Как собрать квадрокоптер своими руками. Настройка и управление квадрокоптером

Квадрокоптер представляет собой летающую платформу на радиоуправлении с четырьмя бесколлекторными двигателями, 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.

Квадрокоптер с камерой

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 аккумуляторной батареи. 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.

Видео: Квадрокоптер своими руками #4 ArduPilot Mega APM 2.6 + Ublox 6M GPS подключение, прошивка, настройка

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 разъемные соединения 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 номерами двигателей на управляющей плате.

Видео: Assassin's Creed Quadcopter! Narrated FPV #3 (in Russian)

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.

Видео: Кейс для квадрокоптера своими руками

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.