Квадрокоптер своими руками — пошаговая инструкция по сборке

Сделать самодельный квадрокоптер своими руками не сложно. Это гораздо проще, чем, к примеру, сделать самодельную авиамодель или радиоуправляемый вертолет.



Основа самодельного квадрокоптера — это рама. Ее можно купить готовую или сделать своими руками.

Самый простой вариант — купить готовую раму.

Рама Hobbyking X525 V3

Габариты: 600 мм
Материалы
: Ноги и центр. часть: текстолит Лучи: алюминий Цена: 550 рублей

• Купить раму квадрокоптера
  можно тут.

Преимущество готовой рамы над самодельными в том, что все уже подготовлено для установки электроники и не надо искать материалы для изготовления. Впрочем, раму для самодельного квадрокоптера можно сделать своими руками из практически любых материалов.

Вот, к примеру, квадрик изготовленный из линеек и пеноплекса (пенопластовый утеплитель).

А этот самодельный квадрокоптер сделан из пластиковых труб для водопровода. Причем, такие самодельные квадрокоптеры летают ничуть не хуже заводских!

Если вы хотите сделать красивый и оригинальный квадрокоптер — то смотрите эту статью. В ней вы найдете чертежи квадрокптера как на фотографии выше и подборку электроники для него. Но рама в четырех моторных агрегатах — не главное! Главное в них это мозги — плата управления с гироскопами, магнитометром и бародатчиком. Давайте посмотрим, какую плату можно поставить на квадрокоптер сделанный своими руками.

HobbyKing KK

Начинка

:

3 гироскопа

Цена

: 550 рублей

• Купить плату квадрокоптера
  можно тут.

Это самая дешевая и простая плата управления квадрокоптером. На ней установлены только 3 гироскопа. На самодельный квадрокоптер такую ставить можно только в случае если не планируются полеты с помощью камеры (FPV полеты) и только в случае максимального удешевления квадрика. Такие (или подобные ей) платы ставят на квадрокоптеры-игрушки или дешевые квадрокоптеры на Ebay. Для настройки квадрокоптера придется докупить ISP программатор.

Инструкция по сборке квадрокоптера своими руками (для начинающих)

А теперь давай разберёмся с тем, как собрать квадрокоптер мечты. Сразу скажу, что это обобщённый гайд, и некоторые моменты могут отличаться. Я попытаюсь систематизировать процесс, и указать на основные моменты выбора и сборки.

Детали для сборки квадрокоптера.

Сборка квадрокоптера своими руками начинается с выбора компонентов. Это самый ответственный этап.

Комплектующие рамы

Несущая конструкция коптера крайне важна. От её характеристик зависит то, сколько лишней мощности у вас останется. Чем легче рама, тем она дороже. На счёт прочности особо напрягаться не стоит, если в ваши планы не входит постройка квадрокоптера для массивных камер. Есть три основных типа рамы – четырёхлучевая, шестилучевая и восьмилучевая. В данном случае мы будем отталкиваться от четырёхлучевой компоновки с одинарными двигателями (один движок на луч).

Также рама может быть оснащена складными лучами, но это уже очень дорого, и не очень нужно. Можно попробовать реализовать это самостоятельно.

Особенности при выборе компонентов

Моторы

Моторы советую брать чуть помощнее, чем нужно. Во-первых, если ты берёшь их в Китае, то их характеристики будут завышены. Во-вторых, это даст тебе больше простора. К примеру, если нужно будет повесить камеру потяжелее, или какой-либо другой модуль, то это не повредит лётным характеристикам.

Пропеллеры

Это тема достаточно объёмная. При выборе винтов нужно ориентироваться на свои потребности. Если это будет простенький коптер для «полетать», то можно смело брать пластиковые. Если же вы хотите настоящий рабочий агрегат для аэрофотосъёмки, или спортивный мини дрон (что не парадоксально, ибо там каждый грамм на счету) то желательно использовать композитные материалы. Ну и не жадничай. Переплата в 10 процентов может избавить от необходимости балансировки.

Пульт и приёмник

Для начала, грамотным решением будет взять пульт, у которого в комплекте есть приёмник. Тогда они будут уже спарены, и тебе останется только присоединить приёмник к управляющей плате. Пульт тоже не бери бездумно. Обычно, приличные экземпляры с большим радиусом действия начинаются от 1 000 рублей. Многие имеют кучу функций, которыми пользоваться будет невозможно. К примеру переключатели режимов есть, а плата режимов полёта и не поддерживает. Из-за этого вес и объём занимают бесполезные переключатели.

Регуляторы оборотов

Они характеризуются по мощности, виткам мотора, внутреннему сопротивлению, наличию реверса, точности работы и куче других страшных параметров. Если есть возможность – ищи комплект двигателей с контроллерами. Если так ты не хочешь, то придётся курить форумы и документацию. В принципе, если согласовать допустимый тип моторов и выдаваемую мощность, то шанс промахнуться минимален, но я этого не говорил. Перепроверь.

Батарея

Необходимая батарея рассчитывается при помощи калькулятора. Он учитывает много параметров, включая вес самого батарейного блока. Дешёвки снова не советую брать. Горит красиво, но слишком быстро. Если коптер – грузовой, и оснащён мощными моторами и прочим навесным оборудованием с высоким потреблением энергии, то не забудь проверить, хватит ли мощности аккумуляторов.

Камера

Ух, вот это самая жесть. Камера не всегда нужна, но если она нужна, то нужно внимательно подойти к её выбору. В качестве записывающей камеры стоит использовать экшн камеры- GoPro или её Китайские аналоги (они не сильно уступают в качестве видео, если даже не превосходят «фирму»). Нужно ориентироваться на вес, и на угол обзора. С весом всё понятно, а вот про угол расскажу.

Хочется, чтобы камера снимала красоты мира, но не снимала лучи коптера. Если ты промахнулся и это произошло, то придётся выбрать из двух плохих вариантов.

Опустить камеру так, чтоб она не задевала пропеллеры. Опускать, скорее всего, придётся сильно, и это вызовет массу проблем с взлётом и посадкой, а также с маневренностью, из-за смещённого центра тяжести.

Вынести камеру вперёд. Тоже беда. Снова сместится центр тяжести (в этом случае можно попытаться уравновесить при помощи АКБ). Ещё сильнее утяжелит конструкцию, ибо придётся придумывать очень мощный фиксатор. Иначе никакими бюджетными виброгасителями делу не поможешь, и эффект желе обеспечен.

Можно попробовать использовать ориентировочную формулу L= 2 * tg (A /2) х D, где:

• L — Область обзора камеры на расстоянии D
• Α — Угол обзора камеры
• D – расстояние до объекта (в нашем случае, до пропеллеров)

Ты получишь диаметр круга, но так как камера снимает прямоугольное изображение, то этот диаметр будет диагональю. Там уж можно примерно прикинуть- задевает, или нет.

Компоненты выбираем, руководствуясь необходимым результатом. Не нужно брать самое лучшее, если в этом нет необходимости. Возможности своей сборки ты можешь приблизительно рассчитать при помощи калькулятора.

Китайские детали

Сразу говорю – в Китае брать можно, но стоит намного серьёзнее подойти к вопросу. Китайцы постоянно завышают характеристики. Так что, нужно примерно понимать, как и что работает, и не вестись на россказни Китайца о небывалых параметрах и чудесном качестве. Короче говоря – можно, но с пониманием дела и на свой страх и риск.

Контроллер

Контроллер, это мозг твоего мультикоптера. Их можно разделить на два вида.

Универсальный: Например, DJI NAZA. Такой контроллер можно использовать с абсолютно любой сборкой. Будь то квадрокоптер, гексакоптер или октокоптер. Он не заточен под управление чем-то конкретным. На него можно подвесить кучу оборудования, он обладает многими функциями и датчиками.

Есть и минусы. Первый минус, это цена. Тот же DJI Naza-M V2 стоит 17 000 рублей. Второй минус- необходимость настройки. Для этого используется специальная программа, написанная под конкретный контроллер. Там можно заменить и отрегулировать практически всё, но это требует определённых сил, знаний и времени.

Специализированный: Как в последующем примере. Он уже заточен под работу с конкретной компоновкой коптера. Конечно, он даёт некоторый простор, но мощность на каждом двигателе вы не настроите. Стоит недорого, умеет мало. Самое то, для начала.

MultiWii 328P

Начинка

:

ITG3205 Трехосевой гироскоп BMA180 Акселерометр BMP085 Барометр HMC5883L Магнетометр Цена

: 1050 рублей

• Купить плату квадрокоптера
  можно тут.

MultiWii 328P — это наиболее оптимальная по отношению цена/качество плата управления. Программатор вшит в плату, акселерометр позволяет компенсировать дрейфы гироскопов, бародатчик — автономно висеть на заданной высоте, а магитометр (фактически компас) включать режим управления, когда коптер может лететь по прямой вращаясь вокруг своей оси. Такое сочетание датчиков позволяет не только полностью автономно контролировать квадрокоптер, но и управлять гироподвесом камеры держа ее параллельно горизонту при любых эволюциях самодельного квадрокоптера.

Сфера применения

Использовать quadrocopter можно и для серьезных целей. Оснащенный видеокамерой и передатчиком, он может передавать изображения с воздуха отслеживаемых объектов. К примеру, местонахождение голов скота на пастбище или состояние крыш и высоких памятников.

В его силах разведывать ледовые или сплавные заторы рек, передавать информацию о пробках и ситуации на дорогах. квадрокоптер используется и при лесных пожарах, давая обзор направления движения огня. В общем, везде, где есть необходимость получения панорамной картинки с высоты – он первый помощник. Включая сферы спасения жизни и поиска людей.

Из остальных очевидных методов применения дрона – переноска им по воздуху каких-либо грузов. Летательному аппарату не страшны плохие дороги или их полное отсутствие, а удаленное управление позволяет использовать его в любую погоду без риска для жизни пилота.

Есть и не очевидные способы применения квадрокоптеров. К примеру, в некоторых крупных торговых центрах летательные аппараты подобного типа производят замену ламп освещения под потолком. Захват выполняется в специальный держатель, после чего дрон вращается, выкручивая светильник, и транспортирует его на землю. В него устанавливают целую лампу, которая перемещается вместе с аппаратом по воздуху обратно и вкручивается. В результате – нет риска для персонала, а работа выполнена.

Введение

Теперь, когда вы выбрали или спроектировали раму БПЛА, выбрали моторы, несущие винты, ESC и батарею, можно приступить к выбору полётного контроллера. Полётный контроллер для мультироторного беспилотного летательного аппарата представляет собой интегральную схему, обычно состоящую из микропроцессора, датчиков и входных/выходных контактов. После распаковки контроллер полёта не знает какой конкретный тип или конфигурацию БПЛА вы используете, поэтому изначально необходимо будет установить определенные параметры в программном обеспечении, после чего заданная конфигурация загружается на борт. Вместо того, чтобы просто сравнивать доступные в настоящее время полётные контроллеры, подход, который мы здесь использовали, перечисляет, какие элементы ПК отвечают за какие функции, а также аспекты, на которые необходимо обратить внимание.

Пример

Итак, учитывая все эти различные сравнительные характеристики, какую информацию вы можете получить о контроллере полёта и что может включать контроллер полета? В качестве примера мы выбрали

Главный процессор

Используемый на борту ATMel ATMega2560 является одним из наиболее мощных Arduino-совместимых чипов ATMel. Хотя он имеет в общей сложности 100 выводов, включая 16 аналогово-цифровых каналов и пять портов SPI, из-за его небольшого размера и предполагаемого использования в качестве контроллера полёта, на плате присутствуют только некоторые из них.

• AVR vs PIC: AVR
• Процессор: 8-бит
• Рабочая частота: 16МГц
• Программная память/Flash: 256Кбайт
• SRAM: 8Кбайт
• EEPROM: 4Кбайт
• Дополнительные контакты ввода/вывода: 3 × I2C; 1 × UART; 2 × 10-контактных GPIO; Серво с 5 × выходами; OLED порт
• Аналого-цифровой преобразователь: 10-бит

Сенсоры

Quadrino Nano включает микросхему MPU9150 IMU, которая включает в себя 3-осевой гироскоп, 3-осевой акселерометр и 3-осевой магнитометр. Это помогает сделать плату достаточно маленькой, не жертвуя качеством датчика. Барометр MS5611 предоставляет данные о давлении и покрыт кусочком пены. Интегрированный Venus 838FLPx GPS с внешней GPS антенной (в комплекте).

Читайте также:  Гироскоп как сделать своими руками – Гироскоп своими руками – 11 Ноября 2013 – Механика самоделки – Самоделкин – сделай сам своими руками

Программное обеспечение

Quadrino Nano был создан специально для использования новейшего программного обеспечения MultiWii (на базе Arduino). Вместо того, чтобы изменять код Arduino напрямую, было создано отдельное, более графическое программное обеспечение.

Связь

• Прямой ввод от стандартного RC приёмника.
• Порт выделенного спутникового ресивера Spektrum
• Последовательный (SBus и/или Bluetooth или 3DR радиосвязи)

Возможные проблемы и их решение

Определить конкретную проблему можно по реакции на команды с пульта. Если никакой нет вообще, а питание на приемник и передатчик подается, нужно проверить соединение компонентов схемы. Возможно, нет контакта платы приемника с микроконтроллером. Если все в порядке, то поможет только замена неисправного комплекта на функционирующий.

Если реакция на команды есть, но работают не все винты, – причиной может быть плохое соединение между модулем ESC и двигателем или APM. В худшем случае – неисправность мотора, проверить который можно временно подключив его на другую линию луча БПЛА. Соответственно решение – замена компонента, вышедшего из строя – мотора или электронного регулятора скорости.

Ниже представлено видео с описанием сборки комплекта квадрокоптера.

UPD

В предложенной раме обнаружились уязвимые места. А именно перекрестие было слишком непрочным на изгиб. В связи с этим мы снова перебрали раму. Один из профилей теперь цельный, а второй прерывается и соединяется двутавром:

Раз уж пришлось переделать раму мы исправили немного чертежи для реза композитного материала. Сделали «пузико» коптера чуть толще и больше отверстий для проводов. Улучшенный чертеж можно скачать здесь.

Ссылки на остальные части цикла статей о квадрокоптерах: Часть 1. Что такое квадрокоптер Часть 2. Элементы квадрокоптера Часть 3. Все об аккумуляторах для квадрокоптеров Часть 5. Подсветка коптера Часть 6. Подключение элементов квадрокоптера Часть 7. Настройка пульта Turnigy9x для коптера Часть 8. Настройка регуляторов оборотов бесколлекторного двигателя Часть 9. Настройка полетного контроллера DJI NAZA Часть 10. Гиростабилизированный подвес для камеры SJ4000

Мы будем очень рады, если вы поддержите наш ресурс и посетите магазин наших товаров shop.customelectronics.ru.

Питание

Часто в спецификации полётного контроллера описываются два диапазона напряжений, первый из которых представляет собой диапазон входного напряжения самого контроллера полёта (большинство работает при номинальном напряжении 5В), а второй — диапазон входного напряжения основного микропроцессора (3.3В или 5В). Поскольку контроллер полёта является встраиваемым устройством, вам необходимо обратить внимание только на входящий диапазон напряжения контроллера. Большинство контроллеров полёта мультироторных БЛА работают при напряжении 5В, так как это напряжение вырабатывает BEC (для получения дополнительной информации см. раздел «Силовая установка»).

Повторим. В идеале не нужно запитывать контроллер полёта отдельно от основной батареи. Единственное исключение — если вам нужна резервная АКБ на случай, когда основная батарея отдаёт столько энергии, что BEC не может вырабатывать достаточно тока/ напряжения, вызывая тем самым отключение питания/сброс. Но, в таком случае вместо резервной батареи часто используют конденсаторы.

Материалы исполнения БПЛА/Конструкция

Ниже приведены наиболее распространенные материалы исполнения используемые для изготовления рам мультироторных дронов, соответственно список не полный. В идеале рама должна быть жёсткой с минимально возможной передачей вибрации.

Поролон (Пена) — как единственный материал для изготовления рам БЛА используется редко, и, как правило, в комбинации с жёстким каркасом или усиленной конструкцией. Также может применяется в стратегических целях; в качестве защиты несущих винтов (пропеллеров), шасси, не редко выступает в качестве демпфера. Поролон может быть разных типов от мягкого до относительно жёсткого.

Дерево — если в приоритете дешевизна конструкции, то дерево — это отличный вариант, который значительно сократит время сборки и изготовления запасных частей. Древесина достаточно тверда и является проверенным временем материалом. Важно чтобы при изготовлении рамы использовалась идеально прямая древесина (без изгибов и деформации).

Пластик — для большинства пользователей доступен только в виде пластиковых листов. Имеет тенденцию к изгибу и как таковой не идеален. Отлично подходит для изготовления защитного каркаса или шасси. Если вы рассматриваете возможность 3D печати, следует учитывать временной интервал изготовления (возможно проще купить комплект дооснащения UAV frame kit). 3D печать деталей отлично себя зарекомендовала при создании небольших квадрокоптеров.

Алюминий — доходит до потребителя в различных формах и размерах. Вы можете использовать листовой алюминий для исполнения корпуса, либо экструдированный алюминий для реализации лучей дрона. Алюминий не такой лёгкий, по сравнению с углеродным волокном или G10, зато цена и долговечность выступают главными преимуществами материала. Вместо разрушения или трещин, алюминий имеет склонность к изгибу. Для работы с материалом требуется только пила и дрель.

G10 (разновидность стекловолокна) — не смотря на то, что внешний вид и основные свойства практически идентичны с карбоном (углеродным волокном), является менее дорогим материалом. В основном доступен в листовом формате и используется для реализации верхних и нижних пластин рамы. Также в отличии от углеродного волокна, G10 не блокирует радиочастотные волны.

PCB (Печатная плата – пластина из диэлектрика) — по сути аналог стекловолокна, но в отличии от последнего всегда плоские. Иногда используется в качестве верхних и нижних пластин рамы, с целью уменьшения количества используемых деталей (например, плата распределения питания часто встроена в нижнюю панель). Рамы

Углеродное волокно — самый востребованный материал из-за лёгкого веса и высокой прочности. Процесс изготовления по прежнему исключительно ручной. Как правило серийно производятся простые формы, такие как плоские листы, трубчатые комплектующие; исполнение сложных трехмерных форм осуществляется на заказ.

Дополнительные соображения

Функциональность: Производители полётных контроллеров, обычно, стараются предоставить как можно больше функций — либо включены по умолчанию, либо приобретаются отдельно в качестве опций/дополнений. Ниже приведены лишь некоторые из множества дополнительных функций, на которые вы, возможно, захотите взглянуть при сравнении контроллеров полёта.

Демпфирование: даже небольшие вибрации в раме, обычно вызываемые несбалансированными несущими винтами и/или моторами, могут быть выявлены встроенным акселерометром, который, в свою очередь, отправит соответствующие сигналы на главный процессор, который предпримет корректирующие действия. Эти незначительные исправления не нужны или не желательны для стабильного полёта, и лучше всего, чтобы контроллер полёта вибрировал как можно меньше. По этой причине между контроллером полёта и рамой часто используются виброгасители/демпферы.

Корпус: защитный корпус вокруг контроллера полёта может помочь в различных ситуациях. Помимо того, что корпус выглядит более эстетично, чем голая печатная плата, корпус часто обеспечивает некоторый уровень защиты элект. элементов, а также дополнительную защиту в случае краша.

Монтаж: Существуют различные способы установки контроллера полёта на раму, и не все контроллеры полёта имеют одинаковые варианты монтажа:

1. Четыре отверстия на расстоянии 30.5мм или 45мм друг от друга в квадрате.
2. Плоская нижняя часть для использования с наклейкой.
3. Четыре отверстия в прямоугольнике (стандарт не установлен).

Сообщество: поскольку вы создаете кастомный дрон, участие в онлайн-сообществе может значительно помочь, особенно, если вы столкнулись с проблемами или хотите получить совет. Получение рекомендаций от сообщества или просмотр отзывов пользователей, касательно качества и простоты использования различных контроллеров полёта, может также быть полезным.

Аксессуары: Для полноценного использования продукта, помимо самого контроллера полёта, могут потребоваться сопутствующие элементы (аксессуары или опции). Такие аксессуары могут включать, но не ограничиваются ими: модуль GPS и/или GPS антенна; кабели; монтажные принадлежности; экран (LCD/OLED);

Размер БПЛА

Беспилотники бывают разных размеров, от «Нано», которые меньше ладони, до крупногабаритных, которые можно перевозить только в кузове грузовика. Для большинства пользователей, которые только начинают познавать беспилотное хобби, оптимальный диапазон размеров, предлагающих наибольшую универсальность и ценность, находится в пределах от 350мм до 700мм. Размером рамы является диаметр наибольшего круга пересекающего каждый из моторов. Запчасти для БПЛА таких размеров имеют широкий спектр цен и самый большой выбор доступных продуктов.