Сборка FPV-дрона

АЭРО

Курс на взлет: 3D-моделирование беспилотных летательных аппаратов

Кейс-лонгрид для обучающихся и наставников образовательных организаций в рамках Национального проекта по развитию беспилотной авиации в Томской области

О чём кейс?

Кейс посвящен созданию FPV-дрона с нуля, охватывая все этапы разработки, включая сборку дрона, подключение к пульту управления и прошивку. Участники получат практические навыки в области аэродинамики, электроники и работы с целевым ПО, что позволит им понять ключевые аспекты создания беспилотных летательных аппаратов.

Кому полезен этот кейс?

Кейс будет полезен обучающимся и наставникам образовательных организаций, технологических кружков для погружения в повестку беспилотной авиации с наиболее интересной стороны - путем выполнения практического задания по сборке дрона.
Кейс может быть также использован для проведения уроков технологий (труд), в том числе модуля по БПЛА; занятий внеурочной деятельности и дополнительного образования в сфере беспилотных летательных аппаратов.

Тренды и инновации

Кейс по созданию FPV-дрона с нуля отвечает современным трендам в области технологий и инноваций, таких как развитие беспилотных летательных аппаратов и их применение в различных сферах, включая сельское хозяйство, мониторинг окружающей среды и развлечения. Он важен для региона и страны, так как способствует развитию высоких технологий, повышению квалификации специалистов и созданию новых рабочих мест, а также открывает перспективы для внедрения дронов в бизнес-процессы и улучшения качества жизни населения. Участники получат возможность ознакомиться с актуальными направлениями в аэрокосмической отрасли и стать частью быстрорастущего рынка.

О проекте по развитию беспилотной авиации:

Проект «Беспилотные авиационные системы» в Томской области — это инициатива, которая направлена на использование дронов для разных задач.

Уже сейчас дроны могут помогать в сельском хозяйстве, например, для мониторинга полей и растений, проводить обследования территорий, доставлять лекарства и продукты, участвовать в поисково-спасательных операциях и даже обеспечивать безопасность.

Молодые люди уже сейчас изучают, как эффективно применять беспилотники. Это отличная возможность для вас познакомиться с современными инновациями и в будущем стать специалистами в востребованной отрасли.

Данный кейс — это первый шаг, чтобы попробовать «руками» современные беспилотные технологии и спроектировать свой собственный беспилотник

О Национальной технологической инициативе и рынке НТИ «Аэронет»:

Одним из направлений (рынков) Национальной технологической инициативы является рынок «Аэронет». Он направлен на создание новых технологических решений в беспилотной отрасли, развитие предприятий по производству разных типов БПЛА.

Для школьников присоединиться к рынку «Аэронет» можно уже сейчас — в ходе участия в Национальной технологической олимпиаде. Для обучающихся 8-11 классов есть несколько подходящих профилей — Беспилотные авиационные системы, автономные транспортные системы, летающая робототехника. А данный кейс даст вам основы, необходимые для сборки квадрокоптера.

Подробнее о рынке Аэронет

Где работать?

Знакомьтесь — компании рынка «Аэронет»!

Компания «Аэроб»

Российская инжиниринговая компания, разработчик уникальных беспилотных воздушных судов самолетного типа и систем автоматизированного управления БАС. Специализация «Аэроб» — развитие новых экономичных технологий аэрофотосъемки, видеосъемки, мониторинга и обработки результатов по стандартам аэрогеодезии.

Сайт

Кем работать?

Примерь на себя профессии будущего!

Структура кейса

Кейс состоит из подробного описания задания, содержит этапы выполнения с иллюстрациями и дополнительные материалы.

Для работы над кейсом понадобится

Для начала рассмотрим элементы, невобходимые нам для сборки дрона:
а – полётный контроллер
б – плата распределения питания
в – четыре ESC-регулятора
г – четыре бесколлекторных двигателя
д – приёмник
е – рама
ж – крышка
з – столбцы
и – адаптер питания
к – видеопередатчик
л – камера
м – четыре пропеллера
н – кабеля для подключения между собой комплектующих
о – Bind Key

Какие школьные предметы нужны?

Физика

Механика: Законы Ньютона, силы, действующие на тело, балансировка и устойчивость конструкции;
Электродинамика: Принципы работы двигателей, аккумуляторов, законов Ома и Кирхгофа;
Аэродинамика: Основы полета, сопротивление воздуха, подъемная сила, аэродинамические характеристики винта.

Математика

Геометрия и тригонометрия: Расчеты углов наклона, расстояния, траектории полета;
Алгебра и статистика: Анализ данных, расчет оптимального режима работы двигателя, оптимизация энергозатрат.

Информатика

Программирование: Написание кода для микроконтроллеров, управление двигателями, навигация и автопилот;
Электронные схемы: Подключение компонентов, настройка и калибровка датчиков.

Технология

Конструирование и моделирование: Создание чертежей, выбор материалов, сборка и тестирование прототипов;
Работа с инструментами: Использование инструментов для сборки и настройки квадрокоптера.

Состав команды

Схемотехник

Разрабатывает электрические схемы и электронику для квадрокоптера

Аэроинженер

Оптимизирует аэродинамические характеристики и конструкцию квадрокоптера

Конструктор

Проектирует механические компоненты и их взаимодействие в сборке

Полезные материалы

BetaFlight(аналог CleanFlight) BLHeli Configurator

Ход работы

1. Первый шаг

На первом шаге наша задача собрать дрон с нуля.

1) Питание

Начнём сборку с того что припаяем адаптер питания XT-60 к плате распределения питания BeeRotor BF3. Красный провод необходимо припаять к площадке BAT+ а чёрный к BAT-.

2) Начало сборки корпуса

Установим на корпус столбцы для крепления платы распределния питания

3) Прикручивание дигателей

Теперь прикрутим к раме плату распределения питания и двигатели, как показано на рисунке

4) Распределение питания

Далее припаяем к площадкам + и – esc регуляторы по очереди

5) Регулировка двигателей

Затем припаяем двигатели к регуляторам. Провода можно паять в любой очередности.

6) Подключение полётного контроллера

Затем с помощью шлейфа соединим плату распределения питания с полётным контроллером

7) Монтаж контроллера

Установим полётный контроллер поверх пластиковых столбиков

8) Приёмник

Установим приёмник как показано на рисунке

9) Установка камеры

Установим камеру как показано на рисунке. Камеру можно установить на термоклей

9) Видеопередатчик

Далее шлейф подключается к полётному контроллеру и видеопередатчику как показано на рисунке

10) Подключение видеопередатчика

Далее шлейф подключается к полётному контроллеру и видеопередатчику как показано на рисунке

2. Второй шаг

Теперь наша задача подключить собранный дрон к пульту дистанционного управления.

1) Старт

Далее произведём подключение дрона к пульту

2) Биндинг

Для этого возьмём пульт FS – 1i и зажмём кнопку Bind

3) Бинд Ключ

Затем установим Bind Key в приёмник в шину B, как показано на рисунке

4) Установка креплений для приемника

Затем произведём установку крышки, предварительно прилепив к ней липучки для крепления аккумуляторной батареи. Приёмник можно закрепить с помощью специальных пластиковых хомутов на крышке

5)Подключение АКБ

Далее произведём подключение аккумуляторной батареи к дрону.
На экране пульта появится Bind OK

6)Проверка PPM

Затем проверим настройки каналов на пульте. Зажмём кнопку “ОК” на пульте и зайдём во вкладку “System”. Затем с помощью кнопки “DOWN” пролистаем вниз до раздела “RX Setup” и выберем “PPM Output”. В данном разделе проверим чтобы было написано “On”. Если же стоит “Off” то с помощью кнопки “UP” поменять на “On”. Далее с помощью кнопки “CANCEL” сохраним настройки.

7)Проверка канала i-Bus

Затем проверим чтобы протокол i-BUS был назначен на первый канал. Для этого в меню “RX Setup” прокликаем до “ i-BUS Setup” и убедимся, что под Channel стоит Ch1, в ином случае меняем с помощью кнопки “DOWN”.

8)Проверка свитчей

Далее выйдем в самое начало меню и выберем вкладку “Functions setup”. В ней выберем “Aux.Channels”. В данной вкладке проверим чтобы пятый канал был настроен на стик SwA, Шестой канал должен быть настроен на стик SwC. С помощью кнопки “CANCEL” сохраним настройки.

3. Третий шаг

Третий этап - прошивка дрона.

1)Конфигуратор

Далее произведём прошивку дрона с помощью конфигуратора Cleanflight. Откроем конфигуратор Cleanflight.

2)Коннект USB

Далее произведём подключение собранного дрона к компьютеру. Для этого подключим microUSB к соответствующему разъёму на полётном контроллере

3)Начало настройки

После подключения перед нами открывается окно конфигуратора

4)UART порты

Далее во вкладке “Порты” выставим флажок под Serial RX напротив UART 2.

5)Настройка приёмника

Затем зайдём во вкладку “Приёмник”. Для корректной регулировки стиков необходимо подключить к дрону аккумулятор. Убедимся в том что ползунки реагируют на движения стиков.

6)Режимы полётов

В режимах полётов выстроим следующую конструкцию. Под стик Aux 1 установим возможность включать и выключать дрон с пульта. А на AUX 2 выставим возможность переключать режимы полётов Angle и Horizon.

7)Сохраняем настройки

Затем нажмём на кнопку “Сохранить и Перезагрузить” и закроем наш конфигуратор.

4. Четвертый шаг

Здесь находится общее описание шага, если нужно. Ниже представлен блок, который мы используем, если есть необходимость показать иллюстрацию крупно. При нажатии на нее, изображение сделается во весь экран

1) Определяем направление вращения

Теперь нам необходимо настроить направление вращения двигателей, как показано на рисунке. Так как мы используем регуляторы от BL Heli то нам понадобится BlHeli Configurator. Для работы с ним необходимо закрыть конфигуратор CleanFlight и подключить аккумулятор к квадрокоптеру.

2) Запуск BLHeli

Запустим BLHeli и нажмём Connect.

3) Cчитывание настроек

Далее нажмём Read Setup.

4) Прошивка регуляторов

Далее нажмём на кнопку “Flash All”.

5) Выбор версии прошивки

Далее необходимо выбрать прошивку “A-H-25”.

6) Последняя версия

Версию выберем последнюю релизную(beta не рекомендуется)

7) Корректировка направления вращения

Далее с помощью пульта запустим дрон. Если направление вращения двигателей противречит рисунку с мануала то выбираем Reversed, если стоит Normal либо Normal,если изначально стоит Reversed.

8) Flash Firmware

Теперь нажмём Flash Firmware на каждом регуляторе

9) Disconnect

Далее закончим прошивку нажав Read Setup и Disconnect

10) Подключение FPV-очков

Предпоследним этапом будет подключение FPV-очков к квадрокоптеру

11) Настройка каналов

Для того чтобы подключить очки к дрону необходимо включить их на кнопку включения. Затем необходимо переключать каналы с помощью CH+ пока не установится вид с камеры

Итоговый продукт

12) Установка винтов

Последним этапом будет установка винтов. Мы будем использовать трёхлопастные винты. Одинаковые по направлению винты должны находится симметрично по диагонали друг от друга

Результат мероприятия - это собранная модель FPV дрона, способная к полетам и передачи данных на очки FPV.

Что дальше?

Кейс по созданию FPV-дрона с нуля предоставляет обучающимся уникальную возможность стать частью актуальных трендов в области беспилотных технологий и инноваций. Участники смогут подготовиться к различным соревнованиям, таким как чемпионаты по дрон-рейсингу и конкурсы по разработке беспилотных систем, что позволит им применить полученные знания на практике. Кроме того, кейс включает в себя участие в мастер-классах и хакатонах, где обучающиеся смогут продемонстрировать свои навыки в проектировании и программировании дронов, что значительно повысит их конкурентоспособность на рынке труда и в сфере высоких технологий.