Квадрокоптер представляет собой летающую платформу на радиоуправлении с четырьмя оснащенными пропеллерами. В состав таких аппаратов включается летающая многороторная платформа. В полете квадрокоптер занимает относительно поверхности земли горизонтальное положение, способен зависнуть над выбранным местом, перемещается в стороны, вверх и вниз. Наличие специального дополнительного оборудования позволяет квадрокоптеру осуществлять практически автономные полеты.
Этот прибор оснащен четырьмя роторами, которые осуществляют вращение диагонально в противоположных направлениях. Роторами управляет процессор, который сообщает данные с трех гироскопов, предназначенных для определения и фиксации положения в пространстве во всех трех плоскостях. Благодаря акселерометру удается занять абсолютно горизонтальное положение. Фиксация квадрокоптера на нужной высоте осуществляется благодаря оснащению бародатчиком. Прибор смещается в пространстве за счет того, что изменяется скорость вращения той или иной двойки моторов. Происходит крен квадрокоптера с его дальнейшим перемещением.
Первые приборы
Это направление начало развиваться в 2006 году. Разработчики из Германии Инго Бускер и Хольген Бусс создали квадрокоптер своими руками. Вокруг него собралось огромное сообщество увлеченных людей - RC-моделистов, программистов, конструкторов. В середине 2007 года квадрокоптеры стали парить и вполне устойчиво перемещаться в воздухе. Такие приборы отличаются от радиоуправляемых вертолетов в положительную сторону благодаря гибкости конструкции и дешевизне. Необходимое для квадрокоптера оборудование можно приобрести, а дальше есть огромный простор для творчества. Помимо этого, в случае падения обычно ремонт такого прибора обходится гораздо дешевле, чем радиоуправляемого вертолета.
Как собрать квадрокоптер своими руками: инструкция
Раму для устройства вполне можно сделать самостоятельно. Для этого потребуется не так уж много материалов. Среди них кусок фанеры 150 х 150 мм, квадратный алюминиевый профиль 14 х 14 мм. Лучи можно прикрутить посредством винтов по диагоналям квадрата. Тонкую алюминиевую ленту можно использовать для создания посадочных лыж и держателя для Каждый луч от центра имеет длину 300 мм, а каждая балка - 250 мм. Отверстия для двигателей на концах лучей можно сделать уже после сборки, разметив все по двигателям.
Радиоуправляемый квадрокоптер: список необходимых запчастей
- Аппаратура Turnigy 9x.
- Управляющая плата.
- Аккумулятор для аппаратуры.
- Силовой аккумулятор на сам квадрокоптер.
- Пропеллеры.
- Зарядные устройства.
Сборка квадрокоптера
Сначала требуется установить управляющую плату, и постараться поместить ее максимально близко к центру платформы. То есть тут лучше все заранее вымерять, чтобы потом не получилось каких-то проблем с балансом и прочих моментов. Отверстия сверлятся сквозь установленную ранее фанеру, прямо в концы алюминиевых лучей. Длинные саморезы по металлу используются для того, чтобы прикрутить плату непосредственно к лучам. Говоря о том, как собрать квадрокоптер своими руками, следует отметить, что лучи не стоит сверлить насквозь, так как тут аккумулятор прилегает к ним максимально плотно.
В непосредственной близости с платой требуется установить приемник. Его можно закрепить посредством суперклея. Если назначение каналов у приемника в точности совпадает с таковыми у управляющей платы, то можно сделать для них упрощенное соединение посредством двух трехжильных шлейфов.
Размещение двигателя
Если рассуждать о том, как сделать квадрокоптер своими руками, то необходимо разметить лучи и просверлить отверстия под двигатель. Расстояние от краев до оси вращения во всех случаях должно быть в точности одинаковым. Отверстие, предназначенное для хвоста вала, который торчит из дна двигателя, необходимо сверлить насквозь на всю ширину квадрата, что позволит видеть, не цепляется ли вал за его края.
Разборки с проводкой
На данном этапе пришло время произвести следующие операции. Сначала делается «паук» из четырех регуляторов скорости, а их провода питания необходимо соединить параллельно посредством специальных переходников. Использовать стоит только в одном месте - где осуществляется подключение батареи к «пауку». Все остальное необходимо спаять, а потом затянуть в термоусадку, так как в полете от вибрации могут случиться разные неожиданности. Теперь нужно подключить сигнальные провода драйверов в соответствии с на управляющей плате.
Когда все будет собрано, можно переходить к тестированию и решению возникающих проблем.
Альтернативный вариант
Первое, что стоит сказать тем, кого интересует, как собрать квадрокоптер своими руками: не стоит экономить на деталях. Существует большое число прошивок, вариантов датчиков, готовых контроллеров, но в нашей статье будет описан вариант использования Arduino Mega, прошивки MegaPirate, а также относительно дешевых датчиков.
Детали
Для начала вам потребуется 4 мотора плюс 1 запасной. Пропеллеры тоже стоит взять с запасом, должно быть минимум 2 стандартных и 2 - обратного вращения. 4 регулятора скорости, плюс несколько запасных. В качестве источника питания не стоит брать один суперёмкий аккумулятор, так как он будет только придавать лишний вес устройству. Правильнее всего предпочесть несколько мелких, чтобы менять их по очереди. Рама должна быть максимально прочной и легкой. Вариант, описанный выше, можно назвать вполне подходящим. В качестве мозгов и датчиков устройства можно использовать программируемый микроконтроллер, плата - AllInOne, акселерометр, гироскоп, управляющая арматура, аккумуляторы, зарядное устройство, а также многое другое. Под последним следует понимать необходимое количество болтиков, винтиков, проводочков, стяжек. Вам потребуются также инструменты для работы, такие как паяльник и принадлежности для работы с ним, дрель, а также умелые руки.
Сборка железа и его настройка
Если все, описанное выше, у вас имеется, то вполне можно начинать процессы сверления, паяния и скручивания. Раму можно делать так же, как было описано ранее, а можно проявить фантазию. Но тут важен лишь один момент: следите, чтобы расстояние от центра до концов лучей было абсолютно одинаковым, при этом пропеллеры во время вращения не должны задевать друг друга и центральную часть из фанеры, так как на ней размещаются все датчики, мозги, а также камера, если вы пожелаете. Установку датчиков следует производить на толстый скотч, резину или силикон, чтобы уменьшить вибрацию. В середине или на концах лучей можно закрепить пенопласт, плотный поролон или резиновые маячки, которые возьмут на себя функции шасси в момент приземления.
Датчики и способы их добыть
Наиболее простым из вариантов можно назвать покупку готовой платы с четырьмя основными датчиками: гироскопом, предназначенным для измерения углового ускорения; акселерометром для измерения гравитации и ускорения; барометром, который определяет высоту и удерживает квадрокоптер на ней; магнитометром, который фиксирует направление движения.
На данный момент в продаже можно найти и такие платы, на которых кроме четырех указанных датчиков есть еще и GPS-приемник, активно используемый для автономных полетов.
Сборка мозгов
Чтобы процесс монтажа стал максимально удобным, стоит все разместить на какой-то плате, выполняющей функции прототипа. Распиновка подключения зависит от типа прошивки, актуальной на момент сбора устройства, поэтому в каждом отдельном случае все следует подключать в соответствии с инструкциями.
Настройка прошивки и загрузка
Найти нужную прошивку на данный момент не представляет сложности, поэтому следует скачать подходящий архив и распаковать его. После того как прошивка в Arduino будет успешно загружена, можно осуществлять закачивание программы настройки, а потом замыкать контакт A5 с GND. Когда программа будет запущена, в меню Option следует выбрать COM-порт Arduino, а в меню Action - AC2 Setup. Важно, чтобы настройка квадрокоптера прошла успешно, а для этого вам необходимо четко следовать инструкциям, которые появятся перед вами после нажатия на огромную кнопку. В одном окошке от вас потребуется двигать ручки на пульте до максимальных и минимальных значений, а в другом окне появится просьба убедиться, что прибор стоит ровно, чтобы верно откалибровать датчики.
Дальнейшие работы
Управление квадрокоптером настраивается после калибровки. После того как вы завершите настройку, A5 с GND можно разомкнуть, а потом в меню найти пункт AC2 Sensor, где вы сможете проверить, правильно ли работают датчики, во вкладке Raw Sensor. Каждый поворот платы с датчиками должен отрабатываться максимально четко, то есть как повернули, так стрелка и становится, если она не дотягивает или переходит нужное значение, то у вас проблемы либо с датчиком, либо с коэффициентами в коде.
Нужно проверить и работу приемника. Делается это в соседней вкладке. Если движение уровней правильное, то при отклонении джойстика газа на 2 секунды вниз вправо должен светиться красный светодиод. При медленном движении того же манипулятора вверх в левом столбце должно происходить примерно одинаковое отклонение уровней.
Результат
Когда все прошло проверку, можно крепить пропеллеры, а потом попробовать взлететь. Для этого квадрокоптер стоит разместить подальше от себя, наклонить вниз и вправо левую ручку, а потом медленно добавить газа. Если прибор взлетел, это очень хорошо, а если он трясется, то придется настраивать PID. Это осуществляется в пункте PID Config. Делается это все в каждой ситуации индивидуально, то есть нет какого-то универсального решения. Теперь вам известно, как собрать квадрокоптер своими руками.
Как и любому другому сложному техническому устройству с большим количеством механических деталей, подверженных постоянным нагрузкам, квадрокоптерам, иногда, свойственно ломаться.
Для того, чтобы вы, при первой же поломке квадрокоптера, которую вполне можно устранить своими силами, не теряли голову и не мчались в пункт ремонта, мы и подготовили данную подборку, в которой вы найдете основные неполадки квадрокоптеров, а также способы, которыми их можно устранить.
1. Нет связи передатчика и квадрокоптера. Вероятнее всего ручка газа не стоит на положении минимум. Установите ее до упора на себя и не трогайте до тех пор, пока не будет завершена инициализация квадрокоптера.
2. Погас и/или не загорается индикатор на передатчике. Это означает, что батарейки полностью разрядились и необходимо их заменить на новые.
3. Система стабилизации квадрокоптера работает плохо или неправильно. Вероятнее всего были неправильно инициализированы начальные настройки. Посадите квадрокоптер на ровную поверхность и подождите некоторое время, после чего осуществите повторный взлет. Также на плохую работу стабилизации квадрокоптера оказывает влияние низкое напряжение от разряжающегося аккумулятора.
4. При полетах квадрокоптера или запуске двигателей наблюдаются посторонние шумы и вибрация. Вероятнее всего имеются повреждения корпуса или пропеллеров.
5. Квадрокоптер не может оторваться от земли и взлететь. Такая ситуация наблюдается при неправильной установке винтов или двигатель. Внимательно проверьте маркировку каждого из них и сравните со схемой, которая приводится в руководстве пользователя вашей модели квадрокоптера.
6. Оказал двигатель. Проверьте провода, идущие к двигателю и контакты. Если с ними все в порядке, то двигатель сгорел и его необходимо заменить на новый. Также проблема может быть и более сложной и скрываться в регуляторе скорости и полетном контроле. Их также следует проверить и, при необходимости, заменить.
7. После того как квадрокоптер потерпел крушение, вал одного или нескольких двигателей вращаются со скрежетом и чрезмерным усилием. Аккуратно надавите на вал двигателя а, затем, потяните на себя. В том случае, если он продолжит работать неправильно, придется менять весь мотор.
8. После неудачной посадки или встречи с препятствием сдвинуты лучи. Скорее всего ваша модель квадрокоптера оснащена ударопоглощающей конструкцией и сдвинуть лучи в первоначальное положение следует руками, после чего необходимо нажать на соответствующие защелки.
9. Не получается выполнить сложные фигуры в воздухе, в частности, кульбит. Скорее всего вам следует включить режим эксперта. Также проверьте уровень заряда аккумулятора – возможно квадрокоптеру просто не хватает мощности.
10. Квадрокоптер слишком чувствителен к командам, поступающим с пульта дистанционного управления, из-за чего полет получается резким, а управление не комфортным. Здесь, напротив, вам не хватает опыта управления, и режим эксперта следует сменить на другой, с более низкой чувствительностью управления.
11. Во время полета квадрокоптер постоянно сносит в одну из сторон. Эта проблема явно указывает на неправильную калибровку. Установите квадрокоптер на столе или любой другой ровной поверхности и подложите подкладку из нескольких листов бумаги или тонкий картон под тот луч, в сторону которого квадрокоптер отклоняется в полете. После того как калибровка будет произведена вновь, проблема должна исчезнуть.
12. Качество видео с квадрокоптера плохое. Во-первых, выбирайте модели квадрокоптеров с хорошей современной оптикой, а, во-вторых, используйте качественные карты памяти от известных производителей.
Как настроить и откалибровать квадрокоптер
Квадракоптер давно превратился в весьма популярный летательный аппарат, в основе которого лежит принцип работы простой механики. Полет полностью координируется замедлением или наоборот ускорением пропеллеров. Согласно общепризнанным законам аэродинамики квадракоптер не сможет самостоятельно стабилизировать свое положение в воздухе. Для этого в его конструкции предусмотрено наличие бортового компьютера. Этот продуманный контроллер позволяет конструкции занимать определенное положение в пространстве, основываясь на информации, которую обеспечивают акселерометры и MEM-гироскопы.
Почему Вашему квадракоптеру нужна качественная настройка?
Обычно после покупки квадракоптера большинство счастливых обладателей делают ошибочный вывод о том, что управлять им будет чрезвычайно легко. И с первых минут начинают испытывать его на прочность, следя за креном и без понимания замедляя моторы. Они забывают выполнить процесс триммирования, который еще называют калибровкой.
Конечно, большинство купленных моделей продаются в состоянии Ready to Fly, но в процессе перевозки или после первого запуска настройки могут с легкостью сбиться. Результат легко увидеть воочию — квадракоптер будет иметь крен на одну из сторон и точно не полетит в указанное владельцем место. Пока дилетанты начнут сетовать на производителя и низкое качество квадракоптера, на самом деле нужно провести калибровку устройства.
Без качественно проведенной калибровки квадракоптер будет абсолютно неуправляемым и Вы получите больше шансов на то, чтобы уничтожить его. Никакого удовольствия от полета не ждите!
С чего начать?
На первом этапе нужно исследовать функционал пульта управления. Обычно все производители помещают в левый сток функцию вертикального передвижения, а в правом — боковые крены и наклон вперед. Не следует забывать, что триммирование обязательно проводят в тот момент, когда квадракоптер оторвался от земли и завис в воздухе. Оптимальная высота для настройки устройства — 1-2 метра. Слишком большая высота не позволит откалибровать его без кренов.
Как понять, с каким джойстиком проблема? Правый или левый?
1. Видите ярко выраженный крен квадракоптера на одну из сторон? Нужно позаботиться о правом джойстике, проведя регулировку по крену.
2. Квадракоптер со всей силы летит вперед или наклонился назад? Калибровка по тангажу нужна левому джойстику.
3. Видите и крен, и наклон вперед за несколько секунд? Настройка нужна обоим джойстикам.
Начинаем настройку квадракоптера!
На первом этапе включаем пульт дистанционного управления и само устройство. Второй шаг — поднимаем конструкцию на высоту от 1 до 2 метров. Часто уже в первые секунды Вы увидите, насколько сильно устройство кренится на одну из сторон и хочет ли оно лететь вперед. Как только для зависания дрона в одном положении нужны дополнительные усилия — нужна калибровка.
Механическая или автоматическая калибровка? Делаем выбор!
Механическая настройка выполняется только тогда, когда отклонения практически незаметны, но могут быть ощутимы на большой высоте. Как только надо смещать триммер больше, чем на 5-6 позиций, владельцам дрона советуют провести настройку с пульта управления.
Механическая калибровка заключается в подкручивании регулятора тяги между так называемым сервоприводом дрона и тарелкой конструкции. Автоматический метод предполагает использование специальных переключателей.
Квадракоптер летит вперед? Триммер тангажа должен быть в нижнем положении. Если имеете дело с наклонении коптера назад, триммер ставят в верхнее положение и пытаются выровнять конструкцию, которая зависла в воздухе прямо перед Вами.
Квадракоптер периодически уносит влево? Триммер должен задержаться в правом положении. Уносит в правую сторону? Триммер — в левую.
Всегда стоит получить консультации у специалистов, если Вы понятия не имеете, как правильно осуществить калибровку квадракоптера, поскольку дорогая вещь может просто упасть с большой высоты или же столкнуться с фасадом дома или столбом. Неуправляемый квадракоптер — это настоящая проблема. Решите ее задолго до появления с помощью своевременной настройки выбранного Вами дрона.
В статье описано как производится калибровка регуляторов. Калибровка необходима для того, чтобы регуляторы «запомнили» уровень минимального и максимального газа и в дальнейшем правильно работали при изменении уровня.
Прежде чем начать процедуру калибровки регуляторов, необходимо убедиться, что процедура была сделана. Если перенастраивали аппаратуру, то эту калибровку необходимо сделать заново.
Если мы провели калибровку аппаратуры и моторы с регуляторами подключили к контроллеру APM согласно типу выбранной рамы, то можно переходить к калибровке регуляторов.
Рассмотрим 2 способа калибровки регуляторов:
- С подключением к контроллеру APM
- Отдельная калибровка каждого регулятора
Перед началом обязательно СНЯТЬ пропеллеры, отключить USB от контроллера и отсоединить аккумулятор.
Калибровка регуляторов с контроллером APM
1. Включите аппаратуру и установите уровень газа на максимум.
2. Подключите аккумулятор к коптеру. Светодиоды на плате APM (красный, желтый, синий) начали поочередно моргать. Это означает, что контроллер готов к процедуре калибровки регуляторов после последующего
снятия и подачи питания с аккумулятора.
3. Оставить уровень газа на максимуме, отсоединить, а затем опять подключить аккумулятор.
4. Контроллер теперь находится в режиме калибровки регуляторов (на плате можно видеть, что красный и синий светодиоды начали поочередно мограть).
5. Необходимо дождаться, чтобы регуляторы проиграли мелодию. Далее будут сигналы, по количеству соответствующие подключенной батарее (3 раза для 3S батареи, 4 раза для 4S батареи и т.д.), далее еще будет 2 сигнала, означающие, что регуляторы обнаружили высокий уровень сигнала газа (в районе 2000мкс).
6. Резко сбросить газ на минимум.
7. Сейчас вы должны услышать длинный сигнал от регуляторов, означающий, что обнаружен минимальный уровень газа и что калибровка завершена. Теперь можно попробовать добавить немного газа, чтобы моторы начали вращение. Затем опять уровень газа установить на минимум.
Видео, показывающее процесс калибровки:
Калибровка каждого регулятора
1. Подключите один из регуляторов к приемнику на канал газа (обычно 3й канал).
2. Включите аппаратуру и установите уровень газа на максимум.
3. Подключите аккумулятор к коптеру.
4. Необходимо дождаться, чтобы регуляторы проиграли мелодию. После двух сигналов резко сбросить газ на минимум.
5. Сейчас вы должны услышать сигналы, по количеству соответствующие подключенной батарее (3 раза для 3S батареи, 4 раза для 4S батареи и т.д.), затем длинный сигнал от регуляторов, означающий, что обнаружен минимальный уровень газа и что калибровка завершена. Можно попытаться слегка повысить газ, чтобы запустить мотор.
6. Отключите батарею. Повторите шаги 1-5 для оставшихся регуляторов.
7. Если процесс пошел не так, то необходимо убедиться, что аппаратура выдает сигнал без реверса. По необходимости сделайте в аппаратуре реверс канала газа. Также необходимо попробовать снизить уровень газа триммером на 50%.
8. Уровень газа установить на минимум. Далее отсоединить аккумулятор, чтобы выйти из режима калибровки регуляторов.
- Многие регуляторы при включении с высоким уровнем газа входят в режим программирования. Уровень сигнала запоминается как максимальный. При перемещении стика газа с минимальное положение уровень сигнала запоминается как минимальный.
- Если после калибровки моторы не начинают вращаться одновременно или вращаются с разной скоростью, то калибровку необходимо повторить.
- Если не получается выполнить калибровку с использованием контроллера APM, то выполните ее вручную (вторым способом) для каждого регулятора.
- Для некоторых регуляторов процедура калибровки отличается. Читайте документацию по регулятору.
- Для более точной калибровки можно подключить все регуляторы одновременно к приемнику. В этом случае будет исключено влияние «плавания» сигнала аппаратуры.
Выбор настроек регуляторов
- Brake: OFF . Торможение мотора после установки газа в «ноль». Может иметь значения включен/выключен
- Battery Type: Ni-xx(NiMH or NiCd) . Не выбираем типа батарей Li-Po, т.к. регулятор остановит моторы, когда напряжение аккумулятора просядет, а так хоть есть шанс попытаться посадить коптер.
- CutOff Mode: Soft-Cut . При плавном выключении мотора контроллер сбрасывает обороты постепенно.
- CutOff Threshold: Low . Мотор будет выключен только при достижении минимального напряжения на аккумуляторе.
- Start Mode: Normal . Выбираем среднее значение из доступных (золотая середина). Мягкий и жесткий старт не рекомендуется.
- Timing: MEDIUM . Параметр, от которого зависит мощность и КПД двигателя. Может находится в пределах от 0° до 30°. Физически это электрический угол опережения коммутации обмоток.
На данный момент процедуру калибровки регуляторов считаем выполненной. Пробовать запускать моторы пока не будем , т.к. еще не произведена процедура первоначальной настройки контроллера.