Automatizuotas, filmuojantis bepilotis orlaivis - dronas

JUSTAS ŠUKYS IIID

Vadovė – Fizikos mokytoja Gražina Valicka

Kodėl pasirinkau šį projektą?

Šiais laikais filmų industrija labai klesti. Filmų kūrimui yra pasitelkiamos įvairios technologijos ir įranga. Dronai yra taip pat naudojami, tačiau jų kaina neatitinka realybės. Kodėl gi nesukūrus tokio tipo drono pačiam, kuris funkcijomis neatsiliktų ir kaina būtų prieinama visiems.

Tikslas

• Sukonstruoti automatizuotą filmuojantį bepilotį orlaivį, išlaikantį kuo ilgesnį skrydžio laiką ir platesnį diapazoną., panaudojant geros raiškos 4k kamerą, stiprų anglies pluošto rėmą ir kitas šiuolaikines technologijas bei patraukliai pristatyti projektą, siekiant sudominti kuo platesnį mokinių ratą.

Hipotezė

• Drone bus sumontuota didesnės talpos akumuliatorius, kamera, aukštimatis, kuris veiks dideliame diapazone.

Darbo eiga

1. Ant korpuso prisukti variklius
2. Variklius prijungti prie greičio reguliatorių
3. Reikia instaliuoti skrydžio kontroleri
4. Sujungti vaizdo sistemą – Kamerą ir vaizdo siųstuvą.
5. Ant variklių prisukti propelerius
6. Reikia programiškai suprogramuoti droną, per „betaflight“ programą

​

Medžiagos ir įrankiai

• Detalės – Drono rėmas; 4x Elektriniai varikliai; greičio reguliatoriai; Skrydžio valdiklis; Radijo imtuvas; Vaizdo siųstuvas; Antenos; Gps imtuvas; Fpv kamera; 4K raiškos kamera; Propeleriai 4x; akumuliatorius; Valdymo pultas; Analoginio vaizdo akiniai.
• Medžiagos – Įvairūs laidai, jungtys; Lydmetalis; Fliusas; Izopropilo alkoholis; Lipni juosta; Užveržiami dirželiai ; Kembrikai (izoliaciniai vamzdeliai); Varžtai; Klijai,
• Įrankiai – Lituoklis; Replės; Žirklės; Žnyplės; Atsuktuvai; Įvairūs raktai; Karštų klijų pistoletas.

Teoronė darbo dalis

Darbo analizė

• Kaina
• Aš norėčiau išsiaiškinti nuo ko priklauso ir kas labiausiai įtakoja šiuos dronų trūkumus. Suprantu, kad tai ir finansinis klausimas, susijęs su nemažomis išlaidomis. Mano kuriamo drono pagaminimui bus svarbi ir jo kaina. Dabartinėje rinkoje gerų dronų kainos svyruoja nuo 400 iki 5000 eurų. Vieni iš pavyzdžių būtų „Dji“ ir „Yuneec“ kompanijos, kurių kainos yra didelės, bet vis tiek turi trūkumų tokių kaip greičio ir manevringumo trūkumai.
• Kamera
• Savam projekte aš skirsiu didelį dėmesį vaizdo kameroms. Sieksiu įsigyti Ultra HD 4k raiškos kamerą. Kamerą renkantis reikia kreipti dėmesį į svorį ir rezoliuciją. Svoris labai daug reiškia dronuose, „Kuo sunkesnis jūsų dronas, tuo blogiau jis skrenda ir tuo sunkiau jį valdyti. Lengvesnis dronas paprastai reiškia geresnį skrydžio našumą ir ilgesnį skrydžio laiką”, tai yra paminėjęs FPV dronų specialistas Oscar Liang

Darbo analizė

• Korpusas ir akumuliatorius
• Taip pat reikės skirti dėmesį į patį korpusą, jis turės būti lengvas, bei tvirtas, todėl manau rinksiuosi anglies pluošto detales, taip pat reikės droną daryti kuo aptakesnį, kad būtų kuo mažesnis vėjo pasipriešinimas ir galėčiau išvystyti kuo didesnį greitį. Taip pat reikės licio jonų akumuliatorių 6 selių (22.2v) apie 1300mah talpos ir su iškrovimo galia apie 90C. Jais būtų galima išvystyti didelė įtampa ir iškrovos galia.
• Drono programavimas
• Vėliau reikės pereiti prie programavimo. Tai pati sunkiausia ir neįdomiausia dalis (bent jau man) čia reikės ieškoti klasės draugų ar mokytojų pagalbos. Programuosiu savo orlaivį per „Betaflight“ programą. Šioje programoje reikės sustabilizuoti droną, variklius, aukščių palaikymo sistemą, kameros jungtį. Manau visai naudinga būtų įdiegti GPS sekimo programą, kad jeigu netyčia nutruktų ryšys su orlaiviu, aš jį galėčiau surasti. Viskas bus valdoma pulteliu, todėl reikės dar ir sukonfigūruoti jį su pačiu dronu. Visam šiam darbui reikės tikrai nemažai aerodinamikos, matematikos, bei fizikos žinių.

Bandymai

Pirmasis bandymas

• Numatytas tikslas – pakilti į orą ir nepadaryti klaidų drono programavimo etape. Per pirmąjį skrydį bus svarbu išsibandyti ar visos sistemos veikia, ar veikia aukščio palaikymas, ar geras ryšys tarp drono ir valdymo pulto su akiniais. Daugiausiai darbo buvo ties kalibravimu, kuris leidžia skristi tiesiai be jokių vibracijų, drebėjimų laidu litavimu – reikia neskubėti ir viska daryti kruopščiai..

​

• Sudėjęs droną, po pirmojo bandymo pastebėjau, kad dronas šiek tiek vibruoja, tad nusprendžiau prisijungti droną prie kompiuterio ir iš naujo jį perprogramuoti. Tai padaręs atlikau antrąjį bandymą, kuriame viskas buvo tvarkoje.

Pirmas žingsnis normalaus skrydžio link, buvo kalibracija, štai matote video, kuriame buvo dronas gerai sukalibruotas iš kelių kartų. Sėkmingo kalibravimo rezultatas↓

Pirmasis bandymas

Pilnas projekto pristatymas (buvo skirtas shift4future konkursui https://youtu.be/XRE7JveAKUM). Sukalibruoto drono sėkmingas pakilimas su Fpv akiniais ↓

Per pirma pakilimą, buvo tikrinamas signalas tarp pulto ir drono bei tarp drono ir akinių. Pirmas bandymas įvyko sėkmingai, visi tikslai buvo įgyvendinti.

Bepiločio orlaivio pultas ↑

Iškilę sunkumai

• Daug praktikos reikalavęs darbas buvo išmokti valdyti droną užsidėjus Fpv akinius ir valdant pulteliu. Kaip mokymosi priemone pasitelkiau kompiuterinį žaidimą, simuliatorių, per kurį galima prisijungti akinius, bei pultelį prie kompiuterio ir treniruotis. Skraidyti išmokau maždaug po kokių 3-4 dienų. Išmokus skraidyti, droną buvo galima išbandyti atvirame lauke, jį valdant pilnu pajėgumu. Po šio skraidymo, jokio defekto nepastebėjau, tad supratau, kad tai jau viskas – dronas sudėliotas.

Greičio reguliatorių litavimas

Ilgai trukusio drono skrydžio valdiklio ir variklių litavimo rezultatas�

Išvados

• Sukonstruotas bepilotis orlaivis pakilo į 200 m aukštį ir nufilmavo vietovių 1-2 km spinduliu.

​

Testas

1. Kas yra dronas?
1. a) Vidaus degimo varikliu valdomas lėktuvas;
2. b) Elektros varikliais valdomas bepilotis orlaivis;
3. c) Paprastas orlaivis.

​

Testas

• 2. Kaip kontroliuojamas drono valdymas?
• a) Pultu valdomu radijo bangomis;
• b) Balsu;
• c) Valdikliu, kuris yra prijungtas prie drono.

​

Testas

3. Kokia fizinė drono savybė būtina, kad jis skristų?

a) Svoris;

b) Greitis;

c) Oro dinamika.

​

Testas

4. Kokia aerodinaminė drono savybės yra būtina, kad jis galėtų skristi?

a) Oro srauto valdymas;

b) Oro atsparumo sumažinimas;

c) Aerodinaminis stabilumas.

​

Testas

5. Kokios savybės daro įtaką drono stabilumui skrydžio metu?

a) Svoris, aerodinaminė konstrukcija ir elektros variklių galingumas;

b) Oro sąlygos ir orlaivio greitis;

c) Elektroninės valdymo sistemos, taip pat drono įtaisai ir jų reakcijos laikas.

​

Testas

6. Ką reiškia drono "aukščio valdymas"?

a) Valdymas, leidžiantis dronui kilti ar kristi;

b) Valdymas, leidžiantis dronui judėti horizontaliai;

c) Valdymas, kuris suteikia dronui daugiau ar mažiau jėgos skristi.

​

Testas

7. Kaip dronas keičia savo greitį skrydžio metu?

a) Keičiant variklio galingumą;

b) Keičiant aukštį;

c) Keičiant skrydžio kampą.

​

Testas

8. Kaip vadinama jėga, ribojanti drono greitį?

a) Oro pasipriešinimo jėga;

b) Centripetinė jėga;

c) Gravitacinė jėga.

​

Testas

• 9. Kas yra "return to home" funkcija?
• a) Valdymas, leidžiantis dronui grįžti į savo pradinę vietą;
• b) Valdymas, leidžiantis dronui saugiau nusileisti, toje vietoje, kurioje prarado ryšį;
• c) Valdymas, leidžiantis dronui sustoti.

​

Testas

10. Ką būtina patikrinti prieš skrydį?

a) Akumuliatoriaus būklę;

b) Oro sąlygos;

c) Skrydžio trukmė.

​

Uždavinys nr. 1

Uždavinys nr. 2