Сегодня я расскажу Вам о совершенно новом сайте Витебского клуба самодельщиков. Это группа единомышленников, делающих что-нибудь полезное своими руками.
Здесь вы, возможно, не найдёте декоративных украшений из бисера, но зато найдёте много советов по домашнему хозяйству, электронике, робототехнике и даже по строительству дронов!
Как мы знаем, компас предназначен для определения сторон света в пространстве. По факту, магнитный датчик (он же компас) устанавливается только на те летательные аппараты, которые оснащены приёмником GPS. Без GPS компас бесполенез, точно так же как и GPS не может полноценно работать без компаса, и вот почему:
Приёмник GPS может с высокой точностью определить положение дрона на местности, но не имеет информации о том, какой стороной дрон повёрнут к северу. Попробую пояснить на примере: Датчик GPS получил информацию о том что дрон снесло ветром на 1 метр на запад. Чтобы его вернуть в первоначальную позицию — нужно сместить его на тот же метр на восток. А где у квадрокоптера восток? Слева? Справа, Сзади? Вот чтобы ответить на этот вопрос — ему нужен компас! Компас определит какой стороной дрон повёрнут к северу и переместит дрон на метр в нужную сторону!
Датчик магнитного поля (он же компас) — самый подверженный помехам датчик! Кроме того, что в разных полётных территориях естественное магнитное поле может быть разным, на него могут влиять и посторонние магнитные поля, например от высоковольтных линий электропередач или даже от бортовой электроники самого квадрокоптера. Именно поэтому самодельщики, собирающие дроны сами, стараются разместить компас подальше от бортовой электронике, например на отдельно стоящей ноге выше остальных деталей.
Кроме этого, компас желательно заново калибровать на каждом новом полётном месте. Вы, возможно, видели, как владельцы квадрокоптеров перед полётов вращают их на земле в разные стороны — это и есть калибровка. Она позволяет настроить компас на окружающее магнитное поле именно на этой местности.
Неправильная калибровка компаса является причиной неверных данных на центральном контроллере, как следствие — дрон получает неправильные навигационные данные и летит не в нужном направлении. Проявляться это может как УНИТАЗИНГ (когда дрон летает по окружностям вместо зависания в точке), или УЛЁТ В КИТАЙ (дрон резко и быстро улетает в непредсказуемом направлении).
В самосборных моделях как правило используют датчик компаса, встроенный прямо в корпус приёмника GPS.
Одним из основных отличий дешевого квадрокоптера от дорогого является наличие приёмника сигналов спутников GPS и/или ГЛОНАСС.
Дело в том что без такого приёмника (или когда он выключен) дрон контроллирует своё положение в пространстве только относительно окружающего его воздуха. А если вдруг сбоку подует хотя бы небольшой ветерок — воздух начнёт перемещаться, а вместе с ним и дрон! Таким образом дрон не оснащённый GPS очень подвержен влиянию ветра, и пилоту придётся возвращать улетающий дрон командами с пульта.
Если же дрон оборудован приёмником GPS, но он как минимум умеет удерживать свою позицию в пространстве. Это значит, что если ветер вдруг сдует его на некоторое расстояние в сторону (обычно это сантиметры или десятки сантиметров), бортовая электроника выполнит возврат летательного аппарата в ту самую точку где он находился первоначально! Эта функция очень упрощает управление квадрокоптером и считается необходимой для качественной видеосъёмки.
Кроме этого, дроны оснащённые GPS как правило способны выполнять дальние полёты по заранее заданной программе, без участия оператора и не требуя управления пультом.
Это хитрое название обозначает не менее хитрое устройство с тремя электродвигателями и управляющей ими платой. Главное назначение такого подвеса — успокаивать все колебания и раскачки квадрокоптера, чтобы они не влияли на положение видеокамеры в пространстве.
Иными словами, квадрокоптер в процессе полёта в любом случае наклоняется и поворачивается: для разгона, торможения, для поворотов, и даже для компенсации случайно появившегося ветра.
В подвесе есть датчик горизонта на верхней его части (основании) и такой же на нижней площадке (на которой держится камера). Сравнивая показания этих двух датчиков, подвес выравнивает положение нижней площадки с камерой.
Подвесы бывают двухосевые и трёхосевые. Двухосевые имеют только два двигателя для корректировки по двум осям: Pitch (наклоны вперёд-назад) и Roll (наклоны направо-налево). В трёхосевых подвесах добавляется ещё и двигател по оси Yaw (повороты вокруг вертикальной оси квадрокоптера).
Вот пример, как работает двухосевой подвес на столе:
Общепринято, что видео снятное при помощи трёхосевого подвеса не нуждается в дальнейшей видеообработке.
Но о качестве видео судить Вам, вот такое видео снято мною без особой подготовки: Съёмка зоны отдыха на Витьбе. Снято камерой EKEN H9R на подвесе HakRC Storm32:
Важное замечание: Подвес нельзя включать без камеры, точно так же как и передатчик FPV нельзя включать без антенны.
Лично я использовал трёхосевой подвес HakRC Storm32 — около 50$.
Вот как работает трёхосевой подвес:
Системы FPV
Аббревиатура FPV означает First Person Vision — изображение от первого лица. Оборудование этого класса позволяет пилоту управлять летательным аппаратам наблюдая за изображением с бортовой камеры в прямом эфире, то есть как будто он при этом находится на борту!
По сути комплект FPV состоит из воздушной и наземной части. На летательном аппарате размещается камера и передатчик, а на земле, соответственно, приёмник и экран (или шлем/очки).
Камеры бывают совмещённые в одном корпусе с передатчиком и отдельные. Так же и приёмники бывают отдельные от экранов и в одном корпусе. Разные формы антенн дают разные результаты в дальности передачи изображения.
OSD — показатели приборной панели на изображении
Аббревиатура OSD расшифровывается как On Screen Display. Прибор с таким названием накладывает на изображение FPV-камеры показатели приборов контроллера полётов. Наиболее важные из них — количество пойманных спутников, текущая высота, горизонтальная скорость, компас, остаток заряда батареи, географические широта и долгота и многие другие.
Продолжая уже описанную тему, расскажу о своих успехах и неудачах в дальнейшей эксплуатации самодельной авиамодели, как и раньше, заостряя внимание только на нестандартных вещах, не описанных другими интернет-источниками.
Итак, собранный квадрокоптер был тщательно настроен при помощи Mission Planner, конечно не без нюансов (но о них позже) и вынесен в поле.
При первых двух запусках квадрокоптер не взлетал а просто падал на бок! В результате — поломанные пропеллеры и лучи рамы.
Заказанные из Китая детали ждать приходилось очень долго, поэтому заказывал я их заранее и в бОльшем количестве чем необходимо (про запас). Также, мне очень помогли ребята из студии 3D-печати 3DADA. Они печатали мне пропеллеры и лучи рамы, спасибо им за помощь!
Причину опрокидываний я искал очень долго. На первый взгляд ошибка могла быть в порядке подключения двигателей либо в расположении центрального контроллера полёта относительно носа летательного аппарата. Действительно, при наклоне квадрокоптера, например влево, контроллер полёта должен дать больше газа именно на два левых двигателя чтобы выровнять летательный аппарат. А при неправильном порядке подключения моторов повышенный газ пойдёт на неправильный двигатель, что и приведёт к перевороту аппарата. Такая же ситуация случится при неправильной ориентации полётного контроллера (именно в нём установлены гироскопы и акселерометры) относительно носа летательного аппарата: неправильно сориентированный контроллер не сможет правильно определить наклон аппарата.
Однако тщательные проверки показали что в этих двух позициях ошибок нет, и тщательный анализ видеозаписей полётов показал проблему:
Главная проблема — крепление пропеллеров
Дешевый безщёточный двигатель A2212 имеет на выходе гладкий вал, на который надевается крепление пропеллера.
Крепление имеет гладкую голову и очень трудно зажимается без дополнительных инструментов, а надёжность его крепления на валу напрямую зависит от силы зажатия. Кроме того, крепления всех четырёх пропеллеров одинаковые, с обычной правой резьбой, и зажимаются по часовой стрелке. А мы с вами помним, что на любом квадрокоптере есть две пары пропеллеров, вращающихся В РАЗНЫЕ стороны! Пропеллеры, вращающиеся против часовой стрелки своим вращением зажимают крепление ещё сильнее, а двигатели вращающиеся по часовой стрелке — стремятся раскрутить крепление.
И вот, в результате ослабления креплений левого переднего и правого заднего двигателя, пропеллеры проворачивались на валу и контроллер не мог выровнять аппарат в горизотальное положение! Результат — крен в сторону конкретного двигателя (луча), падение и крушение.
Ситуацию спас автомобильный фиксатор резьбы в тюбике и тонкая отвёртка для закручивания гайки. Правда это очень усложнило установку и съём пропеллеров, а это удобная функция для транспортировки аппарата.
Поиск по просторам интернета подсказал более качественное решение этой проблемы, но и более дорогое: Двигатели подороже не требуют отдельных креплений для пропеллеров, а имеют резьбу прямо на валу. Правую и левую соответственно. Также такие двигатели укомплектовываются гайками для зажима пропеллеров — с правой и левой резьбой.
Проблема 2 — компас
При настройке полётного контроллера одним из необходимых этапов является калибровка компаса. Повторять этот этап крайне рекомендуется перед полётами в каждой новой местности, а может даже и перед каждым полётом. При неправильной калибровке компаса невозможно корректное использование GPS, возможны проблемы «унитазинг» (движение по кругу вместо удержания точки) или «улёт в китай» (резкое движение в непредсказуемом направлении вместо удержания точки).
Дело в том, что все попытки скалибровать компас заканчивались сообщением об ошибке «Setting new offsets for compas #1 failed». Замена компаса и центрального полётного контроллера не помогли. Однако было замечено, что несмотря на эту ошибку, новые значения оффсетов всё-таки прописывались в память устройства.
Доработки.
Постепенно все приколхоженные самостоятельно крепления были заменены на заказные, заботливо изготовленные китайцами, также двигатели были заменены на новые, но об этих улучшениях пожалуй расскажу в следующей статье.
Итак, получив посылку из Китая с набором комплектующих для сборки квадрокоптера у меня конечно же зачесались руки собрать всю конструкцию воедино! Даже несмотря на тот факт, что аккумулятор и аппаратура управления были ещё далеко в пути, а первый полёт без них всё равно был бы невозможен.
Сам процесс сборки, и даже настройки мультикоптеров, в интернете изучен и описан энтузиастами почти понятно и подробно, в том числе на видео. Именно поэтому я не буду подробно рассматривать все мелкие шаги, а остановлюсь на тех моментах, которые мне показались неочевидными или заинтересовали меня.
Прибыла посылка в небольшой коробке, размером приблизительно с лист бумаги А4, толщиной около 5 сантиметров. На почте посылку подмяли и даже чем-то проткнули, но содержимое коробки при этом не пострадало.
Дополнительная плата распределения питания из коробки
Начал я, по совету умудрённых опытом людей из интернета, с тех деталей, которые в последствии уберутся внутрь рамы: с разводки силовых проводов: от аккумулятора к четырём регуляторам оборотов двигателя. В коробке уже лежала специальная квадратная плата распределения питания, на которую можно аккуратно припаять все необходимые провода питания. Однако я решил ею не пользоваться, так как в нижней пластине рамы уже присутствует такая же разводка питания, а лишняя плата это лишний вес аппарата и лишняя деталь которая при вибрации может отвалиться и нарушить нормальную работу аппарата.
Контакты на плате необходимо залудить и припаять к ней силовые провода, соблюдая их полярность, а именно: провода аккумулятора, и четыре регулятора оборотов двигателя.
Следующим шагом я собрал раму: прикрутил винтами лучи к нижней пластине, а затем к этой конструкции добавил верхнюю пластину рамы. Головки винтов оказались под довольно мелкий шестигранник, поэтому рекомендую заранее позаботиться о наличии инструмента. Далее, зачистил от облоев места установки двигателей на лучах и привинтил двигатели на места. Удивило, что крепёжные резьбовые отверстия на днище двигателя расположены не на одинаковом расстоянии от оси вращения!
бананы
Отдельно пришлось задуматься о проблеме подключения двигателей к регуляторам оборотов. Среди владельцев квадрокоптеров есть сторонники двух способов этого соединения: пайка намертво, либо соединение на штекерах (в простонародии — бананы). Паяное соединение считается более надёжным, а на штекерах — более удобным в случае замены двигателя или сборки-разборки аппарата. Кроме этого, есть проблема стыковки проводов в этом соединении: из регуляторов выходит три провода с пометками A, B и C, а на входе двигателей есть три цветных провода: чёрный, красный и жёлтый. Как их соединять?
Так вот! Подёргав пальцами соединение на «бананах», я бы не назвал их ненадёжными! Для их отключения пришлось применить ощутимую силу! А ещё такой способ соединения позволил легко поменять полярность неправильно подключенных двигателей! (а выяснить это можно только при включении аппарата). Проблемы же с изоляцией бананов были легко решены при помощи термоусадочных трубок.
Из соображений балансировки всего аппарата, я старался размещать массивные детали как можно ближе к его геометрическому центру. Поэтому регуляторы оборотов (желтые детали на фото) я расположил не посредине луча, а ближе к площадкам рамы. А ещё, длина силовых проводов на регуляторах сделана с хорошим запасом, так что в вопросе взаимного расположения компонентов есть широкое поле для деятельности. Заранее обрезать провода впритык я не рискнул, побоялся что этот запас ещё понадобится. В результате получилось провисание излишка проводов, которые я стянул пластиковым хомутом, чтобы они не болтались и не попали в полёте в пропеллер. В дальнейшем, в случае удачного первого полёта, я планирую перепаять эти участки, убирая излишки проводов.
Дальнейшая работа по сборке аппарата производилась в центре, в районе верхней пластины. Крепление модулей «Контроллер полёта» и «Компас+GPS» предусматривает наличие специальных площадок, однако при желании их можно приколхозить самостоятельно. Датчик Компас+GPS, например, должен крепиться выше основной электроники, чтобы она не влияла на показания датчика. За несколько долларов можно заказать специальную стойку для него, но я пошёл по другому пути: при помощи китайской палочки для еды, самореза, соды и суперклея была сделана стойка собственного производства!
Похожим образом была решена и проблема с полётным контроллером. Главная функции подставки под этот контроллер — гасить вибрации, сохраняя при этом горизонтальное положение контроллера относительно рамы аппарата. Найденный в интернете вариант крепления на нескольких слоях двухстороннего скотча оказался слишком жёстким. Поэтому было принято решение посадить его на поролоновую губку и притянуть сверху канцелярскими резинками (или резинки для денег, как их называют).
Подключение всей электроники к контроллеру полёта особого интереса не вызывает, там всё просто. Минусовые контакты расположены по внешнему периметру контроллера. Приёмник аппаратуры управления закрепил на пластине рамы пластиковым хомутом.
С пропеллерами в комплекте идут шайбы разных размеров, которые позволяют им закрепиться на различных осях двигателей. Система крепления пропеллеров довольно проста, но пока не понятно почему на всех четырёх креплениях правая резьба. Неужели они не должны самостоятельно затягиваться?
Ну вот, по сборке вроде бы всё. Не знаю стоит ли расписывать процедуру настройки, она и так довольно широко представлена в интернетах. Скажу только для интересующихся, что всё производится при помощи программы Mission Planner. Она позволяет настраивать, калибровать и задавать маршруты нашему летательному аппарату. А её первые страницы дают понять, что базе этого контроллера можно построить не только квадрокоптер, но и совершенно разные летательные (и не только) аппараты!
Итак, для самостоятельной сборки квадрокоптера на раме F450 мы уже выбрали и заказали комплектующие, а также изучили список недостающих деталей. Сегодня поговорим о не менее необходимой вещи для любой радиоуправляемой модели, а именно — об аппаратуре управления, или о пульте.
Кстати, летательный аппарат нашего уровня, управляемый мини-компьютером на базе
Arduino, может летать и без пульта управления, по заранее запрограммированному маршруту! Но для этапа настройки, калибровки пульт всё равно не обходим. Профессиональные моделисты называют пульт просто — аппаратура.
После долгих поисков по интернету, было решено заказывать один из самых популярных, и одновременно с этим недорогих моделей: FlySky FS-i6. Заказывать я решил у того же продавца что и остальной комплект деталей. Комплект обошёлся мне около 45$.
Передатчик
Передатчик 6-канальный. Четыре канала (два стика перемещаются в двух плоскостях) используются для полёта, ещё два для дополнительных функций. Питается от обычных пальчиковых батареек типа АА (в комплект поставки не входят). ЖК-дисплей и дополнительные кнопки позволяют оперировать тонкими настройками, в том числе связи пульта и приёмника.
Приёмник
Как правило такие комплекты аппаратуры управления включают в себя и приёмник, просто необходимый для управления летательным аппаратом. Но всё же убедитесь что в конкретном наборе он присутствует!
Мне достался приёмник FS-IA6. Он представляет собой небольшой блок с кучей контактов и двумя длинными проводами сбоку, и именно этот модуль устанавливается на борт квадрокоптера для получения сигналов с пульта управления. Контакты служат для подключения приёмника к контроллеру полёта. Существует несколько схем подключения (я знаю три) но самый простой — это последовательное подключение каждого канала (ряд из трёх контактов). Каждый канал приёмника соединяется с аналогичным входом контроллера полёта.А два боковых провода являются попросту антеннами приёмника.
Итак, после долгих раздумий и выборов, а также основываюсь на уже имеющихся знаний о квадрокоптерах, мною было принято решение собирать кастомный квадрокоптер на базе рамы F450.
F450 — это популярная рама для сборки квадрокоптеров с расстоянием между диагонально расположенными двигателями примерно 450мм. Рама состоит из двух текстолитовых площадок и четырёх пластиковых лучей, присоединяемых к площадкам.
Верхняя площадка также имеет дорожки, как на печатной плате, предназначенные для разводки силовых проводов питания всего механизма.
На Алиэкспрессе мне на глаза очень удачно попался готовый набор для сборки квадрокоптера, который я сразу же заказал! Цена набора в районе 80$. Набор правда не совсем полный, но недостающие вещи более-менее понятны и доступны к отдельному заказу.
Набор состоит из следующих компонентов:
Рама
Площадки, лучи, винты для сборки
Контроллер
Котроллер полёта с маркировкой APM2.6. Собран на базе Arduino, программируется через USB, содержит в себе гироскоп.
Датчик GPS
Датчик для ардуино GPS с маркировкой 6M. Также содержит в себе компас. Необходим для корректировки полёта.
Регуляторы
Специальное устройство, плавно регулирующих подачу электрического тока на двигатели, в зависимости от команд поступающих от мозгового центра летательного аппарата — полётного контроллера.
Двигатели
4 электрических двигателя. Что про них ещё скажешь?
Бесщёточные. Маркировка 2212 1000KV, хотя пока что она мне мало о чём говорит.
Пропеллеры
4 винта. 2 с загибом для вращения по часовой стрелки, ещё 2 против.
Остальное
Термоусадочные трубки, винтики и прочая мелочь. Среди этого можно отдельно пожалуй выделить штекеры для подключения двигателей. Их использование позволяет делать двигатели легко отсоединяемыми от регуляторов. Это упрощает замену двигателя в случае поломки, а также позволяет быстро поменять полярность неправильно подсоединённому двигателю. Хотя многие владельцы квадрокоптеров предпочитают не пользоваться этими штекерами, а припаивать всё намертво.
Эпиграф: Я взрослый, состоявшийся мужчина, и мне просто необходим этот радиоуправляемый вертолёт!
Здравствуйте уважаемые читатели!
Прежде всего хочется поблагодарить Хозяина за предоставленное слово и выразить надежду, что поднятая мною тема не слишком выйдет за границы тематики сайта. Я хочу поговорить об отдельном классе моделирования — о действующих радиоуправляемых моделях, а именно — о квадрокоптерах.
Что же такое квадрокоптер?
Квадрокоптер — это беспилотный летающий аппарат, поднимающийся в воздух за счёт вращения четырёх пропеллеров (квадро = четыре). Два из пропеллеров вращаются по часовой стрелке, другие два против. Этот факт позволяет обойтись квадрокоптеру без хвостового винта, гасящего реактивный момент. Хвостовой винт устанавливали на большинстве вертолётов. За счёт изменения тяги отдельных винтов можно заставить наклонить машину в любую сторону, и как следствие заставить её двигаться в эту сторону с различой скоростью; либо заставить летательный аппарат вращаться на месте по часовой стрелке либо против.
Принцип действия квадрокоптера
Таким образом у квадрокоптера нет понятия носа и хвоста летательного аппарата в общепринятом смысле, как например у самолёта или вертолёта. Он может двигаться с одинаковой скоростью и устойчивостью в любую сторону.
Существует и другие летательные аппараты этого класса — например такие монстры как гексакоптеры (6 винтов), октакоптеры (8 винтов) и т.д. но количество винтов всегда должно оставаться чётным и вращаться они должны в разные стороны.
Как правило, квадрокоптеры оснащены гироскопом, который следит за случайными наклонами летательного аппарата, и сам добавляет тяги на тот винт, который случайно (например в результате порывов ветра) оказался ниже других. Таким образом квадрокоптер сам себя выравнивает.
Попробуем классифицировать квадрокоптеры.
На торговых интернет-площадках преставлен широкий выбор квадрокоптеров заводской сборки, уже готовых к полётам (ready-to-fly), а также отдельные компоненты и запчасти для самостоятельной сборки кастомных аппаратов. По какому из этих путей пойти, каждый покупатель решает сам. Из брендов готовых машин хочется выделить DJI, WLToys, Syma.
Самый маленький действующий квадрокоптер
Готовые квадрокоптеры можно классифицировать по размеру.
Самые маленькие модели буквально умещаются на ладони. Тем не менее они успешно выполняют свои функции в течение нескольких минут! Послушно подчиняются командам с пульта управления и самостоятельно перемещаются, правда только в пределах помещения. На открытом воздухе малейший ветер внесёт свои жесткие корректировки в траекторию полёта. В результате приходится долго искать упавший аппарат в траве или кустах. Цена таких малюток начинается от 20$ вместе с пультом управления.
Большой квадрокоптер WLToys
Самые большие из серийно выпускаемых квадрокоптеров достигают размера 60-80 сантиметров вдоль борта. Такие аппараты устойчиво чувствуют себя в воздухе, они меньше сносятся порывами ветра, управлять такими машинами проще и удобнее, также они способны нести на себе дополнительное оборудование, которыми большие и дорогие модели оснащены изначально, но о нём я расскажу позже.
DJI Phantom
Хочется отдельно выделить линейку топовых аппаратов, которая является мечтой каждого мальчишки. Это серия Phantom от производителя DJI. Такие аппараты оснащены по последнему слову техники. Например они оснащены датчиком GPS, при помощи которого аппарат сам возвращается в первоначальную точку, если ветер сносит его в сторону, и по факту эта функция превращает сложный процесс управления летательным аппаратом в подобие простенькой компьютерной игры!
Главным недостатком этой серии является цена. Стоимость новых аппаратов этой серии начинается от 1000$ и это далеко не предел.
Исходя из последнего, ваш покорный слуга, имея опыт владения двумя квадрокоптерами (15см и 31см по борту) и имея желание развиваться дальше, решил не покупать готовый фантом, а идти по другому пути развития! А именно — самостоятельно собрать кастомный аппарат! И о процессе сборки планирую рассказывать вам здесь, на этом сайте!
При правильном подборе аппаратуры можно получить замечательные кадры с воздуха! В качестве примера рекомендую к просмотру канал на Ютубе одного нашего земляка. Он снимает с самодельного квадрокоптера город Витебск а зовут его Павел Клименок.
