Michael Saygak

В предыдущей части я описывал источник своего вдохновения.
Теперь настала очередь рассказать как я проектировал квадрокоптер. В наших краях есть несколько моделистов, которые создали и успешно используют коптеры в коммерческих целях. Я нашел их на форуме Modelka. Но таких людей немного и обширного распространения идей квадрокоптеров пока нет. Зато на европейских и американских форумах уже есть много наработок в этой области. Есть и готовые решения как для развлекательных целей (например ar parrot drone) так и для коммерческих нужд. Цена квадрокоптера в сборе может колебаться от $200 до $5000 в зависимости от степени выполняемых задач. Идея купить готовый аппарат меня не очень интересовала, поскольку интересно было собрать самому и разобраться в тонкостях его работы. Заодно попрактиковаться в полетах на дешевой модели. Не очень хочется за 10 секунд разбить дорогую модель и заказывать потом новую за бешеные деньги.

Электроника.
Я нашел достаточно хороший американский проект AeroQuad. Ребята сделали несколько вариантов электроники и ведут open-source разработку прошивок. На сайте есть Wiki с подробной информацией по деталям, сборке, пайке, прошивке и т.д. За основу я взял бюджетный вариант AeroQuad на контроллере Arduino Mega и с платой расширения на которую устанавливаются инерционные датчики (гироскоп, акселерометр), магнитный компас и барометр. Прелесть этого решения заключается в том, что комплектующие достаточно доступны по адекватным ценам и есть хороший запас на развитие проекта. Платформа позволяет подключать видеокамеру с сервостабилизацией и наложением на видеосигнал некоторой информации с самого контроллера (высота, направление, расход энергии т.д.). Можно подключить GPS и реализовать автоматическое пилотирование по заданной траектории. Также есть возможность подключения датчиков расстояния и реализовать возможность автоматического взлета и посадки.
С электроникой определились. Теперь дело за механикой и шасси.

Конфигурация.
Для создания подъемной силы можно использовать множество вариантов конфигураций — от 3-х до 8-и двигателей, размещенных треугольником, крестом, звездой и даже соосно. Я выбрал Х-образную конфигурацию с четырьмя двигателями.

Рама.
Для установки двигателей я пытался использовать фанерную раму с Хоббикинга, она оказалась ненадежной и я от нее отказался. Позже отдельно отпишусь почему. Пришлось самостоятельно сделать другую раму. На радиорынке купил несколько кусков текстолита, а в строительном магазине алюминиевый профиль квадратного сечения. Несколько часов с лобзиком и дрелью и рама готова.

Двигатели.
Сейчас хобби-промышленность выпускает огромное количество бесколлекторных двигателей для разных типов моделей — авто, авиа, лодок и т.д. Какие использовать на квадрокоптере — это вопрос довольно сложный. Слишком много переменных. Основные характеристики — напряжение питания, сила тока в рабочем режиме и в пиках, размещение ротора, тип крепления, диаметр и длина вала, количество обмоток и витков на обмотках, количество оборотов на вольт. Я выбрал turnigy 2830, но это не самый лучший вариант. В отдельной статье опишу свой опыт работы с бесколлекторными двигателями.

Регуляторы хода.
Или ESC. У регуляторов тоже множество параметров и требований по совместимости, но с выбором меньше всего проблем. Основные параметры — рабочий ток, пиковый ток, возможность управления бесколлекторным двигателем. Я взял дешевый вариант — hobbyking 30A esc и программатор к нему. Пока что мне его вполне хватает.

Аккумуляторы.
Я взял пару аккумуляторов. Один малой емкости для питания микроконтроллера и один на 3Ач для питания двигателей. К аккумуляторам нужно зарядной устройство и источник напряжения. Я рассчитывал сэкономить на блоке питания и использовать автомобильную зарядку, но с ней не очень хорошо получается заряжать из-за особенностей её работы. Сейчас я держу дома старый свинцовый аккумулятор от источника бесперебойного питания и использую его для зарядка аккумуляторов квадрокоптера.

Всякая полезная мелочь.
Для соединения всей электроники между собой нужно бесчисленное количество переходников, соединителей, разъемов, проводов, термоусадки и др. Я дополнительно заказывал пачку 5мм буллет коннекторов для аккумулятора, пачку 3,5мм буллет коннекторов для подключения двигателей и регуляторов, несколько термоусадочных трубок для изоляции и газовую горелку для пайки контактов. Также мне понадобилось некоторое количество velcro стяжек для разборного крепления аккумуляторов и некоторых деталей, несколько десятков пластиковых стяжек 3М для жеского крепления проводов к раме. Нужен еще пенопласт или плотный поролон для зашиты некоторых частей коптера и пластиковые пищевые коробки для защиты электроники. Ну и скотч (всмысле липкая лента).

(далее…)

Выбор двигателей для коптера не составляет особой проблемы. По-крайней мере для простой модели, к которой не предъявляются какие-то сверхтребования. Рекомендуемые модели на данный момент такие:

• Hextronik DT750
• Turnigy 2217 16turn 1050kv
• TowerHobbies BP A2217-9 950kv
• Hacker Style 20-22L
• TowerHobbies BP A2212-13 Brushless Outrunner Motor
• Hextronik 24gram 1300kv

Цена на эти моторчики может меняться в зависимости от дилера, но в среднем должна быть от 8 до 20 баксов. Я закупался на хоббикинге и выбрал подходящий по параметрам Turnigy 2830 Brushless Motor 1000kv. Производитель заявляет следующие параметры:

Dimension: 32mm x 28mm, 48mm(with shaft)
Weight: 54g (kv1000) (not including connectors)
Diameter of shaft: 3mm
Length of front shaft: 15.8mm
Lamination thickness: .2mm
Magnet type: 45SH

Max performance
Voltage: 2-3S
Max current: 12~18A/20S
Prop: 9×6~10×4.7
Thrust: 500~900g
For 500~800g model airplane.

Электрические параметры:
2-3s обозначает количество банок в литий-полимерной батарее. В данном случае от 7 до 12 вольт.
Max current это токи потребления. 12А нормальная работа, 18А пиковая нагрузка.
Prop 9×6~10×4.7 — это рекомендуемые размеры пропеллеров. первое число — это длина в дюймах, второе число — это расстояние в дюймах, которое проходит пропеллер за один оборот.

Еще два важных параметра — это outrunner/inrunner и расположение крепежных отверствий. Нам нужен outrunner (у него вал вращается вместе с корпусом) и крепление снизу. Я ошибочно взял мотор с верхним креплением, но на ходовые характеристики это не повлияло.

Мотор к раме крепится с помощью так называемого мотормаунта. В общем случае это косок алюминия или текстолита, который одним концом крепится к паме, а другим к мотору. Нужен он для защиты от разрущения и гашения вибраций. В случае неудачного приземления должен сломаться мотормаунт, а не двигатель или рама.


Для подключения двигателя к регулятору хода используется разъем, который называется буллет или банана коннектор. Я заказывал на DX, из-за того, что в Киеве 3.5мм коннекторы стоят по 12-20 гривен за пару. Этих коннекторов нужно много. Каждый двигатель имеет по три фазных провода , которые нужно подключить к трем проводам регулятора. И сам регулятор нужно двумя проводами подключить к шине питания. Итого по 10 коннекторов на один двигатель. (5 «мам» и 5 «пап»). К коннектороам неплохо сразу купить разноцветную термоусадку. Красный и черный цвет обязательно для полярных соединений и третий, например желтый для подключения двигателя. Термоусадку можна заказать у китайцев, но дешевле и быстрее купить на радиорынке по 2 грн за одну метровую трубку. Для пайки этих соединений я использую газовую горелку.

(далее…)

Регулятор хода — это электронное устройство, которое управляет подачей тока на обмотки двигателя. Регулятор выбирается по множеству критериев. Окончательного понимания всех тонкостей его работы у меня до сих пор нет, поэтому детально рассказать не смогу. Расскажу то, что знаю о своем HobbyKing 30A BlueSeries Brushless Speed Controller.

Два цветных провода с одной стороны — это подключение источника питания. Тут главное не перепутать полярность. Люди, которые профессионально занимаются авиамоделированием и ремонтом электроники, говорят, что большая часть сгоревших регуляторов из-за несоблюдения полярности при подключении. Итак красный — это плюс, черный — это минус. Буллет коннекторы желательно припаивать таким образом, чтобы на одном проводе был разъем «папа», а на другом «мама». Это поможет избежать части проблем. Также нужно соблюдать напряжение. Если батарея 3S (12v), то и контроллер должен быть 3S или 2-3S и двигатель 2-3S. Во время работы регулятор может нагреваться до 120 градусов, так что нужно позаботиться о теплоотводе. Я прикрепил его алюминиевому профилю горячей стороной. Будем надеяться, это ему поможет.

Три провода с другой стороны подключаются к двигателю. Поскольку двигатель много полярный, то тут нет полярности типа «+» или «-». Ток между обмотками может течь в любом направлении. Припаиваем прямо к выходам двигателя или через буллет-коннекторы. Соединения хорошо изолируем.

Тонкий разноцветный провод используется для подачи управляющих сигналов на регулятор от приемника (при прямом подключении) или от микроконтроллера (наш случай). Через этот же разъем регулятор программируется с помощью специального устройства, которое стоит около 4х баксов. При начальной настройке нужно настроить два регулятора на прямой ход и два на обратный. Можно поднастроить еще некоторые параметры. Например, что делать при отключении управления — принудительно тормозить двигатель или дать ему вращаться по инерции. Можно настроить порог отключения двигателей при разряде батареи и кое-что еще. К программатору и регуляторам прилагается обширная инструкция. Можно обойтись и без программатора — регуляторы можно настроить через пульт ДУ. Но там какая-то мутная процедура.

(далее…)

Для дистанционного управления нужна специальная аппаратура. Передатчиков и приемников существует великое множество на самые разные бюджеты. Для начала я выбрал дешевую аппаратуру от Хоббикинг за 22 бакса Hobby King 2.4Ghz 6Ch Tx & Rx V2 (Mode 2)

Устройство состоит из 6-канального передатчика и приемника. Работает на частоте 2.4GHz. Для работы использует 8 батареек АА или 12-вольтовый аккумулятор (нужно покупать отдельно). Аккумулятор подключается сбоку стандартным 5мм джеком (на кардачах около 2х грн).
(далее…)