Мультикоптеры

Строим мультикоптер сами

Posted On Август 9, 2017 at 4:17 пп by / No Comments

Не смотря на кажущуюся сложность, мультикоптерный аппарат в выгодную сторону отличается от вертолетов простотой, относительной дешевизной и гибкостью конструкции. Конечно, в этом аппарате имеется оборудование, которое необходимо приобрести, однако в остальном Вы получаете огромный простор для творчества. Кроме того, в случае неудачного падения, ремонт мультикоптера может оказаться намного дешевле, чем восстановление вертолета.

Мультикоптер.

В данном разделе мы хотели бы пройти вместе с Вами процесс строительства мультироторного аппарата на примере квадрокоптера — аппарата в минимальной конфигурации.

С чего начать?

Постройку мультироторного летательного аппарата следует начать с подготовки всех необходимых материалов, инструментов и приспособлений, с приобретения необходимого оборудования и с вычерчивания примерного чертежа будущего аппрата.

Пока мы будем изготавливать раму, целесообразно сделать заказы нижеуказанного приобретаемого оборудования — тогда к моменту готовности рамы мы получим все остальное необходимое.

При выборе оборудования просим Вас обращаться к соответствующим разделам сайта с технической информацией, где представлены советы и рекомендации, которые будут Вам полезны.

Контрольный список оборудования и материалов, необходимых для постройки мультикоптера в минимальной конфигурации (квадрокоптера):

  • Основная плата (FlightCtrl) 1 шт.
  • Контроллеры бесколлекторных двигателей 4 шт.
  • Пропеллеры с противоположным рабочим направлением вращения размером 10х4,5 (4,7) 2 пары + 6 пар запасных
  • Бесколлекторные двигатели 4 шт. — DT700/750, Turnigy 2217/20
  • Литий-полимерные аккумуляторные батареи емкостью не менее 3000 мАч 2 шт.
  • Зарядные устройства, балансир для LiPo аккумуляторных батарей 1 шт.
  • Приемник-передатчик 1 комплект
  • Плата-адаптер для контроллеров бесколлекторных двигателей 1 шт.
  • Разъемы 20 пар
  • Центральные пластины для рамы 1 комплект

Для строительства квадрокоптера Вам еще потребуются:

Материалы для постройки рамы (на фото):

Материалы для постройки рамы мультикоптера

  1. алюминиевый профиль 10х10 мм — 2 отрезка по 1 м;
  2. лист алюминия толщиной 0,8 мм;
  3. пластиковые стойки (8-12 шт.);
  4. резиновые демпферы (4 шт.);
  5. болты и гайки 3 мм — разной длины;
  6. пластиковые стяжки;

Соединительные провода. Инструменты (отвертки, ключи, плоскогубцы, ножовка, шуруповерт, дрель, сверла, тиски и т.п.), метизные изделия, паяльник (30-40 W), припой, термоусадочные трубки разных диаметров, изоляционная лента. Персональный компьютер.

Предполагаем, что все вышеуказаное оборудование, материалы и инструменты у нас имеются и приступим к строительству.

Определение конфигурации аппарата

Для начала строительства необходимо определить конфигурацию будущего летательного аппарата. Для квадрокоптера большинство любителей выбирают схему Quadro-X, она означает, что аппарат будет лететь вперед развалом между балками первого и третьего двигателей, как показано на рисунке:

Схема "Quadro-X"

Именно такую схему и будем мы реализовывать. Следует заметить, что аппарат для другой конфигурации будет отличаться лишь местами крепления Основной платы (она должна крепиться стрелкой, нанесенной в одном из углов — в направлении предполагаемого полета), в остальном представленный ниже алгоритм остается прежним.

Поготовка центральных пластин

Балки двигателей будут скреплены в центре пластинами из стеклотектолита:

Пластины из стеклотектолита

Две большие пластины — разной толщины, из более толстого материала — нижняя, из более тонкого — верхняя.

Балки двигателей будут зажиматься между этими пластинами. Но перед тем, как это сделать, необходимо пластины подготовить.

К верхней пластине в указанных местах приворачиваем на гайках болты, выступающие части которых будут служить для установки пластиковых стоек, на которые будет устанавливаться плата-адаптер с контроллерами двигателей:

Показанным на фото зенкером (или сверлом большого диаметра) аккуратно расширяем указанные отверстия для обеспечения «утопленности» шляпки болтов, которые будут крепить пластину для батареи:

Из алюминиевой трубки диаметром 6 мм нарезаем отрезки длиной, на 8 мм больше толщины аккумуляторной батареи, которая будет применяться с мультикоптером — это будут стойки, которыми пластина для батареи будет крепиться к нижней центральной пластине. Края обрезков трубки обжимаем плоскогубцами:

Это будут стойки

Болтами М4 с потайной шляпкой длиной 10-15 мм прикручиваем изготовленные ранее стойки к нижней центральной пластине — стальные болты нарежут резьбу в обжатой трубке, чем будет обеспечено надежное соединение, которое позволит выдержать вес аккумуляторной батареи и камеры с подвесом:

При заворачивании болтов в трубки удерживаем их плоскогубцами, получаем вот такой результат:

Разметка и сверление балок двигателей

Для разметки балок необходимо определить длину одной балки, которая зависит от размера применяемого пропеллера, который, в свою очередь, зависит от применяемого двигателя. В нашей модели мы будем использовать пропеллеры размером 10х4,5 с двигателями AXI 2217/20. Практикой установлено, что оптимальный размер балки двигателя должен составлять 30-33 см от оси двигателя до центра Основной платы.

Нарезаем из алюминиевого профиля 10х10 мм четыре балки длиной 34 см.

Двигатели будем крепить не к самому краю балки, а немного отступив от него, для того, чтобы предотвратить повреждение двигателя при ударе балки о землю при неудачном падении.

Для разметки балки для двигателей, располагаем крепежную пластину для двигателя на краю балки и, используя крепежную пластину как трафарет, намечаем места отверстий:

Балка для двигателя

На другой стороне балки, используя одну из центральных пластин как трафарет, намечаем места крепежных отверстий балки к центральным пластинам:

Места крепежных отверстий

В намеченных места сверлом диаметром 3 мм сверлим сквозные отверстия:

На краю балки, где будет крепиться двигатель, ровно посередине между крпежными отверстиями, сверлим отверстие диаметром 8 мм — в это отверстие будет проходить выступающий вал двигателя, а диаметр этого отверстия не позволит зацепляться за балку стопорную шайбу на оси двигателя:

Отверстия с нижней стороны балки, расположенные напротив 3 мм крепежных отверстий рассверливаем до 6 мм — они необходимы для того. чтобы вставить отвертку для заворачивания крепежных болтов. Отверстие с нижней стороны, ближайшее к центру аппарата, сверлим диаметром 8 мм — в него еще будут продеваться фазные провода двигателей.

Края всех отверстий обрабатываем зенкером,чтобы избежать заусениц. В итоге мы должны получить вот такие отверстия на концах балок (на фото показана верхняя и нижняя сторона):

Нижняя сторона балок:

Нижняя сторона балок

Верхняя сторона балок:

Верхняя сторона балок:

Соединение балок и центральных пластин

Соединяем балки и центральные пластины 3 мм болтами с гайками с полиэтиленовыми вставками. При этом в центре балки прикрепляем короткими болтами (16 мм), вставляя их с нижней стороны, а по краям центральной пластины применяем длинные (20 мм) болты, вставляя их со стороны верхней пластины:

Обращаем внимание на взаимное расположение верхней и нижней пластин для обеспечения выбранной схемы — угол со стрелкой на основной плате (следовательно и угловое крепежное отверстие) должны быть направлены в развал между балками первого и третьего двигателя:

Подготовка места для аккумуляторной батареи

К стойкам из алюминиевой трубки, которые были ранее прикреплены к нижней пластине, болтами M4 приворачиваем пластину для аккумуляторной батареи:

Вид сверху собранных центральных пластин и балок:

Вес собранной конструкции:

Вес конструкции

После покраски наша рама будет выглядеть вот так:

Изготовление посадочных опор

Из алюминиевой полосы шириной 15 мм и алюминиевого прутка диаметром 6 мм готовим вот такие детали посадочных опор:

Посадочные опоры

Длина посадочных опор подбирается индивидуально исходя из размеров подвеса камеры, который будет использоваться — посадочные опоры не должны допускать касания подвеса опорной поверхности, на которую устанавливается мультикоптер.

Соединяем вышеуказанные детали при помощи армированного скотча:

Для эстетических целей облекаем места посадочных опор, в которых намотан скотч в термоусадочную трубку соотвествующего диаметра, а также готовим нижние части посадочных опор с Т-образными резиновыми соединителями:

Нижняя часть посадочных опор с Т-образными резиновыми соединителями:

На верхней части посадочных опор намечаем места, соответствующие выступающим болтам крепления балок, сверлим в этих местах отверстия диаметром 3,5 мм, вставляем посадочные опоры в выступающие части болтов и закрепляем их барашками с резьбой М3:

Монтаж контроллеров двигателей на плату-адаптер

Для монтажа контроллеров на плате-адаптере используем отрезки медного провода без изоляции (на фото).

Далее припаиваем:

  • фазные провода к площадкам контроллеров (предварительно готовим провода — отрезаем нужную длину, чтобы достать от центра рамы до фаз двигателя и припаиваем к концам фазных проводов разъемы типа «банан» — «мама») — длину проводов рекомендуем делать с запасом около 4 см;
  • провода питания от платы-адаптера к батарее припаиваются к округлым площадкам на нижней части платы-адаптера, на другом конце проводов — обязательно разъем «папа», т.к. «мама» будет на проводах батареи;
  • провода питания от платы адаптера к Основной плате (длиной 5-6 см) припаиваются к площадкам «+» и «-» на верхней поверхности платы-адаптера, на конце этих проводов припаивается разъем типа «мама», т.к. разъем «папа» будет на концах проводов питания, идущих от Основной платы к плате-адаптеру;
  • к нижней поверхности Основной платы припаиваем провода питания (длиной до 8 см): плюсовой провод к площадке J6, минусовой — к квадратной площадке (GND), на другом конце проводов — разъем типа «папа», совместимый с идущим от платы-адаптера;
  • провода шины I2C от платы-адаптера к Основной плате (длиной 5-6 см) — припаиваются на Основной плате к площадкам «C» и «D» и на плате-адаптере к площадкам «C» и «D», между Основной платой и платой-адаптером устанавливаем разъем, по типу отличающийся от разъема питания — чтобы исключить случайное перепутывание при соединении;
  • тумблер включения-выключения питания (любой двухпозиционный тумблер с шестью или тремя выходами, рассчитанный на возможно больший ток — вот образец) припаиваем к площадкам платы — адаптера;
  • внимательно проверяем все соединения, чтобы исключить переполюсовку;

Размещая контроллеры на плате-адаптере, обращаем внимание, чтобы контроллеры были направлены к соответствующим им двигателям (по выбранной конфигурации — см. выше). Для удобства проставляем номера контроллеров на плате-адаптере.

Внимание! Для подключения Основной платы к плате-адаптеру используем разъемы (мы применили DEANS), отличающиеся от разъемов, применяемых для шины I2C (мы применили Tamiya) — для предотвращения случайного неправильного подключения, которое может привести к выходу из строя Основной платы.

Внимание! Перед монтажом контроллеров на плату-адаптер необходимо замкнуть на них площадки для назначения адресов, как указано в разделе сайта «Контроллеры двигателей».

 

Подготовка и монтаж двигателей

Подготовка двигателей сводится к монтажу на статор двигателя крепежных пластин (если они есть), ступицы пропеллера и припайке фазных проводов.

Вначале определяем длину фазных проводов, сравнивая ее с длиной балок двигателей:

Припаиваем провода к фазным выводам двигателей и изолируем соединения термоусадочной трубкой:

Продеваем провода внутрь балки от широкого отверстия на ее краю к центру:

Устанавливаем двигатели, заворачивая болты с нижней стороны балок, желательно смочить резьбу болтов жидкостью, предотвращающей их отворачивание:

Установка платы-адаптера с контроллерами

Устанавливаем подготовленную плату-адаптер на резиновые демпферы и продеваем фазные провода от двигателей в соответствующие прорези на плате-адаптере к соотвествующим контроллерам:

После этого припаиваем фазные провода к площадкам фаз контроллеров.

Внимание! Фазные провода могут припаиваться к непосредственно к контроллерам, либо соединяться на разъемах типа «банан». Последний вариант соединения предпочтительнее, т.к. допускает простую перестановку фазных проводов для изменения направления вращения двигателя. При прямом припаивании фазных проводов к контроллерам изменение направления вращения двигателей осуществляется перепайкой проводов прямо на контроллере, при обязательном предварительном отключении питания.

Установка батареи

Устанавливаем батарею на предварительно приклеенные мягкие прокладки:

Монтаж крышки для плат

Устанавливаем крышку на платы (мы подобрали пластиковую тарелку, которая прекрасно выполнит функции по защите плат от удара при случайном падении и от осадков) — крепим крышку с одной стороны на шарнир для закрылков моделей самолетов:

А с другой стороны крепим крышку болтом М3 с барашком, который вкручивается в Г-образный кронштейн, прикрепленный заклепкой к верхней центральной пластине:

Подготовка и установка пропеллеров

Проводим балансировку каждого пропеллера, как это описано в разделе сайта Пропеллеры.

Пример использования балансировочного устройства с магнитами:

Устанавливаем на двигатели пропеллеры.

Внимание! Важное замечание: не забываем, что устанавливать пропеллеры нужно в соответствие с выбранной конфигурацией аппарата. В нашем случае:

Первый, второй двигатели — пропеллеры с правым направлением рабочего вращения.

Третий, четвертый двигатели — пропеллеры с левым направлением рабочего вращения.

Схема "Quadro-X"

Для отличия пропеллеров с рабочим направлением вращения вправо, на одной из лопастей у них имеется буква R, на пропеллерах с направлением вращения влево, такой буквы нет:

Маркировка воздушного винта

Подключение кабеля для настройки

К 10-пин разъему Основной платы (разъему Debug платы NaviCtrl при ее наличии) подключаем шлейфовый кабель и выводим колодку наружу, чтобы удобно было подключать плату MK-USB для соединениямультикоптера с компьютером, не снимая крышку с плат:

Подключение приемника

Готовим и подключаем приемник — сателлит от системы Spektrum. Подробное описание — в разделе Приемник-передатчик.

Внимание! Подключение сателлита к площадке +5V на Основной плате допускается только через регулятор питания, преобразующий 5V в 3V — описан в разделе сайта Приемник-передатчик.

Приклеиваем сателлит к кронштейну, прикрепленному заклепкой к верхней центральной пластине двусторонним скотчем:

Подключение светодиодов подсветки

Продеваем провода для светодиодов в балки второго и четвертого двигателей — они находятся сзади по направлению полета, их мы и подсветим красными светодиодами, которые обозначат заднюю часть мультикоптера:

Припаиваем провода питания к полоскам светодиодов и приклеиваем полоски на конце балок:

Порядок и схема подключения светодиодов описан в разделе «Модернизация» нашего сайта.

Наш квадрокоптер готов!

Настройка параметров

Основные сборочные работы проведены, можно приступать к настройке параметров. Рассмотрим самый простой (но вполне достаточный) вариант настройки мультикоптера.

Контроллер нашей Основной платы отпрограммирован и имеет начальные настройки «beginner». Устанавливаем собранный мультикоптер на ровную поверхность (можно на стол), убеждаемся, что в районе винтов не имеется никаких препятствий, о которые винты могли бы касаться при вращении.

Выполняем последовательно следующие операции:

  • подключаем к 10 пин разъему Основной платы шлейфовый провод, ведущий к MKUSB, который, в свою очередь, кабелем подключаем к разъему USB персонального компьютера (соблюдаем, чтобы сторона кабеля с красным проводом была направлена в сторону первого штырька разъема Основной платы) — проверяем, что система автоматически произвела установку необходимых драйверов (если подключение производится впервые);
  • соединяем разъемы платы-адаптера и батареи, включаем тумблер питания на плате-адаптере — на Основной плате должны загореться красный и зеленый светодиоды, на контроллерах двигателей в плате-адаптере должны загореться зеленые светодиоды, двигатели должны провернуться на четверть оборота и издать пищащий звук — это значит, что тест пройден нормально и система готова к настройке
  • запускаем на пероснальном компьютере Программу настройки — MKTool и следим за надписями в небольшом центральном окошке программы, если мы видим вот такое окно, в котором изменяются цифры в левой колонке, значит все в порядке — программа настройки определила Основную плату и готова к вводу параметров настройки:

  • нажав на кнопку Alt на клавиатуре и кликнув по кнопке Setting, открываем окно Mixer setup — там выбираем и загружаем настройку Quadro-X, сохраняем настройку, нажав кнопку Write.
  • затем открываем вкладку Motortest и, назначив номер двигателя №1, включив мотор-тест (нужно поставить галочку в соответствующем поле) указателем мыши двигаем ползунок справа немного вверх — в этот момент первый двигатель должен начать вращаться — заметьте направление, в котором вращается этот двигатель и опять верните ползунок в нижнее положение — мотор остановится;

Внимание! Важное замечание: Соблюдайте меры предосторожности при проведении теста двигателей — уберите руки и предметы в сторону от пропеллера, не увеличивайте частоту вращения.

  • если двигатель вращается в сторону, не соответствующую выбранной конфигурации, нужно выключить мотор-тест (убрать галочку в окошке активации мотор-теста) и поменять местами два фазных провода в месте соединения фазных проводов у двигателей — вращение двигателя будет изменено на противоположное;
  • провести по вышеуказанной методике тест всех двигателей и переменой соединений фазных проводов добиться, чтобы направление их вращения соответствовало выбранной конфигурации и установленным на моторах типам пропеллеров;
  • на одной из балок двигателя устанавливаем пузырьковый уровень, подкладывая под посадочные опоры какие-либо предметы, добиваемся нулевых показаний пузырькового уровня;
  • включаем передатчик, наблюдаем, что на сателлите загорелся постоянно красный светодиод, а на Основной плате перестал гореть красный светодиод — это означает, что приемник и передатчик обнаружили друг друг-друга и Основная плата получает сигнал от приемника;
  • проверяем назначение каналов в меню Channels Программы настройки MKTool (подробно описано в разделе Программа настройки — MKTool);
  • проводим калибровку гироскопов — ручку газа поворачиваем вверх влево — светодиод на Основной плате должен мигнуть (подробно описано в разделе Калибровка датчиков)
  • проводим калибровку акселерометра и запись данных в память — ручку газа переводим вверх вправо — светодиод на Основной плате должен мигнуть (подробно описано в разделе Калибровка датчиков);
  • тумблером на плате-адаптере выключаем питание Основной платы и контроллеров двигателей, закрываем программу настройки и отсоединяем MKUSB.

Поздравляем Вас — мультикоптер собран, настроен и готов к полетам!!!

Внимание! Важное предупреждение: Мы проведем тестовый полет прямо в квартире, но начинающим пилотам крайне не рекомендуем это делать — возможно причинение материального ущерба и вреда здоровью!

Мультикоптер готов. Что дальше?

Ваш мультикоптер готов и Вы сгораете от нетерпения совершить первый полет. Чтобы этот полет не закончился слишком быстро, предлагаем Вам выполнить нижеприведенные рекомендации.

Подготовка к полетам с тренажером FMS

Для предотвращения досадных поломок мультикоптера в период, когда вы не приобрели достаточных навыков для управления им, целесообразно провести тренировочные полеты на компьютере с использованием бесплатного тренажера-симулятора FMS.

Включение

Установите мультикоптер на устойчивом основании и включите передатчик. Затем включите питание микрокоптера. На основной плате (FlightCtrl) вначале загорятся зеленый и красный светодиоды, а затем, если все в порядке – останется гореть зеленый светодиод. Непосредственно после включения питания Вы увидите небольшое дергание двигателей и услышите пищащий звук, исходящий от двигателей при их проверке – это свидетельствует о том, что обмотки двигателей не имеют короткого замыкания. На контроллерах двигателей также должны постоянно гореть зеленые светодиоды.

Настоятельно рекомендуем перед первым полетом проверить следующие вопросы:

  • в правильном ли направлении в соответствие с выбранной схемой вращаются двигатели?
  • правильного ли направления вращения установлены пропеллеры на каждом двигателе?
  • правильно ли назначены каналы приемо-передатчика в Программе настройки MKTool и правильно ли отрегулированы ходы управляющих каналов в передатчике?
  • в зеленом окошке Программы настройки MKTool в меню (3), в котором отображаются сигналы каналов, при отпущенных ручках управления должны отображаться «0» (кроме канала газа, он может быть -125)

Запуск двигателей

Для запуска двигателей переместите ручку управления газом передатчика вниз и вправо и удержите до момента запуска двигателей. Для остановки двигателей необходимо переместить ручку управления газом передатчика вниз и влево и удержать до момента остановки двигателей.

После запуска двигателей, не увеличивая обороты двигателей, возьмите модель крепко в левую руку, правой рукой проверьте функционирование ручек управления, т.е. ручку управления nick и roll (правая ручка на пульте управления передатчика) повернуть вправо и влево, затем вперед-назад – микрокоптер должен повторить движения ручки управления. Такую же проверку нужно провести и с ручкой управления yaw – поворотом платформы вокруг своей оси (движения вправо-влево ручки управления газом).

Если имеются какие-то нестыковки в движениях ручек управления и микрокоптера, выключите двигатели и произведите настройку каналов в программе MKTool.

Первый полет

Первый полет осуществляйте в открытом месте, вдали от людей, зданий, машин, в безветренную и сухую погоду. Будет не плохо, если на месте первого запуска будет иметься травяной покров – он может предотвратить повреждения микрокоптера при падении.

Используйте настройки «beginner» в программе MKTool. Во время первого полета, прежде всего, сосредоточьтесь на удержании мультикоптером определенной высоты и только потом переходите к управлению правой ручкой передатчика. Не поднимайте микрокоптер во время первых полетов слишком высоко.

Первое время рекомендуем удерживать мультикоптер в положении, при котором он остается повернутым к Вам своей задней частью. Тогда повороты ручек пульта управления и корпуса мульткоптера будут совпадать. Если же Вы развернете мультикоптер в воздухе передней частью к себе, будьте готовы, что поворачивая правую ручку управления, например, влево, Вы получите движение модели вправо по отношению к вашему положению.

Помочь в ориентации могут полоски светящихся светодиодов, прикрепленные в задней части модели.

При возникновении паники во время управления – успокойтесь, плавно снизьте уровень газа и приземлите модель как можно мягче, после чего повторите взлет и посадку с нового места.

Специалисты также рекомендуют перед запусками радиоуправляемых воздушных аппаратов хорошо выспаться!!!

(Visited 24 times, 1 visits today)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Заказать звонок
+
Жду звонка!