Квадрокоптер для перевозки человека своими руками

Квадрокоптер для человека

В большинстве случаев квадрокоптер ассоциируется у рядового человека с развлечениями, возможностью эффектной съемки с воздуха, решением ряда задач органами МЧС, полиции, лесоохранных и других организаций. Изредка в интернете появляется информация о попытке в крупных городах организовать доставку различных товаров на дронах. В каждом из этих случаев максимальный вес полезного груза, поднимаемого на квадрокоптере не превышает пяти килограммов, но что если его значительно увеличить и, например, организовать перевозку людей?

Подобное решение может радикально изменить весь рынок пассажирских перевозок, позволяя ускорить движение транспортных средств в крупных городах, создать сферу «воздушных такси» для полетов на малые расстояния. Дополнительно подобная техника решит ряд задач с эвакуацией людей из зон бедствия, возможность безопасного вывоза из труднодоступных мест больных и раненных, доставкой грузов и так далее.

Сложности проектирования и изготовления дронов для полетов человека

С теоретической точки зрения особых проблем с конструированием квадрокоптеров для перевозки человека своими руками не возникает, но на практике есть ряд следующих сложностей и проблем:

Наличие мощных аккумуляторных батарей

На сегодня отсутствуют конструктивные решения, обеспечивающие при малом весе батареи высокую емкость, долговечность и отдачу тока, что ведет к резкому утяжелению всей конструкции для полетов человека по воздуху. В реальности современные прототипы для перевозки людей могут двигаться по воздуху со скоростью 130 км/час не более 20-25 минут, что признается пока неудовлетворительным показателем.

Многие эксперты сходятся на необходимости поиска принципиально новых принципов работы батарей, что необходимо не только для полетов дронов, но и для наземного электротранспорта, повысив длительность поездки без зарядки на электроавтомобиле.

Законодательные моменты

Во многих странах мира действуют очень жесткие правила по использованию воздушного пространства, что обусловлено борьбой с терроризмом, условиями обеспечения безопасности полетов, сохранением тайны личной жизни и другими моментами.

Появление реальных коптеров для перевозки людей автоматически потребует разработки нового законодательства, а это время.

Уровень безопасности

Развитие нештатных ситуаций на высоте и столкновения могут привести к серьезным травмам и летальным исходам, поэтому необходимо внедрение соответствующих компенсаторных антиаварийных механизмов, внедрение ПО для исключения человеческого фактора, что предупредит столкновения во время полета.

Высокая стоимость

Отсутствие эффекта масштаба и технические проблемы, про которые уже шла речь выше, автоматически повышают цену на подобные дроны. По оценкам экспертов, Scorpion 3 российского производства, который имеет эффектный вид, но далеко не лучшие технические характеристики, обойдется покупателю примерно в 150 000 долларов, то есть про массовое использование подобных квадрокоптеров на сегодня просто нереально.

В итоге на сегодня конструкторы и стартапы специализируются на поиске оптимальных вариантов создания больших дронов для людей в теоретической сфере, периодически предлагая миру свои разработки и прототипы. Именно они смогут в будущем стать базой для выпуска первых серийных моделей, которые будут использоваться на практике.

Основные прототипы квадрокоптеров для полета человека

На сегодня существует несколько прототипов больших дронов, которые смогут осуществлять перевозки пассажиров. Одним из достойных вариантов остается Scorpion 3, созданный российским стартапом. Это уже третий вариант гибрида квадрокоптера и мотобайка, который имеет следующие характеристики:

• максимальная высота полета – 3 метра;
• максимальный вес – 250 кг;
• скорость движения – до 50 км/ч;
• продолжительность движения – 27 минут.

Еще одной и весьма серьезной попыткой создать городской воздушный транспорт для человека стал проект Ehang-184 от одноименной компании из США. Этот дрон обеспечивает комфортные и безопасные условия во время полета, значительно мощнее, что подтверждают следующие характеристики:

• максимальная высота подъема – 3.5 км;
• предельно допустимый вес – 200 кг;
• максимальная скорость – 100 км/ч;
• продолжительность полета – 23 минуты.

Весьма интересной с конструктивной точки зрения стала летающая доска от компании Zapata Racing. Подъем в воздух осуществляется с помощью четырех двигателей мощностью в 250 лошадиных сил, а для управления используется пульт дистанционного управления. В качестве источника энергии дрон использует авиационный керосин, находящийся в баке. Последний имеет вид ранца и находится за спиной пилота. Максимальная скорость подобного прототипа составила 55 км/ч, высота подъема 30 метров, а продолжительность полета не превышает 4 минут.

Еще одной интересной новинкой остается гибридный квадрокоптер от компании Top Flight Technologies, который может находиться в воздухе уже несколько часов, а это возможность перемещения на большие расстояния без дозаправки. Единственным исключением становится только ограничение максимального веса на уровне 15 кг, хотя уже совсем скоро производитель планирует довести этот параметр до 100 кг.

В качестве привода дрона используется гибридная силовая установка, которая вырабатывает энергию для электродвигателя мощностью 10 кВт. Для работы установки имеется бак на 18,9 литров топлива, а также литий-полимерная аккумуляторная батарея емкостью 6000 мАч. Максимальная скорость аппарата составляет 64 км/ч.

Интересно, что управлять дроном можно на расстоянии до 3,2 км, а снимать телеметрические показатели на удалении в пределах 15 километров.

Можно ли построить квадрокоптер для человека своими руками?

Этот вопрос однозначно имеет положительный ответ, но только с теоретической точки зрения. Причина в высокой стоимости комплектующих и ряде технических проблем, связанных с отсутствием на рынке доступных по цене аккумуляторов, необходимости использовать легкие компоненты из углепластика и аналогичных материалов, которые обеспечат высокую прочности при минимальном весе дрона. Впрочем, если речь об организации стартапа, который привлечет достаточно средств на разработку и конструирования прототипов, то возможно, что пионером на рынке перевозок людей дронами окажетесь именно вы. Во всяком случае, Scorpion имеет именно российские корни, поэтому весьма вероятно, что первый реальный квадрокоптер для человека своими руками будет собран именно у нас.

Источник

Тяжелый FPV-квадрокоптер — разработка, сборка и первый полет

Я занимаюсь квадрокоптерами в качестве хобби уже почти полгода. На свой последний аппарат я навесил камеру (GoPro HD Hero 2) и видеопередатчик, и летал на нем через видеоочки — крутейшее ощущение, я вам хочу сказать. Нo техника была нe идеальной. Старая рама X525 с алюминиевыми балками была недостаточно стабильной для веса в 1.8кг, коптер в воздухе потряхивало, да и выглядело это всe достаточно колхозно. Поэтому было принятo решение строить новый квад, на собственноручно разработанной раме, с учетом всех потребностей. А потребности были следующие:

• Место под всe оборудование. На новой раме должно былo быть достаточно места для камеры (без пропеллеров в картинке), передатчика, OSD, большого аккумулятора, плюс электроники управления (плата контроллера полета и GPS).
• Стабильность. Рама должна быть максимально жесткой, но в то же время обеспечивать виброизоляцию камеры от моторов.
• Внешний вид. Хотелось сделать коптер таким, чтобы было приятно на него смотреть, а не типичным для начинающих комком проводов и стяжек на стандартной крестовидной раме.
• (Вторично) Вес. Коптер на базe X525 весил 1.8кг с камерой и батарейкой, хотелось эту цифру слегка уменьшить, заодно и приподнять время полета на одном аккумуляторе.

Пораскинув мозгами и приняв решение, как всe это будет выглядеть, я установил LibreCAD и принялся за работу.

Разработка

Вдохновением для общей формы коптера послужила рама Spidex v2. Мне понравилось расположение компонентов в одном уровне — камера спереди, потом смещенный вперед центр, и подвешенный сзади аккумулятор. Такая схема позволяет расположить камеру так, что пропеллеры не попадают в ее поле зрения. Также они придумали хороший способ виброизоляции — камера и аккумулятор подвешиваются к двум горизонтальным трубам, которые в свою очередь монтируются на центр с помощью резиновых изоляторов. Масса аккумулятора помогает уменьшить вибрации, передающиеся нa камеру. Ну и смотрится такой коптер, на мой взгляд, очень даже прилично.

Однако полностью под мои потребности Spidex не подходил. Во-первых, в нем использованы алюминиевые трубки, от которых я уже натерпелся — гнутся они, причем даже без аварий, просто от постоянной нагрузки. Во-вторых, я использую камеру GoPro Hero HD2, одолженную на неопределенный срок у сожителя — я нe готов монтировать ее на коптер без защитного корпуса, а Spidex этого не предусматривает.

Короче говоря, от Spidex я решил использовать только общую компоновку. Раму я решил собирать самостоятельно, используя стеклопластиковые пластины и карбоновые трубы с зажимами. У знакомого дома стоит фрезерный станок, на котором можно вырезать пластины необходимой формы. Чтобы создать эту самую форму, я засел за LibreCAD, и вот что у меня получилось:

Общий вид коптера сверху

Центральные пластины и держатели камеры и аккумулятора

Удовлетворившись данным результатом, я передал чертежи знакомому, и заказал всe необходимые детали в местных (немецких) онлайн-магазинах. В частности, были куплены карбоновыe трубки (16×14мм, метровой длины, три штуки — для рамы нужны будут две, ну и про запас), зажимы для них вместе с подходящими винтами/гайками (из набора FCP HL от Flyduino), провода для прокладки через трубки к моторам, виброизоляторы (сайлент-блоки под М3), и куча всякой мелочевки.

Всю электронику я решил использовать с предыдущего коптера. Два квада мнe ни к чему, все прекрасно работает — зачем покупать новые детали? Список той самой электроники и других деталей, перекочевавших с предыдущей модели:

• Моторы: 4x NTM 28-30 750kv
• Контроллеры моторов: 4x HobbyKing Blue Series 30A, с прошивкой SimonK
• Пропеллеры: 4x Graupner E-Prop 11×5
• Плата управления: Crius MultiWii SE v0.1, с MultiWii 2.2
• Аккумуляторы: Turnigy Nanotech 4S 4500mAh 25-35C
• Камера: GoPro HD Hero2
• Видеопередатчик: ImmersionRC 5.8G 25mW
• Антенна: Clowerleaf 5.8G, DIY от умельца на местном форуме
• OSD: MinimOSD с прошивкой KV Team OSD для MultiWii 2.2
• GPS: Drotek I2C GPS
• Радиоприемник: Graupner HoTT GR-16, под мой передатчик (MX-16)

Сборка

Детали разложены на столе, сборка начинается. Порядок долго не продержался…

Для начала пилим трубки под нужную длину — 22см и 28см, все четыре пилятся из одной метровой трубки. Пилкой для металла с мелкими зубьями идет очень хорошо.

Примеряем зажимы к нижнему центру.

Центр собран для проверки, все ли стыкуется как надо. Вроде да.

Прикрутил все остальные части рамы. Похоже, что почти готово? Как бы не так.

Оси моторов нужно обрезать — они выступают с задней стороны, и мешают установке сверху трубок. Обклеиваем мотор клейкой лентой, дабы не допустить попадания металлических опилок внутрь…

… и Дремелем его, Дремелем. Дремель режет 3-миллиметровую ось как нож масло. Главное защитные очки нe забыть.

Снимаем термоусадку с контроллеров моторов, чтобы припаять новые провода.

Провода нарезаны под нужную длину. Припаиваем разъмы для моторов. По три фазы на мотор, паять надо дофига — и это всeго лишь квад.

Размещаем контроллеры на нижней полураме.

Прикручиваем мотор и проводим кабеля через трубку. Всe собирается, как запланировано!

Изолируем контроллеры новой термоусадкой, когда все кабеля на месте.

Устанавливаем контроллеры моторов на их окончательную позицию. Проводов многовато, но достаточно чисто.

Разводка проводов от аккумулятора, методом RCExplorer. Сначала собираем провода от контроллеров пучком…

… стягиваем тонкой медной проволокой…

… спаиваем, и изолируем термоусадкой. Соединение получается механически крепкое, и хорошо проводящее.

Примеряем итоговую сборку: все совпадает! Верхняя полурама еще не прикручена, просто лежит сверху.

Верхняя полурама с управляющей электроникой в центре (контроллер и GPS) и виброизолированными трубками с камерой и аккумулятором.

Видеооборудование нa нижней стороне верхнего центра: видеокабель из камеры идет в MinimOSD, там на него накладывается информация из полетного контроллера, и дальше в видеопередатчик.

Нижняя полурама готова к установке верхней. Моторы приподняты, чтобы зажимы в центре не распались, когда будут откручены временные гайки.

Устанавливаем и прикручиваем верхнюю полураму. Затягиваем гайки, соединяем всe провода…

Вот такой коптер получился. Единственное, чем я недоволен — это вес. Облегчить конструкцию не удалось, за счет зажимов для трубок и огромного количества винтов с гайками общий вес поднялся до 1950 грамм. Однако это еще вполне в рамках мощности привода — мои сомнения были полностью развеяны во время первого полета.

Первый полет

Ощущения от первого полета: фантастика! Коптер стоит в воздухe как вкопанный, отлично управляется как визуально, так и через FPV. Время полета на одном заряде — 14 минут, и запаса мощности хватает с лихвой для вполнe комфортабельного полета и маневрирования. С настройками контроллера я еще слегка поковыряюсь — GPS работает плохо (позицию практически не держит, return-to-home не работает), да и PID-параметры надо подстроить (убавить P по оси крена, чтобы избавиться от видимых в видео легких поперечных вибраций).

В общем и целом, проект удался. Коптер я буду активно использовать для полетов и съемок в ближайшие недели.

Любые вопросы, комментарии и т.д. приветствуются.

Источник