Club Aurora

Направи си дрон — част І (основна информация)

януари 2nd, 2015 by

Никога не е би­ло по-​лесно да си нап­ра­ви­те са­ми ле­тя­ща ма­шин­ка. В по­ре­ди­ца от ста­тии в на­шия сайт ще ви по­ка­жем де­тайл­но как да кон­с­т­ру­и­ра­те соб­с­т­вен дрон при ми­ни­ма­лен бю­джет, но все пак дос­та­тъч­но се­ри­о­зен, за да не бъ­де прос­то дет­с­ка иг­рач­ка. Необходими са са­мо: из­вес­т­на су­ма па­ри, не­мал­ко ко­ли­чес­т­во сво­бод­но вре­ме, ба­зис­ни тех­ни­чес­ки уме­ния и мно­го же­ла­ние.

Преди да за­поч­нем ра­бо­та оба­че, тряб­ва да си изяс­ним доб­ре как­во точ­но ис­ка­ме да нап­ра­вим. Така че на пър­во вре­ме ще за­ни­ма­ем с те­о­рия. В днеш­но вре­ме ду­ма­та „дрон” е мал­ко раз­тег­ли­во по­ня­тие, про­из­хож­да­що от во­ен­ни­те без­пи­лот­ни ле­та­тел­ни апа­ра­ти, ко­и­то се из­пол­з­ват в съв­ре­ми­е­то ни за шпи­о­наж и пре­циз­ни бом­бар­ди­ров­ки. На прак­ти­ка хо­ра­та на­ри­чат с та­зи ду­ма всич­ко, ко­е­то хвър­чи и на не­го ня­ма пи­лот – от мал­ки­те ра­ди­о­уп­рав­ля­е­ми са­мо­лет­че­та и вертолети-​играчки до ор­би­тал­ния без­пи­ло­тен са­мо­лет на Boeing — Х-​37.

Това, ко­е­то ние ще нап­ра­вим, се на­ри­ча квад­ро­коп­тер (на ан­г­лийс­ки – quadrocopter или quadcopter) и то се на­ри­ча та­ка, за­що­то по прин­ци­па си на зад­виж­ва­не при­ли­ча на хе­ли­коп­тер, но има че­ти­ри (quadro) но­се­щи “пер­ки” вмес­то ед­на. Между дру­го­то – ду­ма­та „пер­ка” ми зву­чи ужас­но в слу­чая и по­ра­ди та­зи при­чи­на ще из­пол­з­ва­ме мал­ко по-​коректната „вит­ло”.

Как лети квадрокоптерът

Формата на вит­ло­то е та­ка­ва, че ко­га­то то се за­вър­та, въз­ду­хът оказ­ва на­тиск вър­ху дол­на­та му по­вър­х­ност и та­ка са по­я­вя­ва по­лез­на тег­ли­тел­на си­ла, на­со­че­на на­го­ре. При срав­ни­тел­но нис­ки ско­рос­ти мо­же да се при­е­ме, че кол­ко­то по-​бързо се вър­ти вит­ло­то и кол­ко­то по-​голямо е то, тол­ко­ва по-​голяма тег­ли­тел­на си­ла ще ге­не­ри­ра. Едно от пре­дим­с­т­ва­та на мул­ти­коп­те­ри­те е, че ка­то се из­пол­з­ват ня­кол­ко вит­ла, в съв­куп­ност­та си те про­из­веж­дат срав­ни­тел­но го­ля­ма тег­ли­тел­на си­ла до­ри, ако не се вър­тят мно­го бър­зо.

Но мо­же би най-​голямото пре­дим­с­т­во е, че всич­ки­те вит­ла на мул­ти­коп­те­ра ра­бо­тят за съз­да­ва­не на тег­ли­тел­на си­ла. Ето как­во ис­кам да ка­жа – всич­ки зна­ем, че в кла­си­чес­кия ди­зайн на обик­но­ве­ния хе­ли­коп­тер на опаш­ка­та му има до­пъл­ни­тел­но вит­ло (опа­шен винт), чи­я­то ос е пер­пен­ди­ку­ляр­на на ос­та на ос­нов­но­то вит­ло (но­се­щия винт) и ре­ал­но тег­ли­тел­на­та си­ла, ко­е­то то съз­да­ва не е на­со­че­на на­го­ре, а нас­т­ра­ни. Защо е нуж­но то­ва? Защото но­се­щи­ят винт на хе­ли­коп­те­ра, вър­тей­ки се в ед­на по­со­ка, съз­да­ва ре­ак­ция у хе­ли­коп­те­ра, за­ра­ди ко­я­то са­ми­ят той би тряб­ва­ло да се за­вър­ти в про­ти­во­по­лож­на­та по­со­ка и за да не се до­пус­не то­ва, си­ла­та на опаш­ния винт се из­пол­з­ва за па­ри­ра­не на по­тен­ци­ал­но­то вър­те­не, а с ре­гу­ли­ра­не на обо­ро­ти­те му се уп­рав­ля­ва по­со­ка­та на дви­же­ние. Хитро, са­мо че опаш­ни­ят винт те­жи и не доп­ри­на­ся за же­ла­на­та от нас по­дем­на си­ла, на­со­че­на на­го­ре, та­ка че по прин­цип най-​добре ще е да го ня­ма.

В ди­зай­на на на­шия квад­ро­коп­тер, то­зи проб­лем е ре­шен еле­ган­т­но. Потенциалното му за­вър­та­не се пре­дот­в­ра­тя­ва по мно­го ле­сен на­чин – прос­то две от вит­ла­та му се вър­тят в ед­на по­со­ка, а дру­ги­те две – в сре­щу­по­лож­на­та.

Полетът на квад­ро­коп­те­ра се уп­рав­ля­ва, ка­то се ре­гу­ли­рат обо­ро­ти­те на вит­ла­та му. Ако на­ма­лим ско­рост­та на вър­те­не на ед­но от че­ти­ри­те вит­ла, квад­ро­коп­те­рът ще се нак­ло­ни и ще за­поч­не да се дви­жи в по­со­ка към изос­та­ва­що­то вит­ло. Ако на­ма­лим обо­ро­ти­те на две вит­ла с ед­нак­ва по­со­ка на вър­те­не, квад­ро­коп­те­рът ще се за­вър­ти око­ло ос­та си в по­со­ка, съв­па­да­ща с по­со­ка­та им на вър­те­не. Всичко то­ва за­гат­ва кол­ко ма­нев­ре­ни са квад­ро­коп­те­ри­те, но съ­що та­ка и за­гат­ва за по­тен­ци­ал­ни­те проб­ле­ми, ко­и­то имат те­зи ма­шин­ки с ус­той­чи­вост­та и уп­рав­ля­е­мост­та си. Проблеми, на ко­и­то ще се спрем, ко­га­то му дой­де вре­ме­то.

А се­га ще опи­шем ос­нов­ни­те час­ти, ко­и­то все­ки един квад­ро­коп­тер има и без ко­и­то той не мо­же да ле­ти. Много е важ­но да изу­чим ос­нов­ни­те им ха­рак­те­рис­ти­ки и прин­ци­па им на ра­бо­та, за да раз­би­ра­ме и как­во точ­но се случ­ва в квад­ро­коп­те­ра ни и да зна­ем как­во да пра­вим, ако не­що не е как­то тряб­ва.

Електродвигател

 

Витлата на квад­ро­коп­те­ра се зад­виж­ват от че­ти­ри броя елек­т­ри­чес­ки дви­га­те­ли. Най-​често из­пол­з­ва­ни­те за лю­би­тел­с­ки це­ли са без­ко­лек­тор­ни­те пос­то­ян­но­то­ко­ви дви­га­те­ли (brushless DC motor). Тези елек­т­род­ви­га­те­ли имат вън­шен ро­тор, на кой­то в око­лов­ръст са на­ре­де­ни мощ­ни не­о­ди­ми­е­ви маг­ни­ти. В ста­то­ра на дви­га­те­ла се на­ми­рат три на­мот­ки, ко­и­то пос­ле­до­ва­тел­но пос­ред­с­т­вом елек­т­ро­нен кон­т­ро­лер се включ­ват към из­точ­ник на елек­т­ри­чес­т­во, ка­то в ре­зул­тат се по­лу­ча­ва вър­тя­що се маг­нит­но по­ле, ко­е­то за­вър­та ро­то­ра. Витлото е зак­ре­пе­но към ва­ла на ро­то­ра.

Не е слу­чай­но, че то­зи тип дви­га­те­ли са най-​разпространени сред лю­би­те­ли­те. Те ня­мат четко-​колекторен въ­зел, кой­то ус­лож­ня­ва кон­с­т­рук­ци­я­та на дви­га­те­ля, на­ма­ля­ва на­деж­д­ност­та му и уве­ли­ча­ва три­е­не­то на ро­то­ра. Безколекторните дви­га­те­ли са мно­го прос­ти от ме­ха­нич­на глед­на точ­ка, ко­е­то оба­че се ком­пен­си­ра с ус­лож­не­на­та елек­т­ро­ни­ка, не­об­хо­ди­ма за уп­рав­ле­ни­е­то им. Всъщност то­зи тип дви­га­те­ли зад­виж­ват ва­ше­то CD/​DVD ус­т­ройс­т­во.

Безколекторните дви­га­те­ли, ко­и­то ско­ро ще за­ку­пи­те, си имат ня­как­во оз­на­че­ние, ко­е­то за­вър­ш­ва с чис­ло и бук­ви­те „KV” нак­рая. В слу­чая не ста­ва ду­ма за ки­ло­вол­ти,  всъщ­ност чис­ло­то с KV ни по­каз­ва най-​важната ха­рак­те­рис­ти­ка на дви­га­те­ля – кол­ко бър­зо се вър­ти той. Да ре­чем, че пи­ше 750 KV. Това оз­на­ча­ва, че на все­ки волт при­ло­же­но елек­т­ри­чес­ко нап­ре­же­ние, дви­га­те­лят ще се за­вър­ти с по 750 обо­ро­та в ми­ну­та, при ус­ло­вие че не е на­то­ва­рен. Два вол­та = 1 500 об/​минута; три вол­та = 2 250 об/​минута и т.н. Имаме пра­воп­ро­пор­ци­о­нал­на за­ви­си­мост меж­ду нап­ре­же­ние и ско­рост на вър­те­не.

Другото, ко­е­то ни ин­те­ре­су­ва от спе­ци­фи­ка­ци­я­та на то­зи дви­га­тел е как­во е мак­си­мал­на­та му мощ­ност. Когато за­ка­чим вит­ло­то на дви­га­те­ля и го пус­нем, той ще за­поч­не да из­вър­ш­ва ра­бо­та, тъй ка­то вит­ло­то тряб­ва да се бо­ри с въз­душ­но­то съп­ро­тив­ле­ние. Съответно кол­ко­то по-​бързо се вър­ти дви­га­те­лят, тол­ко­ва по-​голяма ра­бо­та ще из­вър­ш­ва и тол­ко­ва по­ве­че ще се уве­ли­ча­ва го­ле­ми­на­та на то­ка, про­ти­чащ през не­го. При да­де­ни обо­ро­ти ще дос­тиг­нем мак­си­мал­ния ток на дви­га­те­ля, кой­то не доб­ре да над­ви­ша­ва­ме, за­що­то дви­га­те­лят ще прег­рее и из­го­ри. Говорим за срав­ни­тел­но го­лям ток от по­ря­дъ­ка на де­сет­ки ам­пе­ри. Обикновено про­из­во­ди­те­лят да­ва та­зи стой­ност, как­то и кол­ко дъл­го дви­га­те­лят мо­же да ра­бо­ти в та­къв ре­жим.  Или пък е да­де­на мак­си­мал­на­та мощ­ност, рав­ня­ва­ща се на то­ка по нап­ре­же­ни­е­то. От го­ле­ми­на­та на мак­си­мал­ния ток за­ви­си ка­къв елек­т­ро­нен кон­т­ро­лер ще под­бе­рем за дви­га­те­ля.

От го­ля­мо зна­че­ние при из­бо­ра на дви­га­тел е съ­що та­ка той да е мак­си­мал­но лек. По прин­цип, кол­ко­то по-​мощен е дви­га­те­ля, тол­ко­ва по-​големи са фи­зи­чес­ки­те му раз­ме­ри (се­че­ни­е­то на елек­т­ри­чес­ки­те про­вод­ни­ци в на­мот­ки­те е по-​голямо, за да пос­рещ­нат по-​големия ток), за­то­ва е важ­но да съ­об­ра­зим от­ра­но раз­ме­рът на дви­га­те­ли­те с раз­ме­ра на квад­ро­коп­те­ра ни. Ако ще пра­вим ма­лък и лек дрон, ня­ма сми­съл да му сла­га­ме мощ­ни дви­га­тел­че­та.

Витло

 

Витлата (propellers) на квад­ро­коп­те­ра са мо­же би най-​важните му и съ­щев­ре­мен­но най-​подценявани час­ти. Може би за­що­то са плас­т­ма­со­ви, прос­ти на вън­шен вид и ев­ти­ни (в срав­не­ние с ос­та­на­ли­те ра­бо­ти:)). Не знам… Факт е оба­че, че квад­ро­коп­те­рът ни ле­ти имен­но бла­го­да­ре­ние на тях­но­то дви­же­ние, та­ка че тряб­ва да под­хо­дим вни­ма­тел­но при из­бо­ра им. Витлата се обоз­на­ча­ват чрез две чис­ла ето та­ка: 8х4,5 или 10х3,8, или не­що та­ко­ва. Първото чис­ло ни по­каз­ва ди­а­ме­тъ­рът на вит­ло­то в ин­чо­ве. Второто чис­ло ни по­каз­ва стъп­ка­та на вит­ло­то, съ­що в ин­чо­ве. Какво е стъп­ка? Стъпка на­ри­ча­ме раз­с­то­я­ни­е­то, ко­е­то ще из­ми­не вит­ло­то на­го­ре за един не­гов обо­рот. Стъпката се уве­ли­ча­ва, гру­бо ка­за­но, ко­га­то се уве­ли­ча­ва ъгъ­лът, на кой­то са усу­ка­ни две­те ло­пат­ки на вит­ло­то спря­мо нас­рещ­ния въз­ду­шен по­ток. Колкото по-​голям е ди­а­ме­тъ­рът на вит­ло­то и не­го­ва­та стъп­ка, тол­ко­ва по-​голяма тя­га съз­да­ва то, но съ­що и тол­ко­ва по-​голямо въз­душ­но съп­ро­тив­ле­ние из­пит­ва. Тягата на вит­ло­то мо­же да се оп­ре­де­ли приб­ли­зи­тел­но по след­на­та фор­му­ла:

къ­де­то a e ко­е­фи­ци­ент, за­ви­сещ от от­но­ше­ни­е­то на стъп­ка­та към ди­а­ме­тъ­ра на вит­ло­то (0,075 при от­но­ше­ние 1:3; до 0,1 при от­но­ше­ние 1:2), ρ е плът­ност­та на въз­ду­ха (1,22 kg/m^3за мор­с­ко­то рав­ни­ще при стан­дар­т­ни ус­ло­вия), n e бро­ят обо­ро­ти за се­кун­да, D е ди­а­ме­тъ­рът на вит­ло­то в мет­ри. Или пък ако ви мър­зи да смя­та­те – тук има кал­ку­ла­тор за вас: http://​adamone​.rchomepage​.com/​c​a​l​c​_​t​h​r​u​s​t​.​htm

По-​горе ста­на яс­но, че обо­ри­те­те на дви­га­те­ля, а от тук и на вит­ло­то, за­ви­сят от вол­ти­те по­да­де­но нап­ре­же­ние. Само че ко­га­то вит­ло­то се вър­ти, обо­ро­ти­те на дви­га­те­ля па­дат, тъй ка­то той тряб­ва да се спра­вя с по-​голям то­вар – ако нап­ри­мер дви­га­те­лят е 750 KV и му по­да­дем 10 V, той ня­ма да се за­вър­ти със 7 500 оборота/​минута, как­то би сто­рил без то­вар, а с по-​малко обо­ро­ти. Колко по-​малко е труд­но да се ка­же. Максималната тя­га, ко­я­то ще съз­да­де вит­ло­то при мак­си­мал­ни­те обо­ро­ти на дви­га­те­ля в кон­фи­гу­ра­ция с вит­ло­то, мо­же да се оп­ре­де­ли най-​лесно и най-​вярно по ем­пи­ри­чен път. Имайте пред­вид оба­че че дви­га­те­ли­те с ви­сок KV не оби­чат вит­ла­та с го­лям ди­а­ме­тър и стъп­ка. Такъв дви­га­тел мо­же да се вър­ти бър­зо, но са­мо ако е с мал­ко вит­ло. Големите вит­ла след­ва да се пос­та­вят са­мо на дви­га­те­ли с ма­лък KV. Докато обо­ро­ти­те на­ма­ля­ват, вър­тя­щи­ят мо­мент на дви­га­те­ля рас­те и той мо­же да се спра­ви с по-​големия то­вар.

Сега е мо­мен­тът да под­чер­та­ем де­бе­ло кол­ко е важ­но вит­ла­та да са от здрав ма­те­ри­ал. Те се чу­пят из­к­лю­чи­тел­но лес­но при до­сег с пре­пят­с­т­вие, за­то­ва ако не дру­го, то по­не не ку­пу­вай­те най-​евтините – те­зи, нап­ра­ве­ни от тън­ка лъс­ка­ва плас­т­ма­са.

Електронен контролер на скоростта

 

Двигателите на квад­ро­коп­те­ра се уп­рав­ля­ват от кон­т­ро­ле­ри (ESC — Electronic Speed Controller) . На брой те са тол­ко­ва, кол­ко­то и дви­га­те­ли­те – че­ти­ри. Контролерът на ско­рост­та пред­с­тав­ля­ва елек­т­рон­на плат­ка с прог­ра­ми­ру­ем мик­ро­кон­т­ро­лер, в ко­я­то вли­зат два де­бе­ли ка­бе­ла и из­ли­зат три де­бе­ли и три тън­ки ка­бе­ла. Двата де­бе­ли вход­ни ка­бе­ла са свър­за­ни към плю­са и ми­ну­са на ба­те­ри­я­та, ко­я­то зах­ран­ва квад­ро­коп­те­ра. Трите де­бе­ли из­ход­ни ка­бе­ли оти­ват към три­те фа­зи на елек­т­род­ви­га­те­ля. Трите тън­ки ка­бе­ли са от­го­вор­ни за уп­рав­ле­ни­е­то на кон­т­ро­ле­ра. Те се свър­з­ват към по­лет­ния кон­т­ро­лер и го зах­ран­ват – по­лет­ни­ят кон­т­ро­лер е не­що ка­то бор­ден ком­пю­тър на квад­ро­коп­те­ра, кой­то най-​общо ка­за­но ре­ша­ва как да пре­да­де при­е­ти­те от квад­ро­коп­те­ра уп­рав­ля­ва­щи ра­ди­о­сиг­на­ли, ко­и­то из­лъч­ва­те с дис­тан­ци­он­но­то си, към кон­т­ро­ле­ри­те на ско­рост­та, та­ка че да се пос­тиг­не же­ла­на­та ма­нев­ра.

При из­бо­ра на кон­т­ро­лер на ско­рост­та е важ­но да съ­об­ра­зим мак­си­мал­ния ток, кой­то мо­же да ми­на­ва през не­го с мак­си­мал­ния ток на елек­т­род­ви­га­те­ля. Максималният ток на елек­т­род­ви­га­те­ля тряб­ва да бъ­де по-​малък от мак­си­мал­ния ток на кон­т­ро­ле­ра. Около 1,2 до 1,5 пъ­ти.

Батерия

 

Батерията (battery) е от­го­вор­на за зах­ран­ва­не­то на дви­га­те­ли­те и всич­ки елек­т­рон­ни ком­по­нен­ти на квад­ро­коп­те­ра. Тя тряб­ва да е ле­ка, ком­пак­т­на, пре­за­реж­да­е­ма и с ви­сок ка­па­ци­тет. Типът ба­те­рия, кой­то в най-​голяма сте­пен от­го­ва­ря на те­зи про­ти­во­ре­чи­ви изис­к­ва­ния и кой­то се на­ло­жил за мо­де­лис­т­ки це­ли, е литиево-​полимерната (LiPo) ба­те­рия. Тя се със­тои от ня­кол­ко от­дел­ни ба­те­рий­ни клет­ки, ко­и­то са свър­за­ни пос­ле­до­ва­тел­но и имат но­ми­нал­но нап­ре­же­ние 3,7 V. В за­ви­си­мост от броя клет­ки в ба­те­ри­я­та е въз­мож­но тя да да­ва 3,7 V (ед­на клет­ка), 7,4 V (две клет­ки), 11,1 V (три клет­ки) и 14,8 V (че­ти­ри клет­ки). Броят клет­ки в ба­те­ри­я­та се указ­ва с циф­ра, след ко­я­то е на­пи­са­на бук­ва­та “S”. Например 3S ба­те­рия ни да­ва 11,1 V. Първото, ко­е­то гле­да­ме, ко­га­то си из­би­ра­ме ба­те­рия, е имен­но то­ва — ней­ни­ят вол­таж. Той тряб­ва да е съ­об­ра­зен с дви­га­те­ли­те, ко­и­то ще из­пол­з­ва­ме. Няма сми­съл да из­пол­з­ва­ме 4S ба­те­рия в кон­фи­гу­ра­ция с дви­га­те­ли и вит­ла, ко­и­то не мо­гат да дос­тиг­нат обо­ро­ти­те при та­къв вол­таж. По прин­цип про­из­во­ди­те­ли­те на дви­га­те­ли указ­ват как­ва ба­те­рия да взе­ме­те за тях, но ако та­зи ин­фор­ма­ция лип­с­ва, най-​универсалният из­бор е 3S ба­те­рия.

Следващото, ко­е­то ни ин­те­ре­су­ва, е ка­па­ци­те­тът на ба­те­ри­я­та – кол­ко mAh е. Батерия от 1 000 mAh е спо­соб­на да да­ва ток с го­ле­ми­на 1 А в про­дъл­же­ние на час. Може би ви се стру­ва мно­го, ала всъщ­ност не е. Да ре­чем, че на­ши­ят сред­няш­ки дви­га­тел кон­су­ми­ра мак­си­ма­лен ток 15 А. Имаме че­ти­ри дви­га­те­ля, сле­до­ва­тел­но мак­си­мал­на­та кон­су­ма­ция е 4 х 15 = 60 А. Нашата ба­те­рия от 1 000 mAh ще мо­же да зах­ран­ва дви­га­те­ли­те при та­ка­ва кон­су­ма­ция са­мо ед­на ми­зер­на ми­ну­та! Затова из­би­рай­те ба­те­рия с мак­си­мал­но го­лям ка­па­ци­тет – от та­зи ха­рак­те­рис­ти­ка за­ви­си кол­ко вре­ме ще из­ка­ра квад­ро­коп­те­рът във въз­ду­ха. Само де­то уве­ли­ча­ва­не­то на ка­па­ци­те­та стру­ва $. Тук има един съ­щес­т­вен мо­мент – раз­ли­ка­та меж­ду це­ни­те на ба­те­рия от 1 000 mAh, да ре­чем,  и та­ка­ва от 2 200 mAh не е мно­го го­ля­ма, ма­кар че с вто­ра­та ба­те­рия по­лу­ча­ва­те двой­но по­ве­че ле­та­тел­но вре­ме. При ви­со­ки­те ка­па­ци­те­ти (над 5 000 mAh) оба­че все­ки до­пъл­ни­те­лен mAh за­поч­ва да стру­ва все по­ве­че и по­ве­че, та­ка че до­ри ми­ни­мал­но уве­ли­че­ние на ка­па­ци­те­та во­ди до ед­ва ли не ек­с­по­нен­ци­ал­но на­рас­т­ва­не на $. С дру­ги ду­ми, ако раз­по­ла­га­те с ог­ра­ни­чен бю­джет – це­ле­те се в ба­те­рия с ка­па­ци­тет меж­ду 2 000 и 3 000 mAh, с по-​малък ка­па­ци­тет прос­то не си стру­ва, а с по-​висок ид­ва в по­ве­че на бю­дже­та. Между дру­го­то – ка­па­ци­те­тът на ба­те­ри­я­та мо­же да бъ­де уве­ли­чен, ко­га­то клет­ки на ба­те­ри­я­та се свър­жат па­ра­лел­но. Това е ука­за­но в обоз­на­че­ни­е­то на ба­те­ри­я­та при­мер­но по след­ния на­чин: 3S2P (два ком­п­лек­та 3S ба­те­рии, свър­за­ни па­ра­лел­но).

При ба­те­ри­и­те има още един ва­жен па­ра­ме­тър – мак­си­мал­ни­ят темп на раз­ряд. Той е от­бе­ляз­ван с чис­ло и бук­ва­та „С” след не­го. Ако ум­но­жим то­ва чис­ло по ка­па­ци­те­та на ба­те­ри­я­та, ще по­лу­чим мак­си­мал­ния ток, кой­то мо­жем да „дър­па­ме” от ба­те­ри­я­та. Естествено то­зи ток тряб­ва да бъ­де по-​висок от то­ка на мак­си­мал­на кон­су­ма­ция ина­че има­ме проб­лем. В на­шия при­мер дви­га­те­ли­те кон­су­ми­рат мак­си­мум 60 A.  Ако ба­те­ри­я­та ни е от 2 200 mAh, то­ва оз­на­ча­ва, че тем­път й на раз­ряд тряб­ва да бъ­де най-​малко 30С, за да сме ре­дов­ни.

Радиоуправление

 

За да кон­т­ро­ли­ра­те по­ле­та на квад­ра­коп­те­ра, тряб­ва да раз­по­ла­га­те с пре­да­ва­тел на уп­рав­ля­ва­щи сиг­на­ли – дис­тан­ци­он­но в ръ­це­те ви – и при­ем­ник на те­зи сиг­на­ли, кой­то се на­ми­ра на бор­да на квад­ра­коп­те­ра. Радиоуправлението (Remote control) на квад­ро­коп­те­ри­те и про­чее дро­ни най-​често се осъ­щес­тя­ва на чес­то­та 2,4 GHz. При та­ка­ва чес­то­та уп­рав­ля­е­мост на квад­ро­коп­те­ра се пос­ти­га при пря­ка ви­ди­мост меж­ду пре­да­ва­тел и при­ем­ник до око­ло 100 m мак­си­мал­но от­с­то­я­ние. За по-​далечни раз­с­то­я­ния (от по­ря­дъ­ка на km) са по­пу­ляр­ни друг вид ра­ди­о­уп­рав­ле­ния на чес­то­та 433 MHz.

Каквото и ра­ди­о­уп­рав­ле­ние да из­пол­з­ва­те има ня­кои об­щи мо­мен­ти при всич­ки ти­по­ве. Така нап­ри­мер не­за­ви­си­мо от то­ва как­во уп­рав­ля­ва­те – ко­лич­ка, ко­раб­че, са­мо­лет­че или квад­ро­коп­тер – дис­тан­ци­он­но­то ви из­лъч­ва сиг­на­ли на ня­ко­кол­ко ка­на­ла. За ле­тя­щи­те не­ща, към ко­и­то спа­да и дро­нът ни, ка­на­ли­те са ми­ни­мум че­ти­ри и се на­ри­чат: throttle (thro), yaw, pitch и roll. Throttle (в груб пре­вод „газ”) е она­зи ръч­ка, ко­я­то пи­ло­ти­те на са­мо­ле­ти дър­пат, за да ре­гу­ли­рат обо­ро­ти­те на дви­га­те­ли­те и от тук – тя­га­та им. В на­шия слу­чай ста­ва ду­ма за то­ва да ре­гу­ли­ра­ме мощ­ност­та на че­ти­ри­те дви­га­те­ля на квад­ро­коп­те­ра. “Yaw”, “pitch”, “roll” са тер­ми­ни от ави­а­ци­я­та и ко­ра­бо­во­де­но­то и на бъл­гар­с­ки оз­на­ча­ват съ­от­вет­но „курс”, „тан­гаж” и „крен”. Фактически то­ва са ъг­ли, ко­и­то квад­ро­коп­те­рът сключ­ва спря­мо три­те оси на ко­ор­ди­нат­на­та сис­те­ма, ми­на­ва­ща през цен­тъ­ра му. На та­зи кар­тин­ка е по­ка­за­но наг­лед­но как­во оз­на­ча­ват:

Управлявайки yaw, pitch и roll, вие уп­рав­ля­ва­те нак­ло­на на квад­ро­коп­те­ра и съ­от­вет­но прос­т­ран­с­т­ве­но­то му дви­же­ние в хо­ри­зон­тал­на плос­кост; уп­рав­ля­вай­ки throttle вие уп­рав­ля­ва­те тя­га­та му и съ­от­вет­но ви­со­чи­на­та му. За да уп­рав­ля­ва­те те­зи че­ти­ри ка­на­ла на дис­тан­ци­он­но­то ви има два сти­ка ко­и­то се дви­жат нагоре-​надолу за два от ка­на­ли­те и наляво-​надясно за дру­ги­те два от ка­на­ли­те. От при­ем­ни­ка, кой­то сте сло­жи­ли на квад­ро­коп­те­ра, из­ли­зат 12 жич­ки – по три на ка­нал („5 V”, „ма­са” и „сиг­нал”), ко­и­то оти­ват към по­лет­ния кон­т­ро­лер.

Полетен контролер

 

Мозъкът на квад­ро­коп­те­ра. Както бе спо­ме­на­то, на по­лет­ния кон­т­ро­лер (Flight controller) се па­да за­да­ча­та от ед­на стра­на да из­пъл­ня­ва уп­рав­ле­ни­е­то на дро­на, а от дру­га – да под­дър­жа ста­бил­ност­та на по­ле­та му. За да се спра­вя с то­ва, той тряб­ва да раз­по­ла­га с дан­ни. А те­зи дан­ни ид­ват от най-​различни сен­зо­ри, вгра­де­ни в елек­т­рон­на­та му плат­ка. Основните сен­зо­ри, без ко­и­то не мо­же, са 3 жи­рос­ко­пич­ни дат­чи­ци, по­каз­ва­щи с как­ва ъг­ло­ва ско­рост квад­ро­коп­те­рът се вър­ти спря­мо три­те оси, ка­то след ин­тег­ри­ра­не на те­зи дан­ни се ус­та­но­вя­ват и ъг­ли­те  на курс, крен и тан­гаж. Изходите от те­зи сен­зо­ри се об­ра­бот­ват съв­мес­т­но с дан­ни­те от при­ем­ни­ка на ра­ди­о­сиг­на­ли и съ­об­раз­но тях ком­пю­тъ­рът из­ра­бот­ва уп­рав­ля­ва­щи сиг­на­ли и ги по­да­ва към кон­т­ро­ле­ри­те на ско­рост­та.

Позиционирането на квад­ро­коп­те­ра един­с­т­ве­но чрез жи­рос­ко­пич­ни дат­чи­ци оба­че е свър­за­но с един проб­лем. При из­чис­ля­ва­не­то на ъг­ло­ви­те ско­рос­ти се по­лу­ча­ва ня­ка­къв ос­та­тък, кой­то не мо­же да бъ­де ком­пен­си­ран. Например, ако квад­ро­коп­те­рът се е вър­тял око­ло ос Х и е спрял да се вър­ти, из­хо­дът от съ­от­вет­ни­ят дат­чик мо­же да не от­че­те 0 градуса/​секунда, а -1 или +1 гра­ду­са в се­кун­да. Практически то­ва оз­на­ча­ва, че вся­ко ед­но ми­ни­мал­но сму­ще­ние в по­ло­же­ни­е­то на квад­ро­коп­те­ра ще го на­ка­ра да се от­на­ся бав­но в ня­как­ва по­со­ка, вмес­то да се се­ди мир­но на ед­но мяс­то във въз­ду­ха, как­то сте му на­ре­ди­ли. Тъй ка­то то­ва е драз­не­що, мо­же­те да си из­бе­ре­те кон­т­ро­лер с до­пъл­ни­тел­ни ак­се­ле­ро­мет­рич­ни сен­зо­ри, ко­и­то ели­ми­на­рат то­зи не­дос­та­тък. А мо­же­те да си ку­пи­те и кон­т­ро­лер с цял куп дру­ги ек­с­т­ри —  GPS, маг­ни­то­ме­тър, со­нар и как­во ли не. Излишно е да спо­ме­на­вам, че то­ва стру­ва $.

Полетният кон­т­ро­лер има прог­ра­ми­ру­ем мик­ро­кон­т­ро­лер с връз­ка към пер­со­на­лен ком­пю­тър, чрез кой­то мо­же­те да го прог­ра­ми­ра­те соб­с­т­ве­но­ръч­но. Но ако то­ва не ви е сти­хи­я­та ня­ма страш­но — за на­чи­на­е­щи ка­то нас има кон­т­ро­ле­ри с мак­си­мал­но улес­не­но прог­ра­ми­ра­не чрез дис­п­лей­че, бу­тон­че­та и вгра­де­но кон­тек­с­т­но ме­ню.

Рамка

 

Рамката е още ед­на от нес­п­ра­вед­ли­во пре­неб­рег­ва­ни­те час­ти на квад­ро­коп­те­ра. Тя е важ­на, за­що­то към нея са зак­ре­пе­ни всич­ки от го­ре­о­пи­са­ни­те не­ща и за­що­то по­на­ся на­то­вар­ва­ни­я­та на квад­ро­коп­те­ра. Които, по­не в на­ча­ло­то – до­ка­то се учи­те как да го при­зе­мя­ва­те, ни­как не са мал­ки. Най-​често рам­ка­та е под фор­ма­та на + , ка­то в че­ти­ри­те й ра­ме­на за зак­ре­пе­ни дви­га­те­ли­те за­ед­но с вит­ла­та и кон­т­ро­ле­ри­те на ско­рост­та, а на ед­на цен­т­рал­на плас­ти­на са зак­ре­пе­ни по­лет­ния кон­т­ро­лер, ба­те­ри­я­та, ра­ди­оп­ри­ем­ни­ка и всич­ко ос­та­на­ло. При рам­ка­та с най-​голяма си­ла са из­ра­зе­ни две­те про­ти­во­ре­чи­ви изис­к­ва­ния – да е здра­ва и да е ле­ка. Тя е най-​тежкият ком­по­нент на квад­ро­коп­те­ра, за­е­мащ от 14 до 13 от тег­ло­то му и е важ­но да не се оле­ем в стре­ме­жа си да я нап­ра­вим пре­ка­ле­но здра­ва. От дру­га стра­на рам­ка­та не е тряб­ва да е и пре­ка­ле­но па­ян­то­ва, ос­вен ако не ис­ка­ме да я ре­мон­ти­ра­ме все­ки път. Най-​популярните ма­те­ри­а­ли за из­ра­бот­ка на то­зи ком­пе­нет са: бал­са, алу­ми­ний и кар­бо­но­ви по­ли­ме­ри. Карбоновите по­ли­ме­ри са най-​добри и раз­би­ра се – най-​скъпи.

Тук е важ­но да се съ­об­ра­зи, че раз­ме­рът на рам­ка­та и рес­пек­тив­но на квад­ро­коп­те­ра, за­ви­си от раз­ме­ра на вит­ла­та – раз­с­то­я­ни­е­то меж­ду два съ­сед­ни дви­га­те­ля (т.е. меж­ду кра­и­ща­та на ра­ме­на­та) тряб­ва да е око­ло 1,5 от ди­а­ме­тъ­ра на вит­ло­то.

Друго

Тук вли­зат всич­ки не­нат­рап­чи­ви де­тай­ли, ко­и­то ста­ват оче­вид­ни ед­ва в хо­да на ра­бо­та. Някои от тях са си нап­ра­во въз­ло­ви. Например – ба­те­ри­я­та тряб­ва да зах­ран­ва че­ти­ри­те кон­т­ро­ле­ра, но от нея из­ли­зат са­мо два ка­бе­ла – зна­чи тряб­ва да из­мис­лим ня­как­ва плат­ка, ко­я­то да оси­гу­ри раз­п­ре­де­ле­ни­е­то на елек­т­ри­чес­т­во­то, при то­ва дос­та се­ри­оз­на, за­що през нея ще ми­на­ват де­сет­ки ам­пе­ри. Трябва да взе­мем и под­хо­дя­щи куп­лун­зи за ка­бе­ли­те, за да мо­жем спо­кой­но да ги из­к­люч­ва­ме и включ­ва­ме. Ами как­во пра­вим, ко­га­то ба­те­ри­я­та се из­то­щи? Трябва да я за­ре­дим, но стан­дар­т­но LiPo ба­те­ри­и­тe се про­да­ват без за­ряд­ни ус­т­ройс­т­ва, та­ка че тряб­ва да си на­ба­вим и та­ко­ва. Освен то­ва аб­со­лют­но за­дъл­жи­тел­но е на­ли­чи­е­то на по­ял­ник, мул­ти­ме­тър и поз­на­ния за ра­бо­та с тях. Препоръчително е да има­ме и елек­т­рон­на кух­нен­с­ка вез­на.

Към „дру­го” спа­дат и все­въз­мож­ни­те ак­се­со­а­ри, ко­и­то ра­но или къс­но ще по­ис­ка­ме да сло­жим на квад­ро­коп­те­ра. Все пак за как­во ви е дрон, ако не зас­не­ме­те жес­то­ко ви­део с не­го?

Следва про­дъл­же­ние.…

avatar

About 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.

2 Responses to Направи си дрон — част І (основна информация)

  1. avatar
    Miroslav Nedyalkov says:

    Здравейте г-​н Петков. Хареса ми ста­ти­я­та ви. Аз съм бивш ави­а­ци­о­нен ра­ди­о­елек­т­ро­нен ин­же­нер. 11 го­ди­ни съм об­с­луж­вал са­мо­ле­ти­те МИГ29, но то­ва ве­че е ми­на­ло. Гледах ня­кол­ко ви­де­ок­ли­па и стиг­нах до из­во­да че дро­но­ве­те са бъ­де­ще­то, в дейс­т­ви­тел­ния сми­съл на ду­ма­та, ка­то пре­воз­но сред­с­т­во. ПО мо­и­те наб­лю­де­ния поч­ти ве­че ня­ма мес­та за пар­ки­ра­не на ав­то­мо­би­ли­те. И ме на­лег­на иде­я­та за съз­да­ва­не на дрон кой­то да мо­же да ме во­зи и мен. Не съм про­фе­си­о­на­лист в та­зи об­ласт но ти зна­еш че ние бъл­га­ри­те сме мно­го спо­соб­ни. По прин­цип оби­чам да прог­ра­ми­рам мик­ро­кон­т­ро­ле­ри Microchip PIC. Ползавам съ­що Microsoft Visual studio за прог­ра­ми­ра­не на С++. А в мо­мен­та изу­ча­вам Matlab i Solidworks, по­не­же те са сред­с­т­во­то за съз­да­ва­не на соф­то­е­ра за уп­рав­ле­ние на ле­та­тел­но­то сред­с­т­во. Ще ми е при­ят­но да се за­поз­на­ем и да об­ме­ним мне­ния.

  2. avatar

    Здравейте, Miroslav. Лично аз не смя­там, че в ско­ро вре­ме ще ви­дим дро­но­ве ка­то сред­с­т­ва за пре­воз на хо­ра. Може би то­ва е бъ­де­що­то на­ис­ти­на, но не и в обоз­ри­мо вре­ме. Наред с всич­ки пре­дим­с­т­ва, ко­и­то би­ха да­ли дро­но­ве­те на тран­с­пор­та, все още има ре­ди­ца не­яс­но­ти от прак­ти­чес­ки и ин­же­не­рен ха­рак­тер. Дори мал­ки­те дронове-​играчки от ти­па на квад­ро­коп­те­ри­те в най-​скоро вре­ме ще бъ­дат под­ло­же­ни на ад­ми­нис­т­ра­тив­ни ре­гу­ла­ции, тъй ка­то прак­ти­ка­та по­каз­ва, че кол­ко­то по-​разпространени ста­ват, тол­ко­ва по­ве­че ин­ци­ден­ти се случ­ват с тях.

    Иначе бра­во за ен­ту­си­аз­ма ви 🙂 Хората за­поч­на­ха да пра­вят все по-​големи “дро­но­ве” и в ин­тер­нет мо­же­те да от­к­ри­е­те ин­фор­ма­ция по въп­ро­са. Вижте ле­тя­ща­та ко­ла на сло­ва­ци­те от AeroMobil — http://​www​.aeromobil​.com/ , те ра­бо­тят от 20 го­ди­ни по нея и ве­че са дос­та нап­ред, но ре­гу­ла­ци­и­те ги спъ­ват.

    За кон­такт с мен ето мей­лът ми — emill.g.petkov @ gmail​.com

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *
css.php
Page generated in 0,512 seconds. Stats plugin by www.blog.ca