Мне захотелось собрать что-то посложнее. Например, что-то летающее. Оказалось, что авиамоделизм — это просто огромное направление. Собирают и самолеты, и вертолеты, и мультикоптеры. Если взять даже одни только мультикоптеры, то их десяток разных видов помножить на разные размеры и решаемые задачи (гонки, фотосъемка, полеты по GPS, …). Было решено начать с классического квадрокоптера среднего размера с возможностью дальнейшего апгрейда. В общем, чтобы можно было со всем немного поиграться.
С чего начать
Ниже я не стану подробно описывать из чего обычно состоит квадрокоптер или на какие характеристики двигателей, пропеллеров, регуляторов скорости и прочих частей следует обращать внимание. Во-первых, эта тема на несколько довольно больших статей. Во-вторых, об этом уже написаны хорошие статьи и даже несколько книг. Лично я прочитал следующие книги:
Эти книги оказались вполне взаимозаменяемыми. Можете прочитать одну любую из них. Также рекомендую серию статей о квадрокоптерах на сайте customelectronics.ru, это суммарно где-то 70 страниц в A4.
Ознакомившись с теорией, имеет смысл полетать по квартире, а затем и на улице, на готовом дешевом мини-квадрокоптере типа Syma X12S Nano . Мини-дроны практически неубиваемые и, в отличие от более крупных DIY дронов, их можно запускать в доме. Упражнения на них позволят вам выработать моторику для управления квадрокоптером, поднакопить опыта, и избежать аварий в будущем. Когда я первый раз запускал такой мини-квадрокоптер, его через пару минут унесло за крышу стоящего рядом двухэтажного дома, где он пропал из зоны видимости и разбился. К счастью, потом я умудрился его найти и ему ничего не было. Но было бы обидно и крайне небезопасно для людей / машин / окон поблизости, если бы это был куда более тяжелый и дорогой DIY дрон!
Заметьте, что в разных странах разное законодательство в отношении того, где и когда можно летать, требуется ли регистрация дронов, и так далее. Если вы живете в Москве, обратите внимание, что территория внутри МКАД является бесполетной зоной. Чтобы спокойно полетать и при этом вас гарантированно никто не трогал, лучше всего вообще выехать куда-нибудь загород. Кстати, мини-дронов это не касается. В общем, ознакомьтесь с местным законодательством. Далее на этом вопросе я предпочитаю не останавливаться, так как законы в отношении дронов, ровно как и соблюдение людьми этих законов на практике, везде разные.
Интересно, что названные выше книги уже сейчас заметно устарели, и еще сильнее устареют к моменту, когда вы будете читать эти строки. В мире авиамоделизма новые (более легкие, надежные и дешевые) компоненты появляются достаточно быстро. Поэтому прежде, чем приступить к сборке своего дрона, крайне рекомендую посетить тематический форум и спросить там совета по подбору компонентов. Я лично затусил на forum.rcdesign.ru . Там есть специальная тема Вопросы новичка , в которой на первых порах рекомендуется задавать все вопросы, пока вы не освоитесь на форуме.
Само собой разумеется, вам понадобятся хотя бы базовые знания электроники. Если вы уже во всю паяете DIY проекты на базе какой-нибудь Arduino , значит у вас все хорошо. Если это не так, поиграйтесь для начала с Arduino. Или же, если вам все это не интересно, рассмотрите вариант покупки готового квадрокоптера , например, от компании DJI. Готовые квадрокоптеры стоят примерно столько же, сколько аналогичные DIY дроны. Однако в плане возможности апгрейда, доступности запчастей, получаемого в процессе опыта, да и общего фана DIY дроны субъективно на порядок интереснее.
Список покупок
Все компоненты для квадрокоптера были куплены в магазинах air-hobby.ru и realrc.ru, поэтому ссылки из следующего списка ведут на них. Те же компоненты могут быть куплены на AliExpress несколько дешевле, но придется ждать доставки из Китая. Обычно она занимает 1-2 месяца. Большинство компонентов мне подсказали на уже упомянутом forum.rcdesign.ru.
Fun fact! На самом деле, это второй квадрокоптер, который я пытался собрать. Первый не полетел. Дело в том, что я старался следовать рекомендациям из упомянутых выше книг, но из-за отсутствия опыта не учел ряд тонких моментов. Выбрал устаревшие передатчик с приемником, умеющие только PWM , старую тяжелую раму, уже устаревший полетный контроллер MultiWii, и моторы, которые вообще не предназначены для использования к квадрокоптерах. Перед покупкой чего-либо настоятельно рекомендую проконсультироваться у опытных авиамоделистов на тематических форумах!
На вопросе что к чему подключается подробно останавливаться не буду. Там нет ничего сложного и в упомянутых книгах все подробно расписано. Если вы что-то подзабыли, все вопросы легко гуглятся. Например, если вы не помните, куда ставятся CW, а куда CCW моторы, вот, пожалуйста, . Если не уверены, куда ESC подключаются к PixHawk, ответ есть в официальной документации . Кроме того, по любому вопросу есть видео на YouTube, а если что-то все равно не понятно, можно спросить на форуме.
Касаемо настройки PixHawk. Для Windows есть Mission Planner . Для Linux — APM Planner , притом он даже есть в AUR, если вдруг вы пользуетесь Arch Linux на десктопе . Если APM Planner чем-то не подошел, еще есть QGroundControl . Он также работает под MacOS и Android. Настройка элементарная — открываете Initial Setup и по очереди производите настройку в каждом разделе. Программа подробно описывает, что и как нужно делать.
Внешний вид APM Planner (кликабельно, PNG, 606 Кб):
А так выглядит мой квадрокоптер в собранном виде:
Перед первым полетом обязательно убедитесь, что вы (1) откалибровали акселерометр и компас, (2) откалибровали передатчик, (3) откалибровали каналы на стороне полетного контроллера, (4) откалибровали ESC. Моторы к раме и пропеллеры к моторам прикручивайте как можно сильнее. Перед полетом включите квадрокоптер без пропеллеров и убедитесь, что все моторы крутятся (1) в правильную сторону, (2) с одинаковой скоростью и (3) адекватно реагируют на команды с передатчика.
Важно! Очень опасно включать квадрокоптер с пропеллерами дома. Из-за небольшого увеличения throttle дрон может оторваться от пола и улететь прямо в потолок. Крайне не рекомендуется так делать!
Кажется, это все, что я хотел сказать в этом разделе.
Что дальше?
Выше была описана, так сказать, самая базовая модель квадрокоптера, который еще очень долго можно апгрейдить. Много возможностей открывает добавление GPS. Например, удержание позиции и высоты, режим follow me, автоматические полеты по заранее построенному маршруту, автоматический возврат к точке взлета (RTL), и так далее. Другое направление — это фото- и видео-съемка, а также полеты от первого лица (FPV). И это еще не считая добавления подсветки, ультразвукового датчика HC-SR04 (для более точного определения высоты при взлете и посадке), GSM-модуля
А увлекаетесь ли вы авиамоделизмом, и в частности квадрокоптерами? Если да, то на чем сейчас летаете?
Современный квадро (гекса, окто) коптер - это достаточно мощное «вычислительное» устройство, способное управляться со смартфона по WiFi, зависать в одной точке, летать по маршруту и пр. Купить такой аппарат сейчас может любой желающий. А с чего все начиналось?
Как летает квадрокоптер?
Чтобы понимать суть технических решений, разберемся немного как вообще квадрокоптер летает. По сути, квадрокоптер - это неустойчивая система. Если взять 4 мотора, и просто подключить их к батарейке, квадрокоптер никуда не полетит, он просто перевернется т.к. сила тяги моторов никогда не будет идентичной. И тут вступает в действие электроника. На борту квадрокоптера есть центральная «плата управления», ключевой частью которой является блок датчиков. В простейшем случае, это трехосевой гироскоп. Микроконтроллер постоянно считывает данные с гироскопов, и как только гироскоп «чувствует» наклон по какой-либо оси, контроллер дает соответствующему двигателю команду чуть-чуть увеличить или уменьшить обороты, чтобы компенсировать наклон. В общем-то и вся логика - за исключением кучи всего (ПИД-регуляторов, теории управления, фильтров Калмана), ничего сложного тут нет (шутка). Ну а для пользователя все действительно прозрачно. Никаких движущихся частей кроме моторов, в квадрокоптере нет, все управление происходит исключительно изменением вращения оборотов моторов (с поворотами аналогично - изменяем скорости вращения, получаем вращающий момент). А теперь вернемся к истории.
Осторожно, траффик.
MikroKopter
Легендарная немецкая компания, благодаря инженерам которой в 2006 году появился первый аппарат. Контроллер имел на борту процессор Atmega644 c 4Кбайт памяти и частотой до 20МГц, 3 гироскопа по каждой из осей, акселерометр (для возможности горизонтального полета) и барометр для удержания высоты (точность барометра MPX4115A около 1м). Позже появились дополнительные модули, например GPS для удержания позиции.
Сейчас в youtube можно найти видео, как примерно все это летало (2007 год).
В целом система оказалась весьма удачной. Их продукция никогда не была дешевой, ценник начинался где-то от 1500Евро. Фирма существует и сейчас, они производят профессиональные аппараты, ценовая категория соответствующая. И еще один важный момент - первоначально, создатели Микрокоптер сделали исходный код открытым. Разумеется, уже в скором времени стали появляться различные клоны (в том числе производимые и в РФ), это конечно негативно сказалось на продажах, и код потом закрыли. Но все-таки, думаю это послужило большим толчком к созданию различного вида мультикоптеров.
У нас MikroKopter не был популярен из-за цены, и владельцев было не так уж много. Однако толчок мировому сообществу был дан, и различные системы стали появляться.
KaptainKuk
Одна из самых простых систем, выпускаемых (в различных версиях) с 2010 года и до сих пор. Плата управления имеет только 3 гироскопа, для регулировки параметров используются обычные переменные резисторы.
(Фото с сайта Hobbyking.com)
Такая плата сейчас стоит всего около 15$, как можно видеть, на борту кроме гироскопов и слабого процессора, в общем-то ничего и нет. Прошивки в исходных кодах для KK свободно доступны в Интернете, желающие могут скачать их, набрав в поиске гугла имя файла «kk2_1V1.zip» (размер всего 90Кб). Наверное, это первая и последняя версия прошивки какого-либо коптера, написанная на ассемблере.
MultiWii
Следующей вехой в развитии коптеров стала система MultiWii. Название пошло от игрового манипулятора Nintendo Wii и Wii Nunchuk, которые умельцы разбирали, и выпиливали оттуда плату с датчиками. В качестве центрального процессора использовалась Arduino Nano.
Внешний вид платы получался примерно такой (фото с сайта rcgroups, 2010 год):
Впрочем, за несколько лет система эволюционировала, и последние платы (они продаются и сейчас, цена вопроса 20-30$) выглядят где-то так:
(фото с сайта Hobbyking.com)
Последние версии MultiWii имеют вполне неплохие датчики, умеют зависать в точке по GPS, удерживать высоту и возвращаться домой. Т.к. Multiwii был написан для Arduino, все платы так и остались Arduino-совместимыми, исходный код можно скачать на Github. Одним из недостатков MultiWii является слабый процессор, что ограничивает вычислительные возможности алгоритмов, позже стали появляться клоны на STM32, однако погоды они не сделали, т.к. в плане «железа» любой квадрокоптер достаточно прост, 95% сложности заключается именно в коде. В то же время, я уверен что именно исходники MultiWii стали основой всех сегодняшних коммерческих систем.
ArduCopter
Еще одна система, основанная на Arduino, пошла дальше всех. Сейчас это система с возможностью программируемого полета по точкам, поддержкой радиомодемов и передачи телеметрии, хранения различных логов и пр.
Их софт выглядит примерно так:
Платы эволюционировали от таких:
до таких
Платы продаются и сейчас, цена вопроса от 50$ (за клоны) до 250$ за оригинальные версии. Исходные коды Ardupilot так же полностью доступны на github, и судя по количеству коммитов, проект активно развивается. Эта система по возможностям не уступает профессиональным аппаратам, качество полета можно посмотреть на видео:
Здесь все классно, за исключением одного «но» - это Open Source, со всеми вытекающими последствиями. Система открытая, дорабатывается энтузиастами, и никто ничего не гарантирует, в том числе и отсутствия багов в софте. Если квадрокоптер упадет на чей-то BMW, жаловаться будет некому.
Бесколлекторные подвесы (brushless gimbal)
Параллельно с квадрокоптерами, развивалась еще одна очень интересная технология - бесколлекторный подвес для фото/видео камеры. Это отдельная плата со своими датчиками, которая удерживает камеру в нужном положении за счет двух моторов, компенсируя развороты по соответствующим осям. Их разрабатывал наш соотечественник, как работает подвес, можно видеть на видео (2013й год).
Видно что коптер качается, а ось камеры нет.
Сейчас этим уже никого не удивить, а тогда это был настоящий прорыв в качестве видеосъемки.
Коммерческие системы
Про них писать не так интересно, т.к. принцип здесь простой, «заплати и лети». Первым был вышеупомянутый MicroKopter, следующей (и не очень удачной) попыткой был XAircraft, в бюджетном секторе были популярны аппараты марки Gaui (это был первый бюджетный аппарат ценой около 400$ за готовый коптер). И наконец, самой успешной компанией является DJI, про которую не писал только ленивый, так что повторяться здесь смысла нет. Они вышли на рынок с контроллерами DJI Naza (ценой 200-400$, с возможностью удержания позиции, возврата домой), была отдельная профессиональная серия DJI Wookong (ценой около 1000$ и большей стабильностью полета). Наконец, DJI вышла на рынок устройств готовых к полету (RTF, Ready To Fly), ну про них уже все знают.
И последние видео.
Первый бюджетный квадрокоптер Gaui 330. Цена вопроса 400$, 2010 год, никаких доп.функций.
Dji Naza v2, цена вопроса те же 400$, возможность удержания позиции, возврата домой, полета любой стороной к пилоту (режим carefree).
Dji Phantom 3 - со встроенным подвесом камеры, управлением со смартфона и прочими плюшками.
На этом пока все, sorry за большое количество видео, но без них никак, иначе было бы неинтересно. Посмотрим что будет дальше, лет через 5…
Сейчас любой взрослый, ответственный и зарабатывающий деньги мужчина может позволить себе купить квадрокоптер, чтобы с его помощью пугать коллег по работе в офисе или на улице.
А первым действующим прототипом такой игрушки (и заодно всех ныне существующих вертолетов) был вертолет Ботезата, поднявшийся в воздух в далеком 1922 году. Более того, в рамках одного из экспериментальных полетов этот аппарат смог поднять на высоту в 4 метра груз весом 450 кг.
Xiaomi, будучи производителем смартфонов, планшетов, различного рода аксессуаров и даже одежды, будет и дальше расширять линейку собственных товаров. Компания планирует заявить о себе на быстрорастущем рынке квадрокоптеров. Для самого рынка желание Xiaomi заняться производством подобного рода устройств должно сказаться положительно. Ведь в случае с теми же смартфонами популярность Xiaomi обеспечивается благодаря низким ценам на конечные устройства вкупе с их хорошими техническими характеристиками. По предварительным данным, квадрокоптер от Xiaomi может быть похож на популярный DJI Phantom.
Георгий Александрович Ботезат был американцем российского происхождения, изобретателем, профессором Петроградского технологического института. Также он окончил два института, в Харькове и Бельже (Бельгия), был инженером-электриком. Но главное, почему его помнят, это вертолет.
Испытания одного из первых вертолетов, оснащенного четырьмя винтами, начались в 1922 году. Многовинтовая схема позволяла упростить управление аппаратом: поворот осуществлялся изменением положения носовой части вертолета. Каждый винт изменяемого шага состоял из шести лопастей. В конструкции использовались растяжки из струн… от рояля.
Разработка квадрокоптера велась на деньги армии США. Цель - создать летательный аппарат с вертикальными взлетом и посадкой. У Ботезата не было терпения на разработку прототипов, так что он сразу принялся строить полноразмерный аппарат.
Несмотря на потраченные на программу 200 000 долларов, что было большой суммой в первой половине прошлого века, проект был прикрыт из-за некоторых проблем. В частности, чтобы просто лететь вперед, был нужен попутный ветер. Ботезат хотел продолжить работу и исправить эту проблемой, но не успел.
Изобретатель рядом с летательным аппаратом.
Ручка управления, хранится в Смитсоновском музее авиации и космонавтики.
Технические характеристики
Управление:
1 пилот
Грузоподъемность:
до четырех пассажиров
Габариты длина/ширина/высота:
20 х 20 х 3 метра
Масса:
1633 кг
Двигатель:
1 роторный двигатель Le Rhone мощностью 180 лошадиных сил
Максимальная скорость:
48 км/ч
Рабочая высота:
5 м
Максимальная высота:
9,1 м
— Поделится Новостью в Соц. Сетях
Xiaomi, будучи производителем смартфонов, планшетов, различного рода аксессуаров и даже одежды, будет и дальше расширять линейку собственных товаров. Компания планирует заявить о себе на быстрорастущем рынке квадрокоптеров. Для самого рынка желание Xiaomi заняться производством подобного рода устройств должно сказаться положительно. Ведь в случае с теми же смартфонами популярность Xiaomi обеспечивается благодаря низким ценам на конечные устройства вкупе с их хорошими техническими характеристиками. По предварительным данным, квадрокоптер от Xiaomi может быть похож на популярный DJI Phantom.
Дрон-доставщик, который летает как самолет и садится как вертолет
Что получится, если совместить квадрокоптер с самолетом? Трио студентов задумались над этим и разработали VertiKUL. Этот аппарат взлетает, как обычный квадрокоптер, а для полета на длинные дистанции использует крылья. Видео - под катом. Студенты работали этот аппарат для магистерской диссертации. В принципе, им нужно было сделать полнофункциональный дрон. Они пошли дальше и сделали беспилотную машину, которая взлетает и садится вертикально, но при этом имеет крылья. Эти крылья при взлете и посадке ставятся вертикально, в воздухе они вращаются и занимают нужное положение.
OnePlus продает свой квадрокоптер всего за $20
Компания OnePlus совсем недавно заявила о скором выходе интересного нового устройства. При этом практически никто не догадывался, что это будет за девайс, пока представители компании сами не сообщили о том, что это будет квадрокоптер, модель OnePlus DR-1. Еще большим сюрпризом стал запуск продаж девайс на 1 апреля, плюс его цена - всего $20 за штуку. Естественно, посылки такой дрон поставлять не может, функции записи видео у него тоже нет. Но это не hi-end модель, а интересная игрушка, которая должна понравиться как детям, так и взрослым.
Квадрокоптер помогает фотографу выставлять свет для съёмки
Учёные из Массачусетского технологического института и Корнелльского университета научили квадрокоптер работать ассистентом фотографа. Летающий робот помогает выставлять контровой свет (источник света, расположенный позади модели, который подчёркивает её контур, создавая светящийся ореол). Правильный контровой свет требует точной настройки - малейшее изменение положения модели или камеры делает ореол слишком тонким или наоборот, чересчур толстым.
[Перевод] Карманный кейс на 3D принтере для мини-квадрокоптера Cheerson CX-10
В своём недавнем посте («Выбираем нано-квадрокоптер за 20$») я рассказывал про мини-квадрокоптер Cheerson CX-10. Напомню, что это самый маленький квадрокоптер в мире. Его размеры сравнимы со спичечным коробком. За счёт своих размеров, характеристик и доступной цены (~ 20$) он быстро стал очень популярным во всём мире.
Квадрокоптер Parrot Bebop Drone поступит в продажу в декабре
Новая модель квадрокоптера от Parrot была анонсирована несколько месяцев назад и будет доступна уже в следующем месяце. Особенностью Parrot Bebop Drone является широкоугольный объектив "Fisheye", позволяющий снимать 180-градусные панорамные фото и видео. Квадрокоптер имеет в наличии 8 ГБ встроенного накопителя. Устройство может работать в паре со шлемом виртуальной реальности, например, Oculus Rift, который позволит дистанционно изменять наклон камеры. Кроме стандартной версии дрона, в продажу поступит улучшенная модель SkyController Edition с расширенным 2-километровым радиусом действия.
