Дрон своими руками: урок 2. рамы

Введение

Количество людей, которые решили освоить управление дроном и в целом заинтересовались этим хобби, с каждым годом растет в арифметической прогрессии по всему миру. 2017-й год не стал исключением и с наступлением нового года, самым часто задаваемым запросом в поисковых системах инета стал вопрос: «Как управлять квадрокоптером?». Это еще раз подтверждает тот факт, что самым ожидаемым подарком в новом году стал – дрон.

Перед тем как начать раскрывать тему о безопасном пилотировании, стоит отметить следующее, что людей, которые с первого раза смогли освоить управление дроном, нет. Каждый, кто впервые пришел в это хобби, начинает с неуклюжих полётов и ошибок свойственных новичку и как правило у всех они в основном одинаковы. Но стоит помнить, что именно новички, опираясь на опыт профессионалов в конечном итоге привносят что-то новое и именно каждое новое поколение будет всегда лучше тех, кто стоял у истоков развития того или иного увлечения.

Введение

Думаем представленный TOP 10 квадрокоптеров для детей будет особо популярен не только у юных пилотов. В большей степени он заинтересует современных родителей, которые всегда в курсе новых тенденций и хотят чтобы их дети шли в ногу со временем. Как вы уже успели убедиться, современный мир дронов крайне велик и чтобы разобраться в этом многообразии беспилотных продуктов, необходимо потратить много времени, которого у взрослых как всегда не хватает.

В представленном рейтинге мы собрали самые популярные на текущий момент квадрокоптеры, которые можно рекомендовать в качестве первого дрона для детей в возрасте от 8–14 лет. В TOP 10 вошли дроны двух типов: Nano и Mini, основная задача которых — научить правильно и безопасно управлять беспилотником. Предложенные продукты можно использовать и детям, возраст которых ниже восьми лет, но уже исключительно под строгим контролем взрослых. Для того чтобы квадрокоптер попал в этот топ он должен был соответствовать таким параметрам как: безопасность, качество исполнения, лётные качества, долговечность, функциональность, популярность. Начнем с последнего — 10 места.

Требования к железу

Большинство симуляторов могут работать на достаточно простых компьютерах с минимальными настройками графики и физики, однако компьютер с новейшим процессором и графическим процессором будет предпочтительнее. Для компьютерных энтузиастов процессор Intel i5 9600K и графический процессор Nvidia GTX1060 вполне потянут все выше перечисленные симуляторы. Более новое компьютерное оборудование (например, Intel i9 или Nvidia RTX2080) позволит симуляторам работать с более высокой частотой кадров и улучшенной графикой. Более высокая частота кадров симулятора сделает движения более плавными и естественными. Однако если вы захотите имитировать реальный полёт от первого лица, вы всегда сможете ограничить частоту кадров до 30 кадров в секунду.

Шаг 2. Обучение

Сегодня обучение пилотированию FPV дроном отчасти схоже с обучением пилотов гражданской и военной авиации, а именно, для каждого всё начинается с симулятора, так как это безопасно, недорого и практично. Как мы уже упомянули выше, управление FPV дроном осуществляется в Acro режиме, который требует от начинающего пилота особых навыков, приобретаемых исключительно посредством практики. А так как первые шаги в большинстве случаев сопряжены с многочисленными крашами (падениями, столкновениями с препятствиями и т.д.), что по понятным причинам приводит к всевозможным разрушениям дрона, то будет лучшим начать обучение именно с симулятора.

Симуляторы

Ассортимент предлагаемых FPV дрон-симуляторов достаточно широк и постепенно этот список будет только пополняться

Исходя из личного опыта мы рекомендуем новичку обратить своё внимание на профессиональный симулятор от известной в мировом спорте DRL лиги по дрон-рейсингу — DRL Simulator, который в большей степени заточен под профессионалов и продвинутых пользователей хобби, но при этом имеет достаточную виртуальную обучающую базу для новичков. Более подробно о всех доступных FPV дрон-симуляторах рекомендуем нашу специально подготовленную статью

Watch this video on YouTube

Сборка

Сборка электроники и пайка

Это один из самых ответственных этапов, к которому важно подготовиться не только морально, но и физически. Целесообразней начать с пайки силовых проводов к XT60-разъему (к самой крупной пластине, если речь идет о наборе DJI F450 ARF KIT, например)

Не стоит забывать, что PMU от контроллерной платы необходимо приделывать к плате питания – здесь учтем ограниченное число паечных площадок. 4 регулятора припаиваются к площадкам силовой платы. На фирменных двигателях, как правило, нанесены обозначения, в каком направлении происходит вращение винтов

На многих китайских моделях такая информация отсутствует, что тоже важно учитывать

Сборка рамы

После того, как «внутренности» собраны, можно приступить к раме. Для этого нужно будет прикрепить контроллеры скорости на пластиковые стяжки, определить расстановку компонентов, зафиксировать моторы на концах лучей. Когда это все выполнено, можно крепить верхнюю крышку. На финальном этапе устанавливается GPS-модуль, прикручиваются лопасти и фиксируется АКБ.

Квадрокоптер, зачем?

Наверняка вам уже знакомо, что такое квадрокоптер и возможно он даже у вас есть. Но сегодня я постараюсь рассказать про квадрокоптеры которые люди собирают самостоятельно. Зачем они это делают, спросите вы? Например для меня это отдушина от сдвиганья кнопки на пиксель влево, на пиксель вправо, пока дизайнера не отпустит.
«Обычные», потребительские квадрокоптеры, лишены веселья. Сейчас конечно уже появляются разные конфигурации, но если взять самые популярные, например — DJI Mavic, то вопросов к качеству и выполняемым им задачам нет. Но это не то. У себя между ног, пролелеть не получится, cделать мертвую петлю или хотя бы бочку не выйдет, лететь со скоростью 120км+, не знаю, может? Думаю нет. Я уже не говорю про дальность и FPV.

В общем, ограничений много и хочется собрать квадрокоптер который будет доставлять вам удовольствие. Возможно вы хотите учавствовать в гонках, снимать более динамические кадры или просто нанюхаться флюса пока припаиваете моторы. В любом случае, чувство полета птицы и веселья гарантированно только со своим, собранным своими руками квадрокоптером.

Как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Предлагаю вашему вниманию ряд видео, разного жанра:

MinChan FPV готовится к гонке (это не ускоренное видео)

Фристаил

Cinematic FPV съемка

Что такое FPV?

First-person view — вид от первого лица.

На носу у квадрокоптера камера, которая снимает все происходящее и передает изображение на очки пилота. Вы как будто в воздухе и летаете.

Существует множество разных очков и две основных технологии передачи видео. Аналоговая и цифровая технология.

Первое видео, в котором пилот тренируется на гоночном квадрокоптере, видно, что такое аналоговая система FPV. Картинка похожа на ту, что мы видели в детстве на аналоговом ТВ. Она может быть с кучей помех, но при этом у нее минимальный латенси (нет лагов), с дальностью картинка постепенно шумит все больше и больше.

Цифровое FPV пока еще сырая технология, но у меня никаких нареканий нет. Из минусов которые могут быть, можно очевидно выделить — лаги или даже фризы (зависания картинки). Но такие системы как DJI FPV, местами даже более пробивные через стены и на расстояние чем аналоговые. Поэтому, все это очень спорно и субъективно по ощущениям. Для гонок принято использовать аналоговые системы, быть может это скоро изменится.

(DJI FPV)

Более подробно рассмотрим комплектующие для FPV в следующих статьях этого цикла.

Особенности при выборе компонентов

• Сначала принимаем решение по раме, выясняем её массу, узнаём размах пропеллеров, которые собираемся использовать;

• Выбирая двигатель, знакомимся на официальном сайте изготовителя с основными параметрами. К каждому мотору прилагается список рекомендуемых пропеллеров. Например, характеристики DYS D2822-14 1450KV можно узнать по его маркировке. В записи D2822 D — серия, 28 — сечение статора в миллиметрах, 22 — длина статора в миллиметрах. Строка 1450KV с характеристикой KV свидетельствует, при каких оборотах двигателя квадрокоптер может лучше всего зависать в воздухе над поверхностью земли. Основываясь на оптимальных оборотах kv, а также массе беспилотника, осуществляем подбор требуемых винтов, обладающих заданными характеристиками, чтобы достичь наилучших параметров дрона.

• Управление двигателем осуществляется посредством регуляторов питания. Бесколлекторные двигатели являются трехфазными и нуждаются в использовании переменного тока для своих цепей питания.
• Блок управления полётом беспилотника представляет собой наиболее ответственный узел каждого радиоуправляемого дрона. Он осуществляет управление двигателями посредством регуляторов питания и даёт возможность избежать повреждения квадрокоптера.

• Приёмник и передатчик. Приёмник представляет собой небольшой модуль, оснащённый антенной, призванной осуществлять приём сигнала от передатчика.

Базовые характеристики передатчика:

• Режимы Mode1 или Mode2. В первом режиме ручка газа находится справа, во втором режиме ручка газа находится слева.
• Частота передатчика составляет 2,4Ггц.
• Число каналов. Минимум каналов, которые требуются для осуществления управления летательным аппаратом — четыре. Управляющее оборудование от Spektrum DX6 V2 with AR610 Receiver содержит 6 каналов.

Как собрать квадрокоптер своими руками

Предупреждаем, что инструкция обобщена и что могут быть различия в паре моментов. Мы расскажем основное по поводу сборки и выбора деталей.

Какие нужны детали

Рама и её составляющие. Главное в коптере – несущая часть. Если рама будет легче, то меньше будет уходить питания. Но учтите — лёгкие рамы стоят дороже. Прочность не так важна, если вы не планируете ставить на коптер камеру потяжелее. Рамы бывают трёх типов: четырёхлучевые, шестилучевые и восьмилучевые (по одному мотору на каждый луч).

Особенности выбора комплектующих

Экшн-камера Xiaomi Yi

Цена на AliExpress: US $49.99 — 109.99

Технические характеристики:

• Сенсор: CMOS 1/2,3″ 16 мегапикселей;
• Объектив: f/2.8, угол обзора 155 градусов;
• Видео: 1920×1080, 60fps;
• Фото: 4608×3456;
• Вес: 72 грамма;
• Time Lapse: есть;
• Встроенный экран: нет;
• Память: карта памяти microSD.

SJCAM SJ5000X 2K

Цена на AliExpress: $126.58

Технические характеристики:

• Сенсор: CMOS 12 мегапикселей;
• Объектив: f/2.8, угол обзора 170 градусов;
• Видео: 2560×1440, 30fps;
• Фото: 4032×3024;
• Вес: 74 грамма;
• Time Lapse: есть;
• Встроенный экран: есть;
• Память: карта памяти microSD.

Конечно, не стоит недооценивать китайских производителей, но и расхваливать тоже не нужно. Завышенная характеристика их товаров – обычное дело. Брать можно, но только не дешёвые детали, иначе придётся делать всё заново.

Особенности распределения моделей

В это раз мы более тонко подошли к подбору и распределению моделей для рейтинга. В связи с чем, хотим дать некоторые пояснения о том, как получился данный результат. Начнём с того, что для всех серийно изготавливаемых БЛА, передача/приём управляющих сигналов и видеопотока реализуется посредством двух диапазонов частот это 2.4ГГц и 5.8ГГц. Дальность полёта в целом предопределяет мощность используемого передатчика, которая в каждом государстве законодательно ограничивается, как и использование указанных выше диапазонов. Например, в странах Европы заметно ограничивается мощностной потенциал передатчиков, а частное использование диапазона 5.8ГГц ограничено или запрещено вовсе. Чего не скажешь про Америку, где ограничения по мощности минимальны и нет никаких запретов на использование обоих диапазонов.

Чтобы обеспечить законодательное соответствие своим продуктам, разработчики при помощи ПО научили систему дрона автоматически, исходя из полученных координат GPS позиционирования, переключаться между диапазонами/мощностью (за исключением моделей FIMI и Hubsan; по умолчанию работают исключительно в диапазоне 5.8ГГц) и тем самым соответствовать действующим стандартам радиодопуска той или иной страны: FCC (США)/CE (Европа)/SRRC (Китай)/MIC (Япония). В результате максимальный потенциал беспилотников в дальности раскрывается в так называемом FCC режиме, особенно в диапазоне частот 5.8ГГц (не активен в РФ) и заметно ограничивается в режиме CE (активен в РФ; Доступный диапазон: 2.4ГГц).

В связи с чем, чтобы рейтинг получился максимально объективным, используя доступный видеоконтент на различных видеохостингах, мы проанализировали полученный опыт пользователей в обоих режимах (FCC/CE) для каждой модели, где за результат считался не единичный случай полёта на самое максимальное расстояние, а тот, которого удалось добиться большинству пилотам, выделив тем самым средний максимальный результат дальности полёта полученный на практике. Такой подход позволил будущему пользователю видеть реальные цифры на которые в большинстве случаев можно будет рассчитывать при покупке дрона. Начнём с последнего — 10 места.

Зачем использовать FPV Drone Simulator?

Основным преимуществом FPV дрон-симуляторов является их низкая стоимость входа. Иначе говоря, для входа в хобби вам потребуется от 259 до 1600 рублей. За эту цену вы получаете неограниченный виртуальный ремонт и основные инструменты, которые в последствии помогут вам стать опытным профессионалом. Независимо от уровня навыков, симуляторами пользуются все пилоты без исключения, так как это самый дешёвый и эффективный способ тренировки. Например с помощью симуляторов отрабатываются новые маневры, которые затем можно будет применять в реальной жизни с высокой точностью и уверенностью. На видео ниже демонстрируются результаты работы члена известной в хобби команды GetFPV — Jaco, который сначало провел 100 часов в симуляторе, и лишь затем отправился в свой первый настоящий полёт. Результат как говорится на лицо.

Watch this video on YouTube

Аксессуары для квадрокоптера

До сих пор мы обсуждали цену покупки, но вся стоимость беспилотника состоит из 2 факторов: первоначальной цены, которую вы платите, и стоимости обслуживания.

Некоторые дроны продаются по более высокой цене, у них в наличии хорошая камера, чехол для квадрокоптера и тому подобное. Некоторые производители дадут вам крепление для камеры, и вам придется покупать и подключать ее отдельно.

Чем больше аксессуаров вы добавляете в свой квадрокоптер, тем дороже становится его конечная стоимость. Таким образом, вы должны быть готовы к некоторым расходам даже после первоначальной покупки квадрокоптера.

Приведем список некоторых аксессуаров, которые могут вас заинтересовать.

Защита пропеллеров

Ограждения пропеллера довольно важны. Подобно тому, как лопасти вентилятора могут нанести серьезный ущерб, при соприкосновении с чем-то, пропеллеры могут иметь аналогичный эффект, за исключением того, что теперь они более опасны, находясь в движении на открытой местности либо в помещении.

Дополнительные пропеллеры

Нет ничего плохого в том, чтобы иметь в запасе несколько дополнительных пропеллеров на случай, если какой то из них сломается или выйдет из строя. Пропеллеры являются очень хрупкой частью дрона и могут быть повреждены в самый неподходящий момент.

Вы можете купить несколько дополнительных винтов за 100-500 рублей и чувствовать себя более комфортно.

Дополнительные аккумуляторы

Аккумуляторы являются главным не только для двигателей но и всех датчиков установленных на вашем квадрокоптере. Некоторые аккумуляторы имеют запас для полетов 6-8 минут на одной зарядке, в то время как другие могут оставаться до 33 минут. И для полной зарядки этих батарей требуется некоторое время.

Так что, если вы хотите избежать длительных часов ожидания между полетами, вы можете приобрести  несколько дополнительных батарей. Некоторые модели поставляются с двумя аккумуляторами в комплекте.  Цены на батареи меняются в зависимости от используемого дрона. Они могут начинаться всего с 200 руб. и доходить до 1500 руб.

Чехол для квадрокоптера

Чехол для переноски — один из самых необходимых аксессуаров, когда вы берете квадрокоптер для полетов.

Если вы уже потратили 30000-50000 рублей или больше на квадрокоптер, почему бы не потратить еще 1500—4000 рублей на чехол для него, для защиты в пути и удобного транспортирования?

Микро SD карты

Как долго вы можете наслаждаться полетом в воздухе вашего квадрокоптера? Это особенно актуально, если у вас есть очень эффективная камера, которая может дать вам несколько лучших аэрофотоснимков. Но этого не будет иметь значения, если у вас нет хорошей карты памяти Micro SD.

Светодиодный комплект

Еще одним аксессуаром, который добавляет разнообразия полету вашему квадрокоптеру, является комплект светодиодного освещения. Когда ваш дрон поднимается высоко в воздух ночью, наличие светодиодов может помочь вам отслеживать ваше устройство.

Это также делает ваше устройство более стильным. Они имеют довольно разумные цены и делают полет еще более увлекательным.

Подвес для камеры

Цены на карданные подвесы для камер будут расти с поиском более продвинутых функции и характеристик. Например, подвес камеры Walkera для GoPro Hero 3, 3+ или 4 может стоить 4000 руб. Не забудьте убедиться, что ваш подвес для камеры, квадрокоптер и сама камера могут подходить  друг другу.

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:

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.
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.
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.
Контроллеры двигателей это платы, регулирующие скорость вращения каждого двигателя и питающие его, будут смонтированы на «лучах» корпуса

Их количество соответствует количеству двигателей.
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.
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.
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).
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.
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).

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.