АСК-4 FPV квадрокоптер 450 мм.

[koha 2]

Всем доброго времени суток!
Вот как-то жизнь сложилась у меня, простого авиамоделиста-самолетчика сделать квдрокоптер так еще и под ФПВ. 
Прошедшим летом у меня был опыт постройки ФПВ-самолета АСК-2. Ну после чего  у меня от этого самолета осталось только видеооборудование, которое годно больше не на самолет, а на квадрокоптер. Ну время прошло какое-то и я решил себе построить квадрокоптер с ФПВ, да еще и складной квадрокоптер. Ну со складным квадрокоптером у меня не заладилось, но я решил себе сделать обычный, так как он проще в проектировании и изготовлении. 
Раньше у меня был опыт участия в постройке квадрокоптеров, но не густой. Работы с электроникой, которая стоит на коптере у меня так же мало. Ну как говориться с корабля на бал.

 

Данная статья не является идеальным руководством строительства квадрокоптеров, но из нее можно изъять полезные советы для самых начинающих "Коптероводов". Буду стараться выкладывать все в хронологическом порядке. И возможно статья будет подвергаться редактированию и дополнению в дальнейшем. 

Начал я строительство своего коптера с того, что определился с размерами своего квадрика это диагональный межосевой размер 450мм (между осями моторов)
Из того что у меня было: 
Видеопередатчик boscam 5.8ГГц 200мВт ну видеоприемник boscam 5.8ГГц ну и шлем Quanum DIY FPV Goggle Set with Monitor (KIT)
Сейчас к сожалению на Хк пропала фирма Boscam(ну или как минимум я ее не нахожу там в списках), но на сайте есть такая фирма как SkyZone от которой можно заказать видепередатчик и видеоприемник ни чуть не хуже
Далее я начал под свой будущий квадрокоптер подбирать электронику под заказ.
Заказал я постепенно в несколько партий следующие штуки:
Контроллер: Multiwii and Megapirate AIO Flight Controller w/FTDI (ATmega 2560) V2.0
Аккумулятор основного питания: ZIPPY Flightmax 2800mAh 3S1P 30C
ГПС навигация: NEO-6M GPS Module
Корпус для контроллера: Hard Case for MultiWii and MegaPirate AIO Flight Controller
Потом я заказал
4 таких регулятора хода Turnigy Multistar 20 Amp Multi-rotor Brushless ESC 2-4S
4 таких вот мотора: NTM Prop Drive Series 28-30S 900kv / 270w (short shaft version) 
4 таких вот комплектов фурнитур к моторам NTM Prop Drive 28 Series Accessory Pack
2 упаковки таких вот винтов 10x4.5 SF Props 2pc Standard Rotation/2 pc RH Rotation (Red)

такой вот замечательный разветвитель: XT60 to 4 X 3.5mm bullet Multistar ESC Power Breakout Cable

Ну про то что у меня уже было дополнительно я писать не стал, так то у меня дома завалялся аккумулятор на 3 банки 1000mah для питания видеопередатчика, так же аккумулятор для питаня шлема с видеоприемником. Ну и соответственно мой приемник сигнала от РУ передатчика на 2.4ГГц  Frsky. Собственно ничего такого особенного.
При выборе электроники я основывался на выбор электроники к квадрику в котором я принимал ранее участие.  Квадрик не мой был, но участие я принимал как мне кажется солидное. Меня тогда все устраивало, хоть может и не удовлетворяет требованиям современного квадрокоптера, особенно что касается времени полета как мне кажется. Но в целом я доволен, так как я делаю это для себя. 

Потом как только заказал последнюю посылку в конце Августа я ничего не делал. Ни рамы ничего не думал ни проектировал.
Как только посылка пришла с пустя 3 месяца после того как я ее заказал, я почему-то начал шевелиться, несмотря на то, что у меня были еще другие дела. Я резко начал придумывать себе раму, как мне казалось самую простую что я мог придумать. 
За один полный день я придумал следущее:

При проектировании рамы для квадрика (а я раму хотел сделать сам) 
Я знал, что хочу сделать из стеклотекстолита толщиной 2мм и обмедненного с 2х сторон. Не потому что это прямо супер вариант, а потому что мне его было проще лично для себя достать за бесплатно. Вырезку я планировал осуществлять через заказ на ЧПУ станке, так как точнее станка я вырезать вручную точно не смогу. Лучи планировал изначально делать из алюминевых профилей квадратного сечения со стороной 10мм. Их просто достать в Максидоме. Ну а остальные детали если потребовалось, то изготовить на 3Д-принтере. Так же во время работы я хотел бы отточить свое мастерство реализации изделей через исполнителей. Думаю мне вредным не будет)) Я так хотел построить свой рабочий процесс, чтобы дома мне оставалось бы только крутить винты. 

Проектирование квадрокоптера я начал в программе SolidWorks 2013, так как в ней у меня есть неплохой опыт проектирования (проще говоря рисования). 
В общем, что у меня получилось: 

В данной компьютерной модели квадрика я старался отразить не только саму конструкцию рамы, но и размещение на ней некоторый комлпектующих. Расположение аккумуляторов я выбрал снизу в специальных корзинках под аккумулятор. 
Для GPS я решил сделать корпус, который должен изготоваливаться на 3D-принтере. Все круглый перемычки белого цвета по моему замыслу тоже должны изготавливаться на 3Dпринтере. Я конечно понимал, что такие детали, напечатанный на принтере, не выдерживают поперечных нагрузоку, но я на это и не расчитывал, а должны выдерживать только осевые нагрузки, на мой взгляд они идеально подходят для этого, так как поперечные нагрузки дожны держать винты пущенные внути них.  В комплектации планировалось рядом (бок о бок). Контроллер размещаться должен на самом верхнем этаже. ГПС должен размещаться вынесенно над всей коснтрукцией с помощью карбоновй мачты 3мм в диаметре. Чтобы акк не вылетел, я специально придумал специальные ушки и резинки для них, которые просто запелялись бы за торчащие сверху ушки. Тоже на мой взгляд хорошая идея. Все днища акков, я сделал облегченными, дабы сэкономить  вес квадрика. 

После проектирования всего всего на компьютере я начал искать исполнителей заказа. С этим как оказалось возникли проблемы. Человек, который раньше этим занимался, с которым у меня в этом отношении были хорошие связи перестал этим заниматься по своим причинам. Это что касается ЧПУ резки деталей. 
А человек, который изготовил бы мне детали на 3D-принтере есть, и мне даже не пришлось его искать, так как он сам дал о себе знать по его объявлению. Во время поисков исполнителей заказа мне предприятия отказывали в вырезки деталей. Ну я тогда мне сказали, что в Политехе есть такая организация как FABLAB. Где можно было организовать себе резку деталей. Ну я связался, мне в считанные дни все вырезали, за очень на мой взгляд умеренную цену.

Что касается особенностей печати на принтере, то я узнал, что детали как многие знают печатаются слоями от большего по площади основания к меньшим слоям, без всяких провисаний. Связь между слоями более слабая, чем вдоль слоев, поэтому этот момент тоже нужно учитывать при проектировании деталей. Так же при печатенье слои немного расползаются по размерам, поэтому нужно рисовать детали с учетом таких требований т.е. проектировать зазор заранее. Я так после начал делать при проектировании уже цилиндров в которых отверстие делал вместо 3мм под винт М3 на размер 3.3 мм Можно было даже 3.4 мм 
т.е. отход от слоя был где-то 0.2мм. Поэтому чтобы заменить наполнители для осей некоторых деталей, то я комбинировал карбновую вставку и  такую вот детальку при соединении друг с другом получилось более разумное изделеие с учетом всех прочностных характеристик. на сжатие мои чудесные цилиднрики должны работать замечательно) 

Что касается ЧПУ резки, то там я не делал внутренних углом, я везде делал скругления, чтобы фреза смогла их исполнить, радиуса на скругления я выбрал под 2мм.  После того как мне изготовили детали, мне сказали, что материал надо было выбирать без обмеднения, и даже под мои нужды стеклотекстолит выбирать не 2мм толщиной, а можно 1.5мм толщиной, где бы я сущетсвенно выиграл бы на весе. Но это уже относится к недостаткам выбираемого материала, впредь буду иметь в виду.

Купил так же необходимое число всяких разных винтиков и гаек,  а так же достал фиксатор резьбы "сининький" medium для того, чтобы предотвратить раскручивание винтиков на квадрике во время полета. Выбрал медиум, так как после него говорят их можно скрутить в случае чего. 
Что касается лучей, то я их купил в максидоме, и расверлил отверстия на авиамодельном кружке. Лучше и дешевле меня эту работу никто не сделал бы))) 
Ну вот собственно какие мне сделали детали к моей раме:

На этом изображении более крупно видны детали из под ЧПУ:

Тут все остальное. Дмитрий (тот кто печатал детали на 3Д принтере) отказался печатать мне длинные втулки которые длинной целых 30мм, и в качестве извинения мне дал трбочку из латуни с внутренним диаметром 3мм, а так же поверх всего этого трубочку от фильтра аквафор. Ну по крайней мере мне так об этом сказал. 

После я начал высверливать все свои трубочки под нужный мне диаметр(в некоторых местах 3, а в некоторых 4мм) Ну а так же отпиливать латунные трубочки под длины 30мм, такое же колличество из пластика трубочек я нарезал, ну и где нужны карбоновые вставки я тоже их нарезал:

После чего я уже начал сборку своих узлов. Начал с крепления верхнего этажа к среднему днищу. Как видите на фото что винт пронизывает трубочку  и прнимает нагрузку на сжатие этой трубочки, снизу я потом резьбу где будет гайка везде самзывал фиксатором резьбы. Так же привинтил кронштейн для антены.

Далее я приклеил второй кронштейн к нижней части корпуса ГПС и воткнул маленькие фиксирующие карбоновые вставочки. 

Дальше идет по такой же схеме сборка нижнего днища с днищами двух аккумуляторов, только там еще помимо болтовых соединений идет карбновая вставочка в некоторых случаях. Ну и перемычки латунные с поверх одетыми трубками из пластика.

Продолжение следует...

 

 

[koha 2]

...

После того как две части квадрика условно нижняя и верхняя по отдельности собраны идет их сборка между собой и лучами. 
 как на картинке снизу

Как вы видите наше изделие все больше начинает напоминать нам квадрокоптер. 
Далее мы уже крепим лапы квадрокоптера примерно по той же схеме как и раньше

Ну и вот сверху накидываем по подставки под регуляторы хода, про которые я раньше просто не упоминал, но я нарисовал их позже, но они есть) 

И теперь наша рама пустая уже похожа на раму от квадрокоптера. И можно сказать рама у нас готова, осталось только нафаршировать электроникой.

Далее идет установка моторов на раму: Установка идет все тем же способом. Ну теперь нам фиксатор резьбы больше не понадобится.  

Далее устанавливаем регуляторы хода. Регуляторы хода кладутся на подставки белые, после чего они хитроумным способом с поджатием проводков поджимаются к к лучу на стяжки. И после чего все это чудо начинает держаться 

Вот мы установили все 4 регулятора хода, протянули наш развитвитель питания и протянули его внизу к каждому регулятору между средним и нижним днищем.

Далее мы хитроумным способом привязываем резинку к днищу между отсеками акков

И наглядным способом демонстрируем как акки будут там держаться

Ну вот наш квадрик еще больше становится похожим на квадрик. 
Теперь наклеиваем согласно указательной стрелки на плате наш контроллер ставим видеопередатчик, ну и приемник, ну и камеру на липучку, которая будет осуществлять запись видео с высоким качеством

Дальше начинается с малого возня с электроникой... Самое мое не любимое, и для меня противное дело, как не специалиста в этом деле.... Тут у меня было много проблем.

Первое с чего я начал это я узнал  с чем я имею вообще дело. 
Так вот оказалось у меня в руках лежит плата MultiWii. первое что я понял, так это она не прошита, и я незнаю как подключать к ней от приемника провода, и как к ней подключать регуляторы хода... Ну а так же незнал как закрутить винты, чтобы потом они вращались в нужную мне сторону, согласно мозгам. 
Первое с чего я начал, так это с поиска прошивки на свой квдрик и как она вообще прошивается...
Я узнал, что есть такая программа (среда программирования) Arduino через которую можно прошить контроллер.
 подключение контроллера к компьютеру происходит по кабелю USB microUSB.
 В интернете искал разные прошивки в том числе родные и не совсем родные прошивки. 
 Пробовал  я много прошивок, но заработала только одна прошивка MahoWii RC2 но ссылка на скачивание здесь. У остальных прошивок были ошибки различного рода в компиляции. Когда я начинал листать прошивку, то объем этих прошивок меня просто поражал. Это надо же быть такими умными.
Так же для работы с этим контроллером есть очень замечательный и доступный каждому в понимании сайт http://multiwiifaq.ts9.ru/ где все рассказано и расписано про этот контроллер.
(компиляция - проверка работоспособности программы проходит прямо в программе ардуино).
Далее я начал смотреть что получилось. В результате долгих скитаний я узнал, что есть такая замечательная программа как MultiWiiConf. В этой замечательной программе после тыканья кнопок я увидел как при движении контроллера у меня движутся аксилерометры и гироскопы,  а так же реагирует на движение стиков. В той же программе я узнал куда какой мотор какому номеру соотвтетсвует. И  так же узнал куда  и в какую сторону вращаются винты на моем моторе, так же по каналам подключил приемник к контроллеру. После чего я затянул все винты на квадрике. Затяжку я сделал гайками с пластиковыми кольцами, как мне посоветовали.

Продолжение следует...

 

 

Изменено 10 сентября, 2016 пользователем koha

[koha 2]

...

Потом вспомнил, что у меня есть еще желтые винты того же шага и диаметра и переставил их на перед, чтобы ориентироваться во время полета где перед, где зада. Красные винты я сделал назад, как габариты у автомобиля, а желтые вперед, как передние фары у автомобиля. И только сейчас понимаю, что такая цветовая гамма идеально подсказывает мне во время полета где перед где зад. 

Что касается функций квадрика, то я столько с этим намучался, что решил пока оставить все как есть. Я даже не балансировал винты, я просто хотел летать. Я знал что это достаточно опасно, но все равно... 
Ну вот что в итоге получилось

На следующий день я пошел облетывать квадрик даже на акках в режиме стораджа. 
Во дворе я нашел бокс для футбольного поля маленького, и я начал там облет своего квадрика. Первый взлет поразил все мое воображение не смотря на то, что даже дул ветер. Желание и нетерпение во мне было больше. Накануне я узнал как у него происходит блокировка и разблокировка газа. С помощью движения стика руля направления вправо вниз происходит включение моторов, при движении стика РН влево отключение моторов и блокировка. Ну что тут сказать)) защита от дурака)

Первый взлет был просто супер. Плавный взлет и висение. Потом управление плавное, крены и тангажы может чуть резковаты чем я думал, но в целом здорово) Дижение по рысканью очень ровное, хорошее приятное. 
Но мой старый опыт работы с другим квадрокоптером подсказывает, что мне нужно чтобы квадрик возвращался в горизонт автоматически при отпускании стиков, но к сожалению у меня так квадрик еще не делает. Но я понял к чему стремиться. 
Сейчас вся работа надо квадрокоптером будет направленно именно на это... Так же буду довешивать его видеоборудованием.
Чтобы летать по камере. То к чему я стремлюсь. 

Вот его остальные фото:

По результатам результатам работ могу сразу сказать: 
1) Выбор стеклотекстолита должен был отдаться в пользу текстолита 1.5 мм без обмеднения.
2) Проектирование под размещение большей электроники (так как сейчас все с трудом помещается)
3) Выбор более емкого аккумулятора, чем сейчас стоит, для более продолжительного полета
4) Возможное переподбор электроники под винты 9 дюймов для этого размаха, мне показалось эти винты слишком большими ИМХО
5) При достижении Пункта (2) увелеичение колличества этажей на один, возможно в ущерб массе.
6) Увеличение длины луча за выход круга вращения винта, для установки противоударников.
7) Выбор контроллера в пользу Ardupilot mega ну или его китайского более дешевого аналога HKPilot так как там требуется работа с программой MissionPlaner в которой намного более совершенный и удобный интерфейс, чем здесь
8) перепроектирование под размещение записывающей камеры не рядом а снизу так, чтобы ничего лишнего в кадр не попадало, кроме картинки. (возможно даже перемещение аккумулятора вместо низа в верх)
9) Возможное проектирование крышки, для защиты электроники от окружающей среды. 


Вроде как все на сейчас, если не поленюсь то продолжу дописывать статью через несколько дней или недель по мере проведения работ над квадриком. Есть к чему стремиться!)

И вот прошло некоторое время и я все-таки смог запустить свой квадрокоптер с видеокамерой. 
Камера записывающая видео HD Wing Camera 1280x720p 30fps 5MP CMOS
Курсовая камера: 1/3-inch SONY CCD Video Camera (NTSC)
 Корпус для курсовой камер самодельный из скотча и пластика, имеется так же механизм поворота камеры, который был приобретен так же на хоббикинге. 
Честно сказать, сразу сказался недостаток места на квадрокоптере, так как я с трудом протянул все провода на нем и с выносом, но установил обе камеры. 
Записывающую камеру я установил на липучке. 

И вот наконец облет.
Облет честно говоря проводился в очень неприятную погоду. 
Дул ветер, шел снег (который при касании с чем либо превращается в воду), Ну и достаточно холодно от этого.
Квадрокоптер внешне никак не защищен от таких явлений погодных как влага. Но я не привык отменять полеты из-за нелетной погоды. 

Первые проблемы со взлетом, которые возникли это не запускался один из задних моторов.
Так как он был слегка прокапан фиксатором резьбы из-за моей неосоторожности, ему раскрутиться сложнее всех. 
Но тем  не менее при хитрой комбинации стиков на пульте и эта проблема решается, хоть и не с первого раза.
Во время полета Квадрокоптер постоянно приходилось подтягивать к себе, так как его постоянно сдувало ветром. 
Что первое порадовало, так это качественная картинка на мониторе во время работы двигателей. Т.е. я боялся будут страшные вибрации, которые будут портить мне настроение, но их не оказалось. 
Высоту квадрокоптер набирает легко, а вот спускается не очень. 
При полете по камере возникала такая проблема, что при снижении совсем не чувствуется, что высота падает, даже при умышленном ее уменьшении. Ну и во-вторых квадрокоптер начинается трясти во время снижения, а это не очень приятно. Так же пи удалении квадрика от меня (пилота) становится сложно понять в 3-ем лице в каком положении и куда сейчас летит квдарокоптер. Вовремя  среагировав я посмотрел в монитор, развернул квадрик и полетел к себе. Из-за того, что мой видеопередатчик достаточно слабый, то на нем возникаются помехи на некотором удалении. Но тем не менее сквозь них тоже можно летать. 
При крайнем полете квадрокоптера влага сделала свое дело и во время полета выключились одновременно все 4 мотора, хорошо, что это было на небольшой высоте, и квадрокоптер остался целым. Падение произошло с высоты 3 метра и в результате чего крепление камеры было повреждено, а один луч слегка погнут. 

 

Из вышепроведенных полетов хочется сделать следующие выводы:
1) нужен более мощный видеопередатчик, чем 200мВт.
2) Нужно ставить ОСД текст для более качественного контроля полетов (там указывается текущая выоста)
3) Требуется защита от влаги.
А так в целом я был доволен первым полетом квадрика по ФПВ.

 

Изменено 10 сентября, 2016 пользователем koha