Квадрокоптер своими руками

Строительство тяжелого FPV квадрокоптера собственной конструкции на базе рамы Spidex

Предпосылки и потребности для самостоятельного строительства авиа дрона квадрокоптера  следующие:

• На старом коптере не хватает места под навесное оборудование
• Хочется поставить большой аккумулятор и летать дольше и дальше
• Хочется иметь максимально жесткую раму, но обеспечивать виброизоляцию камеры от моторов.
• Хочется сделать квадрик с привлекательным видом, а не монстра на стандартной крестовидной раме с узлом проводов.
• Хочется сделать квадрокоптер легче конструкций на базe X525 но с большим аккумулятором

Праобразом бщей формы авиа дрона послужила рама Spidex v2. Она имеет удачное расположение компонентов в одном уровне — камера спереди, потом смещенный вперед центр, и подвешенный сзади аккумулятор. Эта компоновка позволяет расположить камеру так, что пропеллеры не болтались на экране при любом наклоне коптера. Кроме того схема имеет хороший способ виброизоляции — камера и аккумулятор подвешиваются к двум горизонтальным трубам, которые в свою очередь монтируются на центр с помощью резиновых изоляторов. Масса аккумулятора помогает уменьшить вибрации, передающиеся нa камеру. И наконец все это смотрится весьма прилично и внушительно. Но полностью копировать Spidex не имеет смысла. В числе его недостатков гнущиеся даже без аварий (просто под нагрузкой) алюминиевые трубки. Да и использование широко распространенной GoPro Hero HD2, без защитного корпуса Spidex не предусматривает. Как результат целесообразнее от Spdex берем общую компоновку а раму собираем самостоятельно, используя стеклопластиковые пластины и карбоновые трубы с зажимами. Вам понадобятся карбоновыe трубки (16×14 мм, метровой длины, три штуки — для рамы нужны будут две, ну и про запас), зажимы для них вместе с подходящими винтами/гайками (из набора FCP HL от Flyduino), провода для прокладки через трубки к моторам, виброизоляторы (сайлент-блоки под М3), и куча всякой друго мелочевки по списку.Электроника в составе коптера следующая:

• Моторы: 4x NTM 28-30 750kv
• Контроллеры моторов: 4x HobbyKing Blue Series 30A, с прошивкой SimonK
• Пропеллеры: 4x Graupner E-Prop 11×5
• Плата управления: Crius MultiWii SE v0.1, с MultiWii 2.2
• Аккумуляторы: Turnigy Nanotech 4S 4500mAh 25-35C
• Камера: GoPro HD Hero2
• Видеопередатчик: ImmersionRC 5.8G 25mW
• Антенна: Clowerleaf 5.8G, DIY от умельца на местном форуме
• OSD: MinimOSD с прошивкой KV Team OSD для MultiWii 2.2
• GPS: Drotek I2C GPS
• Радиоприемник: Graupner HoTT GR-16, под мой передатчик (MX-16)

Процесс сборки

Для начала пилим трубки под нужную длину — 22см и 28см, все четыре пилим из одной метровой трубки. Пилкой для металла с мелкими зубьями идет очень хорошо. Примеряем зажимы к нижнему центру. Центр собираем для проверки, все ли стыкуется как надо.  Прикручиваем все остальные части рамы. Похоже, что почти готово? Но… Оси моторов обрезаем — они выступают с задней стороны, и мешают установке сверху трубок. Обклеиваем мотор клейкой лентой, дабы не допустить попадания металлических опилок внутрь… … и Дремелем его, Дремелем. Дремель режет 3-миллиметровую ось как нож масло. Главное защитные очки одеть обязательно. Снимаем термоусадку с контроллеров моторов, чтобы припаять новые провода. Провода нарезаны под нужную длину. Припаиваем разъмы для моторов. По три фазы на мотор, паять надо много — и это всeго лишь квадрик. Размещаем контроллеры на нижней полураме. Прикручиваем мотор и проводим кабеля через трубку. Всe собирается, как запланировано! Изолируем контроллеры новой термоусадкой, когда все кабеля на месте. Устанавливаем контроллеры моторов на их окончательную позицию. Проводов многовато, но достаточно чисто. Разводка проводов от аккумулятора, методом RCExplorer. Сначала собираем провода от контроллеров пучком… Далее стягиваем тонкой медной проволокой… Далее спаиваем, и изолируем термоусадкой. Соединение получается механически крепкое, и хорошо проводящее.  Примеряем итоговую сборку: все совпадает! Верхняя полурама еще не прикручена, просто лежит сверху. Верхняя полурама с управляющей электроникой в центре (контроллер и GPS) и виброизолированными трубками с камерой и аккумулятором. Видеооборудование нa нижней стороне верхнего центра: видеокабель из камеры идет в MinimOSD, там на него накладывается информация из полетного контроллера, и дальше в видеопередатчик. Нижняя полурама готова к установке верхней. Моторы приподняты, чтобы зажимы в центре не распались, когда будут откручены временные гайки. Устанавливаем и прикручиваем верхнюю полураму. Затягиваем гайки, соединяем всe провода… Ура все готово! Облегчить конструкцию не удалось, однако все сомнения были полностью развеяны во время первого полета.

Аппарат получился удачный.

История создания

Сейчас дроны уже не считаются экзотикой, для кого-то это даже не роскошь, а что-то вроде игрушки. Не знаю, задумывались ли вы, кому в голову пришла идея разработки такой штуки, но лично я заинтересовался. Выяснилось, что над созданием прадедушки современного квадрокоптера корпел еще Никола Тесла. Правда, это был не летающий, а плавающий объект. Если уж совсем откровенно, это была лодка, но не простая, а первая в истории, которой можно было управлять дистанционно.

А в 1935 году появился первый беспилотный самолет. И «дроном» его окрестили еще в те времена, в шутку. Шум, исходящий от коптера, ассоциировался у изобретателей со звуком, который издает летающий шмель. На русский переводить название аппарата не стали, так он и остался дроном на всех языках.

Еще немного о возможностях квадрокоптеров

Вам, наверняка, попадались фотографии, например, со свадебных торжеств, снятые сверху. Такие кадры – заслуга гражданских квадрокоптеров. Счастливыми обладателями таких аппаратов, чаще всего являются продвинутые фотографы и журналисты: не смогли сами попасть на место съемки – пустили летающую видеокамеру-дрон, вот им и материал на голубом блюдечке с золотой каемочкой.

Кстати, некоторым программам, которые существенно облегчают нам жизнь, например, приложению, определяющее загруженность автодорог, информацию на хвосте приносят именно дроны.

Плавающий дрон – это находка для любителей плавания и дайвинга. Вот одно из преимуществ таких устройств: их собираются использовать для отслеживания акул у берегов Австралии, что, в среднем, на 60% уменьшит случаи нападения хищников на людей.

А китайцы пошли еще дальше – в 2016 году они изобрели дрон, на котором можно летать! Представляете: решили вы с окраины мегаполиса съездить за покупками в центр, на улицах километровые пробки, а на пятки наступает дедлайн проекта? Вызвал себе аэротакси, указал на карте нужное место, и продолжай себе потеть над презентацией в ноуте… Правда, использование летающего дрона для человека обойдется в копеечку, да и проблему парковки никто не отменял.

Ну, а если серьезно, за дронами будущее. Метеорологи, например, вообще считают, что скоро БПЛА займут места синоптиков, да и многие другие профессии канут в лету благодаря такому изобретению.

На какое расстояние летают дроны зависит от типа устройства. Максимум любительских беспилотников – в среднем 100-300 метров. Более серьезные могут спокойно преодолеть около 5 километров. Самые долго летающие дроны дотягивают до 7 километров.

Возможности дронов не безграничны. Одна из ключевых проблем – источник энергии. Над увеличением продолжительности жизни батареи работают многие разработчики, но пока о существенных результатах говорить не приходится.

Ну, и, как любая компьютерная техника, квадрокоптеры могут «заболеть». К примеру, недавно стало известно, что некоторые боевые дроны США оказались зараженными. Правда, пока неизвестно, с какой целью и кто активировал вирусы.

Виды беспилотников

Коптеры сложно поддаются классификации, условно их можно разделить на следующие категории:

• Коммерческие – для экспресс-доставки посылок, а также для сельскохозяйственных нужд
• Военные – для наблюдения, разведки и сбрасывания бомб (про это скоро выйдет отдельная статья)
• Гражданские – они помогают контролировать территорию и обеспечивают безопасность
• Поисковики – они помогают в поиске жертв в местах, где произошли катастрофы
• Космические – это дроны будущего. Их разрабатывают в НАСА для поиска и сбора образцов почв на других планетах

Пожалуй, можно выделить еще один вид — любительский. Те, кто дружит с физикой, наверное, задумываются, как сделать летающий дрон самостоятельно? Для вас отличная новость – уже придуманы готовые комплекты для сборки коптеров.

Летающий робот

Летающий дрон, он же мульти- , квадро- , гекса- , окто- или просто коптер, он же беспилотник, он же БПЛА (беспилотный летательный аппарат) — это робот с камерой, управляемый человеком дистанционно при помощи пульта, или через бортовой компьютер.

Дрон летает и плавает, он устойчив к атмосферным воздействиям и обладает массой достоинств, что позволяет рассматривать такой аппарат, как средство, упрощающее жизнь и помогающее в получении определенной информации. Хотя, справедливости ради, стоит отметить, что и недостатки он тоже имеет, но об этом ниже. Вообще, изначально эта техника предназначалась для военных целей, но сейчас ее используют в разных сферах, более того, обладателем такого аппарата может стать простой смертный, вроде нас с вами.

Что могут дроны

Как я уже говорил, удобство беспилотников оценили деятели разных областей. Например, такие компании, как Amazon, DHL, Zookal и Domino взяли коммерческие дроны «в штат»– коптер-курьер развозит книги, посылки и даже пиво и пиццу! И если в вышеперечисленных случаях устройства применяются в маркетинговых целях и воспринимаются, как экзотическое ноу-хау, то некоторые организации решили использовать БПЛА с еще большей пользой.

Например, компания Matternet намерена отправлять с квадрокоптерами медикаменты и предметы первой необходимости в глубинку, где запросто приобрести такие вещи невозможно. Только представьте, насколько это полезное устройство!

Идея создания боевых дронов, не так гуманна. Они тоже могут использоваться в качестве транспортирующего средства. Правда, переносят с их помощью менее приятные штуки, вроде бомб. Само собой, оснащенные камерой, они выполняют и роль разведчиков и наблюдателей.

Фермеры тоже нашли применение дронам. Сельскохозяйственные беспилотники распыляют удобрения и помогают в борьбе с вредными насекомыми. Кроме того, есть квадрокоптеры, оснащенные тепловизором, такие аппараты вовремя помогают выявить больное животное в стаде.

А несколько месяцев назад распространилась новость про украинский дрон. На сегодняшний день – это один из мощнейших сельскохозяйственных беспилотников, которые за час могут осмотреть 100 га поля, подсчитать количество высаженных зерен, просканировать почву и контролируют урожайность в течение всего сезона.

Проводка

Теперь пришло время перейти к проводке. Из четырех регуляторов скорости нужно спаять «паука», припаяв провода прямо в гнезда переходников.

Согласно номерам моторов на плате, подключаем сигнальные провода драйверов. Если используется «плюсовая» схема полета, подключать их нужно к штырям М1-М4 (когда научитесь управлять, прошивку можно изменить).

Схема подключения приводится ниже:

В результате получится такой квадрокоптер, сделанный своими руками, весом один килограмм. Можно проводить тестовый полет.

Но, прежде, необходимо зарядить батарею, подключить ее и передатчик. Теперь время нажать вправо и вниз ручку газа. На плате должен загореться красным цветом СИД. Следующий момент – ручка газа передвинута вперед. Двигатели должны заработать, а квадрокопрет «отправиться» в полет.

Сборка из комплекта

Обзаводясь соответствующим комплектом, можно значительно упростить процесс сборки своими руками ЛА.

О сбалансированности, влияющей на поведение квадрокоптера в полете, тоже не стоит беспокоиться – всеми необходимыми параметрами, в том числе запланированной скоростью и временем нахождения в полете он обладать будет.

Комплекты позволяют собирать разборные и монолитные дроны своими руками. Тут решать пилоту, какую он желает иметь конструкцию. Разборными интересуются те, кто предпочитает модели габаритные, но и одновременно легко переносимые.

Как собрать подобную конструкцию своими руками, подробно описано в прилагаемой инструкции.

Как правило, начинается все с установки на пластиковый, карбоновый или металлический экзоскелет моторов. Затем размещаются PIN-кабели, регулирующие мощность моторов. Позже крепят на корпус приемник сигналов и управляющий модуль – мозговой центр.

На завершающей стадии устанавливают светодиоды, фиксаторы, аккумуляторы.

Сборка на этом заканчивается, но начинается самое интересное – прошивка, калибровка устройства и тонкая настройка, занимающая от 30 минут до 3 часов (в зависимости от производителя входящих в комплект деталей). К этому моменту аккумулятор должен быть полностью заряженным.

Безопасность дронов и людей

Ну, а теперь о грустном. Печально, что работа умелого хакера может нарушить безопасность дрона. Его могут не только заразить, но и попросту угнать.

Но, как известно, своя рубашка ближе к телу, и лично я, руководствуясь этим принципом, задаюсь вопросом своей собственной безопасности.

Коптеры не всегда попадают в руки людей разумных и уважающих право частной собственности. Когда дроны стали вполне доступной игрушкой, в сети стали появляться видео, демонстрирующие, кто во что горазд.

Вспомним, хотя бы знаменитый ролик, с беспилотником, к которому была прикреплена бензопила. Это, конечно, очень изобретательно, но идею стали совершенствовать подростки, которые вряд ли смогут дать гарантию, что дрон не выйдет из строя именно над вашим участком.

Кроме того, БПЛА – расширяет возможности шпионажа, и у объекта, представляющего для кого-то интерес, вряд ли попросят на это разрешение в письменной форме. Например, есть у вас любопытный сосед, которого интересует ваша личная жизнь. Сделав запрос, вроде «дрон в Иркутске», он через пару часов получит игрушку, с помощью которой может стать свидетелем сцен или разговоров, не предназначенных для его ушей.

В начале 2017 года в Сан-Франциско прошла конференция, посвященная этой теме, участники которой сошлись во мнении, что регулирование в отрасли дроноиндустрии пока еще далеко от совершенства. И даже если опустить моральную сторону вопроса, это тревожит, потому что количество инцидентов с участием коптеров растет с каждым годом. Тот факт, что не все из них кончаются трагически для людей, можно смело назвать чистым везением.

Известны случаи, когда беспилотники повреждали крылья самолета. Некоторые страны решили обезопасить авиапассажиров попросту сбивая все дроны, попадающие на территорию аэропортов.

Но не все так глобально решают эту проблему. Во всех странах действуют свои законы и правила регистрации дронов (об этом скоро напишу подробнее). Например, в России просто так дрон в воздух уже не запустишь. Теперь для этого нужно отправить интернет-заявку, уплатить госпошлину, получить разрешение.Таким образом государственные органы могут отслеживать передвижение коптеров по всей стране для того, чтобы обезопасить сограждан.

С надеждой на то, что специалисты в скором будущем смогут обеспечить нам полную безопасность, на этом с вами прощаюсь. Подписывайтесь на обновления, и не забывайте делиться с друзьями!

Сборка

Как и в первом случае, она начинается с изготовления рамы, для которой взять можно пластиковые трубы. Поскольку вес их небольшой, квадрокоптер будет мобильным, а развиваемая им скорость высокой. К тому же, такой каркас легко починить в случае «аварии».

Силиконовые провода помогут подсоединить двигатели к каждому пропеллеру. Аккумулятор с электроникой неплохо закрепить на платформе, установленной в центре рамы. Прежде, чем приступить к монтажу электронной начинки, следует скачать схему подключения, найти которую несложно на форумах. Если нужно, ДУ можно перепрошить с учетом последних обновлений. Там же, на форумах, рассказывают, как перепрошить пульт.

Собрать квадрокоптер своими руками по силам не каждому, поскольку он требует инженерных навыков. Но, если имеется инструкция и схема, процесс по созданию летающего девайся упрощается.

Сборка квадрокоптера из подручных материалов

Хотя она и популярна среди любителей «полетать» на беспилотниках, стоит признаться, что получить полноценный коптер она не позволяет. Покупать детали придется однозначно, только брать не весь комплект, а самые необходимые: винты, двигатели, аккумулятор, управляющую плату и приемник, управляющую аппаратуру, без которой невозможно управлять устройством.

Чтобы комплектующие в воздухе не развалились, их необходимо закрепить на легком, но прочном каркасе. Для изготовления такого подойти может все: палочки от мороженного, пластиковые бутылки и крышки.

Создавая корпус, нельзя забывать об устойчивости конструкции, собранной своими руками, равновесии, полетных качествах, легкости.

Первая сборка, как правило, лишь начало. В дальнейшем она будет многократно дорабатываться.

Есть одна хитрость, помогающая избежать сложных расчетов по балансировке – нужно выбрать конкретную модель, а под нее уже заказывать из базового списка комплектующие.

Если есть возможность, стоит заказать деталей больше – на случай замены бракованных (такое бывает). В отличие от продающихся наборов, своими руками (голыми) не получится собрать квадрокоптер.

Потребуются:

• клеевой пистолет;
• отвертка;
• паяльник;
• двухсторонний скотч;
• изолента.

Когда рабочая модель будет готова, настанет время модернизации, в результате которой у квадрокоптера могут появиться светодиоды, антенна, пищалки (биперы) и др., увеличивающие функциональность.

https://youtube.com/watch?v=Eu4h0VsaTqE

Видео: Квадрокоптер своими руками

Детали для дрона своими руками с камерой

К ним относятся:

• двигатель D2822/14 – 4 шт.;
• регулятор оборота – столько же;
• роторы вращения – левые и правые;
• силовой разветвитель, или разъем на 3,5 мм для подключения регуляторов оборотов.

Не обойтись без платы для регулировки квадрокоптера своими руками, подключаемой к компьютеру через USB — MultiWii ATmega32U4. Чтобы запуск состоялся нужны аккумуляторы Nano Tech 2200 30C – 4 штуки, поскольку при использовании одного накопителя время полета будет небольшим.

Рекомендуем:

• Зарядка гелевых аккумуляторов для скутеров
• Защита электродвигателя от перегрузок
• Коллекторный электродвигатель переменного тока и его работа

Для восстановления энергии в них необходима зарядка. Также потребуется для сборки своими руками контроллер, с помощью которого осуществляется регулировка полетом. Для пульта подойдет устройство Turnigy 9x. Улавливать сигналы с его помощью можно на расстоянии 800-900 метров. Передатчик сигнала идет в комплекте с пультом.