Club Aurora

Твоят прозорец към космоса.

Направи си дрон – част ІІ (избор на частите)
След като в миналата статия ви запознахме с устройството на един дрон (квадрокоптер), сега ще подходим по-практически и ще разберем какво точно да си... Направи си дрон – част ІІ (избор на частите)

След като в миналата статия ви запознахме с устройството на един дрон (квадрокоптер), сега ще подходим по-практически и ще разберем какво точно да си вземем, за да си направим такъв, и от къде да го вземем. Припомням – идеята не е да купуваме готов продукт, а да го асемблираме сами, при това с минимални средства. Резултатът може би няма да е особено естетичен, нито много качествен, но със сигурност моментът, в който полети машинката, създадена лично от вас, ще ви изпълни с гордост и задоволство.

От къде да пазаруваме

 

И така, трябва да си набавим някои части. Но от къде? Вариантите са няколко. Най-лесно е да напазарувате от немалкото специализирани моделистки магазини в България, списък на които можете да откриете тук. От тях лични впечатления имам от магазин Стелди Моделист в кв. Овча Купел, София, който предлага сравнително богат складов асортимент и коректно обслужване. Предимството на това да пазарувате от България е, че  не чакате дълго време за доставка на части, и можете лично да видите какво си купувате, както и да получите консултация, тъй като доста от тези магазини имат освен виртуално и физическо представителство. Недостатък е, че асортиментът на българските магазини е много ограничен, а цените  са доста по-високи от цените на сходни артикули, поръчани от чужбина. Поради това препоръчвам да пазарувате от нашите магазини само консумативи, инструменти и резервни части по спешност.

Ако търсим разнообразие от модели и части (а ние търсим), трябва да се обърнем към международните сайтове, посветени на търговия с подобни продукти. Май най-големият и известен такъв сайт е www.hobbyking.com. Освен че можете да откриете всевъзможни части и готови продукти, в този сайт ще се натъкнете на подробна информация за това, което си купувате (характеристики, упътвания и драйвери), препоръки какво още да си вземете, както и още нещо много важно – мнения на потребители за конкретните артикули и специализиран потребителски форум, в който доста често се открива ценна информация. При това и цените са относително достъпни. Само че бъдете внимателни. При калкулирането на шипинга е възможно цената да набъбне съществено, особено при по-големи пратки.

Всичко, което видите в hobbyking.com, можете да откриете и във флагманите на интернет търговията ebay.com и aliexpress.com. При това често с по-ниска цена. Уловката е, че компонентите в тези два сайта по правило са без търговското наименование на фирмата  производител, а само с името на конкретния модел. Т.е. те са нещо като аналози-ментета на нещата в hobbyking, на които са идентични по характеристики. Макар че това е може би неправилна констатация – все пак каквото и да си вземете и от където и да си го вземете, то е произведено в Китай, така че кое на кое е менте е невъзможно да се каже. Всъщност не бива да се стряскате от липсата на марка на артикула – тези елементи, които съм поръчвал, си работят съвсем задоволително и изправно (поне досега). Неприятно впечатление имам предимно от механическите детайли – електродвигателите – на които ще се спра подробно по-нататък.

Практически най-лошото на пазаруването от тези сайтове е в това, че ще чакате дълго време преди нещата, които сте поръчали, дойдат до вратата ви – поне 3 седмици, а понякога и повече. И все пак това е необходимият компромис, който трябва да направим, ако търсим най-изгодната цена.

Цели

 

Преди да започнем работа, трябва да сме наясно какво искаме в общи линии, т.е. да поставим граници на проекта си. Целта ни е да конструираме радиоуправляем квадрокоптер със следните основни параметри:

  • маса – до 900 g;
  • товароносимост – 100 g;
  • продължителност на полета – до 5 min;
  • бюджет – до 350 лв.

Забележка – в бюджета се включват единствено най-необходимите части, нужни за полета, без каквито и да е аксесоари – например GPS приемник, разни датчици или камера.

 Разчети

 

Емпиричното правило при проектирането на мултикоптер е двигателите и витлата му да се съобразят така, че да има възможност да се създаде два пъти повече тяга, отколкото е теглото му. В нашия случай теглото на квадрокоптера е 1 kg, имаме четири двигателя, което означава, че всеки двигател трябва да създава 500 g (5 N) теглителна сила. Ако използваме витло 9 х 4,5, което е близо до универсалния избор, и въведем параметрите му в калкулатора за витла, получаваме, че търсената тяга (5 N) се получава при 7 200 оборота в минута. Т.е. трябва ни двигател около 1 000 KV, който ненатоварен би дал  максимално 11 000 оборота/минута при 11,1 V LiPo батерия, а при товар оборотите му ще паднат до 7 000 – 8 000.

След като разгледаме в гореизброените сайтове двигателите, които отговарят на този критерий, ще открием, че максималния ток, който може да протича през тях при максимални обороти, е от порядъка на 10-15 А. Сумарно за четирите двигателя имаме средно 50 А. Една батерия от 2 200 mAh ще се разреди при това положение за 60/(50/2,2) = 2,64 min. Това е по-малко от 5-те минути, които сме си поставили за цел, но полученото число е в сила при пълна тяга на двигателите. Тъй като няма да летим непрекъснато на пълна мощност, в действителност един полет без много „ръчкане” при тази конфигурация би могъл да е някъде около 5 минути и повече.

Що се отнася до размера на рамката, тя се определя от големината на витлото, което избрахме. Диаметърът му е 9 инча или около 23 cm, а разстоянието между осите на двигателите трябва да е около 1,5 пъти по-голямо или в нашия случай 35 cm. Това означава, че ширината на „+”-ът, който ще представлява рамката ни е около 50 cm.

Необходими части

 

4 бр. електродвигател A2212 / 13T 1000KV

 

  • Цена: 8 $ (eBay)
  • Маса: 56 g (заедно с приставките)
  • Големина на тока при максимална ефективност: 4 – 10 А
  • Максимален ток: 12 А за 60 s
  • Обороти/V: 1 000 KV
  • Размери: ø 27,5 х 27 mm
  • Диаметър на вала: ø3,17 mm

Забележка: Двигателят се продава заедно с приставка за монтаж към рамката; четири болтчета за прикрепване на двигателя към приставката; както и приставка за закрепване на витлото към вала на двигателя. Основното предимство на този тип двигатели е малката им маса и ниска цена. Тя обаче се заплаща с не дотам качествена изработка. Наблюдавал съм следните дефекти в някои от поръчаните от мен бройки: лошо залепени неодимиеви магнити в корпуса на двигателя, в резултат на което въртенето на ротора се извършва при повишено триене, а понякога и се заклинва; прекалено голяма хлабина на лагер поради износване или монтажна грешка, при което въртенето на ротора се съпровожда с големи вибрации и по-силен шум. Въпреки това, ако улучите читав двигател, покупката си струва. Имайте предвид, че сходни по характеристика двигатели достигат 20-30 $.

4 бр. контролер на скоростта ESC 30 A

 

  • Цена: 5,20 $ (eBay)
  • Маса: 27 g
  • Максимален ток: 30 А
  • Максимален брой поддържани обороти: до 35 000 об/min при 12-полюсен двигател (нашия двигател)

Забележка: параметрите на този контролер, представени от производителя, са предостатъчни в нашия случай и ни гарантират голям резерв по отношение на максималния ток, който би могъл да протече (той е ограничен от избрания двигател до 12 А). В това няма лошо, щом като идва на достъпна цена. Тук обаче също е налице вероятността за некачествена изработка на детайла – в един поръчаните от мен контролери електрониката не работеше коректно. Все пак не мога да твърдя със сигурност дали това се дължеше на производствен дефект или грешка от моя страна при боравенето с този елемент.

1 бр. литиево-полимерна батерия ZOP 3S 11.1V 2200 mAh 30 C

 

  • Цена: 12 $ + 7 $ шипинг (еBay)
  • Маса: 190 g
  • Размери: 108 х 24 х 34 mm
  • Конфигурация: 3S1P
  • Напрежение: 11,1 V
  • Капацитет: 2 200 mAh
  • Максимален темп на разряд: 30С

Забележка: това е най-евтината батерия с подобен капацитет, която може да се намери в еBay, но въпреки това работи съвсем задоволително. Както стана ясно от разчетите по-горе, тя би могла да осигури полет до 5 min при конфигурацията, която използваме, а максималният и темп на разряд е съобразен с максималния ток, който протича през двигателите (4*12 А = 48 А, което е по-малко от 2,2 Ah*30 C = 66).

1 бр. полетен контролер КК2.1

 

  • Цена: 21 $ (еBay)
  • Маса: 21 g
  • Размери: 50 х 50 х 12 mm
  • Чипсет: Atmega644 PA

Забележка: избираме този полетен контролер, защото е най-лесният за работа и един от най-широко разпространените сред любителите. Причината за това е, че не е необходимо да сте запознати с програмиране на микроконтролери, за да работите с него. Контролерът има LCD дисплей и бутони, чрез които можете да въведете нужните параметри в програмата, която е записана на него. Леснотата на работа обаче в този случай се заплаща с орязана функционалност. Контролерът няма възможност за поддръжка на допълнителни сензори – GPS или барометър. Въпреки това контролерът се държи много стабилно, работи както се очаква и е идеален за начинаещи като нас.

1. бр. радиоуправление и радиоприемник 2.4G FS-CT6B 6CH

 

  • Цена: 43 $ (eBay)
  • Маса (приемник): 15 g
  • Захранване (дистанционно управление): 12 V
  • Използвана честота: 2,4 GHz
  • Канали: 6

Забележка: Радиуправлението си върви със софтуер и кабел за програмиране. Внимание – когато купувате радиоуправление вижте дали в комплекта е включен въпросния кабел, в противен случай пишете още няколко долара отгоре за него. Освен това имайте предвид, че дистанционното управление работи с 8 батерии тип АА от 1,5 V , които се изчерпват доста бързо, за около час-два работа. В този ред на мисли е добре да се инвестира и в акумулаторни батерии.

1. бр рамка F450 или ръчно изработена

 

  • Цена: 19 $ (F450);17 лв (ръчно изработена)
  • Маса: 280 g (F450); 300 g (ръчно изработена)
  • Диагонал: 450 mm
  • Материал: стъклопласт (F450) и полимери; алуминий и дърво (ръчно изработена)

Забележка: тъй като рамката е прост конструктивен детайл, тук можете да проявите творчество и сами да се захванете с изработката й. Както виждате от двата представени варианта, ръчната изработка би могла да ви спести половината от сумата, която ще дадете за готовото решение при това, без да има чувствително нарастване на теглото й. Недостатък на това решение е, че най-вероятно външният вид на рамката няма да е кой знае какво (макар че това си зависи от вас) и здравината на рамката също ще отстъпва на готовото решение (макар че и това си зависи от вас). Но тъй като искаме да пестим пари, а и си говорим за „направи си сам” именно това е вариантът, който ще изберем.

2 бр. чифт витла 9045R

 

  • Цена: 1,88 $ (eBay)
  • Маса: 10 g (на витло)
  • Диаметър: 9 инча
  • Стъпка: 4,5 инча

Забележка: Витлата се продават по чифтове – едно, въртящо се по посока на часовниковата стрелка и едно – в противоположната. Продават се заедно с комплект уплътнения за монтаж към двигателите.

Други неща

 

Дотук сме изхарчили около 150 $, т.е. към 280 лв.при настоящия курс на долара. Остават ни още 70 лв от бюджета. Това е страхотно, защото изобщо не сме приключили с покупките. Има поне още две неща, които са ни необходими. Едното от тях е захранваща платка (power distribution board), чрез която контролерите на скоростта да се свържат със батерията. Вариант за това е нещо подобно на тази платка  или тази платка  като вторият вариант е по-добър, тъй като позволява лесно слагане и махане на контролерите посредством куплунзи. Запояването на изводите на контролерите директно към платката е по-добре да се избягва, както и всички неразглобяеми съединения по квадрокоптера (недейте да лепите нищо, ако не сте абсолютно сигурни, че това е окончателното положение). Тази платка обаче е много прост детайл и просто е престъпление да се дават 5-10 че и повече долара за нея. По-нататък ще ви покажа как сами да си направите платката. За целта ще трябва да си поръчате единствено T-образни конектори за LiPo батерия – мъжки и женски. Офертите варират като цена – лично аз си купих 10 чифта за 2,4 $, като са ни необходими поне пет чифта.

Също толкова ни трябва и зарядно за литиево-полимерната батерия. Цените на такива зарядни устройства започват от 5-6 $  (отделно ще ви трябва и адаптер) , но следващия път ще разберете как да си направите сами просто зарядно устройство за около 3-4 лв.

И последно трябват ни сигнални кабели за връзка на радиоприемника към полетния контролер. Всеки канал от четирите канала, които използваме, се нуждае от три проводника, т.е. нужни са ни общо 12 кабела (10 cm дължина е достатъчно), като и в двата края на кабела трябва да има женски накрайници. Комплектът от 10 кабела се продава за 1,8 лв в Комет , а можете да си поръчате и 3-пинов кабел (което е по-удобно) за 0,8 $ или общо за четирите кабела 3,2 $.

Като цяло за тия неща плюс още някои дребни консумативи ще изхарчите около 10-20 лв. Оставащите към 50 лв. ви препоръчвам да инвестирате в резервни части. Горещо ви съветвам да си вземете поне още един двигател заедно с контролер на скоростта, ей така – за всеки случай. Още по-горещо ви съветвам да си вземете и допълнително няколко комплекта витла. Колкото повече, толкова по-добре. Когато започнете да пилотирате творението си, ще разберете, че витлата също са консуматив :). Ако след всичко това ви останат пари за харчене, вземете си и още една батерия – така, когато едната се изчерпа, ще можете да продължите полета още, докато другата се зарежда.
Това е засега. Следващият път ще започнем реалната работа по квадрокоптера ни.

 Следва продължение…

Еmil Petkov

Емил е авиационен инженер, който се опитва да предаде тук своите знания и опит. Намира космоса за вълнуващо място и се интересува как чрез новите технологии ще се приближим до него.

  • Андрей

    18.април.2015 #1 Author

    Прекрасно!
    Точно се чудех дали мога да си направя сам подобно нещо и си търсех едно подробно ръководство и се радвам, че попаднах на това!
    Кога ще можем да очакваме следващата статия?

    Отговор

    • Еmil Petkov

      18.април.2015 #2 Author

      Здравей, до една-две седмици ще продължим темата за квадрокоптера. Само трябва да намеря малко време да напиша статията.

    • Андрей

      20.април.2015 #3 Author

      Супер! Чакам я с нетърпение. Ще бъде точно навреме с поръчката от ebay 🙂 Исках да си взема една друга рамка, която си харесах, но нещо се обърква цялата конфигурация и май ще заложа на това, което сте описали в статията. Като понапредна със знания и опит ще видим. 🙂

    • Еmil Petkov

      20.април.2015 #4 Author

      Ами би могъл да опиташ и с друга рамка, само гледай размерът да е г/д същият. По принцип детайлите, които ще се сложат по нея, са със стандартни размери и не би трябвало да има проблеми. Тази рамка съм я дал, само защото е бюджетно решение :). По принцип аз използвам самоделка.

  • Никола Станков

    20.април.2015 #5 Author

    Здравейте,

    Благодаря за добре систематизираната и оформена информация.

    Отговор

    • Еmil Petkov

      20.април.2015 #6 Author

      И аз благодаря. По принцип информацията по тази тема в нета е много и начинаeщите любители се объркват от къде да започнат. Тук ще се опитаме да покажем всички стъпки, една по една, които са необходими за конструирането на „дрон“.

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *