Устройство и принцип работы квадрокоптера - СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПОРТАЛ
Ecom-climate.ru

СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПОРТАЛ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство и принцип работы квадрокоптера

Что такое квадрокоптер?

Что такое квадрокоптер?

Квадрокоптер – разновидность мультикоптера. Мультикоптер – многомоторный или мультироторный летательный аппарат (вертолет), несущие винты которого осуществляют вращение диагонально в противоположных направлениях. Различаются мультикоптеры по количеству моторов (или по количеству несущих винтов). В наше время применение получили мультикоптеры с тремя и более несущими винтами.

Самые распространенные схемы это: 4/6/8 несущих винтов. Аппарат с тремя несущими винтами называется – трикоптер; с четырьмя – квадрокоптер; с шестью — гексакоптер и с восемью несущими винтами — октокоптер. Применение каждой из схем в основном определяет такой параметр как – масса полезной нагрузки, или проще говоря, вес который мультикоптер может взять собой на борт.

Примеры современных мультироторных решений.

Современные мультироторные решения из разных ценовых ниш:

Из истории

Все началось в далеком 1922 году с русско-американского авиаконструктора Георгия Александровича Ботезат. Который изобрел первый в своем роде действующий квадрокоптер. Его аппарат смог не только оторваться от земли, но и продержаться в воздухе некоторое время. На тот момент такие аппараты имели один существенный недостаток – принцип работы.

Из четырёх несущих винтов, ведущим был лишь один (вращение задавалось двигателем внутреннего сгорания), т.е. крутящий момент посредством сложной трансмиссии, передавался одним мотором на остальные 3 несущих винта. До серийных разработок дело не дошло. А такие изобретения как «Хвостовой винт» и «Автомат перекоса» заставили полностью отказаться от разработок многороторных летательных аппаратов, впоследствии чего позднее был создан первый в мире вертолёт.

С наступлением ХХI века мультикоптеры пришли в нашу жизнь уже как беспилотные летательные аппараты или дроны.

Основные компоненты мультикоптеров

Чисто технически примерно 5 лет назад появилось три основных компонента мультикоптеров (дронов):

  1. Аккумуляторная батарея – литий полимерная (LiPo), реже литий-ионная (Li-Ion).
  2. Бесколлекторные либо коллекторные двигатели на редкоземельных элементах.
  3. Контроллер дистанционного управления (Пульт управления/Аппаратура/Трансмиттер)

Принцип действия

Принцип действия современного мультикоптера прост. В зависимости от схемы применения (3/4/6/8-несущих винтов) каждый несущий винт приводится во вращение эл.двигателем (эл.мотором). Одна половина моторов осуществляет вращение винтов по часовой стрелки, а вторая против. Благодаря такому подходу для осуществления управления мультикоптером не требуется применение в конструкции дрона хвостового винта и сложного в работе автомата перекоса.

*Порядок направления вращения несущих винтов мультикоптера.

Пример управления полётом:

  • Увеличение оборотов на всех несущих винтах – подъём.
  • Уменьшение оборотов на всех несущих винтах — снижение.
  • Увеличение оборотов одной половины винтов и уменьшении оборотов другой половины – задаст движение в сторону.
  • Увеличение оборотов у винтов с вращением по часовой стрелки и уменьшении оборотов у винтов вращающихся против часовой – обеспечит поворот дрона.

*Схема управления полётом вращением несущих винтов.

Моторы

На современных мультикоптерах (дронах) в настоящий момент применяются два типа электромоторов — коллекторные и бесколлекторные. Бесколлекторными в основном оснащают дорогие и профессиональные дроны. Коллекторными же моторами оснащают только бюджетные варианты, игрушки. Подробнее об их различиях можно узнать здесь.

Управление

Управление мультикоптером осуществляется контроллером дистанционного управления (он же пульт управления, аппаратура, трансмиттер) посредством исходящих радиоволн (как правило, на частотах 2.4ГГц либо 5.8ГГц).

Чтобы заставить мультикоптер отвечать на запросы пульта управления, дрон оснащают целым комплексом электронных систем:

  • Микропроцессор (полетный контроллер, реализован в виде микросхемы) – отвечает за работу и управление всей электронной начинки дрона.
  • Гироскоп – отвечает за стабильное поведение дрона в процессе полёта (как правило, обеспечивает стабилизацию по 6 осям направления).
  • Акселерометр – с помощью этого сенсора процессор может устанавливать дрон в горизонтальное положение относительно земли.
  • Барометрический сенсор (барометр) – обеспечивает дрону стабильное зависание на выбранной пилотом высоте.
  • Сонар (ультразвуковой сенсор) – обеспечивает автоматическую посадку и удержание незначительной высоты (1.5 – 3.5 метров), может применяться так же для облёта препятствий.
  • GPS модуль – обеспечивает географическое позиционирование дрона, посредством полученных данных со спутниковых систем. Благодаря его присутствию реализуется функция полёта по точкам, возврат в место взлёта в случае потери связи, либо низкого заряда АКБ, а так же позволяет снимать показания полёта, как на момент полета, так и после.

*Простейшая схема устройства квадрокоптера.

Какие бывают?

В настоящее время рынок бытовых беспилотников предлагает огромное количество мультикоптеров (дронов), но в целом их можно разделить на три большие группы: Для Новичков/Любительские/Профессиональные.

Для новичков – подходят как детям, так и взрослым с целью первого ознакомления и обучения. Как правило, оснащены микропроцессором, 6-осевым гироскопом и простейшим барометрическим сенсором для обеспечения удержания высоты.

Любительские – для пилотов уже имеющих опыт владения БПЛА. Больше подходят для конкретного применения. Например для аэросъемки, либо для спортивных состязаний, таких как дрон-рейсинг. Дроны этой группы могут иметь автономные функции полёта и съёмки.

Профессиональные – подходят исключительно для опытных пилотов, которые используют возможности мультикоптеров (дронов) в профессиональной сфере. Например, профессиональная фото и видео съёмка, геодезия, мониторинг угодий, трафика, в спасательных операциях и т.д. В большинстве случаев дроны имеют автономные функции полёта и съёмки. Электронная начинка собирается из высокоточных современных систем обеспечивающих удаление на большие расстояния, а питание позволяет проводить значительно большее времени в полёте. Характерным отличием таких мультикоптеров является их цена.

Для более полного ознакомления с беспилотными системами рекомендуем тему «Что такое дрон?».

Устройство квадрокоптера

Квадрокоптер – это летательный аппарат небольших размеров, имеющий 4 пропеллера, приводящих его в движение. Собрать простой летательный аппарат с четырьмя винтами из запчастей, сможет даже школьник, но для того, чтобы ему это сделать в первую очередь необходимо узнать каково устройство квадрокоптера и что он из себя представляет.

Устройство квадрокоптера

Современные модели – это беспилотные летательные аппараты, в большей степени выполняющие роль интересной игрушки. Но, несмотря на это, большой сегмент рынка занимают профессиональные модели, которые оснащаются цифровой камерой. Они служат заменой операторского крана и других сложных приспособлений, которые не так легко использовать внутри помещений со скованным пространством или на открытых территориях, где применение съемок с других летательных аппаратов невозможно.

Принцип работы квадрокоптера

Элементы для дрона можно приобрести по отдельности или даже сделать собственными руками. Однако для того чтобы конструкция поднялась в воздух нужно понимать принципы, по которым построено устройство квадрокоптера. Винты, поднимающие его в воздух, управляются парными синхронными двигателями, которые могут быть коллекторными и бесколлекторными. Расположенные по крайним противоположным точкам диагоналей пропеллеры двигаются в одном направлении (по часовой стрелке или наоборот). Два другие аналогичные элемента двигаются в противоположную сторону. За их работу отвечает блок управления (плата) и аккумулятор, питающий их. Посредством приемника управляющая плата получает сигналы от дистанционного пульта. Пультом, в свою очередь, управляет пользователь, находящийся на удалении от аппарата. Сигнал, подаваемый от аппаратуры, дает команду управляющему блоку, и он усиливает или ослабляет работу двигателей.

В зависимости от того, сколько двигателей приостанавливают или усиливают свою деятельность, меняется характер и траектория движения дрона. Он может:

  • Подниматься вверх;
  • Спускаться;
  • Двигаться по горизонтали:
    • Вперед;
    • Назад;
    • Влево;
    • Вправо.

Аналогично тому, как происходит движение, также производится и наклон аппарата. Кроме того, некоторые модели могут кружиться на месте и даже выполнять т.н. флипы – перевороты вокруг оси на месте.

Рама квадрокоптера

Эта составная часть выполняет роль основы, на которую крепятся все остальные элементы от аккумулятора до двигателей и светодиодов. Иногда рама может быть совмещена с наружной обшивкой – корпусом для уменьшения нагрузки на двигатели, путем снижения веса общей конструкции.

Ее изготавливают из полимеров или сплавов прочных, но легких. Кроме них широко используются стекловолокно, карбон и им подобные материалы, обеспечивающие максимальную жесткость конструкции. Несбалансированная рама будет портить траекторию не хуже сгоревшего двигателя, поэтому на нее нужно обращать пристальное внимание.

Чаще всего это крестовина по крайним точкам которой крепятся двигатели, а по центру – управляющий блок. Сверху и снизу она обычно укрывается корпусом, но есть модели, которые обходятся без него. Поэтому на нее будут крепиться все остальные элементы, в том числе и опорные шасси.

Плата управления квадрокоптером

Одним из самых интересных компонентов, которое имеет устройство квадрокоптера, является плата управления квадрокоптером. От работы этой маленькой запчасти зависит стабильность полета, и, по сути, она является мозгом летающего аппарата. Его программируют и в результате получают систему управления, работающую под руководством оператора. При помощи шлейфа она соединяется с каждым мотором и подает на него управляющий сигнал (запрограммированную команду). Чем большее количество сигналов сможет обрабатывать плата, тем больше трюков сможет выполнять дрон, а, значит, эффектнее будет полет.

Набор датчиков подключается именно сюда. Акселерометр, барометр и даже GPS передают ей свои показания, которые она должна обрабатывать. Здесь же формируется и обратная связь с оператором через передатчик, установленный на корпусе.

Двигатели квадрокоптера

Ввиду того что основная нагрузка приходится на двигатели, они являются одним из расходных материалов, которые обычно стоят на втором месте по «убиваемости» после винтов (пропеллеров). Если конструкция коптера разборная, то заменить их несложно, нужно лишь найти соответствующую модель, и молиться, чтобы подобные еще были в наличии. В противном случае придется менять сразу несколько, дабы не ухудшить полетные характеристики.

Читать еще:  Какой шваброй мыть ламинат

Больше всего проблем возникает с механическими частями двигателей. Если они открытые, внутрь может попасть мусор, например, песок при посадке, и повредить аппарат.

К каждому двигателю (всего 4) присоединяются пропеллеры по одному сверху или снизу в зависимости от конструкции.

Аккумулятор квадрокоптера

Важный элемент коптера – его аккумулятор. От его емкости (выражается в миллиампер часах) зависит, как высоко сможет подняться летательный аппарат, как долго и как далеко он сможет лететь. Миниатюрные модели держатся в воздухе не более 3-5 минут. Более продвинутые от 8 до 15. Абсолютного максимума достигает емкость у тех моделей, которые могут поднять в воздух 3-х или 4-баночный аккумулятор. Их полет продлится до 20 минут и более. При этом устройство также может питать камеру, подключенную к нему и не имеющую собственного аккумулятора.

Управление квадрокоптером

Особых сложностей в работе с аппаратом не возникает, если это хорошо спроектированное устройство с продуманной системой обработки сигналов, большим количеством датчиков и системой стабилизации на основе многоосевого гироскопа. Чем больше у него осей, тем аккуратнее будет управление и послушнее устройство квадрокоптера. При этом степень сложности может заключаться и в опытности оператора, занимающегося его перемещением в пространстве. Для этого используется аппаратура, иногда с трансмиттером и собственным аккумулятором (или питающаяся от батареек).

Купить квадрокоптеры DJI вы можете в нашем магазине — бесплатная доставка по России и СНГ, хорошие цены!

Видео обзор квадрокоптеров

Что такое квадрокоптер — его назначение и устройство

Создание компактных летательных аппаратов началось в военной сфере. Беспилотники сегодня находятся на вооружении многих армий мира, выполняют разведывательные, курьерские функции. Развитие сверхмалой беспилотной авиации началось в гражданской сфере. Сегодня мы поговорим о том, что такое квадрокоптер, какое его предназначение.

Коптеры – это компактные устройства с четырьмя пропеллерами, которые приводятся в движение одним общим или отдельными двигателями. Аппарат взлетает перпендикулярно поверхности земли, может выполнять целый ряд воздушных трюков. Применение такое оборудование нашло в сфере развлечений, во многих профессиональных задачах.

Конструкция, особенности строения дрона

Следует для начала выяснить устройство квадрокоптера, чтобы понимать его основные сильные стороны, возможные недостатки. Аппарат монтируется на раме, которую каждый производитель изготавливает из различных материалов. Обычно для производства используют легкие прочные материалы, такие как алюминий. Сердцем беспилотного устройства стал двигатель, который приводится в движение электричеством от встроенной батареи. Четыре пропеллера вращаются и позволяют управлять оборудованием. Конструкция изделия зависит от назначения, размеров, прочих особенностей.

Важнейшая деталь техники – электронная система управления, которая также отличается у разных брендов. От качества и современности системы зависят возможности дрона. С помощью встроенных «мозгов» техника может самостоятельно удерживать заданные координаты, компенсировать влияние ветра, связываться с пультом управления посредством разных каналов сигналов, проделывать различные виражи. Коптер управляется с помощью пульта или специальной программы для смартфона.

Как работает современный квадрокоптер?

Каждый пропеллер действует по принципу небольшого вертолета. Движение вверх/вниз регулируется скоростью вращения пропеллеров. Для полета влево/вправо, вперед/назад используется наклон под определенным углом. Технология простая, но для ее реализации необходимы сложнейшие программные модули и системы.

Принцип действия дрона строится на простом алгоритме:

  • пропеллеры коптера работают в разных режимах, вращаясь попарно по часовой стрелке и против;
  • такой способ вращения образует тягу, за счет которой легкий квадрокоптер поднимается в воздух;
  • реализовано плавное замедление винтов, чтобы техника постепенно мягко садилась на землю;
  • ускорение вращение винтов с одной стороны даст наклон и движение в выбранную сторону;
  • ускорение всех пропеллеров одновременно даст подъем на еще большую высоту;
  • система управления тонко руководит каждый моторчиком, что позволяет удерживать дрон в воздухе без движения.

Техника нынешнего поколения демонстрирует удивительные возможности, содержит множество запрограммированных режимов полета. Принципы работы квадрокоптера меняются и дополняются новыми возможностями.

Какие задачи выполняет устройство?

Сегодня коптеры применяют в самых разных сферах, включая многие полезные задачи. Без этого оборудования телепередачи о путешествиях были бы скучными, а видеоблогеры не смогли бы показать и десятой доли тех красот, которые вы имеете возможность посмотреть. Специально настроенные дроны, оснащенные тепловизорами, сильно облегчают работу спасателей.

Основные сферы использования летательной техники:

  • съемка видео с высоты птичьего полета, получение уникальных кадров с минимальными вложениями;
  • спорт – существует серия гоночных дронов, которые развивают огромную скорость, участвуют в соревнованиях;
  • спасательные, поисковые операции – беспилотники применяют для поиска потерявшихся людей;
  • охота – выслеживание диких зверей в любой местности в любое время суток;
  • геодезия – создание плана местности, проверка границ, прочие задачи кадастра;
  • курьерская доставка – это применение активно развивается мировыми лидерами в сфере доставки товаров;
  • программирование – некоторые модели коптеров можно обучать, внедряя собственный код.

Многие потенциальные покупатели задаются вопросом, зачем нужен квадрокоптер. В большинстве случаев покупают устройства для съемки из воздуха. Также есть модели, которые хорошо защищены от влияния влаги и могут делать съемку под водой или при дождливой погоде. Развитие сферы производства дронов приносит новые возможности покупателям.

Как выбрать и купить летательный аппарат?

Теперь вы знаете, для чего нужен квадрокоптер, как он работает. Осталось выбрать подходящую для ваших целей модель и получить много положительных эмоций от эксплуатации оборудования. Чтобы купить квадрокоптер, выбирайте модель в каталоге интернет-магазина iDrone.

В ассортименте представлены оптимальные варианты коптеров от компаний DJI, Parrot, SwellPro. Есть модели для любительского использования, игрушки, профессиональное оборудование. Представлены на страницах магазина аксессуары и дополнения. По вопросам покупки или для консультации звоните менеджерам компании.

Часть I. Теория 13 Глава 1. Принцип работы квадрокоптера 15 Глава 2. Обязательные компоненты квадрокоптера 19

    Александр Симанский 4 лет назад Просмотров:

1 Полное содержание От автора 11 Часть I. Теория 13 Глава 1. Принцип работы квадрокоптера 15 Глава 2. Обязательные компоненты квадрокоптера 19 Рама 19 Полетный контроллер 21 Принцип работы интегрального гироскопа 22 Принцип работы интегрального акселерометра 24 Принцип работы интегрального магнитометра (компаса) 26 Устройство интегрального барометра 28 Устройство ультразвукового сонара 30 Аппаратура радиоуправления 33 Функция Failsafe 36 Модуляция сигнала PPM 37 Формат сигналов PCM 39 Совместимость аппаратуры стандартов DSM2/DSMX 40 Сопряжение приемника и передатчика (биндинг) 41 Импульсы PWM, триммеры и субтриммеры 41 Расходы и экспоненты 42 Конвертер PPM-SUM 44 Приемник-сателлит 46 Встроенная телеметрия 46 Антенны 46 Ненаправленные антенны 49 Направленные антенны 52 Системы слежения за направлением 53 Диверсификация антенн 55 Двигатели 56 Воздушные винты 58 Регуляторы оборотов 60 Батарея и зарядное устройство 62 Обозначения параметров силовой литиевой батареи 63 Зарядка литиевых батарей 64 Особенности эксплуатации и хранения 67 Подготовка батарей к хранению 68 Источник бортового питания 68 Последовательный линейный стабилизатор 69 Импульсные стабилизаторы-преобразователи 70 Индикатор разряда батареи 72

2 Глава 3. Дополнительные компоненты квадрокоптера 74 Оборудование видеоканала FPV 74 Видеокамеры 75 Видеокоммутатор 75 Стабилизированный подвес 76 Видеопередатчик и видеоприемник 78 Видеомонитор и видеоочки 79 Приемники GPS 80 Принцип определения координат 81 Геометрический фактор 83 Альманах и эфемериды 83 «Холодный» старт 84 «Теплый» старт 84 «Горячий» старт 84 Технология A-GPS 85 Антенны GPS 85 Поток данных GPS, протокол NMEA 86 Протокол U-BLOX (UBX) 87 Адаптер Bluetooth 88 Телеметрия и OSD 89 Универсальный радиоканал (радиомодем) 94 Бустеры и репитеры 95 Жидкокристаллические и OLED-дисплеи 97 Средства поиска: биперы, маячки, GPS-трекеры 99 Сервомашинки 101 Часть II. Практика 105 Глава 4. Подготовка к изготовлению квадрокоптера 107 Подбор силовых компонентов 108 Расчеты и оптимизация 108 Стойкость конструкции к авариям 111 Конструкционные материалы 113 Виброзащита 118 Избыточное демпфирование 119 Демпфирование подвеса камеры 120 Фиксация резьбовых соединений 121 Крепление моторов и винтов 121 Магнитоизоляция 124 Глава 5. Сборка и настройка квадрокоптера 126 Изготовление рамы 126 Балансировка воздушных винтов 129 Балансировка моторов 131

3 Сборка квадрокоптера 133 Настройка опций и параметров прошивки 134 Подключение платы контроллера к компьютеру 135 Среда разработки Arduino IDE 136 Настройка базовых опций кода прошивки 138 Тип рамы 139 Минимальный рабочий газ 139 Максимальный рабочий газ 140 Минимальный газ при включении 140 Скорость шины I2C 140 Тип стандартной платы 141 Независимые сенсоры 141 Активация моторов (арминг) 141 Модификации радиоприемника 141 Скорость портов 142 Фильтр гироскопа 143 Функция Failsafe 144 Мертвая зона и нейтральная зона 144 Магнитное склонение 145 Альтернативная прошивка MahoWii 146 Функциональные режимы контроллера 147 Конфигуратор MultiWiiConf 150 Калибровка акселерометра 150 Конфигуратор MultiWii WinGUI 154 Терминал для работы с COM-портами 156 Программы для мобильных устройств 157 EZ-GUI Ground Station 157 NAZE32 Configurator 158 MultiWii Configuration Tool 159 Калибровка регуляторов оборотов 159 Настройка канала радиоуправления 160 Первое включение и первый взлет 162 Триммирование акселерометров 164 Настройка PID 165 Базовая настройка параметра P 166 Настройка I и D для плавного стабильного полета 167 Настройка I и D для активного пилотирования и акро 167 Глава 6. Подключение и настройка внешних модулей 168 Подключение адаптера USB-COM 168 Подключение источника питания 169 Подключение звукоизлучателя 171 Подключение ультразвукового сонара 173

4 Подключение светодиодной подсветки 175 Подключение посадочных огней 179 Подключение приемника по шине S-BUS 180 Подключение и настройка адаптера Bluetooth 181 Настройка модулей HC-06 и HC Настройка модулей HC Установка связи модуля с компьютером 185 Подключение радиомодема 186 Подключение модемов к компьютеру, проверка и настройка 187 Подключение наземного модема к мобильным устройствам 190 Подключение бортового модема к полетному контроллеру 191 Подключение модема к порту SERIAL3 полетного контроллера 191 Подключение и настройка приемника GPS 192 Подключение приемника к компьютеру 193 Получение доступа к сервису AssistNow Online 195 Изменение текущих настроек 196 Подключение приемника к полетному контроллеру 199 Подключение приемника GPS с прошивкой MahoWii 200 Подключение дисплея 201 Монохромный OLED дисплей CRIUS CO Настройка параметров через меню дисплея 202 Проблемы с подключением дисплеев CRIUS OLED и их решение 202 Самодельный цветной дисплей 204 Запись прошивки в контроллер дисплея 207 Настройка прошивки 208 Монтаж и подключение оборудования FPV 209 Видеокамера 210 Видеопередатчик и приемник 211 Видеоочки и монитор 215 Подключение подвеса к контроллеру 216 Настройка при помощи EZ-GUI Ground Station 217 Настройка подвеса при помощи конфигуратора MultiWiiConf 218 Настройка подвеса в прошивке MahoWii 219 Настройка модуля MinimOSD 219 Структура экрана KV_Team_OSD v Служебное меню прошивки KV_Team_OSD 226 Подключение датчиков тока и напряжения к модулю OSD 229 Подключение датчиков тока и напряжения к контроллеру 232 Настройка аппаратного измерителя тока и потребленной энергии 233 Настройка программного измерителя потребленной энергии 234 Глава 7. Обслуживание и ремонт квадрокоптера 235 Предполетная проверка 235

Читать еще:  Разнообразие саундбаров от LG

5 Характерные неполадки 235 Ремонт квадрокоптера после аварии 237 Осмотр и поиск дефектов 237 Ремонт двигателей 238 Разборка двигателя 239 Проверка и замена вала 240 Проверка и замена подшипников 241 Чистка и смазка подшипников 242 Приложения 245 Приложение 1. Управление коптером со смартфона 246 Приложение 2. Сетка частот каналов видеотракта 249 при помощи рукояток пульта 251 Приложение 4. Описание электронного архива 252 Предметный указатель 253

Устройство дрона: обзор для новичков

Беспилотные технологии считаются чуть ли не чудом техники XXI века, хотя появились они не сегодня и не вчера. Однако именно в наше время самые разные модели дронов (воздушных и подводных) стали постепенно менять многие вещи в окружающем человека мире. Помимо военных беспилотниками стали активно пользоваться ученые, специалисты различных отраслей промышленности, пожарные, полиция, любители и профессионалы в области фото- и видеосъемки.

Огромное количество беспилотников создается не только для профессионалов, но и любителей. И если вы собираетесь вступить в быстро растущее сообщество коптероводов, то наверняка хотите побольше узнать о том, что представляет собой летательный аппарат, управляемый дистанционно, из каких компонентов он состоит и для чего они нужны машине.

1. Стандартные пропеллеры

Стандартные пропеллеры отвечают за направление движения дрона и располагаются в передней части летательного аппарата. Хотя с момента появления беспилотников для изготовления пропеллеров использовались самые разные материалы, сегодня большинство серийных машин получают пропеллеры либо из пластика, либо из композитных материалов (углеволокна).

Инженеры до сих пор работают над наиболее эффективной формой пропеллеров, чтобы обеспечить стабильность полета, хорошее маневрирование и устойчивость летательного аппарата к воздействию ветра или других погодных условий. Пилоту необходимо перед каждым полетом в обязательном порядке проверять состояние пропеллеров, так как малейшее повреждение может вызвать аварию или нестабильный полет. Вот почему рекомендуется всегда иметь с собой во время полетов запасные пропеллеры.

2. Толкающие пропеллеры

Толкающие пропеллеры отвечают за передвижение летательного аппарата в воздухе вперед и назад. Название пропеллеров как раз и показывает принцип их работы. Поэтому располагаются они в задней части дрона, ведь их задачей является подавление крутящих моментов двигателя дрона во время обычного полета коптера, чтобы последний двигался либо вперед, либо назад в зависимости от команд с пульта управления.

С технологической точки зрения, толкающие пропеллеры не отличаются от стандартных. Их изготавливают из пластика или композитных материалов. Они также могут иметь разные размеры в зависимости от модели дрона, а также иметь специальную защиту, которая спасет конструкцию от аварии и защитит людей от случайного касания краями винтов. Толкающие пропеллеры также необходимо постоянно проверять перед полетом на предмет их общего состояния и наличия или отсутствия повреждений.

3. Бесколлекторные двигатели

Все производимые в последнее время дроны используют бесколлекторные двигатели, которые считаются более эффективными с точки зрения производительности и эксплуатации по сравнению с коллекторными двигателями. В любом типе техники конструкция мотора не менее важна, чем все остальные компоненты, ведь эффективный двигатель не только обеспечивает отличное пилотирование (в случае с беспилотником), то сокращает ваши расходы на обслуживание и покупку дополнительного оборудования. Чем мощнее двигатель, тем больше длится время автономной работы дрона и дольше его полет. Мощность двигателя также влияет на параметры полезной нагрузки, которую может нести дрон: камера и другое оборудование.

Отличным примером является разработка компанией DJI серии своих дронов промышленного назначения: Inspire 1, Inspire 2, серии дронов Matrice и Agras. Конечно, у DJI в этом плане тоже есть конкуренты, стремящиеся выпускать летательные аппараты с мощными двигателями, однако пока китайская компания идет на шаг впереди, создавая не только мощные, но и экономичные, а также малошумные агрегаты.

4. Посадочное шасси

Наличие шасси у беспилотника не всегда обязательно. Некоторые небольшие модели сконструированы таким образом, чтобы можно было без проблем приземлиться на нижнюю панель или что-то вроде нее. Другие модели, и их большинство, оснащаются различными вариантами шасси. У кого-то они напоминают вертолетные лыжи, у других замысловатые “ножки”. Все зависит от конкретной модели, ее назначения и оснащения. Например, беспилотники, использующиеся для воздушной съемки, а значит, оборудованные подвесной камерой, как правило, получают высокое шасси с большим клиренсом. Такими шасси изначально оборудуются все модели DJI Phantom с первой до последней версии. Высокие шасси есть и у промышленных дронов линейки Matrice, также разрабатываемой DJI.

А вот у дронов серии Inspire и Mavic шасси представляют собой что-то вроде ножек, установленных под двигателями на концах “рук” рамы. При этом из-за низко расположенной камеры шасси Inspire при посадке опускаются ниже, а в полете немного поднимаются вверх, улучшая при этом обзор для камеры. У Mavic из-за особенностей расположения камеры такое решение не требуется, но зато у него шасси складываются вместе с “руками” и пропеллерами, превращая дроны этой серии в одни из самых компактных и удобных для перевозки.

Назначение дрона и возможность подвесить дополнительную полезную нагрузку под нижней панелью (например, камеру или груз), влияют на технические решения для шасси. В одних случаях они делаются фиксированными (как у той же серии Phantom), а в других случаях шасси могут убираться, предоставляя камере обзор на 360 градусов, что важно для специализированных беспилотников (для инспекции, пожаротушения, поиска и спасения и т.п.).

5. Электронные регуляторы скорости (Electronic Speed Controllers / ESC)

Электронный регулятор скорости (ESC) (другие названия: электронный регулятор скорости, электронный регулятор хода) представляет собой электрическую цепь, которая призвана контролировать скоростной режим беспилотника (впрочем, и других типов летательных аппаратов, так как это устройство в различных модификациях есть и у самолетов). По сути, это важное устройство передает энергию от батареи к двигателю бесколлекторного типа, преобразуя постоянный ток источника питания в переменный ток, который нужен мотору.

Схема работы электронного регулятора хода предполагает подачу (на входе) напряжения с батареи и поступление сигналов с полетного контроллера (бортового компьютера дрона). А вот на выходе от регулятора поступает на привод управляющее напряжение. Отсюда понятно, что регуляторы хода должны быть совместимы с полетным контроллером, когда проектируется и собирается конкретная модель беспилотника. Кроме того, они должны потреблять тока меньше, чем отдавать. Расчет же тока для привода производится, исходя из характеристик мотора и пропеллера плюс 20-30%.

О регуляторах можно рассказывать долго, а их важность для беспилотников бесспорна. Об этом говорит тот простой факт, что современные дроны полностью зависят от этого вида устройств для нормального полета и выполнения всех задач, которые ставятся перед конкретным видом летательного аппарата. Поэтому DJI и другие производители дронов на электрической тяге много работают над совершенствованием электронных регуляторов хода. При выходе каждой новой модели беспилотника DJI старается внести усовершенствования и в ESC, о чем обязательно информирует будущего потребителя, например, о снижении энергопотребления и более высокой производительности.

Где же устанавливаются электронные регуляторы ходы? Как правило, эти устройства располагают в раме летательного аппарата. У дронов DJI они, как правило, располагаются в “руках” ближе к двигателям. Многие современные модели беспилотников оснащаются достаточно продвинутыми ESC, которые могут работать в различных режимах. А это невозможно без качественного программного обеспечения (прошивки). Прошивка должна регулярно обновляться для исправления ошибок в кодах управления, а также для повышения эффективности работы устройства (снижения потребления тока и т.п.). Если вы приобретаете одну из моделей коптера бренда DJI, то вам не придется принудительно обновлять ПО, потому что при выходе новой версии прошивки, все происходит в автоматическом режиме. Поэтому вам лично не придется вносить какие-либо изменения в работу ESC.

6. Полетный контроллер

Полетный контроллер выполняет роль материнской платы или даже бортового компьютера беспилотника. Если несколько упростить его задачи, то полетный контроллер отвечает за передачу всех команд, которые пилот передает на борт дрона. А если точнее, то в задачи контроллера входит интерпретация входящих данных от ресивера (приемника), модуля GPS, монитора батареи и бортовых датчиков. Кроме этого, полетный контроллер взаимодействует с электронными регуляторами хода и тем самым следит за работой двигателя и регулировку скорости, что является частью задач по управлению коптером. Но это, разумеется, далеко не все. Любые команды – запуск и работа камеры, управление режимом автопилота и другие автономные функции, – все они направляются полетным контроллером. Как правило, пользователю не нужно вносить какие-либо изменения в работу устройства, поскольку это может негативно повлиять на характеристики беспилотника.

Читать еще:  Почему не заводится триммер

7. Приемник (ресивер)

Приемник – это устройство, отвечающее за прием радиосигналов, посылаемых дрону через контроллер. Для эффективного управления беспилотником необходимо минимум четыре канала. Впрочем, обычно производители рекомендуют предоставлять до пяти каналов. В целом же, сегодня на рынке представлено множество разных моделей ресиверов, как и модификаций беспилотников.

8. Передатчик

Передатчик – это устройство, отвечающее за передачу радиосигналов от контроллера к дрону для выдачи команд о направлении полета и других связанных с этим параметров. Как и приемник, передатчик должен иметь не менее четырех каналов для работы с беспилотником, но обычно также рекомендуется 5. Так же, как и в ситуации с ресиверами, на рынке сегодня представлено много модификаций приемников от различных производителей. Этот факт будет, скорее всего, интересен тем, кто хотел бы собрать собственный дрон, так как в случае замены устройства на моделях от DJI, используется фирменная продукция и продукция тех брендов, которые имеют партнерские отношения с китайским производителем. Приемник и передатчик должны использовать один радиосигнал для связи с дроном во время полета. Каждый радиосигнал имеет стандартный код, который помогает отличать в эфире свой сигнал от чужих.

9. Модуль спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС, Бэйдоу).

Многие современные беспилотники оснащаются модулями спутниковой навигации. Чаще всего это модуль GPS, однако на многих последних дронах от DJI можно встретить двойную систему навигации, которая может включать комбинации GPS и ГЛОНАСС или же GPS и Бэйдоу. В зависимости от установленной комбинации такой беспилотник может эффективно эксплуатироваться в тех или иных регионах мира. Примером может быть серия промышленных беспилотников DJI Matrice 200.

Модуль (или комбинация модулей) спутниковой навигации обеспечивает бортовой компьютер дрона данными о местонахождении аппарата (долгота, широта и высота). Подобная, достаточно сложная, система навигации необходима прежде всего специализированным беспилотникам, которые выполняют полеты на большие расстояния и/или выполняют достаточно сложные задачи в области безопасности, военные задачи или работают в сфере промышленности.

Однако задачи модуля спутниковой навигации вышеописанными не ограничиваются. С его помощью летательный аппарат не только ориентируется в пространстве во время полета, но и может в автоматическом режиме точно приземлиться на “базу”, даже если его визуальные датчики и штатная камера не работают, а связь с пультом дистанционного управления утеряна. Таким образом, модуль спутниковой навигации поможет обеспечить безопасность полета.

10. Батарея

Поскольку многие современные дроны летают при помощи бесколлекторных двигателей, то есть на электрической тяге, то аккумуляторная батарея является одной из основных частей дрона. Без нее невозможно запустить дрон и выполнить все поставленные полетные задачи. Впрочем, если вы управляете дроном с пульта (джойстика), то нужно помнить, что он тоже работает от своей батареи. Батарея на борту дрона чаще всего называется полетной (бортовой) и может иметь разные параметры (тип, емкость, мощность, наличие или отсутствие интеллектуальных функций и т.п.).

Понятно, что у разных моделей беспилотников разные требования не только к силовой установке, но и к батарее, как к источнику питания. Небольшие и любительские дроны оснащаются батареями небольших размеров с небольшой емкостью и мощностью, что в конечном итоге влияет на полетное время и рассчитанную полезную нагрузку. Для сравнения:

  • DJI Spark – 1480 мА/ч – 16 минут полета
  • Ryze Tello – 1100 мА/ч – 13 минут полета
  • DJI Mavic Air – 2375 мА/ч – 21 минута полета
  • DJI Mavic 2 Pro – 3850 мА/ч – 31 минута полета
  • DJI Inspire 2 – 4280 мА/ч – 27 минут полета в зависимости от нагрузки
  • DJI Phantom 4 V2.0 – 5870 мА/ч – 30 минут полета

Специализированные (промышленные дроны и платформы) требуют более емкой и мощной батареи ввиду сложности и большого объема решаемых задач. Отсюда и иные параметры источников питания, а также вытекающие отсюда полетное время и вес полезной нагрузки. Для сравнения:

  • DJI Matrice 100 – 4500 мА/ч (дополнительная 5700 мА/ч) – в зависимости от полезной нагрузки и количества батарей время полета и зависания от 20 до 40 минут
  • DJI Matrice 600 Pro – 4500 мА/ч (дополнительная 5700 мА/ч) – в зависимости от полезной нагрузки и количества батарей время полета и зависания до 38 минут

Компания DJI, как и ее конкуренты, постоянно ведет исследования в области совершенствования полетных аккумуляторов. Например, мониторинг состояния батареи сегодня стал уже довольно обычным явлением. Теперь пилот вовремя узнает не только об уровне заряда батареи, но и сможет получить информацию о том, когда следует вернуть беспилотник на базу, чтобы он не потерпел аварию из-за полного разряда батареи. Кроме того, DJI стала выпускать специальные аккумуляторы с подогревом, позволяющие эксплуатировать ее дроны при низких температурах, что ранее было просто невозможно.

11. Камера

В этом отношении наблюдается некоторое разнообразие. Если первые дроны поставлялись без камер и в лучшем случае имели некоторые аксессуары для крепления обычных камер, используемых на земле, то теперь ситуация изменилась. Часть дронов поставляется во встроенной камерой (яркий пример: серия Mavic, Spark, Ryze Tello). В других случая беспилотник может быть оборудован подвесной камерой, которую можно снимать (и даже устанавливать другие совместимые) или же вы можете купить коптер без камеры, к которому можно позже докупить штатную подвесную камеру. Преимущества аппаратов с камерами очевидны, ведь тогда они превращаются в “летающие камеры”, с помощью которых можно вести как любительскую, так и профессиональную съемку с воздуха.

Особенности управления, принципы работы коптера

Авиамодели на дистанционном управлении являются отдельной ветвью моделизма. Сегодня уже мало кого можно удивить летающим дроном, и неважно, детская это игрушка или профессиональное устройство с возможностью видеосъёмки.

Квадрокоптер по своей сути является беспилотным летательным аппаратом с дистанционным управлением, который оснащён четырьмя пропеллерами. Подъём квадрокоптера осуществляется за счёт вращения лопастей и благодаря использованию разнообразной электроники.

Как работает

Принцип действия квадрокоптера довольно прост. Аккумулятор и необходимые электронные приборы крепятся на основание дрона. Электромотор приводит в движение несущие винты, причём каждая пара двигателей вращает винты в разные стороны. Таким образом, благодаря вращению винтов и образуется подъёмная тяга.

Элементы электроники обеспечивают как приём сигнала, так и реакцию дрона на этот сигнал. Современный квадрокоптер комплектуется базовым набором электроники, имеющим встроенный приёмник сигнала. Развитие технологий диктует и расширение опций этих устройств. Так, даже в бюджетных комплектациях существуют дополнительные датчики, позволяющие упростить процесс управления. К ним относятся камеры, позволяющие обнаружить препятствие, датчики навигации GPS, барометры.

Барометр используется для удержания квадрокоптера на необходимой высоте. Датчики GPS фиксируют положение квадрокоптера в одной координатной точке, причём, если порыв ветра изменит расположение дрона, он беспрепятственно возвратится к изначальной позиции именно благодаря этим датчикам. Ещё одной необходимой функцией являются датчики, способные обнаружить препятствие. Наличие таких датчиков поможет уберечь аппарат от удара, и избежать ремонта квадрокоптера не только новичкам, но и опытным пилотам. Однако бюджетные модели подобными сенсорами не оснащаются.

Довольно полезной опцией у квадрокоптеров является функция «возвращения домой». Благодаря соответствующим датчикам, перед полётом задаётся точка координат, которая впоследствии станет площадкой для приземления. Если на модели отсутствуют соответствующие датчики, существует функция активации возврата – коптер прилетит к пульту управления. При использовании такой функции нужно быть осторожным – квадрокоптер способен врезаться в пульт управления или в самого пилота.

Управление устройством

Процесс управления летательным аппаратом происходит следующим образом. Пилот подаёт определённую команду с помощью трансмиттера, то есть пульта управления. Такая команда передаётся с помощью радиоволн, излучение которых происходит на определённой частоте. Приёмник коптера, который вмонтирован в базовую плату, дешифрует полученный сигнал и регулирует интенсивность оборотов соответствующих двигателей для выполнения необходимой команды.

Немаловажное значение имеет конструкция подвеса с камерой. Одна из основных функций крепления – соединение камеры с корпусом дрона. Обычно подвесное крепление имеет 2-3 оси, которые позволяют вращать камеру, обеспечивая максимальный захват изображения.

Несмотря на кажущуюся простоту принципа работы дрона, квадрокоптер представляет собой довольно сложный механизм, работающий не только по законам физики, но на основе современных разработок в области электроники и радиоуправления, поэтому если у вас возникли проблемы с этим устройством, обращайтесь к профессионалам. Ремонт квадрокоптеров в Воронеже в компании СГИК – это гарантия качества и доступные цены.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector