Stavba kvadrokoptéry Individuální praktická maturitní práce

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Jičín, Pod Koželuhy 100

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Jičín, Pod Koželuhy 100 18-20-M/01 Informační technologie

Stavba kvadrokoptéry Individuální praktická maturitní práce

Jičín 2015

Roman Auersvald


Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Jičín, Pod Koželuhy 100 18-20-M/01 Informační technologie

Roman Auersvald

Stavba kvadrokoptéry Individuální praktická maturitní práce

Jičín 2015

Vedoucí individuální praktické maturitní práce Mgr. Ing. Zdeněk Pokorný


Prohlašuji, že jsem individuální praktickou maturitní práci zpracoval samostatně a uvedl v ní všechny prameny, literaturu a ostatní zdroje, které jsem použil.

V Jičíně 26. února 2015

Vlastnoruční podpis žáka


Zadání Obor vzdělávání: Informační technologie

Číslo oboru: 18-20M/01

Zaměření: Informační technologie

Třída: I4A

Školní rok: 2014-2015 Téma maturitní práce: Stavba kvadrokoptéry Vedoucí maturitní práce: Mgr. Ing. Zdeněk Pokorný Téma zpracuje žák: Roman Auersvald Zadání maturitní práce: Realizujte sestavení kvadrokoptéry a navrhněte její další možné rozšíření

Požadavky: 

  

Komponenty - rám kvadrokoptéry – přiměřeně velký pro instalaci komponent - motory – schopny unést sestavu + náklad - vrtule – dvě pravotočivé, dvě levotočivé - regulátory otáček motoru – odpovídající typu motorů - rozvodová deska - řídící jednotka - ovladač - baterie - vysílač Zajištění letových funkcí (vzlet, přistání, ovladatelnost ve vzduchu, možnost udržování výšky…) Hmotnost sestavy – max. 2kg Užitečná hmotnost – min. 1kg (zařízení je schopno unést těleso např.: kameru o hmotnosti 1kg)

Oponent maturitní práce: Bc. František Kubín DiS Termín zadání maturitní práce: 17. 10. 2014 Kontrola rozpracovanosti dne: do 12. 12. 2014, do 30. 01. 2015 Termín odevzdání maturitní práce: 27. února 2015 Obhajoba maturitní práce dne:

......................................... Podpis vedoucího práce


Obsah Úvod ........................................................................................................................................................ 1 Volba tématu ...................................................................................................................................... 1 Cíl práce ............................................................................................................................................... 1 Využití.................................................................................................................................................. 1 1

Přehled obecných parametrů a pojmů .......................................................................................... 2 1.1

1.1.1

Aerial: .............................................................................................................................. 2

1.1.2

Sport: ............................................................................................................................... 2

1.1.3

Sport FPV: ........................................................................................................................ 2

1.1.4

Mini:................................................................................................................................. 2

1.1.5

Mini FPV/Micro MHQ: ..................................................................................................... 2

1.2

Motory..................................................................................................................................... 3

1.2.1

kV ..................................................................................................................................... 3

1.2.2

Max current ..................................................................................................................... 3

1.2.3

Tah ................................................................................................................................... 3

1.2.4

Hmotnost ......................................................................................................................... 3

1.2.5

Doporučené vrtule........................................................................................................... 3

1.3

Regulátory (ESC- Electronic Speed Controller) ....................................................................... 4

1.3.1

Li-po ................................................................................................................................. 4

1.3.2

Maximální zatížení ........................................................................................................... 4

1.4

2

Rám ......................................................................................................................................... 2

Baterie ..................................................................................................................................... 4

1.4.1

Kapacita ........................................................................................................................... 4

1.4.2

Počet článků .................................................................................................................... 4

1.4.3

C-rate ............................................................................................................................... 4

1.5

Vrtule ....................................................................................................................................... 5

1.6

Řídící deska (Flight controller) ................................................................................................ 5

1.6.1

DJI NAZA M V2 ................................................................................................................. 5

1.6.2

3DR Pixhawk .................................................................................................................... 6

1.6.3

Open Pilot CC3D .............................................................................................................. 6

Výběr komponent/stavba kvadrokoptéry ..................................................................................... 7 2.1

Výběr rámu.............................................................................................................................. 7

2.2

Výběr motorů .......................................................................................................................... 8

2.3

Výběr regulátorů ..................................................................................................................... 8

2.4

Výběr baterie .......................................................................................................................... 9

2.5

Výběr vrtulí.............................................................................................................................. 9

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Jičín, Pod Koželuhy 100 2.6 3

4

5

Výběr řídící desky .................................................................................................................. 10

Výběr ostatních komponent ......................................................................................................... 10 3.1

Rozvodová deska pro napájení ............................................................................................ 10

3.2

Konektory pro baterii............................................................................................................ 10

3.3

Adaptéry pro motory a vrtule .............................................................................................. 11

3.4

Konektory pro regulátory a rozvodovou desku ................................................................... 11

3.5

Distanční sloupky velké ........................................................................................................ 11

3.6

Distanční sloupky malé ......................................................................................................... 11

3.7

Vysílač a přijímač .................................................................................................................. 12

Postup sestavení ........................................................................................................................... 13 4.1

Sestavení rámu ..................................................................................................................... 13

4.2

Připájení regulátorů na rozvodovou desku .......................................................................... 13

4.3

Umístění motorů a montáž nástavce pro vrtule .................................................................. 14

4.4

Umístění řídící desky ............................................................................................................. 15

4.5

Připojování přijímače k řídící desce ...................................................................................... 15

4.6

Nastavení řídící desky ........................................................................................................... 16

4.7

Pár tipů na závěr ................................................................................................................... 16

Další možná rozšíření .................................................................................................................... 17

Závěr ...................................................................................................................................................... 18 Přílohy ................................................................................................................................................... 19 Zdroje .................................................................................................................................................... 20 CD s přílohou ......................................................................................................................................... 21


Úvod Volba tématu Stavbu kvadrokoptéry jsem zvolil z důvodu vlastní zvědavosti. Byla to výzva, kterou jsem chtěl pokořit a sestavit kvadrokoptéru, která se bude podobat standardům a vlastnostem kvadrokoptér, co jsou několikanásobně dražší.

Cíl práce Cílem práce bylo sestavit kvadrokoptéru z vhodných komponent, aby se vyrovnala sériově vyráběným kvadrokoptérám ve stejné výbavě za “lidovou“ cenu. Zároveň vypracování této práce, která by v budoucnu mohla pomoci ostatním, kteří budou chtít sestavit vlastní kvadrokoptéru, nebo získat povědomí o tom, co je pro stavbu klíčové.

Využití V současné době se kvadrokoptéry stávají čím dál tím více populárními. Nejsou to pouze kvadrokoptéry, ale také drony obecně.

„Dron (někdy také UAV z anglického Unmanned Aerial Vehicle) je bezpilotní letoun, zpravidla malých rozměrů. Bezpilotní letouny jsou řízené na dálku a používají se např. k průzkumům terénu nebo k útočným účelům.“[13]

Využití kvadrokoptér je velice široké. Může plnit funkci jako pracovní pomůcka například pro fotografy, kteří chtějí pořizovat fotky z „ptačí perspektivy“ nebo se dá využít pro dopravování zásilek, jak už v dnešní době velké korporace testují (Google, Amazon) a jako koníček pro rekreační létání nebo závody. Velké využití bezpilotních dronů je v posledních letech především v armádě ve funkci průzkumníků nebo slouží pro monitorování bojové situace. Drony mohou sloužit i jako průzkumníci v zamořených oblastech, kam by se člověk nedostal.

1


1 Přehled obecných parametrů a pojmů 1.1 Rám Vybírá se dle plánovaného využití sestavy.

1.1.1 Aerial: (Obr. 1) Využití pro profesionální natáčení videa / pořizování fotek. Většinou rámy typu hexakoptéra nebo octokoptéra. Charakteristické rysy: vysoké přistávací lyžiny kvůli možnosti přidělání zrcadlového fotoaparátu/kamery. [1]

Obrázek 1-aerial hexakoptéra

1.1.2 Sport: (Obr. 2) Využití například pro závody. Charakteristické rysy: super lehká konfigurace, která zajistí perfektní ovládání, manévrování a rychlou odezvu pro řízení. [1] Obrázek 2- Rám kvadrokoptéry typu Sport

1.1.3 Sport FPV: (Obr. 3) Využití pro závody, pořizování akčního videa. Charakteristické rysy: rám má velké množství prostoru pro extra elektroniku a akční kamery. [1] Obrázek 3- Sport FPV sestavení kvadrokoptéry

1.1.4 Mini: (Obr. 4) Využití pro pobavení, létání uvnitř. Charakteristické rysy: velmi malá konstrukce, často se prodává jako hračka pro děti. [1] Obrázek 4- Mini kvadrokoptéra

1.1.5 Mini FPV/Micro MHQ: (Obr. 5) Využití pro závody, FPV létání. Charakteristické rysy: malá konstrukce s místem pro upevnění elektroniky nebo akční kamery. [1]

Obrázek 5 - Mini/Micro MHQ kvadrokoptéra

2


1.2 Motory

Obrázek 6- Mini FPV kvadrokoptéra

(Obr. 6, 7) Motory musí být dostatečně silné, aby vznesly do vzduchu celou sestavu. Při vybírání motorů se musí počítat s rezervou, gravitací a předpokládanou hmotností celé sestavy. Při vzletu musí kvadrokoptéra překonat i gravitační sílu. Udává se, že pro vznesení sestavy vážící 1000g je zapotřebí celkový tah motorů minimálně dvojnásobný (tudíž u kvadrokoptéry je zapotřebí minimální tah 500g na motor). [3]

1.2.1

Obrázek 6 -Motor NTM

kV

Pro kvadrokoptéry a obecně multikoptéry jsou vhodné motory, které mají kV hodnotu maximálně 1200kV (záleží na výběru uživatele). Čím menší hodnota kV, tím lze použít větší vrtule, které následně budou generovat větší tah. kV= RPM/V – kolik otáček zvládne motor při spotřebování 1V. [3]

1.2.2

Max current Nejvyšší

1.2.3

špičkový

proud,

který

se

v

průběhu

činnosti

motoru

vyskytuje.

[3]

Tah

Nejzajímavější údaj při vybírání motorů- musí být dostatečně velký, aby se sestava vznesla. Závisí také na výběru vrtulí. [3]

1.2.4

Hmotnost

Do celkové hmotnosti je zapotřebí započítat také hmotnost samotného motoru, jelikož je to mimo baterie nejtěžší komponenta. Hmotnost motoru je třeba vynásobit počtem motorů. [3]

1.2.5

Doporučené vrtule

S doporučenými vrtulemi získáme přehled o změně tahu se změnou vrtule. Čím větší vrtule, tím větší tah ale zároveň vyšší spotřeba. Menší vrtule se používají v malých sestavách, kde je důraz na rychlost a manévrovatelnost.

Obrázek 7 -Příklad tabulky s parametry motoru

3


1.3 Regulátory (ESC- Electronic Speed Controller) (Obr. 8) Pro výběr regulátorů jsou důležité následující parametry.

1.3.1

Li-po Určuje pro kolika článkovou baterii je regulátor

určen.

1.3.2

Maximální zatížení

Musí odpovídat požadavkům motoru-> jestliže motor má maximální špičkový proud 17A musí být zvolen regulátor, který této hodnotě vyhoví. Ideálně 20A regulátor. [3], [10] Obrázek 8- Regulátor Hobby King 60A

1.4 Baterie (Obr. 9) Správná sestava by měla mít baterii, která odpovídá použité elektronice a motorům. Při výběru je třeba dbát na výběr baterie s optimální kapacitou a zároveň s nízkou hmotností. Baterie má výborné parametry ale zároveň vysokou hmotnost- 412g.

1.4.1

Kapacita

Při kapacitě 5000mAh dokáže baterie dodávat proud 5A po dobu jedné hodiny. [4]

1.4.2

Obrázek 9- Baterie Turnigy 5000mAh 3S 25C

Počet článků Vícečlánková baterie má několik článků v sérii. Vícečlánkové baterie mají větší napětí.

1.4.3

C-rate

Tvrdost baterie (baterie s větším C rate dokáže déle dodávat konstantní napětí, zatímco baterie s menším C rate by vydržela dodávat konstantní napětí jen zlomek doby). Příklad: baterie s 1C parametrem se vybije celá při normálním zatížení za jednu hodinu. [4]

4


1.5 Vrtule (Obr. 10) Specifikace vrtulí se skládají ze dvou údajů: průměr a stoupání (oba údaje většinou uváděny v palcích). Při osazování kvadrokoptéry vrtulemi je zapotřebí mít na paměti, že se osazují v rozvržení: pravotočivá, levotočivá, pravotočivá a levotočivá. Jinak by docházelo k nekontrolovatelnému otáčení kvadrokoptéry dokola. Nejběžnější rozměry vrtulí 7x3.5, 8x4.5, 9x5, 10x3.8, 10x4.5, 10x6, 11x4.7, 12x3.8

Obrázek 10- Set dvou vrtulí (pravotočivá+levotočivá)

Příklad rozdílů vrtulí: Vybraný motor má 6660 RPM (otáček za minutu) při nulové zátěži. Pokud na něj přiděláme vrtuli, tak se RPM sníží. Přiděláme vrtuli o rozměrech 10x3,8 a 10x6 (to způsobí snížení RPM motoru na 3600 RPM) -> 60 otáček za vteřinu. Vynásobíme počet otáček za jednu vteřinu se stoupáním vrtule. V prvním případě s vrtulí 10x3,8 dostaneme hodnotu 228 palců/sec (výsledná hodnota je v palcích díky tomu, že stoupání je uváděno v palcích), což můžeme převést na 5,7 m/sec. V druhém případě po dosazení dostaneme 60 x 6 = 360 palců/sec -> 9,1m/sec. Na tomto příkladu je demonstrováno, jaký má vliv výběr vrtule s odlišným stoupáním.

Tip: pokud má motor menší hodnotu kV vyplatí se použít vrtule s označením SF (Slow Fly), které jsou určeny pro velký tah a pro zátěž. Zatímco obyčejné vrtule jsou určeny spíše pro rychle se točící motory použité ve sportovním odvětví, kde je požadavek vysoké manévrovatelnosti. [3], [12]

1.6 Řídící deska (Flight controller) Výběr řídící desky je velmi důležitý a je dobré mít předem rozhodnuté, na co bude sestava využívána. Existují řídící desky pro mnoho účelů například pro autonomní let, akrobacii, závody nebo rekreační létání.

1.6.1 DJI NAZA M V2 DJI NAZA M V2 (Obr. 11, 12) deska je vhodná pro tzv. cinema flying což znamená létání za účelem pořizování kvalitních záběrů nebo pořizování profesionálních fotek. Letové vlastnosti jsou plynulé a létání je velmi snadné i pro začátečníky. DJI NAZA M V2 obsahuje i funkci „vrať se domů“ (return-tohome) nebo „inteligent-orientation-control“ (kvadrokoptéra s touto deskou si pamatuje, jakým směrem vyletěla a pokud se ve vzduchu otočí tak pro ní bude stále „dopředu“ ve směru ve kterém vyletěla). Nevýhodou pro některé náročné uživatele je fakt, že firmware řídící desky nejde pozměnit, dokud sám výrobce nevydá aktualizaci. [2], [6]

Obrázek 11- Řídící deska DJI NAZA M V2

Obrázek 12-Prostředí pro konfiguraci DJI NAZA M V2

5


1.6.2 3DR Pixhawk (Obr. 13, 14) Jedna z předností této řídící desky je možnost volného zasahování do firmwaru, tuto možnost jistě ocení nároční uživatelé, kteří požadují vlastní úpravy. 3DR Pixhawk disponuje také možností autonomního letu podle předem naplánované trasy. [2], [5], [7] Obrázek 13- Řídící deska 3DR Pixhawk

Obrázek 14- Prostředí pro konfiguraci 3DR Pixhawk

1.6.3 Open Pilot CC3D (Obr. 15, 16) Open Pilot CC3D řídící deska je asi nejvhodnější volbou pro začátečníky. To z důvodu její snadné konfigurace oproti ostatním řídícím deskám. Malou nevýhodou jsou o trochu horší letové vlastnosti oproti například řídící desce od výrobce DJI. Open Pilot CC3D má velmi Obrázek 15- Řídící deska Open Pilot CC3D intuitivní prostředí, skrze které se řídící deska nastavuje a nastavují se i letové vlastnosti. Nabízí možnost velmi jednoduchého prvního nastavení (spárování vysílače s přijímačem, nastavení minimálního proudu pro roztočení motorů a nastavení letových módů). [2], [8], [11], [12]

Obrázek 16- Prostředí pro konfiguraci Open Pilot CC3D

6


2 Výběr komponent/stavba kvadrokoptéry Tato část bude věnována stavbě kvadrokoptéry podle zadání individuální maturitní práce. Velká většina dílů byla objednávána z e-shopu hobbyking.com z důvodu jejich ceny oproti ceně na českých e-shopech a kvůli dostání všech komponent z jednoho místa.

Tip: vyplatí se objednat díly ze zahraničí. Díly pak stojí o mnoho méně, což se výrazně projeví na celkové vynaložené částce.

2.1 Výběr rámu Jako rám byl zvolen typ SK450 (Obr. 17), kvůli vysoké škále dodatečných vylepšení jako je: rozšíření rámu „DeadCat“, které po montáži přináší další prostor pro doplňky, přídavné přistávací lyžiny, pro zvednutí rámu a následnou montáž držáku pro fotoaparát nebo kameru. Rám byl zvolen také na základě uživatelských recenzí a kvůli své relativně nízké ceně. Celý rám je vyroben z kvalitního skelného vlákna (glass fiber). Již v základním balíčku rám přináší 3 desky, na které se dají přidělat komponenty. [12] Základní balíček rámu nabízí čtyři ramena, tři středové pláty pro elektroniku a přistávací nožičky. A samozřejmě potřebný spojovací materiál. Cena rámu: 15,83 € ≈ 436Kč Kategorie: Sport Velikost: 450mm

Obrázek 17- Rám SK450

7


2.2 Výběr motorů Zvolené motory: NTM Prop Drive Series 28-30S 900kv / 270w (short shaft version) (Obr. 18, 19) Motory byly vybrány od výrobce NTM, kvůli zpracování a vyhovujícím parametrům. Tyto motory jsou vhodné pro kvadrokoptéru díky nízké hodnotě kV a dalším parametrům uvedeným na obrázku. Motory jsou v provedení Outrunner (otáčí se obal motoru, zatímco vnitřek motoru je statický). [12] Přehled parametrů při použití určitých druhů vrtulí. 13x4 - 11.1v - 194W - 17.4A - 1.04kg tah 12x6 - 11.1v - 195W - 17.8A - 1.01kg tah 11x7 - 11.1v - 188W - 17.0A - 0.89kg tah 10x5 - 11.1v - 133W - 12.0A - 0.75kg tah 9x6 - 11.1v - 120W - 10.7A - 0.68kg tah 9x6 - 14.8v - 234W - 15.8A - 1.05kg tah 8x4 - 14.8v - 159W - 10.6A - 0.75kg tah [12]

Obrázek 18- Motor NTM

Hmotnost: 66g/ks Cena: 14,26€/ks ≈ 396Kč/kus

Obrázek 19- Tabulka parametrů zvoleného motoru

2.3 Výběr regulátorů Zvolené regulátory: Hobby King 20A ESC 3A UBEC (Obr. 20) Tyto regulátory disponují konstantním napětím 20A a zvládnou 25A při maximální zátěži. Dají se využít pro baterie 2-4S Li-Po. Regulátory se dají programovat pomocí programovací karty. Tuto možnost ocení zvláště profesionálové, kteří chtějí mít nastavené parametry podle svých představ. Varianta UBEC znamená, že regulátory šetří baterii a při provozu se tolik nezahřívají. Obrázek 20- Zvolený regulátor

Hmotnost:30g Cena: 7,04€/ks ≈ 197Kč/ks

Tyto regulátory jsem vybral na základě doporučení a proto, že splňují potřebné parametry pro použití s vybranými motory. [12] 8


2.4 Výběr baterie Turnigy 3300mAh 3S 30C Lipo Pack (Obr. 21, 22) Baterie byla vybrána od výrobce Turnigy s kapacitou 3300mAh, tříčlánková a s 30C parametrem. Tato baterie my měla kvadrokoptéru udržet ve vzduchu přibližně 10-15 minut, což je u sestav s podobnými parametry průměrné. Baterie má konektory pro připojení k rozvodové desce a tzv. balanční konektor, který slouží pro kontrolu (balancování) jednotlivých článků baterie. [12] Hmotnost:279g Cena: 22,70€ ≈ 635Kč

Obrázek 21- Zvolená baterie

Obrázek 22- Vlastnosti baterie

2.5 Výběr vrtulí 10x4.5 SF Props Black CW (2pc) CCW (2pc) (Obr. 23) Jako vrtule byla vybrána sada čtyř vrtulí, kde jsou dvě levotočivé (CCW) a dvě pravotočivé (CW), o rozměrech: 10x4.5. Přebytečné vrtule ze sady poslouží jako náhradní. [12]

Cena: 2,48€ ≈ 70Kč

Obrázek 23- Vrtule 10x4.5

9


2.6 Výběr řídící desky Jako řídící deska byla vybrána deska Open Pilot CC3D (Obr. 24), kvůli své ceně a kvůli jednoduchosti, jakou poskytuje pro začátečníky. Řídící deska obsahuje také tří-osý gyroskop a akcelerometr. V eshopu hobbyking.com se nachází tato deska vyráběná přímo společností Hex Tronik pod licencí od společnosti Open Pilot, díky tomu je k dostání téměř za poloviční cenu. Také Open Pilot komunita na internetu a internetových fórech je velice vstřícná. [8], [11], [12]

Hmotnost:5.7g Cena: 28,15€ ≈ 788Kč

Obrázek 24- Zvolená řídící deska Open Pilot CC3D

3 Výběr ostatních komponent Dále je třeba vybrat zbývající komponenty, které jsou pro stavbu nezbytné. Od rozvodové desky po distanční sloupky.

3.1 Rozvodová deska pro napájení Hobbyking Multi-Rotor Power Distribution Board (DIY 8 x output PCB) (Obr. 25) Tato rozvodová deska byla vybrána kvůli možnosti napájení konektorů vlastnoručně. Zároveň zcela vyhovuje požadavkům. [12]

Hmotnost:7,6g Cena: 1,75€ ≈ 50Kč

Obrázek 25- Rozvodová deska

3.2 Konektory pro baterii HXT 4mm to XT-60 Battery Adapter (2pcs/bag) (Obr. 26) Pomocí tohoto konektoru můžeme připojit baterii k rozvodové desce. [12]

Cena: 3,03€ ≈ 85Kč

Obrázek 26- Konektory pro baterii

10


3.3 Adaptéry pro motory a vrtule NTM Prop Drive 28 Series Accessory Pack (Obr. 27) Adaptéry se prodávají v balíčku spolu s potřebným spojovacím materiálem, nástavcem na motor a „čepičkou“. [12]

Hmotnost:13,8g Cena: 1,66€/balení ≈ 45Kč/balení Obrázek 27- Adaptér pro motor a vrtuli

3.4 Konektory pro regulátory a rozvodovou desku PolyMax 3.5mm Gold Connectors 10 PAIRS (20PC) (Obr. 28) Konektory potřebné pro propojení motorů s regulátory a rozvodové desky s konektory pro baterii. [12] Cena: 1,61€/balení ≈ 42Kč/balení

Obrázek 28- Konektory pro regulátory a rozvodovou desku

3.5 Distanční sloupky velké 5.6mm x 16mm M3 Nylon Threaded Spacer (10pc) (Obr. 29) Tyto sloupky se upotřebí při přichycování vrchního plátu rámu ke zbytku rámu sestavy. [12]

Cena: 0,81€/balení ≈ 23Kč/balení

Obrázek 29- Distanční sloupky velké

3.6 Distanční sloupky malé 5.6mm x 12mm M3 Nylon Threaded Spacer (10pc) (Obr. 30) Tyto sloupky se upotřebí při přichycování řídící desky k rámu sestavy. [12]

Cena: 0,76€/balení ≈ 20Kč/balení Obrázek 30- Distanční sloupky malé

11


3.7 Vysílač a přijímač Turnigy 9X 9Ch Transmitter w/ Module & 8ch Receiver (Mode 2) (v2 Firmware) (Obr. 31) Vysílač byl vybrán na základě několika doporučení od MyFirstDrone komunity. Tento vysílač je vhodný jak pro začátečníky tak i pokročilé. Disponuje velkým množstvím ovládacích prvků a vestavěným displayem pro zobrazení aktuálního nastavení. Paměť vysílače umožňuje zapamatovat si až osm uživatelů, umožňuje vybírat si mezi přednastavenými modely například Heli nebo Acro. Celkový dosah se uvádí ve stovkách metrů až jednoho kilometru a samozřejmě záleží na použitých anténách jak pro vysílač, tak pro přijímač. [12] Cena: 52,79€ ≈ 1 480Kč

Obrázek 31- Vysílač a přijímač

12


4 Postup sestavení 4.1 Sestavení rámu Sestavení rámu je velice jednoduché. S přiloženým návodem je rám sestaven za patnáct minut. Stačí pouze jednotlivé části spojit malými šroubky (Obr. 32, 33). Tip: Při sestavování rámu je vhodné použít závitové lepidlo. Později může dojít k samovolnému povolování šroubů z důsledku velkých vibrací za letu. (vlastní zkušenost)

Obrázek 32- Šroubování malých šroubků

Obrázek 33- Sešroubovaný rám (bez přistávacích nožiček)

4.2 Připájení regulátorů na rozvodovou desku (Obr. 34, 35) Dalším úkolem je připájení kabelů regulátorů na rozvodovou desku a zároveň připájení konektorů na kabely směrem k motorům. Předtím se kabely od regulátorů mohou zkrátit na optimální délku. [14]

Obrázek 34- Pájení regulátorů na rozvodovou desku

Obrázek 35- Již připájené regulátory

13


Následně se na rozvodovou desku připájí konektory pro připojení baterie (Obr. 36).

Tip: Při pájení konektorů pro baterii na rozvodovou desku použít dva konektory typu „male“ kvůli následnému jednoduchému připojení konektorů pro baterii (zmíněných v seznamu komponent).

Obrázek 36- Připájené konektory pro baterii

4.3 Umístění motorů a montáž nástavce pro vrtule Motor se jednoduše přišroubuje k připraveným destičkám (Obr. 37 – 39), které jsou součástí balení rámu. Dále se přidělá nástavec pro vrtule z vrchu na motor spojovacím materiálem, který je součástí balení, které přišlo společně s nástavci. Následně se motor s přidělanou destičkou a s nástavcem přidělá na rám kvadrokoptéry (Obr. 40, 41). [14]

Obrázek 37- Motor zespodu

Obrázek 38- Motor s připravenou destičkou

Obrázek 40- Přidělaný motor k rámu

Obrázek 39- Kompletně osazený motor

Obrázek 41- Všechny motory přidělané na rámu

14


4.4 Umístění řídící desky Pomocí distančních sloupků se řídící deska připevní k vrchnímu plátu rámu kvadrokoptéry. Umístění volí uživatel podle toho, jak je to pro něj vyhovující. Distanční sloupky se doporučuje utáhnout pouze rukou. V případě utažení za použití větší síly hrozí poškození řídící desky. [14]

Obrázek 42- Řídící deska přidělaná k rámu kvadrokoptéry

Následně se na řídící desku připojí napájecí a řídící kabely od regulátorů. Zároveň se k ní připojí přijímač pomocí kabelu, který byl dodán společně s řídící deskou (Obr. 42). Důležité: při připojování kabelů pro regulátory odstraníme z kabelů červené dráty až na jeden- řídící deska potřebuje napájení pouze z jednoho regulátoru. Následně volíme pořadí: motor číslo jedna a jeho regulátor na první pozici na řídící desce a následně ostatní regulátory podle stejného schématu. Motor číslo jedna se určí podle toho, kam směřuje šipka na řídící desce. Pokud šipka ukazuje rovně před nás a stojíme v pozici za šipkou, tak motor číslo jedna bude horní motor vlevo, motor číslo dvě horní vpravo, motor číslo tři dolní vlevo a motor číslo čtyři dolní vpravo. [14]

4.5 Připojování přijímače k řídící desce (Obr. 43) Připojení je v daném pořadí: na přijímači CH1napájení CH2- modrý drát CH3- žlutý drát CH4- zelený drát CH5- oranžový drát CH6- fialový drát Poté se druhý konec drátů připojí k řídící desce. Tip: po zapojení do přijímače zatočit všechny drátky do jednoho. Vyhneme se tak například přeseknutí jednotlivého drátku vrtulí za letu. [14]

15

Obrázek 43- Přijímač a zapojení jednotlivých kanálů


4.6 Nastavení řídící desky Před připojením řídící desky k počítači je nutné stáhnout Open Pilot GCS (Ground Control Station – pozemní kontrolní stanice). Následně řídící desku připojíme pomocí USB kabelu k počítači a spustíme Open Pilot GCS. Po spuštění zvolíme možnost „Vehicle Setup Wizard“(Obr. 44, 45). Otevře se jednoduchý průvodce, pomocí kterého provedeme nastavení regulátorů, vysílače a samotné řídící desky. Důležité: při nastavování regulátorů zvolit v pořadí druhou možnost (zleva) pro nastavení regulátorů do „rychlého módu“, při kterém se obnovovací frekvence nastaví na 400Hz. [14]

Obrázek 44- Open Pilot GCS

Obrázek 45- Open Pilot GCS

Na vysílači je nutné nastavit model „acro“. Ve výchozím nastavení je mód nastaven na model „heli“, který slouží pro ovládání helikoptéry a používá mixování kanálů. Pokud by se toto nastavení neprovedlo, tak by kvadrokoptéra ihned po startu odletěla nechtěným směrem nebo by se start nezdařil vůbec.

4.7 Pár tipů na závěr Pro nastavení hladkého startu (kolmo vzhůru) je nutné trimování pomocí malých tlačítek vedle hlavních ovládacích páček. Pro přidělání baterie dobře poslouží stahovací páska. Ovšem pohodlnější je pořízení pásky se suchým zipem. K připevnění rozvodové desky a přijímače je vhodná oboustranná lepící páska.

16


5 Další možná rozšíření Fat Shark Attitude V2 CE-Certified FPV Headset Bundle w/Trinity Head Tracker (Obr. 46)

Obrázek 46- Fat Shark FPV

Díky tomuto balíčku lze na kvadrokoptéru přidělat malá kamera s vysílačem, která bude v real-time režimu vysílat obraz do speciálních brýlí. To umožní létat ve „first person“ pohledu. Touto technikou většinou disponují malé závodní kvadrokoptéry, nicméně i na velkou sestavu je toto rozšíření vhodné. [12]

Dead Cat Conversion Kit for SK450 Quadcopter Frame (Obr. 47)

Obrázek 47- Dead Cat rozšíření rámu

Rozšíření rámu, díky kterému je možnost přidělání velkého množství příslušenství. [12]

17


ActionCam Inline Gimbal for FPV and Multi-Rotor (Obr. 48)

Tento stabilizovaný držák pro akční kameru lze snadno přidělat dopředu na rozšíření rámu (Dead Cat). Následně do něj stačí vložit akční kameru, připojit k řídící desce a ve výsledku je plynulé video bez nežádoucího naklánění. [12]

Obrázek 48- Stabilizovaný držák pro akční kameru

Závěr Práce slouží pro přiblížení tematiky sestavování bezpilotních dronů, konkrétně kvadrokoptér. V této dokumentaci se i laik obeznámí s problematikou stavby kvadrokoptéry a dozví se mnoho tipů, které mu jeho stavbu usnadní. Pro zkušenějšího uživatele tato práce poslouží jako doplnění znalostí. Práce splnila dané zadání v plném rozsahu. V úvodu se čtenář seznámí s kategoriemi, které se v této oblasti vyskytují. Dále bude proveden skrze výběr vhodných dílů, které jsou pro stavbu kvadrokoptéry zásadní, a udělá si přehled o ceně celé své plánované sestavy a míry složitosti na sestavení. V závěru jsou uvedeny také možnosti dalšího rozšíření, které je volitelné. V příloze je k nalezení kompletní seznam komponent, které byly použity při stavbě kvadrokoptéry. (Tabulka 1) Kvadrokoptéra prošla testováním jak ve vnitřních prostorech tak ve venkovních. Dále byly testovány různé druhy vrtulí.

Kvadrokoptéra byla k vidění také na dni otevřených dveří dne 20. 1. 2015 v tělocvičně Voš a Spš Jičín (Obr. 49).

Obrázek 49- První zlomená vrtule při létání v tělocvičně

18


Přílohy

Tabulka 1- Přehled komponent použitých při stavbě kvadrokoptéry

19


Zdroje [1] SMITH, Korey. My first drone. Myfirstdrone.com [online]. 2014 [cit. 2015-01-15]. Dostupné z: http://myfirstdrone.com/tutorials/best-multirotor-frame/ [2 SMITH, Korey. My first drone. Myfirstdrone.com [online]. 2014, 24.7.2014 [cit. 2015-01-15]. Dostupné z: http://myfirstdrone.com/tutorials/buying-guides/best-flight-controllers/ [3] SALAMUN, Robert. Quadcopters. The Quad Copter Guy [online]. 2014 [cit. 2015-02-15]. Dostupné z: http://thequadcopterguy.blogspot.cz/p/choosing-your-parts_23.html

[4] A Guide to Understanding Battery Specifications [online]. MIT, 2008 [cit. 2015-02-20]. Dostupné z: http://web.mit.edu/evt/summary_battery_specifications.pdf. Návod. MIT.

[5] 3D ROBOTICS INC. 3DR Pixhawk [online]. 2015 [cit. 2015-02-25]. Dostupné z: http://store.3drobotics.com/products/3dr-pixhawk

[6]DJI. NAZA-M V2 [online]. 2015 [cit. 2015-01-25]. Dostupné z: http://www.dji.com/product/naza-m-v2 [7] APM Mission Planner 2.0 RC1 released. FPVCENTRAL. Fpvcentral.net [online]. 28.12.2013 [cit. 2015-02-25]. Dostupné z: http://fpvcentral.net/tag/pixhawk/

[8] Setting OpenPilot to communicate with MinimOSD. Code.google.com [online]. 14.2.2013. 2013 [cit. 2015-02-18]. Dostupné z: https://code.google.com/p/minoposd/wiki/OpenPilot

[9] Naza M V2 + GPS Combo řídící jednotky pro multikoptéry. JAMCOPTERS.COM. JamCopters [online]. [cit. 2015-02-18]. Dostupné z:http://www.jamcopters.cz/naza-m-v2-gps-combo-ridici-jednotky-pro-multikoptery-p217

[10] BUNZEL, Al. Electriccarconversionblog. Electriccarconversionblog.com [online]. 27.11.2011. 2011 [cit. 2015-02-18]. Dostupné z:http://electriccarconversionblog.com/what-is-esc-sbec-bec-ubec-andopto

[11] Core Products and Features. OPENPILOT. Wiki.openpilot.com [online]. [cit. 2015-02-18]. Dostupné z: https://wiki.openpilot.org/display/WIKI/Core+Products+and+Features

[12] HOBBY KING. Radio Control Planes, Helicopters, Cars, Boats, FPV and Quadcopters Hobbyking: The ultimate hobby experience [online]. © 2015 [cit. 2015-01-10]. Dostupné z: http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/index.asp [13] Superia.cz. SUPERIA.CZ. http://cojeto.superia.cz/technika/dron.php [online]. (c) 2010 - 2013 [cit. 2015-01-12]. Dostupné z: http://cojeto.superia.cz [14] SMITH, Korey. Myfirstdrone.com. Http://myfirstdrone.com/build-your-first-quad/ [online]. (c) 2015 [cit. 2015-01-12]. Dostupné z: http://myfirstdrone.com

20


CD s přílohou

21

Stavba kvadrokoptéry Individuální praktická maturitní práce

Recommend Documents