Что нужно для квадрокоптера с камерой
Квадрокоптеры для съемок — какой лучше выбрать
Содержание
Содержание
Летающие камеры на четырех пропеллерах используются в строительстве, сельском хозяйстве, во время съемок кино и еще в десятке различных областей. Подробнее о сферах применения дронов написано здесь. В этой статье мы рассмотрим форм-факторы квадрокоптеров, что влияет на качество съемки, какую роль играют дополнительные сенсоры. Познакомимся с мобильным приложением, правилами полетов на территории России.
Формат и размер квадрокоптера
Все летательные аппараты можно разделить на два формата: складывающиеся и полноразмерные. Складывающиеся модели помещаются в карман или небольшую сумку, — самая популярная модель такого формата DJI Mavic Air 2. Для тех, кто ищет устройство попроще и дешевле, подойдет DJI Mavic mini 2. Возможность этих моделей сложиться в три погибели никак не влияет на прочность или качество съемки. Их покупают тревел-блогеры, начинающее видеооператоры, клипмейкеры.
Все квадрокоптеры делятся на компактные, спортивные и профессиональные.
Компактные подходят для обучения и заменяют палку для селфи, стоят недорого, летают близко. Особенности: управление жестами. Пример: Syma X25 Pro, Syma W1Pro.
Спортивные агрегаты отличаются от собратьев хорошей маневренностью и ярким боевым раскрасом. Их основная задачи — гонки. Они тяжелее и больше летающих селфи-палок, оснащаются дополнительной защитой для лопастей и большим количеством датчиков. Бывают модели, предназначенные для полета в помещениях и на природе. У «природных» более емкие аккумуляторы. Пропеллеры можно отстегнуть и заменить на крутилки большего/меньшего размера. Особенности: подключение шлемов и пультов управления с множеством настроек. Пример: DJI FPV Combo.
Профессиональные квадрокоптеры самые большие, у них мощные батареи, есть дополнительная система стабилизации для плавной съемки, камеры с высоким разрешением. Большие размеры аппарата помогает ему успешно сопротивляться ветру и зависать в строго фиксированной точке. Пример: JJRC X9PS, DJI Mavic Air 2.
Качество съемки квадрокоптера
Компактные модели снимают на уровне Full HD или 2К. Основное их предназначение — сделать красивую фотографию для Инстаграм. Во время полета изображение нечеткое и распадается на пиксели.
В режиме «зависания на точке» миниатюрный аппарат может сделать несколько потрясающий селфи.
Спортивные дроны оснащаются съемочным оборудованием среднего качества. Они не предназначены для красивой съемки объектов и природы, их основная задача — передать картинку оператору для точного позиционирования во время полета.
Полупрофессиональные и профессиональные модели поставляются с системами стабилизации и цветовыми фильтрами для камер. Характеризуются качественным видеооборудованием с разрешением 2, 4 и 8К. На всех квадрокоптерах этого типа камеры съемные. Можно поставить качественные видоискатели, чтобы получить красивые кадры или дешевые, для тренировочных полетов.
Системы стабилизации — подвесы, бывают двух- и трехосевыми. Двухосевые подвесы «ходят» крестиком — вперед, назад, вправо, влево. Система стабилизации с тремя осями корректирует положение камеры по вертикали.
Привод подвеса может быть механическим и цифровым, второй вариант позволяет более плавно передвигать камеру и получать качественные кадры без рывков. Но может подвести из-за программной ошибки или обрыва связи, попросту заглючив в неподходящий момент.
Во время полета съемочное оборудование сильно трясет, — скорость коптера может достигать 140 км/ч. Без хорошего подвеса даже самая лучшая камера будет показывать беспорядочное мельтешение.
Датчики и интеллектуальное управление квадрокоптера
От количества датчиков позиционирования зависит качество съемки и возможность поймать красивый ракурс. К традиционному набору (акселерометр, барометр, гироскоп и GPS) в продвинутых моделях добавляются внешние сенсоры. С их помощью программное обеспечение определяет и обходит препятствия, направляет дрон вслед за указанным объектом. Одновременно управлять коптером и следить за кадром — сложно, поэтому в профессиональных моделях есть автопилот с несколькими программами.
Positioning — режим штатива, он же камера-мод, GPS, Opti или синематик. Предназначен для зависания на одном месте или плавного облета. Если дрон потеряет GPS-сигнал, автоматически подключатся Opti-сенсоры, и аппарат полетит по указанному маршруту или вернется на базу, облетая препятствия.
Point to Point — полет от точки к точке.
Point of Interest — облет достопримечательности по заданном радиусу.
Follow me — слежение за объектом.
Автоматика лучше справляется с задачей управления воздушным транспортом, чем неопытный пилот, но не позволяет нарушать протоколы безопасности — то есть, делать головокружительные трюки, которые так любят зрители. Для тех, кто уже прокачал свои навыки пилотирования, есть несколько интересных режимов.
Acro (Manual) — дрон-камикадзе готов выполнять любую прихоть пилота, системы безопасности дрона отключены.
Sports — позволяет наклоняться под опасным углом и развивать максимальную скорость до 140 км/ч.
Attitude Mode — встречается не во всех моделях, из всех датчиков включенным остается только барометр. Позволяет оператору делать различные трюки в горизонтальной плоскости, пока электроника следит за высотой.
Все указанные режимы переключаются на пульте управления или на смартфоне/планшете в меню настроек.
Мобильное приложение для квадрокоптера
Профессиональные пульты управления оснащены системой крепления для телефона или небольшого планшета. «Рулить» дроном легче механическими джойстиками, настраивать режимы — с помощью сенсорного экрана.
Мобильное приложение полностью заменяет пульт управления и позволяет задавать:
В приложении отображается заряд батареи, уровень GPS-сигнала, положение аппарата в воздухе, карта маршрута, показания барометра, акселерометра и других датчиков. Экран постоянно выдает важные для оператора сообщения о потери сигнала, помехах, низком заряде аккумуляторов. Проигнорировавший сообщения рискует утопить устройство или разбить его оземь.
Без мобильного устройства не обойтись — оно показывает, куда летит аппарат, позволяет построить маршрут, включить или отключить датчики, помогает выявить запретные зоны для полета.
Где и почему запрещена съемка с квадрокоптера
Съемка запрещена в зонах размещения стратегических объектов, военных баз и полигонов, тюрем, в охраняемых зонах. Полный список можно посмотреть на карте Google по ссылке. Некоторые производители коптеров поставляют со своей продукцией мобильные приложения, демонстрирующие запрещенные зоны и выдающие предупреждение на экране смартфона. Информация привязана к локации и всегда актуальна для большинства стран. Дело в том, что свободная для полетов зона вчера сегодня может стать запретной. В случае нарушения оператор понесет наказание в виде штрафа, а нарушитель границ будет изъят и утилизирован.
Скоростных ограничений нет, зато у властей есть претензии к массе дрона.
Без разрешения на территории РФ нельзя летать аппаратам весом более 250 грамм. Для получения лицензии на полеты необходимо подать заявление по форме и дождаться разрешения в течение 10 дней.
Правила для запуска дронов массой до 30 кг: запуск над землей или водой в светлое время суток в зоне прямой видимости оператора, высота не более 150 метров.
Если по какой-то причине съемку нельзя провести в рамках указанных правил, необходимо согласование, — письменная заявка с описанием маршрута или звонок в центр управления полетами. Разрешение, как правило, выдается без проблем. Подробнее о правилах сертификации, разрешенных зонах в России и других странах читайте в этой статье.
Если нет желания связывать с органами контроля, лучшим решением станет покупка квадрокоптера массой до 250 грамм.
Компактные модели подойдут тем, кто привык путешествовать налегке, — для полноразмерных коптеров понадобится небольшой чемоданчик.
Съемка: подобрав правильный ракурс, сделать качественную фотографию можно даже с помощью бюджетного оборудования. Если базовая камера не устроит, ее можно заменить на более качественную, — необходимо подбирать камеру аналогичную по весу и системе крепления. Без подвесов снимать видео можно только для себя, — никто больше не будет смотреть ролики такого качества. Для создания профессиональных роликов подходит только трехосевася система стабилизации, двухосевая морально устарела, единственно ее преимущество, — она стоит дешевле.
Свое первое знакомство с коптерами лучше начать с недорогой или особо прочной модели, к которой можно найти запасные части. В первую очередь из строя выходят пропеллеры, — они легко меняются. Новичкам рекомендуется использовать режим Beginner Mode. О том, как его активировать и зачем он нужен, рассказано в этом видеоролике:
Гоночный FPV-дрон своими руками (часть 1) — сборка
Сегодня популярность гонок на дронах стремительно растёт. Любительские полетушки перерастают в серьёзные международные соревнования, а количество людей, вовлечённых в это хобби, растёт в прогрессии. Я сам недавно собрал FPV-квадрокоптер 180-го размера (расстояние в мм между осями моторов по диагонали) и спешу поделиться этим опытом.
Полностью процесс сборки и настройки я описал тут и тут, а ниже будет немного изменённая версия, содержащая больше информации из моих предыдущих статей.
Я оставлю за скобками вопрос вхождения в данное хобби и перейду непосредственно к квадрокоптеру.
Выбор размера квадрокоптера
Год назад наибольшей популярностью пользовались квадрокоптеры 250-го размера. Но сейчас пилоты предпочитают собирать аппараты меньшего размера, что весьма разумно: вес меньше, а мощность та же. Я выбрал 180-й размер не из каких-то практических причин, а как некий челлендж по сборке.
На самом деле, такой подход к выбору не совсем правилен. Гораздо разумнее выбирать сначала размер пропеллеров, а уже под них — наименьшую раму, куда влезут выбранные пропеллеры. И при таком подходе 180-й формат вообще отбраковывается. Судите сами: 210-й формат позволяет ставить те же 5-дюймовые пропеллеры, что 250-й, при этом сам квадрик получается легче, а 4-дюймовые пропеллеры влезают и в 160-е рамы. Получается, что 180-й размер — это такой промежуточный формат, который «ни нашим, ни вашим». Его также можно считать утяжелённым 160-м. Но, тем не менее я выбрал именно его. Возможно потому, что это минимальный размер, способный более-менее комфортно тягать камеру GoPro или Runcam.
Комплектующие
Начнём с моторов. «Промежуточность» 180-го размера, а также богатство их ассортимента, осложняют выбор. С одной стороны, можно брать то, что идёт на 160-е, с другой — то, что устанавливают на 210-е или даже 250-е. Исходить надо из пропеллеров и батареи (количество банок). Не вижу смысла использовать батарею 3S, а по пропеллерам общие правила таковы:
В моём случае я имею ограничение размера пропеллеров в 4 дюйма, но не имею ограничения по моторам. Значит, разумнее всего будет использовать трёхлопастные 4045 пропеллеры bullnose. Их сложно балансировать, но с ними управление отзывчевее и предсказуемее, а звук тише. С другой стороны, с двухлопастными пропеллерами скорость у квадрокоптера выше, но мне этого точно не надо. «В народе» на 180-х рамах преобладают следующие сетапы:
На самом же деле, рама позволяет ставить моторы от 1306-4000KV до 22XX-2700KV. Кстати, не знаю почему, но моторы 1806-2300KV сейчас в опале и мало используются.
Для своего квадрика моторы я взял — RCX H2205 2633KV. Во-первых, хотелось иметь запас по мощности (хотя с моими скромными навыками пилотирования, непонятно зачем). Во-вторых, мои сетапы никогда не получались сверхлёгкими, вдобавок я ещё и экшн-камеру таскать планирую. Конкретно моторы RCX — вариант компромиссный. Они дёшевы, но и нареканий по качеству много. На момент покупки комплектующих это были одни из немногих моторов 2205-2600KV на рынке. Сейчас (на момент написания статьи) ассортимент значительно больше и лучше выбрать что-нибудь другое.
С остальными комплектующими действовал по принципу «больше челленджа»:
Выбор полётного контроллера
Вы наверное заметили, что в списке нет полётного контроллера. Хочу описать его выбор подробнее. В недорогие наборы для сборки часто включают контроллер CC3D, так сейчас это, пожалуй, самый дешёвый ПК. Сегодня нет совершенно никакого смысла покупать CC3D. Он устарел и не имеет таких необходимых вещей, как контроль заряда батареи и «пищалка». Его преемник CC3D Revolution — это уже совсем иной продукт с богатыми возможностями, но и ценой свыше 40€.
Современные полётные контроллеры уже перешли с процессоров F1 на F3, что сделало Naze32 ПК прошлого поколения и ощутимо снизило его цену. Сейчас это поистине народный контроллер, который имеет почти всё, что душа желает при цене от 12€.
Из ПК нового поколения наиболее популярен Seriously Pro Racing F3, причём в первую очередь, из-за наличия недорогих клонов. Сам контроллер ничем не уступает Naze32, вдобавок имеет быстрый процессор F3, большое количество памяти, три UART-порта, встроенный инвертор для S.Bus. Именно SPRacingF3 Acro я и выбрал. Остальные современные ПК не рассматривались из-за цены, либо каких-то специфических особенностей (закрытая прошивка, компоновка и т.д.)
Отдельно отмечу модную ныне тенденцию объединять несколько плат в одну. Чаще всего ПК и OSD или ПК и PDB Я не поддерживаю данную идею за парой исключений. Мне не хочется менять весь полётный контроллер из-за сгоревшей OSD. К тому же, как показывает практика, иногда такое объединение приносит проблемы.
Схема проводки
Сборка
Для начала несколько общих советов по сборке:
Сборку я предпочитаю начинать с моторов и регуляторов. Здесь хорошее видео по сборке маленького квадрокоптера, с которого я перенял идею расположения проводов моторов.
Отдельно хочется сказать про крепление регуляторов: где и чем? Их можно закрепить на луче и под ним. Я выбрал первый вариант, так как мне кажется, что в этом положении регулятор более защищён (это мои домыслы, не подтверждённые практикой). Вдобавок, при креплении на луче, регулятор отлично охлаждается воздухом от пропеллера. Теперь о том, как закрепить регулятор. Способов много, наиболее популярный — двухсторонний скотч + одна-две стяжки. «Дёшево и сердито», к тому же демонтаж трудностей не доставит. Хуже то, что при таком креплении можно повредить плату регулятора (если ставить стяжку на неё) или провода (если крепить на них). Так что я решил крепить регуляторы термоусадочной трубкой (25мм) и запаял их вместе с лучами. Есть один нюанс: сам регулятор тоже должен быть в термоусадке (мои в ней и продавались), чтобы не соприкасаться контактами с карбоном луча, иначе — КЗ.
Также имеет смысл приклеить по кусочку двухстороннего скотча снизу на каждый луч в месте крепления мотора. Во-первых, он защитит подшипник мотора от пыли. Во-вторых, если по какой-то причине один из болтиков открутиться, он не выпадет при полёте и не потеряется.
При сборке рамы не использовал ни одного болтика из комплекта, так как все они неприлично короткие. Вместо этого приобрёл чуть длиннее и с головкой под крестовую отвёртку (есть такое личное предпочтение).
Камера не помещалась по ширине между боковых пластин рамы. Немного обработал края её платы надфилем (скорее сточил шероховатости) и она встала без проблем. Но сложности на этом не кончились. Мне очень понравилось качество держателя для камеры от Diatone, но камера с ним не помещалась в раму по высоте (примерно на 8-10мм). Сначала я приколхозил держатель на наружной (верхней) стороне пластины через неопреновый демпфер, но конструкция получилась ненадёжной. Позже пришла идея максимально простого и надёжного крепления. Я взял только хомут от Diatone`овского крепления и одел его на отрезок прута с резьбой М3. Чтобы камера не сместилась вбок, я зафиксировал хомут нейлоновыми муфтами.
Очень понравилось, что из разъёмов на ПК пришлось паять только коннекторы для регуляторов. Полноценные трёхконтактные разъёмы у меня не вписывались по высоте, пришлось пойти на хитрость и использовать двухпиновые. Для первых пяти каналов (4 для регуляторов + 1 «на всякий пожарный») я припаял коннекторы к сигнальной площадке и «земле», для остальных трёх — к «плюсу» и «земле», чтобы можно было запитать сам ПК и уже от него — подсветку. Учитывая, что китайские клоны полётных контроллеров грешат ненадёжной фиксацией разъёма USB, его я пропаял тоже. Ещё одним моментом, характерным для клона SPRacingF3, является разъём «пищалки». Как и в случае с vbat, на верхней стороне платы находится двухконтактный разъём JST-XH, а на нижней — он продублирован контактными площадками. Закавыка в том, что у клона «земля» на разъёмe постоянная и при его использовании «пищалка» всегда будет активирована. Нормальная рабочая для «пищалки» «земля» выведена только на контактную площадку. Это легко проверяется тестером: «плюс» разъёма прозванивается с «плюсом» на контактной площадке, а «минус» — не прозванивается. Следовательно, надо припаять провода для «пищалки» к нижней стороне ПК.
Трёхконтактные разъёмы регуляторов тоже пришлось заменить. Можно было использовать четыре двухконтактных штекера, но вместо этого, я взял два четырёхконтактных штекера и вставил в один «землю» всех регуляторов, во второй (соблюдая порядок подключения моторов) — сигнальный провод.
Пластина с подсветкой по ширине больше, чем рама и выступает по бокам. Единственное место, где её не собьют пропеллеры — под рамой. Пришлось колхозить: взял длинные болты, надел на них нейлоновые муфты с предварительно проделанными прорезями (чтоб стяжки, крепящие подсветку, могли зафиксироваться) и вкрутил через нижнюю пластину в стойки рамы. К получившимся ножкам стяжками притянул пластину со светодиодами (отверстия в пластине подходили идеально) и залил стяжки термоклеем. С задней стороны пластины припаял коннекторы.
Уже после сборки, на этапе настройки выяснилось, что с пищалкой что-то не то. Сразу после подключения батареи она начинала монотонно пищать, а если активизировать её с пульта, то на этот монотонный писк накладывался ещё и ритмичный. Я сначала грешил на ПК, но после замера напряжение мультиметром, стало ясно где именно проблема. На самом деле можно было с самого начала подключить к проводам пищалки обычный светодиод. В итоге я заказал сразу несколько пищалок, послушал их и установил самую громкую.
Часто PDB и контроллер крепят к раме нейлоновыми болтами, но я не доверяю их прочности. Поэтому я использовал 20мм металлические болты и нейлоновые муфты. После установки PDB я припаял питание регуляторов (остальные провода были припаяны заранее) и залил места пайки термоклеем. Главный силовой провод, идущий к батарее, я стяжкой закрепил к раме, чтобы его не вырвало в случае аварии.
С приёмника я кусачками удалил все коннекторы, кроме необходимых трёх, а перемычку между третьим и четвёртым каналами пропаял прямо на плате. Как я уже писал выше, разумнее было бы брать приёмник без коннекторов. Также я развернул у него антенны и заплавил в термоусадку. На раме приёмник хорошо поместился между PBD и задней стойкой. При таком расположении хорошо видно его индикаторы и есть доступ к кнопке бинда.
Видеопередатчик стяжками и термоклеем я закрепил к верхней пластине рамы так, чтобы через прорезь был доступ к кнопке переключения каналов и светодиодным индикаторам.
Для крепления антенны видеопередатчика в раме есть специальное отверстие. Но не стоит соединять её с передатчиком напрямую. Получается своего рода рычаг, где одним плечом служит антенна, другим — сам передатчик со всеми проводами, а место крепления разъёма будет точкой опоры, на которую придётся максимум нагрузки. Таким образом, в случае аварии почти со 100% вероятностью разъём на плате передатчика отломается. Поэтому крепить антенну надо через какой-то переходник или удлинитель.
К MinimOSD я решил припаять разъёмы, а не провода напрямую. На форумах пишут, что эта плата нередко сгорает, следовательно разумно сразу подготовиться к возможной замене. Я взял планку с коннекторами в два ряда, нижние припаял к контактным площадкам с отверстиями, а на верхние вывел vIn и vOut. После этого залил места пайки термоклеем и упаковал всю плату в термоусадку.
Последним штрихом является наклейка с номером телефона. Она даст хоть небольшую надежду в случае потери квадрокоптера.
Сборка на этом подошла к концу. Получилось компактно и при этом сохранён доступ ко всем необходимым органам управления. Больше фотографий можно посмотреть здесь. Масса квадрокопрера без батареи составляет 330г, с батареей — 470г. И это ещё без экшн-камеры и крепления для неё. В следующей статье я расскажу о прошивке и настройке получившегося квадрокоптера.