О дронах

Возможности дронов

Функциональный спектр квадрокоптеров постоянно расширяется. В настоящее время они способны транслировать потоковое видео со встроенных камер, следовать заданным маршрутам, возвращаться в точку взлета при потере управления, транспортировать оборудование и нести функциональное снаряжение (к примеру, бензопилу для подрезки растительности на высоте) и даже вооружение.

Однако перспективы развития значительно шире. Сейчас активно и небезуспешно ведутся разработки дронов для перевозки пассажиров, работы в стесненных пространствах, поиска пропавших людей и множества других операций.

Исходя из вышеприведенного, можно сделать вывод, что все дроны это обширный во времени технологический пласт. БПЛА прошли долгий и извилистый путь от взрывных воздушных шаров сомнительной эффективности до компактных и эффективных устройств со значительным потенциалом. И кто знает, где его границы.

Виды квадрокоптеров

Выделяют определенные типы дронов. Есть несколько критериев для сравнения: по сложности управления и по размеру. Именно по этим параметрам и происходит классификация продуктов подобного рода. Виды квадрокоптеров стоит изучить для того, чтобы можно было выбрать правильное устройство.

По сложности управления бывают:

  • Детские. Как правило обладают малыми размерами и минимальным набором функций. Управляются при помощи обычного пульта или смартфона. Дальность действия не особенно большая. Для правильного управления достаточно нажатия всего нескольких кнопок. С таким дроном разберется даже ребенок. Потому подобные продукты и относятся к категории детских. Использовать устройства для серьезных задач невозможно.
  • Любительские. Более продвинутые модели. На комплектном пульте находится большее количество кнопок и рычагов. У некоторых моделей есть даже дисплей. Можно контролировать многие возможности квадрокоптера. Но до полного контроля еще далеко. Тем не менее, такие продукты можно использовать для аэрофотосъемки и прочих подобных задач. Позволяется даже управлять камерой дистанционно.
  • Профессиональные. Комплектуются сложными пультами со множеством кнопок, переключателей и рычагов. Пользователь может контролировать все аспекты работы дрона: вплоть до ручной настройки некоторых особенностей. Такие квадрокоптеры предназначены для тех, кто точно понимает, что и как нужно делать. Комплектные контроллеры в большинстве случаев оснащаются большими дисплеями. Также нередки очки виртуальной реальности.

По размерам выделяют:

  • 250 мм. Это аппараты с расстоянием от одного мотора до другого в 250 мм. Такие устройства относятся к начальному уровню. У многих детских дронов именно такой размер. Нормально противостоять ветру они не могут. Поэтому используются исключительно для развлечений и оттачивания навыков пилотирования.
  • 350 мм. Более серьезные аппараты, предназначенные для полетов в хорошую погоду. Ветер должен быть минимальным. Но на внушительную высоту дроны 350 мм вряд ли смогут подняться. Там сопротивление ветра намного сильнее. Тем не менее, при помощи такого квадрокоптера можно сделать интересные кадры на высоте.
  • 450 мм. Квадрокоптеры с диаметром 450 мм идеально подходят для полетов на внушительные высоты. Хорошо противостоят встречным потокам воздуха и имеют возможности стабилизации картинки при съемке. Дроны такого уровня подходят для решения различных задач, но и стоят довольно дорого.
  • 550-700 мм. Продукты для профессионалов, создающих соответствующий контент. Такие вертушки могут даже нести на борту зеркальные камеры. Плавность и дальность полета на высоком уровне. Таким аппаратам не страшен ветер, им не причинят вреда столкновения с мелкими препятствиями. Именно эти продукты обладают высочайшей надежностью.

Как выбрать гоночный квадрокоптер

Выбирая гоночный дрон, необходимо учесть несколько вещей. Во-первых, следует принять как данность тот факт, что большинство коптеров продаются в виде комплектов. Обычно есть рама, электронная начинка, моторы и пропеллеры, но нет пульта управления, нет аккумулятора, камеры, FPV передатчика, очков. RTF коптеры (то есть собранные модели) тоже встречаются в продаже, но их не так много как, например, обычных квадрокоптеров с камерами.

Спортивный квадрокоптер должен быть прочным, так как он почти наверняка будет врезаться на высокой скорости, падать на землю, неудачно приземляться. Отсюда особенные требования к материалам рамы и корпуса. Карбоновая рама обеспечит необходимую прочность, но есть варианты из пластмассы, стекловолокна

Рекомендуем обращать внимание именно на карбон, как наиболее прочный. Существуют рамы из алюминия и других металлов, но стоят они дороже и используются для классов 250 и выше

Цена на хорошую RTF модель не может быть низкой. Это не означает, что гоночный коптер окажется очень дорогим, но за 100$ более-менее качественный летательный аппарат вы не получите. Бесколлекторные движки, FPV камера, хороший пульт, облегченная, но прочная рама – все это стоит денег.

Всегда обращайте внимание на стоимость запасных частей. Вряд ли вы быстро сломаете раму или корпус, но пропеллеры, а также, возможно, платы будут ломаться после особенно жестких падений

Скоростные квадрокоптеры порой не оставляют времени на исправление ошибок в пилотировании, поэтому первые запуски вряд ли окажутся гладкими.

Время полета обычно не превышает 10 минут. Это не самый плохой результат, ведь коптер максимально облегчен (обычно вес не превышает 400-500 грамм), и емкий аккумулятор будет негативно сказываться на скоростных характеристиках.

Что такое OSD?

OSD — это On Screen Display, что в переводе с английского — информация на экране. Простыми словами, OSD — это информация, которая накладывается на видеопоток, и вы это все видите на экране шлема или в очках.

Пример того, какую информацию можно выводить на экран:

О дронах

Перевод: https://oscarliang.com

OSD fpv может быть как встроенным в оборудование квадрокоптера, так и представлять собой отдельную внешнюю плату, которую вы подключите к полетному контроллеру и к камере. Благодаря этой функции вы сможете контролировать различные параметры дрона в режиме реального времени и в полете.

О дронахПример внешней платы OSDО дронахПример встроенного в полетный контроллер OSD

О дронахПример OSD в камере FPV

На экран шлема или очков вы сможете выводить любую информацию, которую может получить ваш квадрокоптер, например, напряжение аккумулятора, высота; если есть GPS, то сможете видеть скорость и в каком направлении летит ваш дрон.

Конечно, OSD не обязателен для полетов по FPV, но это очень полезный инструмент, чтобы всегда быть в курсе состояния квадрокоптера и избежать различных проблем — например, вы всегда будете в курсе напряжения аккумулятора и сможете вовремя совершить посадку.

О дронах

Какие проблемы мешают развитию беспилотных перевозок сегодня?

В настоящее время к числу наиболее существенных проблем технического характера можно отнести поиск новых технологий АКБ высокой мощности. В идеале такие батареи должны иметь оптимизированное соотношение собственного веса к емкости, а также долговечности и токоотдаче. Пока что современные коптеры для человека способны летать до 23-25 минут на максимальной скорости 130 км/ч, что специалисты считают неплохим, но не удовлетворительным показателем.

Другая проблема заключается в организации. В большинстве мировых государств действуют очень жесткие правила в отношении воздушного транспорта и его эксплуатации. Эти правила были определены и закреплены в законодательстве большинства стран в соответствии с требованиями к безопасности и антитеррористическим законодательством.

По сути, это две основные проблемы глобального масштаба, которые хоть и ограничивают, но не пугают разработчиков инновационных воздушных систем для перевозки людей. В последние годы такие беспилотники стали предметом активного изучения и внедрения во многих странах мира. В этом отношении не отстают и отечественные конструкторы.

Безопасность

Это один из ключевых вопросов, которым разработчики крупногабаритных коптеров уделяют особое внимание. Конструкция мини-квадов, как показала практика, обеспечивает ему прекрасные летные характеристики

Даже при сильных столкновениях или внезапном падении добротно собранные квадрики на радиоуправлении сохраняют свою целостность.

В их более крупных аналогах для человека планируется внедрить компенсаторные антиаварийные механизмы, которые снизят риски падений, а также получения существенных повреждений и травм пассажиров при нештатных ситуациях.

Кроме того, совершенствующееся из года в год ПО исключит человеческий фактор, автоматизируя полеты, составляя быстрые и безопасные маршруты, и обеспечивая адекватную ситуации реакцию коптера.

Разработка специальных полетных контроллерных плат и средств управления идет полным ходом. Центральный процессор, интегрированный в такие платы, будет способен обрабатывать множество задач одновременно и контролировать различные летные параметры в реальном времени.

Шаг 2. Обучение

Сегодня обучение пилотированию FPV дроном отчасти схоже с обучением пилотов гражданской и военной авиации, а именно, для каждого всё начинается с симулятора, так как это безопасно, недорого и практично. Как мы уже упомянули выше, управление FPV дроном осуществляется в Acro режиме, который требует от начинающего пилота особых навыков, приобретаемых исключительно посредством практики. А так как первые шаги в большинстве случаев сопряжены с многочисленными крашами (падениями, столкновениями с препятствиями и т.д.), что по понятным причинам приводит к всевозможным разрушениям дрона, то будет лучшим начать обучение именно с симулятора.

Симуляторы

Ассортимент предлагаемых FPV дрон-симуляторов достаточно широк и постепенно этот список будет только пополняться

Исходя из личного опыта мы рекомендуем новичку обратить своё внимание на профессиональный симулятор от известной в мировом спорте DRL лиги по дрон-рейсингу — DRL Simulator, который в большей степени заточен под профессионалов и продвинутых пользователей хобби, но при этом имеет достаточную виртуальную обучающую базу для новичков. Более подробно о всех доступных FPV дрон-симуляторах рекомендуем нашу специально подготовленную статью

О дронах

О дронахWatch this video on YouTube

Как построить гоночный дрон своими руками

У пилота, решившего самостоятельно собрать квадрокоптер, есть выбор из двух вариантов. Он может покупать все компоненты по отдельности, подбирая движки, регуляторы скорости, полетный контроллер и так далее, либо приобрести готовый для сборки набор.

О дронах

В первом случае дрон получит индивидуальный дизайн и индивидуальные характеристики, но сборка и настройка квадрокоптера может занять много времени. Во-втором, беспилотник будет соответствовать спецификации, его сборка скорее всего займет не очень много времени, но это будет не уникальный квадрик.

Какой вариант выбрать, зависит от пожеланий будущего владельца дрона и от его ценовых ожиданий. Готовые наборы стоят дороже и могут содержать компоненты, которые у пилота уже есть (например, пульт или раму). В обоих случаях придется паять, и без навыков работы с паяльником не обойтись.

Готовые наборы для сборки

О дронах

Дефицита в готовых наборах нет, но, как уже было сказано, они стоят недешево и могут содержать ненужные компоненты. Важным преимуществом таких наборов является наличие подробной инструкции. Кроме того, пользователь может не переживать о совместимости элементов, ему не придется определять размеры от края до края и думать, как разместить все платы и моторы на раме.

Самостоятельный подбор и сборка

О дронах

Никаких ограничений для самостоятельного подбора комплектующих нет. Есть характеристики рамы, от которых зависит набор подходящих элементов, но сам список очень широк. Можно использовать любые подходящие регуляторы оборотов в минуты, любые контроллеры, батареи и так далее.

Недостаток в том, что финальный результат зачастую оказывается не таким, как предполагалось. Нет и полной инструкции для сборки.

Для чего используются

  • геодезия и картография;
  • сельское хозяйство (в части контроля и обработки полей);
  • фермерство;
  • аэрофотосъемка,
  • обычная фото и видео съемка;
  • предпроектные исследования и контроль объектов строительства;
  • доставка товаров;
  • мониторинг протяженных объектов. 

Есть комплекты для обучения

Обучающий набор DJI EDU хакатонОдин из организаторов хакатона — Александр Голунов — помогал нам в подготовке этого поста

Железо дрона

  • рамы, на которой крепятся агрегаты и защитный кожух. Последний, кстати, присутствует не всегда, но какая-то защита движущихся частей аппарата, а заодно и окружающих от удара этими движущимися частями, есть почти везде;
  • необходимого количества роторов;
  • аккумулятора;
  • набора датчиков. Самый простой дрон может летать с трехосевым акселерометром, но управлять им будет сложно. Заметно упрощают этот процесс: трехосевой акселерометр, трехосевой датчик угловой скорости (ДУС), барометр и магнитометр. Также в списке датчиков могут присутствовать: компас, гироскоп, GPS или приемник любой другой системы глобального позиционирования;
  • модуля связи. Это может быть радиосвязь с пультом управления (наземной станцией) или 4G-модем для получения команд и отправки телеметрии через интернет;
  • полезной нагрузки, например камеры на подвесе, сонара, дальномера и т.п.;
  • сердца дрона — полетного контроллера, который всем этим управляет.

Пример состава оборудования программируемого дрона с полетным контроллером pixhawk

Чем занимается полетный контроллер

  • ориентации беспилотника вокруг его центра масс;
  • ориентации центра масс беспилотника в пространстве;
  • движению БПЛА по маршруту;
  • избежанию коллизий с другими беспилотниками, если это групповой полет, или с иными объектами. Например, есть много разработок безопасных дронов, которые не сталкиваются с людьми, — все зависит от конкретной задачи;
  • управлению полезной нагрузкой — камерой, захватами для груза и т.п.;
  • передаче информации, в частности, приему команд с пульта, если управление осуществляется вручную;
  • корректировке полета, в т.ч. в больших формациях.

Полетный контроллер Arducopter
Полетный контроллер DJI A3

  • контроль неправильно припаркованных автомобилей и дорожного движения в целом;
  • обследование и обработка территорий в сельском хозяйстве (в том числе, поля и виноградники);
  • 3D-реконструкция модели поверхности земли — маркшейдерские работы, трехмерная реконструкция природных туристических объектов и т.п.;
  • контроль флотилии дронов для развлекательных целей или быстрого прочесывания местности.

В 2018 году полиция Нью-Йорка обзавелась 14 дронами (фото: CNN)

О скорости

Мы проектируем аппараты так, чтобы один дрон вез только один заказ. В противном случае сильно усложняется механика процесса загрузки-выгрузки. Допустим, сделаем три контейнера на трех тросиках. Доставили один, отцепили — и уже сильно нарушилась развесовка и центровка. Поэтому один дрон — один контейнер. Даже если понадобится примерно в одно место отправить три посылки — это будут три дрона. Пока что летают два аппарата, один загружен побольше, другой поменьше. Максимальная скорость их 50 км/ч, но летят они медленнее — около 30 км/ч. Полет длится недолго, и если его выполнять на полной скорости, то весь полет будет разбит на два отрезка: только разгон и только торможение. В такие моменты он производит больше шума и больше тратит энергии.

О дронахПрототип дрона-курьера 2014 года, с замкнутым крылом

Основные функции

На самом деле дроны дарят своим владельцам массу интересных возможностей. Базовые функции и специфические опции дадут больше понимания. Дроны активно работают в разных областях человеческой жизни. В конкретных моделях могут присутствовать не все опции сразу.

Основные функции устройства.

  • Удержание высоты и съёмки. Позволяет аппарату зависать на определённом месте в воздухе. Чаще всего присутствует на дронах с камерой. Зависание позволяет сделать более качественные фотографии.
  • Возврат домой. Не у каждого дрона такая функция есть, но без неё слишком велик риск утери. Бывало, что аппарат улетал далеко, и хозяева не могли его найти. Опция позволяет вернуть дрон даже тогда, когда связь с пультом была утеряна либо если причиной стал севший аккумулятор.
  • Полёт по заданной траектории. Хорошая опция, если нет возможности управлять дроном. Также это отличное решение, когда нужно сосредоточиться на деле.
  • Автоматические взлёт и посадка. Первая функция позволяет не управлять во время набора высоты, вторая чем-то напоминает возвращение домой. Дрон автоматически возвращается на то место, с которого начался полёт.
  • Различные лётные режимы. Позволяет выполнять разнообразные задачи. «Круг» активирует полёт по определённой траектории. Режим «Ракета» заставляет аппарат подниматься вверх с камерой, направленной вниз. «Дрони» предназначен для селфи в воздухе. Режим «Спираль» позволит аппарату подниматься над объектом, облетая его по заданной траектории.
  • Разные режимы съёмок. Тут всё зависит от возможностей камеры аппарата. Есть возможность создавать эффектные ролики. Например, дрон может полететь в нужное место, фиксируя всё на своём пути. Или же задать объект, который устройство будет всегда удерживать в поле зрения с помощью компьютерного зрения.
  • Следуй за мной. Опция может быть реализована двумя способами. Иногда аппарат удерживает движущийся объект в поле зрения и следует за ним. Более продвинутые отслеживают месторасположение пульта управления или смартфона, движутся по координатам. При этом дрон держится на расстоянии, может вести видеосъёмку.
  • Управление со смартфона. Даёт много дополнительных возможностей. Можно управлять полётом, вести трансляцию, видеть картинку сразу на экране гаджета. Конкретные возможности зависят только от самого дрона и программы для него.
  • Управление жестами. Некоторые модели просто реагируют на наклоны пульта управления или смартфона. В более сложных устройствах камера распознает движения рук и выполняет команды.

О дронах