Для сборки дрона квадрокоптера своими руками перечислим комплектующие запчасти. Не зависимо от размера квадрокоптера общий принцип конструкции и базовый набор комплектующих для сборки у всех дронов одинаковый. Целью данной статьи является систематизация данных о составляющих компонентах квадрокоптера в общем и их назначения. Планируется ли маленький гоночный FPV квадрокоптер или большой профессиональный мультикоптер базовый принцип сборки дронов одинаковый. В зависимости от того, какое назначение у квадрокоптера (например, FPV дрон для видеонаблюдения, коптер для аэрофотосъемки под тяжелую зеркальную камеру или другой груз, тип навигации дрона - ручное управление с пульта управления в пределах видимости модели, по информации с курсовой видеокамеры, дрон будет управляться автопилотом) - характеристики комплектующих компонентов будут разными, но базовый набор для сборки дрона совпадет. Необходимо подбирать комплектующие по их характеристикам ориентируясь на предназначение квадрокоптера. При проектировании своего квадрокоптера важно заранее спланировать весь список необходимых запчастей, правильно их подобрать, просчитать вес, размер, параметры силовой установки (моторы, регуляторы, аккумулятор, полетный контроллер), винтомоторной группы, FPV системы и т.д. по каждому узлу для достижения желаемых характеристик дрона.
Рама квадрокоптера - это жесткая основа квадрокоптера (мультикоптера), на которую крепятся все комплектующие и запчасти дрона. Раму можно сравнить со скелетом, платформой или каркасом. Задача рамы - обеспечить прочность конструкции дрона и защиту дорогостоящих комплектующих при жестких посадках и падениях. Карбоновая рама - самый оптимальный вариант каркаса для сборки легкого, но при этом прочного квадрокоптера.
Моторы для квадрокоптера - это бесколлекторные электрические двигатели цилиндрической формы для дрона. Округлая форма моторов обусловлена особенностями конструкции и рамы квадрокоптера. Задача моторов вращать пропеллеры, тем самым создавать подъемную силу (тягу), чтобы поднять и удерживать квадрокоптер в воздухе. Чем быстрее моторы вращают пропеллеры, тем больше подъемная сила и тем выше скорость полета квадрокоптера. Винтомоторная группа подбирается в зависимости от назначения дрона: грузоподъемный дрон - медленный и плавный; гоночный дрон для дрон рейсинга - маневренный, резкий и быстрый; квадрокоптер для съемок - требуется бескомпромиссная стабильность и значительное время полета, но не нужна скорость, FPV дрон и т.д.
Пропеллеры для квадрокоптера - это винты в винтомторной группе квадрокоптера. Без пропеллеров моторы не смогут создать подъемную силу. К подбору проппеллеров можно переходить после того, как выбраны моторы для квадрокоптера. Размеры пропеллеров должны соответствовать не только моторам, но и размерам рамы, поэтому в названии пропеллера есть информация, для какой рамы подойдут эти пропеллеры.
Регулятор скорости - это электронный контроллер скорости (electronic speed controller, сокращенно esc) и как следует из названия регулирует скорость оборота мотора в зависимости от передаваемых команд полетным контроллером. Регуляторы в дронах попеременно передают ток на разные участки обмотки моторов, так как на электрические трехфазные двигатели нельзя просто передать напряжение напрямую с аккумулятора. Регуляторы скорости должны соответствовать по напряжению моторам, аккумулятору, а так же совместимы с протоколом полетного контроллера. С помощью протокола полетный контроллер передает управляющие сигналы регуляторам скорости - увеличить или снизить скорость оборотов моторов на квадрокоптере.
UBEC - это универсальный блок стабилизации напряжения. BEC преобразует напряжение от аккумулятора на уровень 5В для питания приёмника, полетного контроллера, сервопривода (или на другой уровень напряжения, которое подходит для узла бортовой электроники дрона) и обеспечивает стабильную выходную мощность тока до 10 Ампер. Регуляторы скорости чаще всего уже со встроенным BEC, но это может быть и отдельный вынесенный компонент.
Полетный контроллер - это микропроцессорное устройство с платой и набором навигационных датчиков, которое, собирая информацию с датчиков и рассчитывая ее, программно управляет дроном. Контроллер можно сравнить с миникомпьютером со встроенным ПО с предназначением быть компьютерным мозгом дрона. Полётный контроллер может получать команды дистанционно с пульта, декодируя на программном уровне сигналы радиоуправления, или может быть автопилотом и управлять дроном самостоятельно по заранее заданным алгоритмам полёта - по заданной траектории, на заданной высоте, с заданной скоростью. В любом полётном контроллере есть базовый набор датчиков, отвечающих за стабилизацию дрона в воздухе при командах на ускорение, крен. При наличии датчиков (встроенных или внешних) полетный контроллер отвечает за автоматический полет по маршруту по координатным точкам, в режиме слежения за целью, за ведение логов полёта, запись на SD-карту, передачу телеметрии, OSD, барометр - удержание высоты, GPS-функции удержания позиции в точке, возврат домой, автопосадка, остановка перед препятствиями. Полетный контроллер может быть с закрытым программным кодом с заранее заданной функциональностью или с открытым исходным кодом, что позволяет самостоятельно перепрограммировать команды, управляющие дроном.
Телеметрия для квадрокоптера - это датчик или модуль с набором датчиков, который отвечает за сбор текущих параметров полёта с дрона, передачу показаний наземному приемнику и вывод на экран пульта радиоуправления, FPV дисплей, FPV очки, на экран ноутбука. Модуль телеметрии позволяет оператору дрона в режиме реального времени удаленно узнать о скорости движения дрона, температуре, высоте полета, направлении, координатам по GPS, уровне радиосигнала, расстоянии от точки взлета, оставшейся емкости аккумулятора. Аппаратура управления тоже может иметь ограниченные функции телеметрии, если аппаратура поддерживает двухстороннюю связь между приемником и передатчиком. Приемник тоже может отправлять передатчику (пульту) данные (например, о том, что аккумулятор разряжен), но полноценная телеметрия выносится во внешний отдельный модуль. Плата телеметрии входит в цепь узла: полетный контроллер - видеопередатчик - fpv камера.
ОSD для квадрокоптера - это плата (расшифровывается on screen display - информация на экране) отвечает за выведение стандартизированного меню с характеристиками полёта и наложения их на видео с FPV экрана, для наблюдения за параметрами полета квадрокоптера в реальном времени. Это может быть плата встроенная в полетный контроллер или независимая отдельно вынесенная плата, которая войдет в цепь узла: полетный контроллер - видеопередатчик - fpv камера - другие навигационные датчики. ОSD может входить в видеопередатчик или FPV камеру, но функционал будет минимальным (таймер, данные аккумулятора). Полноценное меню с OSD выводит данные, которые обрабатывает полетный контроллер и собирают внешние навигационные датчики: координаты дрона, скорость, высота с GPS, линия горизонта с акселерометра, режим полета и таймер, датчик тока, предупреждения о низком заряде аккумулятора, мощность радиосигнала.
GPS для дрона - это тот же GPS модуль, GPS трекер, датчик геопозиционирования, GPS приемник. При появлении GPS дрон наделяется функциями: полет по точкам, полет в указанное место, автовозврат в точку взлета, удержание позиции даже в ветренную погоду, облет цели, полет над определенной территорией, мониторинг перемещения объекта, Follow me - следование за пилотом. GPS защищает дрон от его потери. GPS приемник отвечает за сбор сигналов от системы спутников, вращающихся вокруг Земли и преобразование их в координаты для расчета скорости и высоты дрона (от Global Positioning System – Глобальная Позиционирующая Система, спутниковая система навигации, определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84). GPS подключают в цепь к полетному контроллеру, который использует координаты для управления движениями дрона: обрабатывает данные для определения положения дрона и управляет скоростью моторов дрона.
Компас для дрона - это датчик магнитометр, который позволяет дрону придерживаться курса, ориентируясь относительно магнитного поля Земли. Компасс - это обязательный компонет системы навигации дрона, если запланирован полет рядом с линиями электропередач или высокими зданиями. Компас может входить в GPS модуль.
IMU для дрона - это датчик (инерциальный измерительный блок), который, измеряя ускорение, отвечает за ориентацию дрона, удержанием его положения в пространстве и следованию курсу. IMU - это один из компонентов узла GPS. GPS-приемник и IMU передают данные радиопередатчику, который отправляет команды от полетного контроллера на моторы дрона.
FPV - это в переводе First Person View означает вид от первого лица. В FPV систему входят следующие компоненты: камера - дисплей или FPV очки - комплект передатчик и приемник - комплет из передающей и принимающей антенны. На квадрокоптер крепится камера. Видеосигнал с камеры передается на дисплей, находящийся на земле, или FPV очки оператора дрона. Оператор дрона, видя изображение с камеры в реальном времени, может управлять полетом с помощью пульта радиоупроавления или просто следить за выполнением дроном заданной миссии.
Антенны для дронов - принимают, усиливают и стабилизирует передачу сигнала от передатчика (трансмиттера) к приемнику (ресиверу). Например, антенны усиливают сигналы с пульта радиоуправления, передаваемые радиоуправляемой модели; видеосигналы с камеры от видеопередатчика на видеоприемник; сигналы от спутников GPS. Комплект FPV антенн включает 2 антенны — передающую и принимающую. Подобрав комплект FPV антенн правильно, можно в значительной степени увеличить дальность и повысить качество видеосигнала. Антенна может быть еще одним компонентом узла навигации GPS в дроне. Существуют несколько типов антенн: патч, яги, винтовые, секторные, омни, панельные. Перечисленные типы антенн имеют разные характеристики. Тип антенны выбирается инженером в зависимости от задач, которые возложены на дрон: высокая направленность и дальность связи, точность, вес и размер, помехоустойчивость, равномерное покрытие определенного сектора, частотный диапазон, совместимость с другими комплектующими дрона, бюджет и надежность производителя.
Трекер для антенны - это наземная часть, поворотный механизм на сервоприводах, который отслеживает положение модели и автоматически нацеливает антенну на дрон, с целью усиления сигнала.
Камеры для дронов бывают курсовые, цифровые, аналоговые, тепловизионные, HD или FullHD. Камера выбирается в зависимости от задачи, которую выполняет дрон. Например, курсовая камера передает видеопоток в режиме реального времени без задержек или же задача камеры - это запись видео в высоком разрешении HD или FullHD. При выборе камеры для дрона инженеры анализируют следующие характеристики: способ передачи сигнала - аналоговые или цифровые, совместимость с видеопередатчиком и другими комплектующими дрона, размер и вес, угол обзора, чувствительность к свету, разрешение, тип сенсора, задержка сигнала, чувствительность к радиопомехам и шумам, цветность, бюджет и надежность бренда.
Подвес для камеры для дрона - это механизм крепление камеры к квадрокоптеру. Подвес крепится к квадрокоптеру. Камера крепится к подвесу. Задача подвеса минимизировать вибрации от квадрокоптера, стабилизировать и удерживать камеру в одном положении. Бывают двухосевые и трехосевые подвесы. Подвес - необходимая комплектующая в квадрокоптерах для профессиональной аэросъемки.
Аккумулятор в дроне обеспечивает питание всех электронных компонентов. В дронах используются либо литий-полимерные аккумуляторы либо литий-ионные. Эффективная работа всех компонентов дрона во многом зависит от характеристик и надежности аккумулятора. Аккумулятор отвечает за время полета, скорость и маневренность дрона. При выборе аккумулятора для дрона необходимо учитывать вес, размер, форму, надежность производителя и соответствие заявленным характеристикам: емкость (mAh), колличество банок (1S - 6S), суммарное напряжение (V), токоотдача (С). При выборе аккумулятора для дрона в первую очередь необходимо отталкиваться от веса. Чем выше емкость, тем выше вес аккумулятора. Чем тяжелее аккумулятор, тем менее маневреннее дрон. Например, небольшой FPV дрон просто не сможет взлететь со слишком тяжелым аккумулятором.
Плата распределения питания - это распределительная плата в квадрокоптере, которая предназначена для распределения напряжения от аккумулятора и удобного подключения к нему всех проводов питания от электронных компонентов дрона: регуляторы скорости, полетный контроллер и навигационные датчики, камеры, видеопередатчик.
Зарядное устройство для аккумулятора должно соответствовать типу аккумуляторов на дронах: Li-ion, LiPo, LiHV, LiFe. Необходимо проверить подходят ли разъемы, количество ячеек и ток заряда аккумулятору. При выборе зарядного устройства необходимо обратить внимание на следующие характеристики: балансный тип зарядки для равномерной зарядки каждого элемента в аккумуляторе, важна ли компактность, встроенный или отдельный блок питания, безопасность и надежность производителя.
Провода, термоусадка, стяжки, ремни с липучкой, коннекторы - это соединители электроники в дроне. Коннекторы и кабели используется для надежного соединения всей электроники дрона в единую систему.
Аппаратура управления - это аксессуар к дронам и состоит из пульта (передатчика) и приемника. Оператор дрона с помощью аппаратуры управления обеспечивает контроль над квадрокоптерами во время ручного управления полетом радиоуправляемой модели. Оператору дрона важно выбрать эргономичный удобный пульт управления с интуитивно понятными стиками и кнопками, который совместим с электроникой дронов.
ПОЛУЧИТЬ ПРЕДЛОЖЕНИЕ ОТ ОПТОВОЙ КОМПАНИИ РАДИОУПРАВЛЯЕМЫХ МОДЕЛЕЙ "ПРЯМЫЕ ДИСТРИБЬЮЦИИ"