Проекты‎ > ‎

Квадрокоптер KO-1

Целью данного проекта является разработка летающей четырехроторной платформы и, в дальнейшем, развитие на её основе алгоритмов автономного управления мультикоптерами. Основную проблему, при этом, составляет создание подсистемы автоматической стабилизации машины, аналогичной используемым в ArduPilot и MultiWii, а также алгоритмов движения по путевым точкам.

Текущий этап: модификация пульта дистанционного управления

Отчеты

Чертежи и схемы

1) Чертежи рамы и креплений


Все чертежи также есть на github: https://github.com/oevsegneev/uav-dev

2) Архитектура системы управления (нажмите для увеличения)


3) Принципиальная схема (нажмите для увеличения)



Текущие расходы

Наименование Источник Количество Стоимость, $ Сумма, $ 
 Контроллер mbed LPC1768 pololu.com2 59+10 138 
 IMU 10DOF L3G4200D+ADXL345+HMC5883L+BMP085 ebay   21 21 
 Радиопередатчик APC220 v.3.0 (пара) ebay  1 35 35 
 Регуляторы хода вентильных двигателей Hobbywing Skywalker 20A (набор 4шт.) ebay   36  36 
 Двигатели вентильные RCTimer DC 2830-14 750KV Outrunner ebay   12 48
 Пропеллеры 10 X 4.5 R CW+CCW (набор 4 пары) ebay  1 6.5+3  9.5 
 Аккумуляторная батарея 11.1V Turnigy 5000mAh 3S 20C Li-Po hobbyking  1 22+15 37
 Зарядное устройство iMAX B6-AC B6AC ebay  1 30  30
 GPS модуль SkyLab SKM53 ebay  1 27+3 30 
 Коннекторы типа "банан" 3.5мм  (набор 50 пар)ebay  3+6 
 Трубка углепластиковая 1000х12х8ммrcplaneta.ru115+520
 Т-образные крепления (набор 8шт)ebay 1717
    430

Общие требования

Для того, чтобы летательный аппарат смог выполнять свои основные функции, будь то аэрофотосъемка, поиск или слежение, он должен обладать достаточной грузоподъемностью для транспортировки всего необходимого оборудования. В случае съемки таким оборудованием является камера высокой четкости. Для реализации же алгоритмов машинного зрения, необходимо нести на борту ещё и мощную вычислительную систему.

Помимо грузоподъемности, БПЛА должен иметь достаточный запас энергии для полета 10-15 минут. За это время можно сделать несколько снимков, снять небольшое видео либо обследовать небольшую закрытую территорию. Для увеличения полетного времени свыше, требуется дополнительная разработка системы автоматической подзарядки.

Корпус

Для достижения проектных летных характеристик, корпус машины должен быть изготовлен из легких материалов, таких как алюминий, углепластик или стеклопластик. Защита от влаги на экспериментальной модели не предусмотрена.

Двигатели и ESC

Для достижения оптимальных динамических характеристик при маневрировании предполагается использовать бесколлекторные двигатели 750KV совместно с блоком контроля скорости с частотой синхронизации 50Гц (либо 400Гц).

Для первого прототипа были выбраны дешевые "RCTimer 750KV" по цене $47 за четыре штуки. Характеристики:
  • модель - A2830-14;
  • габариты - Ф28*30мм;
  • вал - Ф3.17*45мм;
  • вес - 52г;
  • KV - 750;
  • макс. мощность - 185Вт;
  • Рекомендуемая батарея - 2-4 LiPo;
  • Рекомендуемые пропеллеры - 12x6/9x6R;
  • Ri(M Ω) - 0.192;
  • Рекомендуемый ESC(A) - 30A.
В качестве ESC используются "Hobbywing skywalker 20А" с 2А BEC по цене $36 за комплект. Характеристики:
  • ток - 20A;
  • пиковый ток (>10сек) - 25A;
  • BEC: 5В / 2A (Linear);
  • рекомендуемая батарея - 2-3S (LiPo) / 5-9S (NiMH);
  • габариты (Д*Ш*В) - 4.8 * 2.6 * 0.8см;
  • вес - 20г.
Двигатели квадрокоптера RCTimer 750KV   
ESC квадрокоптера HobbyWing SKYWALKER 20A
   
Испытания связки были проведены ранее.

Пропеллеры

Исходя из сведений об известных схемах квадрокоптеров были подобраны несущие пропеллеры. Выбор пал на нейлоновые пропеллеры типоразмера 10 X 4.5. На ebay были куплены 4 пары (с запасом) левых и правых пропеллеров по цене $9.5 за всё. 

Пропеллеры квадрокоптера 10 X 4.5
  

Система управления

В основе системы управления планируется использовать два микроконтроллера. Один для маневрирования, другой для взаимодействия с периферийными устройствами. При этом, для маневрирования целесообразно использовать более быстрый 32-битный ARM Cortex M3 (96МГц) микроконтроллер, а для прочих второстепенных операций - маломощный 8-битный Atmega328 (16МГц). Однако, на прототипе решено установить пару CortexM3.

Телеметрия

Все время полета, по крайней мере в период отладки, летательный аппарат должен отсылать на землю телеметрию. Абсолютно необходимо передавать GPS координаты, вектор положения машины в пространстве, показания барометра.

Также следует обеспечить и связь в обратном направлении. Во время периода отладки, необходимо регулировать значения PID-регулятора, корректировать нулевые положения акселерометра, и осуществлять ручное управление маневрами мультикоптера. Кроме того, для экстренного выключения машины потребуется отдельная команда включения/выключения. Данная команда должна полностью отключать цикл автономного маневрирования и снижать тягу двигателей до нуля.

Этапы разработки

  1. Проектирование несущей рамы - 100%
  2. Проектировка приборного отсека - 100%
  3. Монтаж рамы и двигателей - 100%
  4. Изготовление и монтаж силовой проводки - 100%
  5. Монтаж кабины и электронных компонентов - 100%
  6. Разработка системы дистанционного управления - 100%
  7. Разработка алгоритма стабилизации- 100%
  8. Разработка алгоритмов взлета и посадки - 0%
  9. Разработка алгоритмов маневрирования для рыскания, тангажа и крена - 0%
  10. Разработка алгоритмов перемещения между контрольными точками - 0%