Первые испытания летательного аппарата мультикоптера произошли еще в 1922-ом, но только во второй декаде XXI в. этот тип компоновки начал с внушительными темпами набирать популярность. В сравнении с другими радиоуправляемыми моделями квадрокоптеры пользуются большим спросом, вероятно, потому что имеют практическое назначение: как минимум, съемка красивых кадров с воздуха.

Следуя запросам потребителей, производители наводняют рынок обилием моделей различной конфигурации с разнообразными характеристиками. Многие покупатели предпочитают RTF (ready-to-fly, готовый к полетам) наборы, которые способны подниматься в воздух после несложной калибровки.

Но легкие пути нужны далеко не всем. Особое удовольствие можно извлечь, собрав квадрокоптер с ноля своими силами. Степень сложности варьируется от наборов со всеми необходимыми деталями для сборки до самостоятельно выбора каждого компонента, проверки их совместимости, сборки и настройки собственного БПЛА.

Собрать квадрокоптер имеет смысл и при наличии специфических сценариев применения, к которым заводские модели не приспособлены. Или собрать самому аппарат для обучения полетам, который не жалко будет разбить. Подробный чертеж для этого не понадобится, достаточно эскиза, на котором отмечены все элементы.

Базовые узлы и компоненты

Чтобы построенный аппарат был способен подниматься в воздух хотя бы в теории, а сборка квадрокоптера своими руками доставляла удовольствие, необходимо приобрести ряд соответствующих компонентов:

1. Полетный контроллер – «голова» будущего БПЛА, в которой установлены все базово необходимые датчики, а также программное обеспечение для обработки их показаний, а заодно и команд, приходящих с пульта управления, контроля скорости вращения каждого двигателя. Это самый дорогой компонент, который придется покупать, чтобы собрать квадрокоптер.
2. Раму продвинутые моделисты делают самостоятельно из тщательно выбираемых материалов (алюминий, пластик, дерево, карбонат или их комбинации). При недостатке опыта или инженерных познаний, если проекту больше подходит готовая рама или нет ни желания, ни времени проектировать квадрокоптер и его части самому, то на помощь придут готовые рамы, производимые в широком спектре размеров.
3. Двигатели лучше выбрать бесколлекторные – они несколько дороже, но гораздо надежнее коллекторных. Для полетов необходимо вращение со значительной скоростью, поэтому отсутствие коллектора положительно сказывает на сроке эксплуатации. Приобретается не менее 4 (или 8, если нужен октокоптер), если бюджет позволяет, то с 1-2 запасными.
4. Контроллеры двигателей это платы, регулирующие скорость вращения каждого двигателя и питающие его, будут смонтированы на «лучах» корпуса. Их количество соответствует количеству двигателей.
5. Пропеллеры или движители следует выбирать с особым вниманием, ведь размер должны подходить к габаритам будущей рамы, независимо от того, что она самостоятельно построена или куплена.
6. Плата распределения питания предназначена для разводки питания с аккумулятора на контроллеры оборотов двигателей. Как правило, каждый покупной корпус снабжается небольшой платой, куда можно припаять вводы со всех котроллеров, а затем аккуратно их запитать. При желании можно заказать более продвинутый вариант основной платы питания если ваша схема квадрокоптера предполагает особенности компоновки.
7. Покупка аккумуляторов – один из самых непростых моментов подбора запчастей. Тип подходящего элемента питания полностью зависит от целевого назначения создаваемой модели. Для быстрых моделей лучше брать небольшие батареи с высокими показателями KV (количество оборотов в минуту × Вольт), а для тихоходных аппаратов для съемок в приоритете соотношение емкости и веса, ведь перегружать конструкцию нельзя в любом случае. Полезное дополнение – монитор заряда батареи. Не обойдется и без специального балансирующего зарядного устройства для выбранного типа аккумуляторов (литий-ионные или литий-полимерные).
8. Пульт управления с модулем ресивера, который подключается к полетному контроллеру, чтобы аппаратом можно было управлять. От типа пульта управления зависит комфорт управления и некоторые другие доступные функции.
9. Дополнительные опции выбираются в зависимости от назначения будущего аппарата. Так, на дроны для съемки часто крепят стабилизаторы камер, а гоночные невозможны без комплекса FPV (first person view, вид от первого лица).

Инструментов для сборки понадобится немного – отвертка для сборки рамы, паяльник и, естественно, навыки работы с ним.

Недостаток последнего несложно устранить в процессе сборки, благо, «высший пилотаж» владения паяльной станцией не нужен. И лучше использовать паяльники с тонким жалом.

Чертежей квадрокоптеров в полном смысле этого слова не существует, да они и не нужны. Сборка из модулей исключает подобную потребность. С расходными материалами все немного сложней. Чтобы собрать квадрокоптер своими руками понадобятся:

1. Фиксатор резьбы, чтобы ни один из винтов не выкрутился от полетных вибраций.
2. Термоусадочная изоляция на каждое место пайки.
3. Полимерные затяжки-хомуты для фиксации элементов на корпусе.
4. Гидроизолирующий состав для печатных плат.
5. Коннекторы типа «банан» для двигателей.

Ничто не помешает внести необходимые правки и доработки в конструкцию в процессе сборки или летных испытаний. Может для поставленных целей лучше собрать октокоптер своими руками. При наличии внимательности и осторожности даже самые технически неграмотные любители аппаратов смогут построить летающего дрона. Более того, летные испытания в дальнейшем выявят все недостатки, которые устранятся. В результате должен получится идеальный персональный дрон. Главное – четко представлять сценарий его применения.

Процесс сборки

Существует масса вариантов компоновки и конструкции мультикоптеров, но наиболее распространены именно модели с четырьмя винтами. Поэтому сборка такого квадрокоптера послужит примером для поэтапного обзора процесса сборки. В процессе можно опираться на примерные чертежи квадрокоптеров из сети или составленные самим.

1: Строим раму

Независимо от габаритов или назначения каждый дрон должен иметь раму, каркас, несущую основу. Сборка готовых рам не должна вызывать сложностей ввиду того, что они снабжаются подробными инструкциями и всем необходимым крепежом.

А чтобы собрать раму самому, придется проявить конструкторские способности. Самостоятельно изготовленная рама квадрокоптера из металла, пластика, металлопластика или дерева должна быть достаточно прочной. К примеру, толщина деревянных частей каркаса, изготовленного своими руками, должна быть не менее 30 мм. Сборка своего квадрокоптера на недостаточно прочной раме – пустые усилия, потому что он будет часто ломаться.

В любом случае на выходе должно получиться заданное количество лучей одинаковой длины, которые несут на себе моторы и крепятся к центральной несущей пластине. На ней же установлены посадочные опоры или «ноги». В некоторых вариантах компоновки ноги «растут» из-под двигателей. Все зависит от особенностей, продиктованных чертежом квадрокоптера и его рамы.

2: Монтируем силовой агрегат и пропеллеры

Двигатели, их контроллеры и пропеллеры играют ключевую роль в скорости, маневренности и других характеристиках полета. Поэтому следует выбирать продукцию брендов, тесно работающих в сфере квадрокоптеростроения, а не кого-нибудь, кто оказался в этом сегменте рынка случайно.

Моторы для одного проекта должны быть одной модели от одного производителя.

Да, движение происходит за счет разницы в скорости их вращения, но она должна быть строго контролируемой. Разношерстная компания двигателей нарушала бы баланс. Крепятся винтами на наружные концы «лучей».

После двигателей на плоскости их опор размещаются контроллеры оборотов и фиксируются стяжками. Соединение контроллеров с двигателями, также как с распределительной платой, осуществляется путем прямой пайки и коннекторов. При желании и бюджетных возможностях можно использовать контроллер 4-в-1, но тогда немного изменится схема компоновки квадрокоптера. В итоге получится почти готовый коптер, которому не хватает только полетного контроллера.

3: Устанавливаем «мозги»

Полетный контроллер, как правило, монтируется в верхней части каркаса аппарата, над распределительной платой и отсеком для батареи. Компоновку допустимо изменять, но стоит помнить, что чем ниже центр тяжести, тем устойчивей аппарат.

Для минимизации влияния вибраций на работу полетного контроллера, его монтажная площадка часто крепится на резиновые проставки или используются более хитрые системы гашения вибраций. На этапе проектирования это хорошая возможность блеснуть инженерной смекалкой, не нанеся непоправимого вреда всей конструкции.

Только после того, как контроллер будет установлен, можно размещать оставшиеся узлы и модули: ресивер от пульта управления, GPS-датчик, магнитный компас, камеру, подвес и прочее.

И только размещать на корпусе, подключение допустимо только после первичной калибровки полетного контроллера.

Различные производители выпускают разные контроллеры, пульты управление и другие компоненты. Поэтому их калибровка – сложный и вариативный процесс, достойный отдельного рассмотрения.

Квадрокоптер представляет собой летающую платформу на радиоуправлении с четырьмя оснащенными пропеллерами. В состав таких аппаратов включается летающая многороторная платформа. В полете квадрокоптер занимает относительно поверхности земли горизонтальное положение, способен зависнуть над выбранным местом, перемещается в стороны, вверх и вниз. Наличие специального дополнительного оборудования позволяет квадрокоптеру осуществлять практически автономные полеты.

Этот прибор оснащен четырьмя роторами, которые осуществляют вращение диагонально в противоположных направлениях. Роторами управляет процессор, который сообщает данные с трех гироскопов, предназначенных для определения и фиксации положения в пространстве во всех трех плоскостях. Благодаря акселерометру удается занять абсолютно горизонтальное положение. Фиксация квадрокоптера на нужной высоте осуществляется благодаря оснащению бародатчиком. Прибор смещается в пространстве за счет того, что изменяется скорость вращения той или иной двойки моторов. Происходит крен квадрокоптера с его дальнейшим перемещением.

Первые приборы

Это направление начало развиваться в 2006 году. Разработчики из Германии Инго Бускер и Хольген Бусс создали квадрокоптер своими руками. Вокруг него собралось огромное сообщество увлеченных людей - RC-моделистов, программистов, конструкторов. В середине 2007 года квадрокоптеры стали парить и вполне устойчиво перемещаться в воздухе. Такие приборы отличаются от радиоуправляемых вертолетов в положительную сторону благодаря гибкости конструкции и дешевизне. Необходимое для квадрокоптера оборудование можно приобрести, а дальше есть огромный простор для творчества. Помимо этого, в случае падения обычно ремонт такого прибора обходится гораздо дешевле, чем радиоуправляемого вертолета.

Как собрать квадрокоптер своими руками: инструкция

Раму для устройства вполне можно сделать самостоятельно. Для этого потребуется не так уж много материалов. Среди них кусок фанеры 150 х 150 мм, квадратный алюминиевый профиль 14 х 14 мм. Лучи можно прикрутить посредством винтов по диагоналям квадрата. Тонкую алюминиевую ленту можно использовать для создания посадочных лыж и держателя для Каждый луч от центра имеет длину 300 мм, а каждая балка - 250 мм. Отверстия для двигателей на концах лучей можно сделать уже после сборки, разметив все по двигателям.

Радиоуправляемый квадрокоптер: список необходимых запчастей

• Аппаратура Turnigy 9x.
• Управляющая плата.
• Аккумулятор для аппаратуры.
• Силовой аккумулятор на сам квадрокоптер.
• Пропеллеры.
• Зарядные устройства.

Сборка квадрокоптера

Сначала требуется установить управляющую плату, и постараться поместить ее максимально близко к центру платформы. То есть тут лучше все заранее вымерять, чтобы потом не получилось каких-то проблем с балансом и прочих моментов. Отверстия сверлятся сквозь установленную ранее фанеру, прямо в концы алюминиевых лучей. Длинные саморезы по металлу используются для того, чтобы прикрутить плату непосредственно к лучам. Говоря о том, как собрать квадрокоптер своими руками, следует отметить, что лучи не стоит сверлить насквозь, так как тут аккумулятор прилегает к ним максимально плотно.

В непосредственной близости с платой требуется установить приемник. Его можно закрепить посредством суперклея. Если назначение каналов у приемника в точности совпадает с таковыми у управляющей платы, то можно сделать для них упрощенное соединение посредством двух трехжильных шлейфов.

Размещение двигателя

Если рассуждать о том, как сделать квадрокоптер своими руками, то необходимо разметить лучи и просверлить отверстия под двигатель. Расстояние от краев до оси вращения во всех случаях должно быть в точности одинаковым. Отверстие, предназначенное для хвоста вала, который торчит из дна двигателя, необходимо сверлить насквозь на всю ширину квадрата, что позволит видеть, не цепляется ли вал за его края.

Разборки с проводкой

На данном этапе пришло время произвести следующие операции. Сначала делается «паук» из четырех регуляторов скорости, а их провода питания необходимо соединить параллельно посредством специальных переходников. Использовать стоит только в одном месте - где осуществляется подключение батареи к «пауку». Все остальное необходимо спаять, а потом затянуть в термоусадку, так как в полете от вибрации могут случиться разные неожиданности. Теперь нужно подключить сигнальные провода драйверов в соответствии с на управляющей плате.

Когда все будет собрано, можно переходить к тестированию и решению возникающих проблем.

Альтернативный вариант

Первое, что стоит сказать тем, кого интересует, как собрать квадрокоптер своими руками: не стоит экономить на деталях. Существует большое число прошивок, вариантов датчиков, готовых контроллеров, но в нашей статье будет описан вариант использования Arduino Mega, прошивки MegaPirate, а также относительно дешевых датчиков.

Детали

Для начала вам потребуется 4 мотора плюс 1 запасной. Пропеллеры тоже стоит взять с запасом, должно быть минимум 2 стандартных и 2 - обратного вращения. 4 регулятора скорости, плюс несколько запасных. В качестве источника питания не стоит брать один суперёмкий аккумулятор, так как он будет только придавать лишний вес устройству. Правильнее всего предпочесть несколько мелких, чтобы менять их по очереди. Рама должна быть максимально прочной и легкой. Вариант, описанный выше, можно назвать вполне подходящим. В качестве мозгов и датчиков устройства можно использовать программируемый микроконтроллер, плата - AllInOne, акселерометр, гироскоп, управляющая арматура, аккумуляторы, зарядное устройство, а также многое другое. Под последним следует понимать необходимое количество болтиков, винтиков, проводочков, стяжек. Вам потребуются также инструменты для работы, такие как паяльник и принадлежности для работы с ним, дрель, а также умелые руки.

Сборка железа и его настройка

Если все, описанное выше, у вас имеется, то вполне можно начинать процессы сверления, паяния и скручивания. Раму можно делать так же, как было описано ранее, а можно проявить фантазию. Но тут важен лишь один момент: следите, чтобы расстояние от центра до концов лучей было абсолютно одинаковым, при этом пропеллеры во время вращения не должны задевать друг друга и центральную часть из фанеры, так как на ней размещаются все датчики, мозги, а также камера, если вы пожелаете. Установку датчиков следует производить на толстый скотч, резину или силикон, чтобы уменьшить вибрацию. В середине или на концах лучей можно закрепить пенопласт, плотный поролон или резиновые маячки, которые возьмут на себя функции шасси в момент приземления.

Датчики и способы их добыть

Наиболее простым из вариантов можно назвать покупку готовой платы с четырьмя основными датчиками: гироскопом, предназначенным для измерения углового ускорения; акселерометром для измерения гравитации и ускорения; барометром, который определяет высоту и удерживает квадрокоптер на ней; магнитометром, который фиксирует направление движения.

На данный момент в продаже можно найти и такие платы, на которых кроме четырех указанных датчиков есть еще и GPS-приемник, активно используемый для автономных полетов.

Сборка мозгов

Чтобы процесс монтажа стал максимально удобным, стоит все разместить на какой-то плате, выполняющей функции прототипа. Распиновка подключения зависит от типа прошивки, актуальной на момент сбора устройства, поэтому в каждом отдельном случае все следует подключать в соответствии с инструкциями.

Настройка прошивки и загрузка

Найти нужную прошивку на данный момент не представляет сложности, поэтому следует скачать подходящий архив и распаковать его. После того как прошивка в Arduino будет успешно загружена, можно осуществлять закачивание программы настройки, а потом замыкать контакт A5 с GND. Когда программа будет запущена, в меню Option следует выбрать COM-порт Arduino, а в меню Action - AC2 Setup. Важно, чтобы настройка квадрокоптера прошла успешно, а для этого вам необходимо четко следовать инструкциям, которые появятся перед вами после нажатия на огромную кнопку. В одном окошке от вас потребуется двигать ручки на пульте до максимальных и минимальных значений, а в другом окне появится просьба убедиться, что прибор стоит ровно, чтобы верно откалибровать датчики.

Дальнейшие работы

Управление квадрокоптером настраивается после калибровки. После того как вы завершите настройку, A5 с GND можно разомкнуть, а потом в меню найти пункт AC2 Sensor, где вы сможете проверить, правильно ли работают датчики, во вкладке Raw Sensor. Каждый поворот платы с датчиками должен отрабатываться максимально четко, то есть как повернули, так стрелка и становится, если она не дотягивает или переходит нужное значение, то у вас проблемы либо с датчиком, либо с коэффициентами в коде.

Нужно проверить и работу приемника. Делается это в соседней вкладке. Если движение уровней правильное, то при отклонении джойстика газа на 2 секунды вниз вправо должен светиться красный светодиод. При медленном движении того же манипулятора вверх в левом столбце должно происходить примерно одинаковое отклонение уровней.

Результат

Когда все прошло проверку, можно крепить пропеллеры, а потом попробовать взлететь. Для этого квадрокоптер стоит разместить подальше от себя, наклонить вниз и вправо левую ручку, а потом медленно добавить газа. Если прибор взлетел, это очень хорошо, а если он трясется, то придется настраивать PID. Это осуществляется в пункте PID Config. Делается это все в каждой ситуации индивидуально, то есть нет какого-то универсального решения. Теперь вам известно, как собрать квадрокоптер своими руками.

Сначала, подобрав размер квадра, приступил к зарисовке чертежа на куске обоев.

Кстати, размер выбрал 45 - универсальный, так как это мой первый дрон, и в каком направлении буду развиваться пока не знаю.

Собрав дома весь стеклотекстолит, приступил к выпиливанию двух одинаковых основ, между которыми будут зажаты лучи.


Материалом для изготовления лучей послужил алюминиевий квадратный профиль 10*10мм

Предварительная версия...
Крепил лучи между основами с помощью винтов и гаек, ничего другого не придумал)

Идём далее...
Ноги, шасси делал также из стеклотекстолита. Нарисовав эскиз, приступил к нарезке заготовок

После чего приступил к мучению шуруповёрта

Несмотря ни на что, дрон всё-таки встал на свои ноги)

А теперь - взвешивание. Вес рамы, без какого-либо оборудования, составил 263 грамма. Я думаю что это достаточно приемлемый вес, а что думаете вы?

Теперь, когда рама собрана, можно приступить к установке комплектующих.
Моторы и регули я выбрал эти:
EMAX XA2212 820KV 980KV 1400KV Motor With Simonk 20A ESC
Товар http://www.сайт/ru/product/1669970/ Мозг, всем известный cc3d
CC3D Flight Controller
Товар http://www.сайт/ru/product/1531419/ Батарея:
Аккумулятор литий-полимерный ZIPPY Flightmax 3000mAh 3S1P 20C
Товар http://www.сайт/ru/product/8851/
Моторы со штатными крестиками крепил к лучам на болты и гайки



Моторы установлены. Регуляторы примотал на изоленту, радиаторами к лучам.



Затем плату распределения питания разместил между пластинами стеклотекстолита

Припаял все нужные провода (регуляторов, габаритных огней).
Перфекционистам не смотреть)))

Проверил работоспособность...

Установив плату распределения питания, приступил к монтажу мозгов. Банально прилепил их на 2-х сторонний скотч.

Также поступил с приемником

Крепление батареи осуществляется благодаря липучкам на нижней основе квадра.

Вот и всё! Полётный вес квадрокоптера - 993 грамма. Прошив полётный контроллер, пошёл на улицу на первые испытания.

Видео полётов смотрите с 2.50 минуты

Квадрокоптер был построен в конце лета 2016, сейчас начало 2017г. За этот период квадрокоптер побывал в небе достаточное количество времени. В данный момент коптер цел, не было ни одного краша, я его немножко модернизировал, для установки камеры на его борт. В дальнейшем хочу на нём научится летать по fpv. Сейчас потихоньку начинаю собирать Fpv систему, видеопередатчик, приёмник уже заказал))

Спасибо всем кто читал выше изложенное, если есть вопросы, советы, пожелания - пишите в комментариях. Ниже представлены фотографии сделанные камерой, установленной на квадрокоптере, ну и сам коптер.

С Ув. Алексей