Полезно знать - Hellhog - блог

Как избежать крашей (падений) и увеличить устойчивость полета квадрокоптера

2016-05-18T07:57:48+00:00

В сильный ветер (6-7 мс) крупный, тяжелый коптер не стоит запускать, но порывы ветра могут Вас поджидать и при слабом ветре, на высоте. Я обратил внимание, что даже в сильный ветер квадрокоптер весом 1800 гр. стабильно (режим Stabilization) держит позицию, но бывают случаи, когда без особых причин он может резко наклониться, в любую из плоскостей, на 30-40 градусов и так же резко вернуться в горизонтальное положение. Наблюдая такое появляется мысль "а что если в следующий раз он не вернётся в горизонт?", начинаешь понимать, что дрон может упасть в любой момент.

В общем для коптера размером 450мм - 600мм ненужна излишняя маневренность, я готов ею пожертвовать.

Любой коптер это не очень аэродинамически устойчивый летательный аппарат, он летает благодаря полетному контроллеру, который берет данные своих датчиков барометр, акселерометр, гироскоп и д.р. обрабатывает как PID регулятор, усредняет, выявляет и пропускает ошибки согласно отданным ему инструкциям через программное обеспечение. Ошибки glitch (глич, глюк) - нормальное явление в работе контроллера, их не может не быть, их количество может расти, а может уменьшаться, но никогда не равно 0. Пример ошибки барометра (Baro glitch): барометр дает данные о высоте, на плате полетного контроллера можно найти маленькую металлическую радиодеталь с небольшим отверстием, чувствительный элемент преобразует давление воздуха, "давящее" через отверстие, в цифровые данные в виде давления, которые преобразуются в данные о высоте, ошибка же выглядит следующим образом, когда полет на высоте 5 метров, колеблется в плюс и минус метр, но спонтанно барометр дает значение 4000 или -10м - этот резкий скачек и зовут glitch - Глюк. Процессор пропускает глюк и ждет "правильных" данных.

Первым делом для стабильного полета увеличиваем стабильность работы полетного контроллера APM 2.5 2.6 2.7.

Для этого "накрываем" датчик барометра, на плате, поролоном. Далее для увеличения стабильности работы гироскопа и акселерометра устанавливаем полетный контроллер на антивибрационную подставку.

Барометр на плате обведен красным.

Впаиваем конденсатор наибольшей ёмкости (чтоб крышка закрылась) на внутреннюю шину питания APM для сглаживания пульсаций (шумов) по питанию приходящие из Power Module.

Калибровку акселерометра производим при помощи строительного уровня и линейки угольника, на ровном столе находящимся строго в горизонтальном уровне.

Пример на видео:

https://www.youtube.com/watch?v=PbLWZyqJxMs

Далее, на стабильность полета влияет центр тяжести, пример видео:

https://www.youtube.com/watch?v=O8kuBI1XJSg

Эффект "желе", как убрать желе на видео записи

2016-03-24T10:06:07+00:00

Сегодня мультироторные дроны, квадрокотперы, гексакоптеры – не только развлечение в небесах, но и способ записать уникальное и очень красивое видео с любой высоты в самых недоступных местах. Однако не так просто разместить на дрон экшн камеру GoPro, SJ4000, Xiaomi. Вибрация рождающаяся от работы нескольких двигателей превращает картинку в так называемое «желе» или Jello, по-английски.

Производители квадрокоптеров давно заметили данную неприятность и выпускают различные приспособления для снижения искажений. Обычно это силиконовые подставки (anti vibration damper) и затемняющие поляризационные светофильтры.

Силиконовые антивибрационные подставки не всегда спасают на 100%, а затемняющий поляризационный светофильтр для камеры снижает качество записываемого видео, кроме того, русская зима с минусовой температурой ниже -20 делает силикон менее эластичным. Поэтому умельцы со всего мира объявили рукодельную борьбу с вибрацией и неприятному эффекту "Желе". Силиконовые подставки заменяется обычно стальным тросом в 2 мм, свернутым буквой «Ззю». Он также неплохо пружинит, и не боится серьезных морозов.

Существуют несколько способов борьбы с неприятным дефектом видео полета. Кто-то меняет саму камеру, кто-то экспериментирует с частотой кадров (предполагается, что съемка желируется при 25/30 кадрах, а на 60 пропадает), режимами съемки и разрешением видеозаписи. Причина желе очевидна - вибрация, возникающая в результате недостаточной балансировки пропеллеров и двигателей. Вопрос балансировки весьма философский, тщательно от балансированный двигатель и пропеллер стоят больших денег, но и это не дает полной отсутствии вибрации. Можно сколь угодно балансировать, но это процесс медленного движения к нулевой вибрации, успехов на этом поприще добились только государственные аэро-космические технологии. У обычного же производителя двигателей (и пропеллеров), для авиамоделей, в арсенале имеются максимум динамические системы балансировки, а в худшем (дешевый двигатель, пропеллер) случае балансировка не делается вообще. Поэтому купив новые пропеллеры необходимо их от балансировать.

Ситуацию улучшает наличие темного фильтра, например, такого как Neutral Density. Он смягчает поток световых волн и, отчасти, улучшает картинку. Яркость уменьшается, удлиняется выдержка камеры в последовательном сканировании сенсора. На аппаратах, снабженных global shutter-ом, проблемы с Jello и роллинг шаттером не беспокоят. Но основное внимание народные умельцы уделяют снижению вибрации камеры в полете.

https://www.youtube.com/watch?v=R-h46Zz9YZQ

Также в продаже имеются антивибрационные подкладки из латексной пены.

Они мало эффективны, если не комбинировать их с другими способами борьбы. Вообще такие антивибрационные подкладки помогают при мелкой тряске и применяются для лёгких частей коптера: полетный контроллер, курсовая камера и т.д. Некоторым старателям удается выиграть хорошую картинку после тщательной работы с балансировкой моторов и пропеллеров, но это требует опыта и терпения. Для новичков же, советуют приобретать брендовые пропеллеры, которые нуждаются в меньшей балансировке.
Основные же способы борьбы с желе – амортизация камеры и уменьшение вибрации от двигателей. Чего только не используют в этом качестве! Камеру кутают в пенопласт, мягкий поролон, изношенные посудомоечные губки, даже просто в вату. Создаются подвесы и подставки из самых немыслимых материалов, дерева, пластмассы, металла, резины, ПВХ, даже LEGO-конструктора.
Пытается народ использовать физическое свойство большей массы, поскольку с ее увеличением, сложнее передать телу вибрацию, утяжеляя коптер аккумуляторными батареями и другой полезной нагрузкой.
В качестве самого действенного кустарного изобретения умельцы предлагают крепление состоящее из двух пластиковых (также дерево, стеклотекстолит, алюминий и д.р.) площадок, между которыми, виброизолирующим элементом выступает стальной трос.

Площадка берется под размер камеры, между ними (через подготовленные отверстия) продевается "дугой" трос. Трос берется из нержавеющей стали от 1 мм до 1,6 мм (например велосипедный), в зависимости от тяжести камеры. Удобно использовать велосипедный тросик, т.к. легко найти в продаже, а в зависимости от тяжести камеры уменьшить толщину троса можно убрав одну или несколько жил.

Такая антивибрационная платформа используется, как "подушка", с крепление камеры сверху, так и подвес с креплением камеры снизу.

Для легких камер (ниже 60 грамм) используется не только стальной трос, но и нейлоновые стяжки, силиконовые трубки.

Другой вариант исполнения используется для тяжелых камер. Вместо одной пары пластин платформ используются несколько маленьких.

Подведем итог. Для того чтоб видео с квадрокоптера было ровным, плавным и чётким необходимо выполнить следующие действия:

1. Первым делом вибрацию минимизируем на пропеллерах, т.е. балансируем их;

2. бывают случаи когда необходимо от балансировать двигатель;

https://vimeo.com/37033730 - здесь видео о том как "руками" без сложных электронных средств от балансировать колокол двигателя.

На этом видео более простой способ, но не менее эффективный, с лазерной указкой и зеркалом:

https://www.youtube.com/watch?v=QnjflLDxQQU

3. следующий шаг в минимизации вибрации - это установка самых различных антивибрационных систем, здесь первым делом рассматриваем идею установки двигателей на антивибрационные крепления;

4. заключительный шаг - установка антивибрационных систем для основной камеры.

Виды квадрокоптеров: основные типы, виды и цели

2016-03-11T05:18:48+00:00

Виды квадрокоптеров: технически, основные различия квадрокоптеров заключаются в балансе веса и маневренности и самое важное - цель его применения.

Для новичков квадрокоптеры делятся на:

покупные - брендовые (или не брендовые), готовые к полету - "достал из коробки и полетел" (RTF - ready to fly);
покупные комплекты - "собрал и полетел" (ARF);
покупные комплекты - "комплект" для сборки без радиоуправления.

1. Брендовые квадрокоптеры - удобны тем, что достав из коробки он готов к запуску. Коптер настроен, откалиброван, батарея имеет свое фиксированное место, центр тяжести не смещен. Единственный минус - это высокая цена, а также высокая цена запасных частей и аккумуляторов. "Полноценная" модель, как правило, оснащена камерой на стабилизационном подвесе, разумеется видео транслируется "на землю", имеет возможность осуществлять навигацию по GPS (или Глонасс) для полета по заданным точкам, маршрутам, возврат в место запуска (автопилот). Транслируемое видео так же содержит данные о высоте, скорости, "путь домой", уровень заряда батареи, прогноз длительности полета и д.р.

Главный из популярнейших брендов на сегодняшний день DJI:

Но есть и другие бренды: Walkera

Существует множество брендов:

3D Robotics - Америка
Aerosight Innovations - Америка
Aeryon Systems - Канада
Ares RC - Америка
Armattan
Aurora Flight Sciences
Blade - Америка
CATUAV
DJI - Китай
Draganfly - Канада
Droidworx Limited

Estes - Америка
Foxtech
General Atomics
Hobbylord
Hubsan - Китай
Idea-Fly - Китай
Insitu
jDrones - Тайланд
MiKrocopter - Германия
Northrup Grumman
Novadem

Parrot - Франция
Photo Higher
Prioria
senseFly
Syma Toys - Китай
Team BlackSheep
UAV Factory
Walkera - Китай

WLToys - Китай

XAircraft - Китай
Xpro Heli

2. Комплект для сборки (ARF - almost ready to fly) - комплект "почти готов к полету" представляет собой частично собранную или частично подключенную модель. Выражение "Частично" варьируется от того, что необходимо докупить комплект аппаратуры радио-управления и установить приемник, до вполне готового - установить пропеллеры, посадочные "ноги", подвес для камеры (если нужно или если есть) и в полет. Не забудьте, что на борту всё должно быть надежно закреплено, особенно тяжелая батарея. Такого типа комплекты обычно дешевле красивых готовых брендовых мультикоптеров, выглядят примерно так:

3. Комплект для сборки (KIT) - обычно такой комплект включает в себя только самое необходимое: рама, двигатели, ESC контроллер вращения двигателей, пропеллеры (плюс запасная пара) и различные мелочи для монтажа. Такие комплекты не продают с FPV комплектом, т.е. с камерой и передатчиком, чтоб на земле принимать видео в реальном времени, т.к. установка такого оборудования требует "немного" знаний и "минимальной" квалификации в области антенн и волновой теории.

Цели и применение квадрокоптеров:

"Пустой" квадрокоптер с камерой для "спокойных полетов";
fpv квадрокоптер - тоже самое, что и первое. FPV - это first person view - вид от первого лица, т.е. Вы видите стоя на земле изображение, как будто Вы летите на квадрокоптере;
квадрокоптер с камерой для "быстрых полетов" - Гоночный дрон;
квадрокоптер для перевозки грузов;

1. "Спокойный полет" - имеется ввиду, что Вы просто летаете - без трюков, без переворотов "вверх ногами" и не превышаете скорость 70 км/ч. "Пустой" - это значит, что он не содержит в себе ничего лишнего (т.е. без видео, GPS, камеры и т.д.). Имейте ввиду, что на "Пустом" кводрокоптере есть возможность выполнять различные трюки если есть запас по мощности.

Пример "безумной езды" на коптере, но на видео скоростной дрон.

https://www.youtube.com/watch?v=OKT4cx7UKsk

2. Квадрокоптер с камерой для полета от первого лица - отличается от обычного "пустого" тем, что несет на борту видео передатчик, курсовую камеру, GPS модуль, OSD (on screen display) система наложения данных о высоте, скорости, батареи на видео передающееся на землю. Так же может быть бесколлекторный подвес и камера для аэрофотосъемки. Эти компоненты сильно увеличивают вес летательного аппарата, в следствии чего теряется маневренность и увеличивается энергопотребление.

	Бесколлекторный подвес		Видео приемник и передатчик
	OSD модуль		Видео очки для FPV
	OSD на видео		Видео монитор для FPV
	GPS модуль		Видео шлем

3. Racing drone - Гоночный дрон - это коптер размером около 250 мм, с высоко оборотистыми двигателями и маленькими пропеллерами позволяющие развивать скорость свыше 100 км/ч. Может быть оборудован "облегченным" FPV комплектом: слабый видео передатчик без корпуса для снижения веса, курсовая камера, отсутствует OSD и GPS т.к. цель этого аппарата развивать большую скорость и сохранять маневренность.

Для продвинутых лётчиков классификация квадорокоптеров основывается на балансе веса летательного аппарата и используемой винтомоторной группы. Чем тяжелее коптер, тем большего размера пропеллеры. Чем больше размер пропеллера и меньше его шаг тем экономичнее расход батареи, но теряется маневренность. Чем сильнее увеличиваем шаг винта возвращает маневренность, но увеличиваем энергопотребление. Чем меньше размер пропеллера тем выше максимальная скорость, увеличивается маневренность, но теряется экономия расхода энергии.

Размер устанавливаемого пропеллера ограничивается размером рамы квадрокоптера, поэтому существуют общепринятые стандарты размеров рам. Измеряется рама по диагонали в миллиметрах - измеряется расстояние между осями двигателей. Существуют следующие, популярные в продаже, размеры: 250, 330, 350, 450, 500, 550, 600, 650, 800. Могу сказать, что для рамы 450 максимальный пропеллер - 12 дюймов, поэтому в зависимости от цели использования квадрокоптера (именно квадро) винтомоторная группа может варьироваться:

- общий вес 1500 гр - 2200 гр - пропеллер 12х6 - двигатель достаточной мощности и оборотами 700-900 КV - питание 4S

- общий вес 1000 гр - 1500 гр - пропеллер 12х4.5 - двигатель достаточной мощности и оборотами 700-900 КV - питание 3S - экономичен, низкая максимальная скорость, долгое время при зависании

- общий вес 1000 гр - 1500 гр - пропеллер 10х5 - двигатель достаточной мощности и оборотами 700-900 КV - питание 4S - маневренный

Тяжелый квадрокоптер как правило делается не маневренным т.к. маневренность требует существенной мощности от аккумуляторной батареи. Тяжелым принято считать вес от 2.5 кг и выше, такой летательный аппарат строится из 4 - 6 - 8 двигателей, чем больше двигателей тем устойчивее в полете. Двигатели для таких коптеров принято выбирать много полюсные низко-оборотистые (300 - 500 kV), цена таких двигателей намного выше, но энергопотребление существенно ниже (для много полюсных не каждый регулятор подойдет), питание 4S - 5S -6S. Рама от 800 миллиметров (максимальное расстояние между осями двигателей). Пропеллеры 15" и больше.

Средний квадрокоптер, размером рамы 300 - 550 миллиметров, обычно рассчитывается на вес от 1 кг до 2.5 кг, сочетает маневренность и грузоподъемность, в своих рамках. Двигатели оборотами 650 - 1000 kV питаются 3S-4S.

Маленький коптер - в иностранном интернете часто зовется Racing Copter (гоночный коптер). Размер рамы 250 мм. Вес 0.5 - 0.8 кг. Обладает высокой маневренностью. Моторы оборотами 2200 kV питаются 2S-3S. Высокие обороты и маленькие пропеллеры позволяют разгонять коптер свыше 120 км/ч. Можно найти в интернете гонки, соревнования на подобных коптерах в лесу.

Мини квадрокоптер - это маленький, размером с ладонь или помещающийся на ладони, мультироторный летательный аппарат, с маленьким радиусом действия. Рассчитан для запуска в помещении, зале, комнате.

Квадрокоптер своими руками. Собираем первый квадрокоптер. FPV, камера

2015-11-25T03:47:00+00:00

Сегодня в интернете множество статей на тему "собрать квадрокоптер своими руками", а самый лёгкий способ сделать квадрокоптер, для новичка, это сделать его "по инструкции", поэтому достаточно найти качественную статью-инструкцию и попытаться повторить творение автора. Главное не только знать какой летательный аппарат Вам нужен, но и на какие перспективы Вы рассчитываете. Я хотел коптер "с запасом", чтоб была возможность повесить камеру (типа Gopro) на бесколлекторный подвес и транслировать видео "на землю". А "Пустой" же т.е. не нагруженный, смог летать максимально длительное время. Найти готовую статью не смог, поэтому пришлось "перелопатить" груду материалов.

Эта статья о квадрокоптере предназначенного для FPV - полет с камерой от первого лица и аэрофотосъёмки. Аэрофотосъемка планируется нетолько с GoPro (и аналоги), но и с возможностью погрузить на борт более менее приличную "мыльницу" (150-250 грамм). Плюс чтоб время полета было длительным и чтоб в экстренных и любых непредвиденных случаях автопилот возвращал аппарат "домой".

Самое сложное в сборке первого квадрокоптера это принять решение "какой коптер" и "для каких целей" он нужен, сделать заказ и оплатить, сумма выходит не малая.

Виды квадрокоптеров: основные типы, виды и цели

Далее речь, в этой статье, пойдет о среднем коптере, размером рамы 450 мм, весом 1.4 - 2.3 кг.

Рама и силовая часть с пропеллерами.

- Рама для квадрокоптера F450 - 450mm

- Двигатель AX-2810Q 750кв

- Регулятор оборотов ESC Turnigy Multistar 40A V2 Slim BLHeli Multi-Rotor Brushless OPTO 2-6S

- Пропеллеры 12x4,5 SF (цвет чёрный) 2шт. стандартного вращения / 2шт. обратного вращения

- Пропеллеры 12x6 карбон, дешевые, с Aliexpress

Полетный контроллер (мозг) - я выбрал APM 2.6:

- замечательный бюджетный вариант. Хотя есть более дешевые варианты, но APM (ardu pilot mega) обладает всеми функциями "продвинутого" полетного контроллера. К нему подключаю GPS модуль для того, чтоб автопилот мог вернуть коптер "домой" в случае пропадания связи.

Для полета по камере также устанавливаю OSD - это наложение, на транслируемое видео, телеметрических данных: скорость полета, высота, стрелочка указывающая путь домой и самое главное данные о заряде батареи - с земли можно видеть энергопотребление и прогноз насколько долго еще хватит батареи.

Так же для получения данных о состоянии батареи необходим модуль питания:

FPV комплект для трансляции видео с квадрокоптера на землю включает в себя комплект приемник и передатчик:

Рабочая частота 5.8 ГГц. Мощность передатчика (на фото с права) 600 мВт - что при нормальных антеннах должно в прямой видимости держать устойчивый прием на растоянии свыше 5 км. Изначально этот комплект я расчитывал для самолета и полета на 10 км, поэтому он черезчур мощный и тяжеловат. Вес передатчика 40 гр вместе со штатной антенной.

В таком комплекте лучше сменить штатные штырьевые антенны(диполь) на современные антены круговой поляризации называющиеся - "клевер" они обеспечивают более стабильный прием/передачу сигнала, т.е. на видео будет меньше шумов:

На земле смотреть изображение планирую в дешевом видео шлеме:

Поставляется шлем в разобранном виде, как на фото справа. Что собой представляет шлем: пенопластовый корпус (EPO), ЖК экран (5") и линза френеля. Т.е. линза позволяет более-менее комфортно смотреть на экран на близком расстоянии (5-6 см), в итоге Вы видите большой экран. Из за такой линзы есть небольшие искажения по краям видимой области. Из минусов этого шлема - это ЖК экран низкого разрешения 640 точек, чувствуется зернистость, поэтому любители и энтузиасты заменяют стандартный экран на экран такого же размера, но большего разрешения, например 840 точек на дюйм, главное, чтоб в нем отсутствовал черный или синий экран при отсутствуии сигнала, т.к. при плохом приеме важно видеть хотяб очертания изображения сквозь помехи.

Стоимость такого шлема (монитора) составляет около 2000 руб (35$). Существуют и другие модели шлемов с разрешением экрана 1280, качество и ощущение присутствия в таких на высшем уровне, но и цена выше.

Что касается видео очков, то их качество оценивается весьма крупной стоимостью (за счет компактности). Нормальный очки Fatshark (640 dpi) по качеству будут не намного выше шлема за 2000 руб, а цена их будет держаться около 8000 руб. Дешевые видео очки с aliexpress больше подойдут "пассажиру" нежеле чем пилоту.

Производитель заявляет, что в очках имитируется виртуальный дисплей диагональю 52 дюйма, это так и есть (но на растоянии 5-6 метров), смотреть кино абсолютно приемлемо, но в полетах с камерой нужно не только в пространстве ориентироваться, но и на местности, а так же небходимо отвлекаться на данные OSD, которые на маленьком зернистом экране выглядят мелкими. Новичку такие очки не советую. Цена описаных очков 100$, их разрешение всего 320х240.

Камера на квадрокоптере, для записи и трансляции видео будет установлена на 2х осевом бесколлекторном подвесе с алиэкспресса. Камера выбрана SJ5000.

Ожидается, что получится примерно такой дрон:

Различные мелочи:

Антивибрационная патформа для APM - апм принято устанавливать на антивибрационную подставку, это улучшает стабильность работы контроллера.

BEC - это стабилизатор питания преобразующий входящие 11.1 или 14.8 вольт в 5 вольт, которые используются для питания приемника, полетного контроллера и д.р. Он необходим т.к. мои ESC (регулятор оборотов бесколлекторного двигателя) без встроенного BEC.

Вес моего коптера составил:

- рама, 4 двигателя, 4 ESC, 1 BEC, APM, плата разводки питания с коннекторами XT60, приемник, "ноги" - 990 гр.

- FPV набор: minimosd-6гр, курсовая камера-20гр, передатчик видео с антенной-30гр, GPS модуль-30гр.

- Видеосъемка: двух осевой подвес-212гр, камера SJ4000-70гр.

- Аккумулятор: 5000мАч 4S 30C - 650гр.

Итого пустой: 1 кг - с аккумулятором 1650 гр.

с FPV комплектом - 1100 и 1750гр с аккумулятором.

с бесколлекторным подвесом и камерой-2,1 кг.

Длительность полета так же хочется увеличить за счет больших винтов. Поэтому тестировать буду в следующей комплектации: двигатели описаны выше, винты 12х4.5 с питанием 3s (11.1 вольт) и второй вариант винты 10х4.5 питание 4s (14.8).

Как выбрать двигатель/раму для квадрокоптера?

Вы должны знать вес будущего летательного аппарата, вес полностью загруженного - рама, двигатели, регуляторы, приемник, видеопередатчик, OSD, GPS, контроллер полетный, камера, аккумулятор, подвес для камеры и т.д. Под этот вес выбираются двигатель/пропеллер - ВМГ - винтомоторная группа и аккумулятор.

Винтомоторная группа развивает определенную тягу в граммах, обычно продавец или производитель публикует технические характеристики: потребляемый ток, вольтаж/пропеллер, сила тяги в граммах.

Пример: вертикально расположена шкала тяги в граммах, по горизонтали потребление тока в амперах. Вольтаж 14.8 (4S), два графика - один для пропеллера 11х4.7 второй для 10х4.7

К сожалению не на каждый двигатель найдутся данные о силе тяги или они могут быть не совсем корректны. Зачастую эти данные выкладывают в комментариях, энтузиасты поводящие замер. И в принципе это правильно, купил двигатель установил на стенд с весами и начинаешь тестирование, перебирая варианты пропеллеров, заявленные производителем, на каком из пропеллеров выше тяга и умеренный нагрев тот и подойдет.

Например Вы нашли двигатель с тягой 1 кг, в квадро-коптере 4 двигателя соответственно 4 кг тяги. Тяговооруженность - это запас можности по тяге, т.е. если квадрик будет весить 4 кг и тяга составляет 4 кг, то тяговооруженность равна единице (1 - не полетит), для коптеров нужно от 2 до 3.