Квадрокоптер своими руками; пошаговая инструкция по сборке

Перед началом стоит вспомнить – а какие же есть способы получить свой квадрокоптер? На самом деле их пять.

RTF (ready to fly) – Просто купить готовый коптер. Тебе останется его просто достать из коробки и запустить в полёт. Это хороший вариант, если тебе не интересны эти конструкторы, и ты хочешь просто удовлетворить свою потребность в БПЛА. Однако, это далеко не так весело, как оставшиеся варианты.

Комплект «всё включено»

Такой комплект подойдёт тем, кто хочет сделать дрон своими руками, но не собирается часами разбираться в документациях, калькуляторах и прочих тонкостях. Там всё так-же рассчитано производителем и подогнано. Нужно только собрать и настроить. Если ты сейчас выбираешь свой первый квадрокоптер, то это определённо твой выбор.

Комплект ARF

ARF (Almost Ready to Fly) – Тут всё слегка сложнее. Бывают разные степени «готовности». Где-то нужно докупить контроллер, а где-то в комплекте идёт только рама коптера. Собрать квадрокоптер, настроить и откалибровать придётся самому. Вариант для тех, кто хочет углубиться в тему и поковыряться в своём БПЛА.

С нуля

Это выбор продвинутых юзеров. Строить коптер с нуля — значит самостоятельно подбирать оптимальные компоненты, разрабатывать и изготавливать раму и так далее. Это сложный, но очень интересный путь, особенно, если не брать готовый модуль управления, а попытаться использовать Arduino или raspberry pi.

Из подручных материалов

Мы не ищем лёгких путей. Дедушкин гараж, алиэкспресс и помойка электроники – наш выбор. Путь боли, ПВХ труб и хардкора, но в результате ты получишь полностью самодельный квадрокоптер. Тут полный простор для фантазии, а все необходимые комплектующие и чертежи квадрокоптеров можно найти в интернете.

Сборка готового комплекта

Больше всего шансов собрать своими руками квадрокоптер у тех, кто действительно этого желает. Чтобы эту задачу упростить до элементарной сборки необходимо обзавестись соответствующим комплектом деталей. Их стоимость в разы ниже, чем у квадрокоптеров в стиле RTF. Причина этому то, что на плечи пользователя возлагается не только сборка конструкции, но и прошивка, калибровка и точная настройка устройства. Главным преимуществом таких комплектов является то, что подбирать мощность моторов, чипов и веса корпуса не приходится.

Также нет смысла беспокоиться о сбалансированности конструкции, что непосредственно влияет на поведение устройства в воздухе. При этом квадрокоптер будет обладать всеми запланированными характеристиками, включая скорость и время полета. Выбирая комплект, можно выбрать, будет квадрокоптер монолитным или разборным, т.е. модульным. Последний вариант больше заинтересует тех, кто хочет иметь достаточно габаритную, но в то же время легко переносимую модель. Стоит отметить, что подобные модели зачастую имеют весьма агрессивный и малопривлекательный дизайн.

Все потому, что в состав комплекта не входит внешний корпус, который выполняет и защитную и декоративную функции. Последовательность сборки подобных конструкций указывается в инструкциях, прилагаемых к комплектам деталей. Обычно сборка таких квадрокоптеров начинается с установки на экзоскелет, выполненный из пластика, металла или карбона, комплектных моторов. Вслед за ними устанавливаются PIN-кабели, выполняющие роль регуляторов мощности для установленных моторов. Далее на корпусе закрепляется приемник сигнала и главный мозговой центр – управляющий модуль.

В завершении сборки устанавливается аккумулятор, фиксаторы, светодиоды и прочие модули, отличающие модель от прочих. На этом пошаговая сборка заканчивается, и начинается все самое интересное, а именно процесс прошивки устройства, его калибровка и тонкая настройка, которая в зависимости от производителя комплектующих может составлять от получаса до трех часов. Важно, чтобы на момент прошивки аккумулятор был полностью заряжен. В противном случае этот процесс может завершиться неудачей.

3-D печать деталей квадрокоптера

Один из первых шагов – создание рамы нашего квадрокоптера. Было решено пойти по пути наименьшего сопротивления и напечатать раму на 3D принтере. Помимо простоты изготовления, каркас, напечатанный на 3D принтере, получается достаточно легкий благодаря печати “сотами”. Детали были спроектированы в Solidworks. Ниже представлены все твердотельные модели. Все можете их спокойно скачать и отправлять на печать. Детали сохранены в формате .stl. Если хотите, можете их смело дорабатывать и изменять с использованием того же Solidworks. Модели параметрические, так что если вы решите использовать другие моторы, достаточно просто изменить несколько параметров в модели и вы получите готовый каркас под ваши габаритные размеры квадрокоптера.

В результате вы получите что-то вроде такого:

Базовые узлы и компоненты

Чтобы построенный аппарат был способен подниматься в воздух хотя бы в теории, а сборка квадрокоптера своими руками доставляла удовольствие, необходимо приобрести ряд соответствующих компонентов:

1. Полетный контроллер – «голова» будущего БПЛА, в которой установлены все базово необходимые датчики, а также программное обеспечение для обработки их показаний, а заодно и команд, приходящих с пульта управления, контроля скорости вращения каждого двигателя. Это самый дорогой компонент, который придется покупать, чтобы собрать квадрокоптер.
2. Раму продвинутые моделисты делают самостоятельно из тщательно выбираемых материалов (алюминий, пластик, дерево, карбонат или их комбинации). При недостатке опыта или инженерных познаний, если проекту больше подходит готовая рама или нет ни желания, ни времени проектировать квадрокоптер и его части самому, то на помощь придут готовые рамы, производимые в широком спектре размеров.
3. Двигатели лучше выбрать бесколлекторные – они несколько дороже, но гораздо надежнее коллекторных. Для полетов необходимо вращение со значительной скоростью, поэтому отсутствие коллектора положительно сказывает на сроке эксплуатации. Приобретается не менее 4 (или 8, если нужен октокоптер), если бюджет позволяет, то с 1-2 запасными.
4. Контроллеры двигателей это платы, регулирующие скорость вращения каждого двигателя и питающие его, будут смонтированы на «лучах» корпуса. Их количество соответствует количеству двигателей.
5. Пропеллеры или движители следует выбирать с особым вниманием, ведь размер должны подходить к габаритам будущей рамы, независимо от того, что она самостоятельно построена или куплена.
6. Плата распределения питания предназначена для разводки питания с аккумулятора на контроллеры оборотов двигателей. Как правило, каждый покупной корпус снабжается небольшой платой, куда можно припаять вводы со всех котроллеров, а затем аккуратно их запитать. При желании можно заказать более продвинутый вариант основной платы питания если ваша схема квадрокоптера предполагает особенности компоновки.
7. Покупка аккумуляторов – один из самых непростых моментов подбора запчастей. Тип подходящего элемента питания полностью зависит от целевого назначения создаваемой модели. Для быстрых моделей лучше брать небольшие батареи с высокими показателями KV (количество оборотов в минуту × Вольт), а для тихоходных аппаратов для съемок в приоритете соотношение емкости и веса, ведь перегружать конструкцию нельзя в любом случае. Полезное дополнение – монитор заряда батареи. Не обойдется и без специального балансирующего зарядного устройства для выбранного типа аккумуляторов (литий-ионные или литий-полимерные).
8. Пульт управления с модулем ресивера, который подключается к полетному контроллеру, чтобы аппаратом можно было управлять. От типа пульта управления зависит комфорт управления и некоторые другие доступные функции.
9. Дополнительные опции выбираются в зависимости от назначения будущего аппарата. Так, на дроны для съемки часто крепят стабилизаторы камер, а гоночные невозможны без комплекса FPV (first person view, вид от первого лица).

Инструментов для сборки понадобится немного – отвертка для сборки рамы, паяльник и, естественно, навыки работы с ним.

Недостаток последнего несложно устранить в процессе сборки, благо, «высший пилотаж» владения паяльной станцией не нужен. И лучше использовать паяльники с тонким жалом.

Чертежей квадрокоптеров в полном смысле этого слова не существует, да они и не нужны. Сборка из модулей исключает подобную потребность. С расходными материалами все немного сложней. Чтобы собрать квадрокоптер своими руками понадобятся:

1. Фиксатор резьбы, чтобы ни один из винтов не выкрутился от полетных вибраций.
2. Термоусадочная изоляция на каждое место пайки.
3. Полимерные затяжки-хомуты для фиксации элементов на корпусе.
4. Гидроизолирующий состав для печатных плат.
5. Коннекторы типа «банан» для двигателей.

Ничто не помешает внести необходимые правки и доработки в конструкцию в процессе сборки или летных испытаний. Может для поставленных целей лучше собрать октокоптер своими руками. При наличии внимательности и осторожности даже самые технически неграмотные любители аппаратов смогут построить летающего дрона. Более того, летные испытания в дальнейшем выявят все недостатки, которые устранятся. В результате должен получится идеальный персональный дрон. Главное – четко представлять сценарий его применения.

Почему мы решили собрать квадрокоптер, а не купить готовый?

Началось все с того, что я наткнулся на рекламу дешевых квадрокоптеров. Речь идет о квадриках типа Syma X8 и им подобных. Что-то зацепило и понеслось. Вначале искал что-нибудь подешевле и получше. Потом наткнулся в YouTube на самодельные агрегаты. Посмотрел, оценил свои возможности и принял решение собрать квадрик самому.

Так почему не готовый? Все просто! Хорошая управляемость, стабильность полета, а следовательно и красивая картинка на видео получается только на дорогих квадрокоптерах, цена которых 1000$ и выше. Единственный способ к ним приблизится, это собрать дрон самому. Правильный выбор комплектующих, тонкая настройка и терпение, смогут компенсировать лишние расходы и помогут собрать действительно хороший летательный аппарат. Но, это в теории!

Я уже вбухал в это дело кучу денег, потратил массу времени и сил, но все еще не доволен своими результатами. Может дело не в экономии и стремлении к идеалу, а в самом процессе сборки?

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. Квадрокоптер с грузом

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.

Как собрать дрон-квадрокоптер собственноручно?

Квадрокоптер (дрон) — конструктивное исполнение беспилотного летательного аппарата, принадлежащего к числу наиболее популярных проектов авиамоделизма.

Самый простой способ обзавестись БПЛА – просто взять и купить квадрокоптер (дрон), благо рынок (включая сеть Интернет) свободно предоставляет такую возможность.

Однако для большего интереса и с целью лучшего понимания – что такое дрон, практичнее и экономичнее собрать квадрокоптер своими руками (DIY – Do It Yourself), к примеру, из набора готовых деталей. Более серьёзный вариант – сборка квадрокоптера (дрона) с нуля – используя минимум готовых компонентов.

Сборка готового комплекта

Больше всего шансов собрать своими руками квадрокоптер у тех, кто действительно этого желает. Чтобы эту задачу упростить до элементарной сборки необходимо обзавестись соответствующим комплектом деталей. Их стоимость в разы ниже, чем у квадрокоптеров в стиле RTF. Причина этому то, что на плечи пользователя возлагается не только сборка конструкции, но и прошивка, калибровка и точная настройка устройства. Главным преимуществом таких комплектов является то, что подбирать мощность моторов, чипов и веса корпуса не приходится.

Также нет смысла беспокоиться о сбалансированности конструкции, что непосредственно влияет на поведение устройства в воздухе. При этом квадрокоптер будет обладать всеми запланированными характеристиками, включая скорость и время полета. Выбирая комплект, можно выбрать, будет квадрокоптер монолитным или разборным, т.е. модульным. Последний вариант больше заинтересует тех, кто хочет иметь достаточно габаритную, но в то же время легко переносимую модель. Стоит отметить, что подобные модели зачастую имеют весьма агрессивный и малопривлекательный дизайн.

Все потому, что в состав комплекта не входит внешний корпус, который выполняет и защитную и декоративную функции. Последовательность сборки подобных конструкций указывается в инструкциях, прилагаемых к комплектам деталей. Обычно сборка таких квадрокоптеров начинается с установки на экзоскелет, выполненный из пластика, металла или карбона, комплектных моторов. Вслед за ними устанавливаются PIN-кабели, выполняющие роль регуляторов мощности для установленных моторов. Далее на корпусе закрепляется приемник сигнала и главный мозговой центр – управляющий модуль.

В завершении сборки устанавливается аккумулятор, фиксаторы, светодиоды и прочие модули, отличающие модель от прочих. На этом пошаговая сборка заканчивается, и начинается все самое интересное, а именно процесс прошивки устройства, его калибровка и тонкая настройка, которая в зависимости от производителя комплектующих может составлять от получаса до трех часов. Важно, чтобы на момент прошивки аккумулятор был полностью заряжен. В противном случае этот процесс может завершиться неудачей.

Дальнейшая модернизация квадрокоптера на Arduino

Основные проблемы с маленьким квадрокоптером – его стоимость и вес. Можете поискать моторы побольше и помощнее, но это особо не улучшит его характеристики. Что вам действительно поможет, (если вы готовы отдать больше денег) – это безщеточные (вентильные) моторы. По характеристикам они на порядок лучше, но в довеску к ним надо использовать контроллеры скорости, что сделает квадрокоптер дороже.

Для уменьшения веса конструкции лучше всего использовать именно Arduino Uno, так как к этой модели контроллера можно снять “прошитый” чип микропроцессора и установить его непосредственно на вашу ProtoBoard. В результате вы выиграете около 30 грамм веса, что немало при таких масштабах. Дополнительно вам надо будет использовать еще несколько конденсаторов и т.п. Или, как альтернативный вариант, можно использовать Arduino Pro Mini.

Программа для Arduino, которая написана и представлена в предыдущем разделе, может быть легко расширена и обогащена дополнительным функционалом. Самое главное, что на этом этапе квадрокоптер уже может автоматически стабилизировать полет. Если вы хотите настроить дистанционное управление, можете посмотреть в сторону трансмиттеров/ресиверов или bluetooth модулей. В общем, основа у вас теперь есть, а пространства для дальнейшей модернизации – еще больше.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!