Современный квадро (гекса, окто) коптер - это достаточно мощное «вычислительное» устройство, способное управляться со смартфона по WiFi, зависать в одной точке, летать по маршруту и пр. Купить такой аппарат сейчас может любой желающий. А с чего все начиналось?

Как летает квадрокоптер?

Чтобы понимать суть технических решений, разберемся немного как вообще квадрокоптер летает. По сути, квадрокоптер - это неустойчивая система. Если взять 4 мотора, и просто подключить их к батарейке, квадрокоптер никуда не полетит, он просто перевернется т.к. сила тяги моторов никогда не будет идентичной. И тут вступает в действие электроника. На борту квадрокоптера есть центральная «плата управления», ключевой частью которой является блок датчиков. В простейшем случае, это трехосевой гироскоп. Микроконтроллер постоянно считывает данные с гироскопов, и как только гироскоп «чувствует» наклон по какой-либо оси, контроллер дает соответствующему двигателю команду чуть-чуть увеличить или уменьшить обороты, чтобы компенсировать наклон. В общем-то и вся логика - за исключением кучи всего (ПИД-регуляторов, теории управления, фильтров Калмана), ничего сложного тут нет (шутка). Ну а для пользователя все действительно прозрачно. Никаких движущихся частей кроме моторов, в квадрокоптере нет, все управление происходит исключительно изменением вращения оборотов моторов (с поворотами аналогично - изменяем скорости вращения, получаем вращающий момент). А теперь вернемся к истории.

Осторожно, траффик.

MikroKopter

Легендарная немецкая компания, благодаря инженерам которой в 2006 году появился первый аппарат. Контроллер имел на борту процессор Atmega644 c 4Кбайт памяти и частотой до 20МГц, 3 гироскопа по каждой из осей, акселерометр (для возможности горизонтального полета) и барометр для удержания высоты (точность барометра MPX4115A около 1м). Позже появились дополнительные модули, например GPS для удержания позиции.

Сейчас в youtube можно найти видео, как примерно все это летало (2007 год).

В целом система оказалась весьма удачной. Их продукция никогда не была дешевой, ценник начинался где-то от 1500Евро. Фирма существует и сейчас, они производят профессиональные аппараты, ценовая категория соответствующая. И еще один важный момент - первоначально, создатели Микрокоптер сделали исходный код открытым. Разумеется, уже в скором времени стали появляться различные клоны (в том числе производимые и в РФ), это конечно негативно сказалось на продажах, и код потом закрыли. Но все-таки, думаю это послужило большим толчком к созданию различного вида мультикоптеров.
У нас MikroKopter не был популярен из-за цены, и владельцев было не так уж много. Однако толчок мировому сообществу был дан, и различные системы стали появляться.

KaptainKuk

Одна из самых простых систем, выпускаемых (в различных версиях) с 2010 года и до сих пор. Плата управления имеет только 3 гироскопа, для регулировки параметров используются обычные переменные резисторы.

(Фото с сайта Hobbyking.com)

Такая плата сейчас стоит всего около 15$, как можно видеть, на борту кроме гироскопов и слабого процессора, в общем-то ничего и нет. Прошивки в исходных кодах для KK свободно доступны в Интернете, желающие могут скачать их, набрав в поиске гугла имя файла «kk2_1V1.zip» (размер всего 90Кб). Наверное, это первая и последняя версия прошивки какого-либо коптера, написанная на ассемблере.

MultiWii

Следующей вехой в развитии коптеров стала система MultiWii. Название пошло от игрового манипулятора Nintendo Wii и Wii Nunchuk, которые умельцы разбирали, и выпиливали оттуда плату с датчиками. В качестве центрального процессора использовалась Arduino Nano.
Внешний вид платы получался примерно такой (фото с сайта rcgroups, 2010 год):

Впрочем, за несколько лет система эволюционировала, и последние платы (они продаются и сейчас, цена вопроса 20-30$) выглядят где-то так:


(фото с сайта Hobbyking.com)

Последние версии MultiWii имеют вполне неплохие датчики, умеют зависать в точке по GPS, удерживать высоту и возвращаться домой. Т.к. Multiwii был написан для Arduino, все платы так и остались Arduino-совместимыми, исходный код можно скачать на Github. Одним из недостатков MultiWii является слабый процессор, что ограничивает вычислительные возможности алгоритмов, позже стали появляться клоны на STM32, однако погоды они не сделали, т.к. в плане «железа» любой квадрокоптер достаточно прост, 95% сложности заключается именно в коде. В то же время, я уверен что именно исходники MultiWii стали основой всех сегодняшних коммерческих систем.

ArduCopter

Еще одна система, основанная на Arduino, пошла дальше всех. Сейчас это система с возможностью программируемого полета по точкам, поддержкой радиомодемов и передачи телеметрии, хранения различных логов и пр.
Их софт выглядит примерно так:

Платы эволюционировали от таких:


до таких

Платы продаются и сейчас, цена вопроса от 50$ (за клоны) до 250$ за оригинальные версии. Исходные коды Ardupilot так же полностью доступны на github, и судя по количеству коммитов, проект активно развивается. Эта система по возможностям не уступает профессиональным аппаратам, качество полета можно посмотреть на видео:

Здесь все классно, за исключением одного «но» - это Open Source, со всеми вытекающими последствиями. Система открытая, дорабатывается энтузиастами, и никто ничего не гарантирует, в том числе и отсутствия багов в софте. Если квадрокоптер упадет на чей-то BMW, жаловаться будет некому.

Бесколлекторные подвесы (brushless gimbal)

Параллельно с квадрокоптерами, развивалась еще одна очень интересная технология - бесколлекторный подвес для фото/видео камеры. Это отдельная плата со своими датчиками, которая удерживает камеру в нужном положении за счет двух моторов, компенсируя развороты по соответствующим осям. Их разрабатывал наш соотечественник, как работает подвес, можно видеть на видео (2013й год).

Видно что коптер качается, а ось камеры нет.

Сейчас этим уже никого не удивить, а тогда это был настоящий прорыв в качестве видеосъемки.

Коммерческие системы

Про них писать не так интересно, т.к. принцип здесь простой, «заплати и лети». Первым был вышеупомянутый MicroKopter, следующей (и не очень удачной) попыткой был XAircraft, в бюджетном секторе были популярны аппараты марки Gaui (это был первый бюджетный аппарат ценой около 400$ за готовый коптер). И наконец, самой успешной компанией является DJI, про которую не писал только ленивый, так что повторяться здесь смысла нет. Они вышли на рынок с контроллерами DJI Naza (ценой 200-400$, с возможностью удержания позиции, возврата домой), была отдельная профессиональная серия DJI Wookong (ценой около 1000$ и большей стабильностью полета). Наконец, DJI вышла на рынок устройств готовых к полету (RTF, Ready To Fly), ну про них уже все знают.

И последние видео.
Первый бюджетный квадрокоптер Gaui 330. Цена вопроса 400$, 2010 год, никаких доп.функций.

Dji Naza v2, цена вопроса те же 400$, возможность удержания позиции, возврата домой, полета любой стороной к пилоту (режим carefree).

Dji Phantom 3 - со встроенным подвесом камеры, управлением со смартфона и прочими плюшками.

На этом пока все, sorry за большое количество видео, но без них никак, иначе было бы неинтересно. Посмотрим что будет дальше, лет через 5…

quadcopter , четырёхроторный вертолёт ), который реально оторвался от земли и мог держаться в воздухе, был создан Георгием Ботезатом и испытан в 1922 году. Недостатком этих аппаратов была сложная трансмиссия, передававшая вращение одного мотора на несколько винтов. Изобретение рулевого винта и автомата перекоса положило конец этим попыткам. Новые разработки начались в, но дальше прототипов дело не продвинулось.

Новое рождение мультикоптеры получили в XXI веке , уже как беспилотные аппараты . Благодаря простоте конструкции квадрокоптеры часто используются в любительском моделировании . Мультикоптеры удобны для недорогой аэрофото- и киносъёмки - громоздкая камера вынесена из зоны действия винтов [ ] .

Модель транспортного средства-гексакоптера



Октокоптер для персональных полётов

Принцип действия [ | ]

По принципу управления мультикоптеры бывают :

• автономные
• дистанционно-управляемые (беспилотные)

Мультикоптеры имеют 3 или более винтов постоянного шага (автомата перекоса , в отличие от одно- и двухвинтовых аппаратов, нет). Каждый винт приводится в движение собственным двигателем. Половина винтов вращается по часовой стрелке, половина - против, поэтому рулевой винт мультикоптеру не нужен. Маневрируют мультикоптеры путём изменения скорости вращения винтов. Например:

• ускорить все винты - подъём;
• ускорить винты с одной стороны и замедлить с другой - движение в сторону;
• ускорить винты, вращающиеся по часовой стрелке, и замедлить вращающиеся против - поворот.

Существуют также трёх- и пятивинтовые вертолёты (- и пентакоптеры). Один из моторов там располагается на нанизанной на ось подвижной платформе, угол поворота которой изменяется сервоприводом - так и осуществляется поворот аппарата вокруг своей оси . Отдельно стоит отметить экспериментальные аппараты: бикоптеры, квадрокоптеры с изменяемым шагом пропеллеров, квадрокоптеры с двигателями на импеллерах , однако они не получили какого-либо распространения.

По вариантам размещения винтов в отношении оси движения и в зависимости от их направления вращения различают несколько типов мультикоптеров:

Современное применение мультикоптеров [ | ]

Современное применение мультикоптеров весьма разнообразно: от игрушек, доставки товаров, любительских средств для фото- и видеосъёмки до пассажирских и грузовых транспортных средств и боевых роботов .

В любительских и профессиональных мультикоптерах используются коллекторные и бесколлекторные электродвигатели и литий-полимерные аккумуляторы в качестве источника энергии . Винты могут быть установлены непосредственно на вал двигателя, либо через редуктор .

Это накладывает определённые ограничения на их полётные характеристики: типичная масса мультикоптера составляет от 1 до 4 кг, при времени полёта от 10 до 30 минут (30-50 минут у уникальных единичных экземпляров). Поднимаемый полезный груз моделями мультикоптеров среднего размера и грузоподъёмности - от 500 г до 2-3 кг, что позволяет поднять в воздух небольшую фото или видеокамеру (обычно экшн-камера в более дешёвых моделях, либо зеркальные камеры в профессиональных). Существуют и достаточно крупные модели мультикоптеров, с количеством роторов порядка 6-8 (гекса и октокоптеры), способные поднять в воздух груз массой до 20-30 кг. Для увеличения грузоподъёмности применяют соосное расположение несущих роторов, что в случае гексакоптера, например, даёт 12 моторов и 12 пропеллеров, расположенных попарно на 6 несущих лучах. Скорость полёта мультикоптера может быть от нуля (неподвижное висение в точке) до 100-110 км/ч. Запас энергии батарей позволяет отдельным моделям мультикоптеров улетать на расстояние до 7-12 км, на практике же радиус действия (максимальное расстояние, на которое они способны улететь с последующим возвратом в точку взлёта) обычно ограничено прямой видимостью (100-200 м при ручном управлении) либо дальностью действия аппаратуры радиоуправления и видеолинка. При этом лучшие образцы подобной аппаратуры, использующие усилители мощности радиосигнала и систему направленных антенн, способны обеспечивать стабильные радиоуправление и видеолинк на расстояния до 100 км. Таким образом, наибольшее ограничение на радиус действия мультикоптеров накладывает именно время полёта.

Эти ограничения приводят к тому, что мультикоптеры обычно используются как аппараты «ближнего радиуса действия»: для любительских полётов недалеко от себя, для фото-видеосъёмки близко расположенных объектов и так далее. Для сравнения, беспилотные самолёты с аккумулятором аналогичной ёмкости могут улетать на 10-15 км при высоте полёта 1-2 км.

Квадрокоптер визуального контроля окружающего пространства для силовых структур «Грифон-41»



Экспериментальный квадрокоптер «Ehang 184»



Прототип волокоптера «2X»

Безопасность полётов [ | ]

В отличие от самолёта, который способен планировать с выключенным двигателем, или вертолёта, который способен сесть с помощью авторотации , мультикоптер при отключении моторов или электропитания, полностью неуправляем. Квадрокоптер при отказе одного из двигателей может сохранять стабилизацию. Гексакоптер или октокоптер помимо этого могут совершить мягкую посадку с одним неработающим мотором, однако не во всех случаях (например, при разрыве хотя бы одной лопасти вибрация из-за дисбаланса увеличивается настолько, что контроллер перестаёт работать, и аппарат переходит в неуправляемое падение). Но уже существуют экспериментальные квадрокоптеры, которые могут стабилизировать полёт и совершить посадку при потере одного из двигателей .

Учитывая то, что мультикоптер имеет немалую массу, жёсткий корпус и быстро вращающиеся пропеллеры, его столкновение с людьми или автотранспортом может привести к негативным последствиям. Поэтому полёты над людьми или автодорогами не рекомендуются. Желательно планировать траекторию полёта так, чтобы в случае необходимости (например, при разрядке батареи) внизу было место для безопасной посадки.

Важен и человеческий фактор. Современный полётный контроллер по сложности настройки и количеству полётных режимов почти не уступает настольному компьютеру. Невнимательное чтение документации, отсутствие выполнения необходимых действий (например, калибровки компаса при настройке) могут привести к неуправляемому полёту и потере аппарата. Вылет аппарата за радиус действия пульта при отсутствии режима GPS-возврата также является одной из причин потерь аппаратов.

В целях безопасности некоторые модели дистанционно управляемых мультикоптеров оборудуют дублирующими системами навигации и позиционирования, элементами интеллектуальной роботизации способствующими самостоятельному определению летательным аппаратом препятствии на маршруте полёта и их облёту, защитными кожухами винтов или всего летательного аппарата, самостоятельным возвратом к месту пуска при утере сигнала управления .

Мультикоптеры-игрушки [ | ]

В последнее время появились миниатюрные квадрокоптеры, умещающиеся на ладони (Walkera Ladybird, WLtoys V929, Blue Arrow nano Loop и пр). Они практически безопасны (масса аппарата около 40 г), в то же время, позволяют получить основные навыки полёта на мультироторном аппарате, так как принцип их управления ничем не отличается. Квадрокоптеры такого размера возможно запускать дома, не рискуя нанести вред людям или предметам.

Трикоптер



Квадрокоптер «Robbe Blue Arrow Nano Loop»



Миниквадрокоптер с пультом управления



Октокоптер в полёте

В первую очередь новичку нужно выбирать !

Квадрокоптер у начинающего пилота, будет неизбежно падать и врезаться в препятствия. А так как дрон, вещь довольно хрупкая, ваши деньги будут потрачены впустую.

На что еще нужно смотреть при выборе квадрокоптера для начинающего? Существуют шесть основных возможностей и функций, на которые стоит обратить внимание в первую очередь:

Время полёта . Это время которое дрон будет летать на одном заряде аккумулятора. Обычно производители указывают максимальное время, то есть без камеры, без защиты винтов, без ножек для приземления и в хорошую безветренную погоду. Совет: покупайте сразу дополнительные аккумуляторы.

Скорость полета

Радиус контроля

Наличие камеры

Способ управления

Возврат домой

Также стоить обратить внимание на еще несколько особенностей:

• Простой и удобный пульт управления
• Крашеустойчивость
• Небольшой размер
• Наличие режимов для новичка
• Хорошая стабилизация.

К сожалению нет квадрокоптера который бы обладал всеми перечисленными характеристиками. Но производители стараются, и каждый год на рынке появляются новые модели с функциями и ценой доступной каждому.

Управление

Пульт управления (аппаратура, трансмиттер)

Пульт не должен иметь много кнопок, что бы не путать новичка. А размер пульта должен совпадать по размерам и форме с джойстиками популярных игровых приставок.

Крашеустойчивость

Начинающий не имея опыта полетов на квадрокоптерах неизбежно будет ронять его и врезаться в препятствия. Поэтому крашеустойчивость должна быть высокой.

Небольшой размер

При столкновение с препятствиями размер квадрокоптера будет сильно влиять на последствия краша. Малый размер сведет их к минимуму, как для окружающих так и для самого дрона.

Режимы для новичка

Например наличие режима Headless позволяет управлять квадрокоптером независимо от его положения в воздухе (передом или задом к пилоту). Так же есть функция возврата домой (RTH), при нажатии кнопки дрон летит в направлении пульта.

Хорошая стабилизация

Наличие четырех или шести осевого гироскопа позволит квадрокоптеру стабильнее держаться в воздухе, а новичку избежать краша при мелких ошибках в управлении.

Название	Наличие камеры	Время полета	FPV	Удержание высоты	Headless режим	Цена	Обзор
	нет	10 мин.	нет	нет	да	32$
	да	7-9 мин.	нет	нет	да	60$
	да	7 мин.	нет	нет	нет	27$
	нет	10 мин.	нет	нет	да	61$
	да	12 мин.	WiFi	нет	да	52$

Добрый день.
В качестве первой радиоуправляемой воздушной модели я всем рекомендую именно квадрокоптер. Его устойчивость зависит от настройки электроники, надежность заключается в правильной пайке нескольких деталей и выборе регуляторов\двигателей. Так же хочется отметить его универсальность управления: с одной стороны в полете он очень похож на вертолет (вертикальная посадка и взлет, сбрасывание тягой скорости), с другой на самолет (несколько иная, отличная от вертолета модель поведения в воздухе), стоимость эксплуатации и живучесть при падениях. Навыки которые вы получите, облегчат переход на другие типы летательных аппаратов.

Какова цена билета в мир моделизма для новичка или что купить чтобы полететь на первом квадрокоптере?

Первым делом стоит кинуть в корзину RC-аппаратуру и зарядное устройство.
Модели будут меняться, падать, теряться и ремонтироваться, но эти две вещи останутся на долгие годы. Для начала будет вполне достаточно купить:
Передатчик (2000р ) и (900р ). Передатчик в продаже достаточно долго, все его болячки найдены, успешно лечатся статьями на форумах + руками, а с процессом модернизации справится даже школьник. Комплектуется средненькой штатной прошивкой(легко меняется) и приемником на 8 каналов, которых для начала хватит за глаза. Зарядку стоит брать только оригинал.

Так же если вы уверенны в своих силах и располагаете лишней тысячей рублей, стоит попробовать начать с новой (1800р ) + передающий модуль (1300р ). Но все же я рекомендую для начала взять старую добрую модель. Ещё одна очень важная деталь это , не вздумайте выходить на взлет без 10-15 часов налета на симуляторе.
Цена: 2000р\3100р + 900р

Выбор рамы будующего ЛА.
Тут стоит остановиться на потребностях...
1.Для простых учебных полетов стоит брать небольшую пластиковую раму:

• (330р ) - небольшая рама, прочный пластик, очень компактные размеры, яркая окраска.
• (430р ) - неубиваемый пластик + встроенная плата разводки.
• (610р ) - рама чуть побольше функционалом(дополнительные этажи) + шарик поможет ориентироваться в положении импровизированного носа.

2. Если в перспективе хотите заняться съемками с воздуха смотреть стоит в сторону этих моделей:

• (1150р ) - алюминиевые лучи, наличие колпака, мягкие стойки возможность использования только "конфигурации +"
• (1150р ) - складная рама!, алюминиевые лучи, многоярусность базы, мягкие стойки, возможность использования только "конфигурации х"
• (3000р ) - складная углепластиковая рама, наличие колпака и мягких шасси, но высокая цена неприямлима для новичка. брать только в том случа если уверенны на 100% в том, что берете для съемок с воздуха при больших нагрузках на раму.
• (700р ) - алюминиевые лучи, крепление для камеры, мягкие высокие стойки и конечно же низкая цена. из минусов пожалуй только отсутсвие колпака и небольшое количество ярусов базы.

Силовая установка которая включает в себя выбор двигателя, регулятора и винтов.

Двигатель выбираем из потребностей в тяге. В идеале полетный вес должен быть в районе 2\3 от максимальной тяги для fpv и в 1\2 для пилотажных квадрокоптеров. Тягу расчитывать ориентировочно, по мощности: 100Вт мощности = 0.5 кг тяги и не забывайте что двигателей у вас аж четыре.

• 300Вт (630р ) - разработан специально для мультироторных систем
• 250Вт (570р ) - отлично сбалансированный мотор. отдельно стоит купить адаптер.
• 350Вт (500р ) - мощный, отлично сбалансированный мотор. у самого такой стоит на FPV квадрокоптере.
• - 100Вт (250р ) - маленький колокольчик. идеально для небольших моделей начального уровня. маленькая цена, низкий "об\в" и вес.
• 180Вт (400р ) - проверенный многоми колокольчик. простой. надежный. дешевый и достаточно мощный.

Регулятор выбираем из характеристик двигателей, а именно: потреблении тока и напряжении работы. Допустим двигатель максимально потребляет 20А при 11.1В(3s), то регулятор стоит покупать с запасом 20-25% по токопотреблению и 11.1в(3s) по волтажу. Хотелось бы отметить две серии регуляторов которые отлично подходят для работы в мультироторных системах за счет высокой скорости работы процессора. На паркфлайере они относительно недавно:

• Turnigy MultiStar (250р ), (320р ), (400р ), (630р )
• Hobbyking Blue Series (260р ) (340р ), (380р ), (620р )

Мой совет: выбирайте из зеленой серии. Их разрабатывали именно для мультироторов.

Пропеллер для мультироторов бюджетной сферы однозначно надо покупать винты серии SF !двухлопастные!(КПД у двухлопастных винтов выше чем у трехлопастных), они намного лучше реализуют грузоподъемность при низких оборотах, легко разрушаются при контакте с поверхностью и стоят относительно других винтов очень дешево. Какой же винт выбрать по диаметру? Чем больше мощность - тем больше винт. Не поскупитесь и возьмите побольше комплектов (для начала хватит 20-24 винтов). Винты это основная статья расходов в эксплуатации мультикоптеров.

• 100-150Вт 8x4.5 правого( и ) и левого ( и ) вращения или комплект 2R+2L , пропеллеров.
• 150-200Вт 10x4.5 правого( и ) и левого ( и ) вращения или комплект 2R+2L , пропеллеров.
• 200-350Вт 12x4.5 правого( и ) и левого( и ) вращения или комплект 2R+2L , пропеллеров.

Стоит отметить что если вы не уверенны в выборе винта, возьмите равное количество близких диаметров, например: 8 штук 12х4.5 и 8 штук 10х4.5. Методом научного тыка найдите лучший.

Выбор контроллера стабилизации.

• (500р ) - очень дешевая маленькая плата, стандартная прошивка "квадрокоптер схемы +", легко настраивать отверткой прямо в поле, стабильность и качество плавают от партии к партии. Если и стоит брать, то только ради учебных полетов.
• (1000р ) - из плюсов сразу хочется выделить наличие экрана, который очень сильно упрощает настройку в поле, постоянное допиливание прошивок (на данный момент версия 1.5), вот видео о том что может эта плата.
• (2500р ) присутствие GPS, барометра, "возврата домой" и "удержания на точке" позволили мгновенно завоевать популярность этой плате. Для FPV идеальное решение.
• Темные лошадки от фирмы MultiWii: (730р ), (1200р ) и (1500 ). Вроде и цены хорошие для таких возможностей и USB порт для програмирования, но они не так популярны и как следсвие болячки их не изучены. С одной стороны вы можете получить отличную плату за небольшие деньги, с другой нарваться на брак и быть разочарованным в моделизме.

Комплектующие необходимые для сборки мультироторной системы.

• Аккумулятор выбираем таким образом, чтобы его емкости хватило примерно на 10 минут полета. Допустим мотор в среднем потребляет 5А, а их у нас четыре, следовательно вся система в среднем будет потреблять 20А, теперь этот ток делим на!6! и получаем цифру емкости аккумулятора для 10 минут полета. Для этого примера 3.3 А\ч. Линека с стоимостью аккумуляторов 3s 20С: