Расчет энергопотребления схемы квадрокоптера. Квадрокоптер своими руками из подручных материалов. Миф о полной дешевизне

Одной из самых важных частей любого квадрокоптера является аккумулятор. Для радиоуправляемых моделей есть специализированные аккумуляторы, поэтому необходимо знать как их выбирать, эксплуатировать и заряжать.

Это позволит обеспечить безопасное и долгое функционирование. Батареи для квадрокоптеров рекомендуется выбирать типа LiPo/LiPol. Данные аккумуляторы определяются тремя характеристиками, а именно емкостью, максимальным разрядным током и напряжением. Емкость указывает на ток, который может выдавать батарея до полного разряда в течение одного часа.

Второй параметр определяет, во сколько максимальный разрядный ток выше емкости. Напряжение зависит от числа ячеек аккумулятора, поэтому, чем их больше, тем выше будет данный показатель.

Аккумулятор для квадрокоптера LiPol обладает рядом преимуществ, среди которых низкий саморазряд, большой диапазон рабочих температур, отсутствие так называемого эффекта памяти, малый перепад напряжения при разрядке. Среди самых популярных моделей аккумулятор Turnigy 5000mAh 3S 30C Lipo Pack и Pulsar Li-pol 22.2V 12000mAh, 25C, 6s1p, EC5. Одним из лучших аккумуляторов на сегодняшний день является Gens ACE Tattu 22000 mah 6s1p 22.2v. Данный аккумулятор имеет сверхвысокую энергоемкость и при этом небольшой вес. В некоторых случаях это является определяющим фактором. Максимальные показатели достигнуты посредством технологии Oracover, обеспечивающей минимизацию нагрева корпуса батареи и пластин.

Зарядка данных батарей осуществляется с помощью специального зарядного устройства. Например, DJI Ronin, ImaxRC B3 Pro и SkyRC iMAX B6AC. Питание преобладающего большинства моделей происходит не от сети, а от постоянного напряжения, передающегося специальным блоком. Можно выбрать блок питания eFUEL 50A 1200W или SkyRC eFuel 30A 12-18V.

Впрочем, можно приобрести и более универсальное зарядное устройство, питание которого может происходить и от источника питания 12В и от сети 220В. Таким образом, владелец квадрокоптера имеет возможность сэкономить на покупке дополнительного адаптера.

Одним из лучших таких устройств на сегодняшний день является ImaxRC X350. Основной отличительной особенностью этой модели является более высокие токи зарядки/разрядки, а именно 15/16А. Производитель оснастил данную версию зарядного устройства специальным сенсорным экраном, открывающего более широкие функциональные возможности пользователю.

Таким образом, если вы хотите купить аккумулятор для квадрокоптера , учитывайте параметры напряжения, показатель максимального разрядного тока, емкости и, конечно же, вес самого устройства. Также стоит продумать, каким образом вы собираетесь осуществлять зарядку устройства.

Первые испытания летательного аппарата мультикоптера произошли еще в 1922-ом, но только во второй декаде XXI в. этот тип компоновки начал с внушительными темпами набирать популярность. В сравнении с другими радиоуправляемыми моделями квадрокоптеры пользуются большим спросом, вероятно, потому что имеют практическое назначение: как минимум, съемка красивых кадров с воздуха.

Следуя запросам потребителей, производители наводняют рынок обилием моделей различной конфигурации с разнообразными характеристиками. Многие покупатели предпочитают RTF (ready-to-fly, готовый к полетам) наборы, которые способны подниматься в воздух после несложной калибровки.

Но легкие пути нужны далеко не всем. Особое удовольствие можно извлечь, собрав квадрокоптер с ноля своими силами. Степень сложности варьируется от наборов со всеми необходимыми деталями для сборки до самостоятельно выбора каждого компонента, проверки их совместимости, сборки и настройки собственного БПЛА.

Собрать квадрокоптер имеет смысл и при наличии специфических сценариев применения, к которым заводские модели не приспособлены. Или собрать самому аппарат для обучения полетам, который не жалко будет разбить. Подробный чертеж для этого не понадобится, достаточно эскиза, на котором отмечены все элементы.

Базовые узлы и компоненты

Чтобы построенный аппарат был способен подниматься в воздух хотя бы в теории, а сборка квадрокоптера своими руками доставляла удовольствие, необходимо приобрести ряд соответствующих компонентов:

1. Полетный контроллер – «голова» будущего БПЛА, в которой установлены все базово необходимые датчики, а также программное обеспечение для обработки их показаний, а заодно и команд, приходящих с пульта управления, контроля скорости вращения каждого двигателя. Это самый дорогой компонент, который придется покупать, чтобы собрать квадрокоптер.
2. Раму продвинутые моделисты делают самостоятельно из тщательно выбираемых материалов (алюминий, пластик, дерево, карбонат или их комбинации). При недостатке опыта или инженерных познаний, если проекту больше подходит готовая рама или нет ни желания, ни времени проектировать квадрокоптер и его части самому, то на помощь придут готовые рамы, производимые в широком спектре размеров.
3. Двигатели лучше выбрать бесколлекторные – они несколько дороже, но гораздо надежнее коллекторных. Для полетов необходимо вращение со значительной скоростью, поэтому отсутствие коллектора положительно сказывает на сроке эксплуатации. Приобретается не менее 4 (или 8, если нужен октокоптер), если бюджет позволяет, то с 1-2 запасными.
4. Контроллеры двигателей это платы, регулирующие скорость вращения каждого двигателя и питающие его, будут смонтированы на «лучах» корпуса. Их количество соответствует количеству двигателей.
5. Пропеллеры или движители следует выбирать с особым вниманием, ведь размер должны подходить к габаритам будущей рамы, независимо от того, что она самостоятельно построена или куплена.
6. Плата распределения питания предназначена для разводки питания с аккумулятора на контроллеры оборотов двигателей. Как правило, каждый покупной корпус снабжается небольшой платой, куда можно припаять вводы со всех котроллеров, а затем аккуратно их запитать. При желании можно заказать более продвинутый вариант основной платы питания если ваша схема квадрокоптера предполагает особенности компоновки.
7. Покупка аккумуляторов – один из самых непростых моментов подбора запчастей. Тип подходящего элемента питания полностью зависит от целевого назначения создаваемой модели. Для быстрых моделей лучше брать небольшие батареи с высокими показателями KV (количество оборотов в минуту × Вольт), а для тихоходных аппаратов для съемок в приоритете соотношение емкости и веса, ведь перегружать конструкцию нельзя в любом случае. Полезное дополнение – монитор заряда батареи. Не обойдется и без специального балансирующего зарядного устройства для выбранного типа аккумуляторов (литий-ионные или литий-полимерные).
8. Пульт управления с модулем ресивера, который подключается к полетному контроллеру, чтобы аппаратом можно было управлять. От типа пульта управления зависит комфорт управления и некоторые другие доступные функции.
9. Дополнительные опции выбираются в зависимости от назначения будущего аппарата. Так, на дроны для съемки часто крепят стабилизаторы камер, а гоночные невозможны без комплекса FPV (first person view, вид от первого лица).

Инструментов для сборки понадобится немного – отвертка для сборки рамы, паяльник и, естественно, навыки работы с ним.

Недостаток последнего несложно устранить в процессе сборки, благо, «высший пилотаж» владения паяльной станцией не нужен. И лучше использовать паяльники с тонким жалом.

Чертежей квадрокоптеров в полном смысле этого слова не существует, да они и не нужны. Сборка из модулей исключает подобную потребность. С расходными материалами все немного сложней. Чтобы собрать квадрокоптер своими руками понадобятся:

1. Фиксатор резьбы, чтобы ни один из винтов не выкрутился от полетных вибраций.
2. Термоусадочная изоляция на каждое место пайки.
3. Полимерные затяжки-хомуты для фиксации элементов на корпусе.
4. Гидроизолирующий состав для печатных плат.
5. Коннекторы типа «банан» для двигателей.

Ничто не помешает внести необходимые правки и доработки в конструкцию в процессе сборки или летных испытаний. Может для поставленных целей лучше собрать октокоптер своими руками. При наличии внимательности и осторожности даже самые технически неграмотные любители аппаратов смогут построить летающего дрона. Более того, летные испытания в дальнейшем выявят все недостатки, которые устранятся. В результате должен получится идеальный персональный дрон. Главное – четко представлять сценарий его применения.

Процесс сборки

Существует масса вариантов компоновки и конструкции мультикоптеров, но наиболее распространены именно модели с четырьмя винтами. Поэтому сборка такого квадрокоптера послужит примером для поэтапного обзора процесса сборки. В процессе можно опираться на примерные чертежи квадрокоптеров из сети или составленные самим.

1: Строим раму

Независимо от габаритов или назначения каждый дрон должен иметь раму, каркас, несущую основу. Сборка готовых рам не должна вызывать сложностей ввиду того, что они снабжаются подробными инструкциями и всем необходимым крепежом.

А чтобы собрать раму самому, придется проявить конструкторские способности. Самостоятельно изготовленная рама квадрокоптера из металла, пластика, металлопластика или дерева должна быть достаточно прочной. К примеру, толщина деревянных частей каркаса, изготовленного своими руками, должна быть не менее 30 мм. Сборка своего квадрокоптера на недостаточно прочной раме – пустые усилия, потому что он будет часто ломаться.

В любом случае на выходе должно получиться заданное количество лучей одинаковой длины, которые несут на себе моторы и крепятся к центральной несущей пластине. На ней же установлены посадочные опоры или «ноги». В некоторых вариантах компоновки ноги «растут» из-под двигателей. Все зависит от особенностей, продиктованных чертежом квадрокоптера и его рамы.

2: Монтируем силовой агрегат и пропеллеры

Двигатели, их контроллеры и пропеллеры играют ключевую роль в скорости, маневренности и других характеристиках полета. Поэтому следует выбирать продукцию брендов, тесно работающих в сфере квадрокоптеростроения, а не кого-нибудь, кто оказался в этом сегменте рынка случайно.

Моторы для одного проекта должны быть одной модели от одного производителя.

Да, движение происходит за счет разницы в скорости их вращения, но она должна быть строго контролируемой. Разношерстная компания двигателей нарушала бы баланс. Крепятся винтами на наружные концы «лучей».

После двигателей на плоскости их опор размещаются контроллеры оборотов и фиксируются стяжками. Соединение контроллеров с двигателями, также как с распределительной платой, осуществляется путем прямой пайки и коннекторов. При желании и бюджетных возможностях можно использовать контроллер 4-в-1, но тогда немного изменится схема компоновки квадрокоптера. В итоге получится почти готовый коптер, которому не хватает только полетного контроллера.

3: Устанавливаем «мозги»

Полетный контроллер, как правило, монтируется в верхней части каркаса аппарата, над распределительной платой и отсеком для батареи. Компоновку допустимо изменять, но стоит помнить, что чем ниже центр тяжести, тем устойчивей аппарат.

Для минимизации влияния вибраций на работу полетного контроллера, его монтажная площадка часто крепится на резиновые проставки или используются более хитрые системы гашения вибраций. На этапе проектирования это хорошая возможность блеснуть инженерной смекалкой, не нанеся непоправимого вреда всей конструкции.

Только после того, как контроллер будет установлен, можно размещать оставшиеся узлы и модули: ресивер от пульта управления, GPS-датчик, магнитный компас, камеру, подвес и прочее.

И только размещать на корпусе, подключение допустимо только после первичной калибровки полетного контроллера.

Различные производители выпускают разные контроллеры, пульты управление и другие компоненты. Поэтому их калибровка – сложный и вариативный процесс, достойный отдельного рассмотрения.

Причины, по которым коптероводы-любители задумываются о том, как собрать квадрокоптер своими руками, бывают разными. Например, кого-то не устраивают цены, кто-то хочет установить свою камеру, которая не устанавливается ни на один подвес, другие хотят получить конфигурацию только для гонок. Да мало ли что еще!

Современные пользователи предпочитают получить исчерпывающий ответ на вышеозвученный вопрос в виде пошаговых рекомендаций. А еще лучше, если им дадут возможность это лицезреть в видеоформате. Потому что схемы и инструкции во многих случаях не полностью раскрывают всех важных деталей при сборке.

Для того чтобы понять, как сделать квадрокоптер собственными руками, давайте взглянем на общую картину, чтобы на каждом этапе сборки мы имели понимание того, сколько нам удалось уже сделать и какой объем работы нам еще предстоит. Так будет легче продолжить и закончить процесс, потому как зачастую непонимание того, сколько еще осталось работы, заставляет начинающего конструктора бросать все на полпути.

Итак, давайте сначала вспомним все ключевые компоненты летательного аппарата, которые обязательно должны быть в комплекте для сборки квадрокоптера своими руками. Первое, что приходит на ум — это конечно же, корпус дрона, на который будет надеваться вся остальная аппаратура и электроника.

Собрать с нуля корпус совсем несложно. Например, если мы посмотрим, из чего делается корпус обычных квадрокоптеров, то увидим, что производители используют в качестве материала пластик. Пластик является самым универсальным и подходящим материалом для сборки корпуса и лучей любого беспилотника.

Он легкий, что позволяет сохранять на более длительный срок заряд аккумулятора. Нельзя, конечно, сказать, что пластик — это самое надежное средство для того, чтобы уберечь мультикоптер от поломки при аварийном падении. Но если подумать в целом, даже большие самолеты, сделанные из более прочного материала, рассыпаются на обломки. Поэтому не будем такими уж требовательными к легкому пластику, основной задачей которого является, прежде всего, прочная фиксация электроники и аксессуаров внутри корпуса во время полета.

Если у вас нет возможности сделать лучи и элементы корпуса из этого материала, а также нет запасных труб или лучей от других беспилотных аппаратов, то рекомендуем обратить внимание на обычную фанеру. Не стоит, конечно, подбирать цельные листы ДВП, потому что ни одни моторы и двигатели не смогут поднять такую тяжелую конструкцию. Ищите более легкий вариант для своего корпуса.

Фанера хороша еще и тем, что в ней можно будет просверлить любое количество отверстий для улучшения аэродинамических характеристик коптера, а также для врезки в нее различных блоков коптера. Ими могут быть те же блоки для моторов и винтов, крепления для проводов и посадочных шасси, отсеки для электронных плат, батареи и видеокамеры.

После этого вам следует подумать об установке электронных и печатных плат на готовый корпус. Это позволит вам двигаться в сборке аппарата как бы от его середины. Как любят говорить в таких случаях — танцевать от печи. То есть от самого главного, что есть в квадрокоптере.

На каждом из лучей требуется сделать специальную разметку, чтобы провода и моторы установились идеально. От этого зависит то, насколько ровно и сбалансированно будет летать ваш собранный аппарат. Погрешность в пару миллиметров может привести к сильному крену или запрокидыванию дрона во время полета. Делайте точные замеры и перепроверяйте их несколько раз, прежде чем устанавливать двигатели.

В самом конце вам останется лишь установить связь между всеми составляющими дрона — провести между ними связь в виде прокладки проводки. Общие рекомендации по установке соединения читайте далее. Здесь же остается добавить, что на этом предварительная сборка дрона заканчивается. Останется проделать множество тестов на земле и в воздухе, чтобы убедиться, что вы все сделали верно и в случае ошибок, а они, поверьте, точно будут — произвести корректировку.

Далее мы расскажем вам о том, какие важные составляющие должны находиться на борту вашего коптера, чтобы вы знали, с чего, собственно, надо начинать строить свой воздушный «дом» и какие важные детали пригодятся. После этого у вас точно отпадут все вопросы наподобие «как собрать квадрокоптер самому и в домашних условиях». Как выясняется, это не так уж и сложно. Самое главное — знать структуру дрона и принципы его полета.

Что собой представляет квадролет

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

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

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

Общий принцип работы беспилотника

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

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

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

В большинстве случаев роторов строго четыре, но периодически вы можете встретить коптеры с шестью и даже восемью винтами. Поэтому их называют мультикоптерами, а слово «квадрокоптер» уже не будет актуальным к последним двум представителям мультироторных дронов.

Инструкция по сборке простого беспилотника

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

А вот и то, что пригодится для самой сборки:

• Техника Turnigy 9;
• Плата управляющая;
• Аккумуляторы для Turnigy;
• Силовой аккумулятор;
• Лопасти;
• Различные зарядные устройства для аккумуляторов.

Приступаем к сборке

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

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

Установка двигателя

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

При проделывании отверстий для крепления сверлите на всю ширину квадрата и насквозь. Тогда вы сможете сразу увидеть, будет ли цеплять вал за края этого квадрата.

Проводка

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

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

Второй способ сборки квадрокоптера собственноручно

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

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

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

Батарею для такого дрона лучше взять меньшего размера, чтобы она не утяжеляла коптер.

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

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

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

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

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

Как собрать дешевый квадрокоптер Arduino Uno своими руками

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

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

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

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

После этого вам необходимо будет установить 4 электронных контроллера скорости от HobbyKing — вес каждого составляет всего лишь 16 грамм. Надежно прикрепите их возле края каждого из лучей. Для этого цели вполне подойдет тот же пластиковый регулируемый ремешок, с помощью которого вы закрепили силовую плату. В большинстве случаев достаточно лишь одного ремешка на каждый контроллер. Но если вы сомневаетесь в нем, то можете добавить еще один или даже два ремешка для надежности.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

При конструкции квадрокоптера не учли наличие посадочных шасси. В принципе, они не нужны, потому что у дрона не установлена камера к его брюху, а защищать батареи и заморачиваться ради них приделыванием ног не стоит. Все, что нужно вам будет сделать, это точно рассчитать, когда истекут 30 минут полета, и вовремя мягко посадить систему на землю. Так вы убережете аппарат от случайного падения с большой высоты, ведь у вас нигде не будет датчиков, информирующих вас о состоянии уровня заряда ваших батарей.

Настраиваем прошивку

Сегодня достаточно легко найти необходимую прошивку, скачать и установить. После ее загрузки в Arduino, закачайте программу для настройки. Запустив программу, вы попадете в меню «Опции», там войдите в СОМ-порт Ардуино и в меню Экшн — АС2 Setup. Чтобы настройка квадролета получилась верной, старайтесь безукоризненно выполнять инструкции (подсказки) во время процесса установки и работы программы.

Например, в одном диалоговом окне вам предложат двигать рычаги на передатчике до самых больших и малых значений, а в другом попросят, чтобы вы проконтролировали положение коптера. Он должен стоять ровно, для точной калибровки датчиков.

Когда калибровка завершится, вам надо будет разомкнуть А5 с GND. В меню, в пункте АС2 Сенсор найдите вкладку Raw Sensor, чтобы проверить, верно ли работают датчики. При этом нужно ориентироваться на стрелку. Во время поворота нашей платы стрелка должна доходить до нужного значения. Если этого не происходит или она наоборот зашкаливает, то у вас проблемы с датчиками или коэффициентами в коде.

Передатчик проверяется следующим образом. Если уровни передвигаются как положено, то при нажатии на рычаг газа в течение пары секунд вправо и вниз у вас будет мигать красный диод. Если же двигать стик вверх, то показатели должны быть идентичными, то есть светодиод снова должен гореть красным цветом.

Взлет

Настало время взлетать. Перед этим установите мультикоптер на расстоянии примерно 10-12 метров от себя. Наклоните рычаг газа вниз и вправо. Коптер должен будет взлететь. Если же вместо этого он стоит на месте, пропеллеры работают, а он трясется, то необходимо будет настроить конфигурацию PID в соответствующем меню.

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

Беспилотные летательные аппараты (дроны) – это высокотехнологичная дорогостоящая техника. Однако вполне доступными видятся «беспилотники» любительского уровня исполнения. Не случайно последние годы быстро набирают популярность среди обывателей небольшие дроны, в том числе собранные своими руками. Новая, так называемая технология FPV (First Person View) – вид от первого лица, даёт уникальный опыт полёта каждому желающему. Радиоуправляемый авиамоделизм всегда имел спрос молодёжного социума. Появление дронов лишь подстегнуло этот спрос, легко удовлетворяемый, если купить готовую летающую машину, либо собрать дрон собственными руками.

Квадрокоптер (дрон) — конструктивное исполнение беспилотного летательного аппарата, принадлежащего к числу наиболее популярных проектов авиамоделизма.

Самый простой способ обзавестись БПЛА – просто взять и купить квадрокоптер (дрон) , благо рынок (включая сеть Интернет) свободно предоставляет такую возможность.

Однако для большего интереса и с целью лучшего понимания – что такое дрон, практичнее и экономичнее собрать квадрокоптер своими руками (DIY – Do It Yourself), к примеру, из набора готовых деталей. Более серьёзный вариант – сборка квадрокоптера (дрона) с нуля – используя минимум готовых компонентов.

Что потребуется для сборки квадрокоптера (дрона)

Прежде чем начинать сборку беспилотника собственноручно, потребуется определиться с компонентами для создания квадрокоптера (дрона). Поэтому рассмотрим список базовых компонентов, составляющих (дрона):

Рама квадрокоптера

Раму дрона (квадрокоптера) допускается строить, используя разные материалы:

• металлические,
• пластиковые,
• деревянные.

Если выбор пал на деревянную раму дрона (как самую простую с точки зрения технологии), понадобится деревянная доска толщиной около 2,5-3,0 см., длиной 60-70 см.

Доска разрезается таким образом, чтобы получились две планки длиной 60 см и шириной 3 см. Эти две планки — структура будущего квадранта квадрокоптера.

Структура рамы дрона выстраивается простым пересечением двух деревянных планок под фрейм-фактор «X». Полученную раму усиливают прямоугольной деталью – сшивкой, в центральной части. Размер прямоугольника составляет 6 × 15 см, толщина 2 мм. Материал тоже дерево.

Классическая конфигурация рамы квадрокоптера (дрона), которая применяется в большинстве случаев сборки своими руками. Показан вариант с установленными двигателями и контроллером

Не исключаются другие размеры рамы квадрокоптера (дрона), отличные от заявленных, но не следует забывать о соблюдении пропорций. Соединение частей рамы обычно выполняется гвоздями и клеем.

Вместо дерева допускается применить металл или пластик тех же размеров. Однако способы соединения планок будут уже иными.

Ниже список готовых карбоновых рам квадрокоптеров (дронов), имеющихся в продаже на рынке:

• LHI 220-RX FPV
• Readytosky FPV
• iFlight XL5
• RipaFire F450 4-Axis
• Usmile X style
• Readytosky S500

Двигатели, модули ESC, пропеллеры

Под изготовление классического квадрокоптера (дрона) необходимо иметь 4 двигателя. Соответственно, если задуман проект октокоптера, потребуется уже восемь двигателей.

Один из вариантов изготовления пропеллеров моторов квадрокоптера (дрона). Материалом выбран жёсткий пластик, учитывая малые габариты конструкции

На русском языке модуль ESC (Electronic Speed Controllers) квадрокоптера называют – контроллер скорости. Это не менее важная часть беспилотного летательного аппарата, чем электромотор.

Модули ESC отвечают за корректную передачу мощности моторам дрона. Количество модулей квадрокоптера соответствует числу электромоторов.

• Emax RS2205 2600KV Brushless Motors
• DLFPV DL2205 2300KV Brushless Motors
• Gemfan GT2205 2650KV Brushless Motors
• HOBBYMATE Quadcopter Motors Combo

• 35A ESC BlHeli32 32bit DSHOT1200
• Thriverline Sunrise ESC 20A BLHeli-S

Пропеллеры можно купить металлические 9-дюймовые. Эти изделия по доступной цене свободно приобретаются на рынке.

Металлические конструкции прочны, не поддаются изгибу при высоких нагрузках в процессе полёта. Однако для более высокой производительности винтов – лучший вариант карбоновые пропеллеры. Например, эти:

• BTG Quick Release Carbon Fiber Reinforced Propellers
• Performance 1245 Black Propellers MR Series
• YooTek 4 Pairs Foldable Quick Release Propellers
• Myshine 9450 Self-tightening Propeller Props
• Jrelecs 2 Pairs Carbon Fiber Propellers

Электроника и модуль питания

Набор электроники дронов (квадрокоптеров) традиционно состоит из контроллера полёта и беспроводной системы управления. Сюда же можно отнести и модуль питания, так как большинство питающих модулей наделяются электронной системой мониторинга АКБ.

Состояние заряда аккумулятора – важный момент полёта. Трудно представить, что станется с аппаратом, если АКБ разрядится, к примеру, во время полёта над водоёмом.

Контроллер полёта поддерживает стабильность полёта квадрокоптера, путём обработки данных относительно направления и силы ветра, а также многих других параметров.

Контроллер полёта на чипе STM32F103C8T6: 1, 2 — пищалка (+; -); 3 — поток; 4 — RCCI; 5 — корпус; 6 — 5 вольт; 7 — батарея; 8, 9 — UART TX, RX; 10 — индикатор полосы; 11, 12, 13, 14 — моторы; 15 — PPM

Контроллер, как правило, оснащается так называемой «прошивкой» — микросхемой памяти, куда записываются базовые сведения для чипа, подобного микроконтроллеру фирмы AVR.

Контроллер полёта можно купить в готовом варианте, но не исключается также сборка схемы своими руками. Правда, для второго варианта необходимо иметь навыки электронщика и соответствующие . Поэтому проще всё-таки воспользоваться готовыми решениями. Например, одним из следующих:

ArduPilot – качественный контроллер (дорогостоящий), предназначенный для летательных аппаратов беспилотного управления. Прошивка отличается наличием полностью автоматизированных режимов полёта. Система обеспечивает высокие технические характеристики.

OpenPilot CC3D – система на базе Digital Motion Processor, наделённая целым семейством датчиков организации полёта. Включает в состав трёхкоординатный акселерометр и гироскоп. Проект достаточно легко настраивается и устанавливается. Имеется руководство пользователя.

NAZE32 – тоже достаточно гибкая и мощная система, но видится несколько усложнённой в плане настройки. Оснащается продвинутой программой прошивки.

KK2 – одно из популярных решений, которое часто выбирают начинающие, так как контроллер относительно недорогой и оснащается ЖК-дисплеем. Основой схемы является микроконтроллер AVR одной из последних модификаций. Схемой предусматривается подключение датчиков MPU6050. Однако настройка только ручная.

Беспроводная система дистанционного управления состоит из передатчика и приёмника радиосигналов. Посредством системы ДУ осуществляется не только управление полётом, но также управление положением , установленной на дроне.

Пульт управления дроном (квадрокоптером) в классической вариации передатчика радиосигнала с возможностью мониторинга через ЖК-дисплей

Здесь, как правило, используются исключительно готовые решения. Например, любая из систем ДУ в списке ниже:

• Futaba 10JH 10-Channel Heli T-FHSS Computer Radio System
• Turnigy 9xr PRO Radio Control System
• Spektrum DX8 Radio Transmitter
• YKS FlySky FS-i6 2.4GHz 6 Channels Radio Control System

Сборка дрона (квадрокоптера) своими руками

На созданной раме устанавливаются электродвигатели. Возможно, придётся рассчитать местоположения моторов и просверлить в раме отверстия под крепление, если нет иных вариантов.

Примерно по такой механической схеме рекомендуется закреплять электромоторы на раме квадрокоптера (дрона). Правда, многое в креплении зависит от материала рамы

Затем монтируются контроллеры скорости. Традиционно эти модули устанавливаются на нижней плоскости рамы. Контроллеры скорости через ленточные кабели соединяются непосредственно с двигателями.

Далее на раму добавляется посадочный модуль – часть конструкции, предназначенная для организации «мягкой» посадки дрона. Исполнение этого конструктивного элемента должно предусматривать смягчение ударов при посадке на твёрдую почву. Конструкции возможны разного плана.

На следующем шаге монтируется контроллер полёта. Месторасположение этого модуля не критично. Главное, чтобы обеспечивалась защита электроники и бесперебойная работа.

Полёта дрона соединяется по прилагаемой схеме к модулю (приёмнику) дистанционного пульта управления и к электронной плате регулировки скорости моторов. Все соединения делаются посредством надёжных разъёмов, а наиболее важные точки «садятся» на оловянную пайку.

В принципе, основная сборка на этом завершается. Но спешить закрывать дрон корпусом не стоит. Необходимо протестировать все системы – датчики и другие компоненты квадрокоптера, используя для этого специальный софт OpenPilot GCS (CC3D и GCS). Правда, релиз программы довольно старый и новыми разработками может не поддерживаться.

После теста собранный аппарат – беспилотный квадрокоптер готов к полёту. В дальнейшем дрон несложно модернизировать — оснастить видеокамерой и прочими устройствами, расширяющими функциональность.