смысла. Вместо этого можно поставить несколько транзисторов, позволяющих увеличить напряжение.

Для составления схемы нам необходимы:

• Arduino
• Двигатели
• Транзисторы

Все это собирается на монтажной плате и соединяется коннекторами.

На первом этапе следует подсоединить 4 ШИМ выхода (обозначены ~) к транзистору. Затем подсоедините коннекторы к движкам, подключенным к питанию. В нашем случае мы используем аккумулятор на 5В, но подойдет и аккумулятор на 3-5В.

Транзисторы должны быть заземлены, а земля на плате Arduino должна быть подключена к земле аккумулятора. Двигатели должны вращаться в правильном направлении, то есть работать на подъем коптера, а не на его крен.

Переключив контакт двигателя с напряжения 5В на транзистор, вы увидите, что ротор изменит направление вращения. Единожды совершив настройку, больше возвращаться к изменению направления вращения ротора не придется. Теперь нас интересует скорость.

Запустив и проверив акселерометр, мы устанавливаем нашу схему на ProtoBoard. За ее неимением, можно использовать и обычную монтажную плату, предварительно напаяв на ней рельсы для контроллера.

Перед тем, как припаивать акселерометр к плате, необходимо выполнить его калибровку на горизонтальной поверхности. Это поможет добиться более точной работы сенсора в будущем.

Как еще можно модернизировать квадрик

Узким местом коптера являются его коллекторные движки. Если поискать, можно найти чуть более крупные и более мощные моторы, чем предложены в нашей статье, но значительного выигрыша в характеристиках не произойдет.

Впрочем, у нас была цель собрать недорогой квадрокоптер своими руками, и именно поэтому использовались дешевые моторы. Бесколлекторные двигатели заметно дороже, но зато они дадут вам заметно большую мощность и надежность. К ним придется докупить еще и контроллеры скорости, но это действительно эффективная модернизация.

Выбор платы Arduino Uno обусловлен тем, что с нее можно довольно легко снять чип и поставить его на ProtoBoard. Это позволяет уменьшить вес дрона на 30 грамм, но придется включить в схему дополнительные конденсаторы. Подойдет и плата Arduino Pro Mini.

Что касается программы Arduino, то ее можно сравнительно легко изменить и дополнить новыми функциями. Главное, что с ее помощью дрон способен в автоматическом режиме стабилизовать свое положение.

На квадрокоптер могут быть установлены дополнительные модули, например, плата приемника, что позволит организовать дистанционное управление дроном.

На этом мы завершаем статью о создании беспилотника на Arduino. Подписывайтесь на наши обзоры и делитесь полезными материалами в социальных сетях. До новых встреч.