Дрон с нуля: Часть 2. Рамы

4/5 - (3 голоса)

Содержание

Дрон с нуля: Часть 1. Терминология
Дрон с нуля: Часть 2. Рамы
Дрон с нуля: Часть 3. Силовая установка
Дрон с нуля. Часть 4. Полётный контроллер
Дрон с нуля. Часть 5. Сборка

Введение

В предыдущей статье мы познакомились с терминологией, теперь прежде чем приступать проектировке дрона, нужно определиться с рамой. У вас есть возможность сделать ее своими руками или купить готовую (kit). Вы можете экспериментировать с типами конфигураций и рам. Мы разберем самые популярные рамы, материалы изготовления и все что связано с проектированием.

Какие бывают рамы беспилотников

Трикоптер

Основное: три пропеллера соединенные с мотором. «Носом» считается сторона, где соединяются два луча, угол между ними может иметь разные значения. Для сопротивления гироскопическому эффекту, чтобы менять угол поворота, задний мотор должен поворачиваться.
Плюсы: Оригинальная форма. Повышенные летные данные возможны, если летать прямо. Стоимость (ниже за счет меньшего кол-ва моторов)
Минусы: Форма конструкции ассиметрична. Нужно применять следящий привод. Задача сборки заднего луча усложняется (следящий привод необходимо устанавливать вдоль оси). Мало контроллеров, которые соответствуют такой конфигурации.

Квадрокоптер

Основное: Конструкция на 4х винтах, соединенных с двигателем. В зависимости от конфигурации есть два типа х где «нос» сторона, где соединяются два луча и + где «нос», это продольный луч
Плюсы: Простая, понятная конструкция (двигатели симметричные двум осям) Подходят все существующие контролеры.
Минусы: Не устойчив. Если случится ошибка системы, квадрик просто упадет.

Гексакоптер

Основное: в данной конструкции 6 лучей и все они стыкуются с двигателем. Носовая часть, это сторона соединения 2 лучей или
Плюсы: Гексакоптер имеет шесть лучей, каждый из которых соединен с мотором. Передней частью гексакоптера принято считать сторону стыка двух лучей, но также передом может считаться и продольный луч. Это даст возможность усилить тягу и позволит поднимать более весомые грузы. За счет кол-ва моторов, при выходе одно из них из строя, появится возможность посадить дрон и предотвратить падение. Практически все контроллеры подходят к данному типу.
Минусы: «Тяжелая» конструкция. Стоимость. Чтобы добиться такого же времени полета, как у квадрика, нужны аккумуляторы большей емкости. Большой вес из-за доп. моторов.

Y6

Основное: разновидность гексакоптера, состоит из 3 лучей соединенных с 6 двигателями ( в итоге 6 двиг.) Нижние отвечают за тягу вниз.
Плюсы: Потребуется меньшее кол-во запчастей. Возможность поднимать груз больше чем у квадрика. Если применять винты встречного вращения, можно исключить гироскопический эффект (как у Y3). Если откажет один из двигателей, есть шанс безопасно посадить дрон.
Минусы: Стоимость, такой дрон обойдется гораздо дороже (необходимо большее кол-во деталей) За счет большего кол-ва деталей вес станет больше, соответственно понадобится аккумулятор с большой емкостью. Если сравнивать с гексакоптером, тот тут тяга меньше. Не все контроллеры подойдут.

Октокоптер

Основное: Конструкция представляет собой 8 лучей соединенных с двигателем. Носовая часть, это сторона соединения 2х лучей.
Плюсы: Кол-во двигателей обеспечивают повышенную тягу, что дает возможность оснащать такие дроны дорогим фото/видео оборудованием.
Минусы: Высокая стоимость, за счет двигателей и необходимости в объемном аккумуляторе.

X8

Основное: октокоптер из 4 лучей + соединение с парными двигателями (в итоге 8 двигателей)
Плюсы: Хорошая тяга, за счет кол-ва двигателей. Повышенные шансы безопасно посадить дрон в случае какой-то поломки.
Минусы: Высокая цена (кол-во двигателей+ объемный аккумулятор)

Габариты беспилотников

На рынке представлены разнообразные модели, от мини дронов, до габаритных, которые можно транспортировать только в грузовике. Для среднестатистического пользователя, оптимальным размером считается от 35 см. до 70 см.

Материалы Дронов/Конструкция

Рассмотрим самые популярные материалы, для изготовления дронов. Идеальная рама, это жесткая основа, которая может передавать вибрацию.

Пена – как моно материал практически не применяются. Зачастую миксуется с жесткой конструкцией. Либо используется, как защита.

Дерево — отличный вариант для тех, кому важна минимальная стоимость. Вы сможете сократить расходы и время. Но выбирайте идеальную древесину (ровную и не деформированную)

Пластик — идеален для защиты каркаса или шасси. Если вы хотите использовать его, для 3D принтера, лучше изготавливать маленькие дроны (экономия времени), более габаритные проще приобрести в версии kit.

Алюминий — приятная цена, но более большой вес в сравнении с углеродным волокном. Не разрушается, все проблемы которую могут возникнуть, это изгиб материала. Чтобы работать с ним достаточно пилы и дрели.

Стекловолокно (G10)– внешне практически идентичен с карбоном, но стоимость намного приятней. Продается листами, применяется для изготовления верхней и нижней части рамы. Не препятствует прохождению радиоволн.

Печатная плата – аналогичен стекловолокну. Применяют для создания верхней и нижней пластины рамы, чтобы уменьшить кол-во деталей конструкции. Можно сделать раму (будет вся электронная начинка) из одной печатной платы.

Углеродное волокно — один из самых популярных материалов, благодаря легкому весу и повышенной прочности. Все детали, так же нужно делать вручную. Продаются плоские листы, если необходимы трехмерные формы, сделать их смогут только по спец. заказу.

Доп. информация

Подвес — основная функция, это стабилизация камеры. Монтируется под рамой (ориентируясь на центр тяжести). Устанавливается на раму, либо благодаря направляющим. Чтобы добиться максимальной стабилизации изображения, лучше применять 2х-3х осевые подвесы. Для этого нужно будет удлинить посадочные опоры.
Грузоподъёмность – роскошь для простого обывателя, каждый дополнительный грамм влияет на время полета и исключает применения доп. элементов (для важных функций) Проектируя нужно учитывать, что бокс для транспортировки должен быть исполнен из сверх легкого материала, с повышенной прочностью, плюс нужно четко продумать крепёжную систему для груза.
Посадочные опоры — для уменьшения веса, многие снимают посадочные опоры и приземляют дрон на раму. Но благодаря опорам увеличивается расстояние между нижней частью конструкции и поверхностью (на которую вы приземляетесь) и компенсируют жесткую посадку, беря весь удар на себя. Так вы увеличите шансы успешно посадить дрон и сохранить в целостности все его элементы.

Сборка — конечно разработать проект и собрать дрон куда проще, чем вертолет, но это не исключает необходимости продумать все нюансы, перед тем, как приступить к сборке.

Советы по сборке:

1. Важно рассчитать точное расположение отверстий, для последующего крепления двигателей к раме.

2. Вы сможете миксовать рамы одного производителя с двигателями другого, вы сможете, если размер рам вписывается в диапазон 40-60см.

3. Распределять доп. компоненты следует симметрично 1й оси.

4. Контроллер полета нужно размещать в центре соединения всех двигателей.

5. Крепление контролера полета осуществляется посредством стоек, демпферов и двустороннего скотча.

6. Нет стандартов для крепления контроллеров, но многие производители используют одно и то же расположение отверстий.

7. Аккумулятор тяжелый, если центр массы сдвинут, откорректировать его можно, сместив батарею.

8. Крепеж аккумулятора должен быть надежно зафиксирован, но одновременно немного «играть».

9. Как правило аккумулятор крепится ремнями с липкой основой, но желательно зафиксировать батарею к раме двухсторонним скотчем.