Квадрокоптер (дрон) своими руками из модулей

Квадрокоптер (дрон) своими руками из модулей

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.

Как собрать дрон-квадрокоптер собственноручно?

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 конструкцию классического квадрокоптера (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.

Рама квадрокоптера из пластика
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.

Рекомендуется применять бесщёточные моторы. Этот вид электродвигателей меньше нагружает аккумулятор, что является важным критерием эксплуатации дронов.

Пропеллеры моторов квадрокоптера
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 – электронный 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.

Вот некоторые из рекомендуемых моторов для квадрокоптеров (дронов):

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

И в дополнение к списку рекомендуемые контроллеры скорости:

  • 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 дрона
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 знания программирования. 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 видеокамеры, установленной на дроне.

Пульт управления дроном
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.

Крепление мотора на раме дрона
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.

Рекомендуется подложить под электронную плату кусок губчатого материала для гашения вибраций, передаваемых работающими электродвигателями квадрокоптера.

Контроллер 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.


 


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *