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

• Проектирование и монтаж рамы >>

  • Монтаж силовой проводки >> 

• Приборный отсек >>

• Монтаж пульта >>

• Калибровка магнитометра >>

• Амортизация акселерометра. Часть 1 >>

• Амортизация акселерометра. Часть 2 >>

• Амортизация акселерометра. Часть 3 >>

• Перепрошивка ESC

• AHRS алгоритм Себастиана Мажвика

• Установка прямоугольного профиля

Чертежи и схемы

1) Чертежи рамы и креплений

Корпус ESC Тип 1 (для 3D-принтера)

Корпус ESC Тип 2 (для 3D-принтера)

Крепления для квадратного профиля (для 3D-принтера)

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

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.

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. 

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%

   1. Разработка алгоритмов взлета и посадки - 0%

   2. Разработка алгоритмов маневрирования для рыскания, тангажа и крена - 0%

   3. Разработка алгоритмов перемещения между контрольными точками - 0%