Nejedná se o komplexní návod na sestavení dronu. Informace obsažené v tomto článku jsou zaměřené spíše na problematiku týkající se stavby.
Rozhodli jste se pro stavbu vlastního dronu? Výborně! Náš velký průvodce vám pomůže.
V průvodci vám samozřejmě vysvětlíme základní terminologii všech částí UAV (Unmanned Aerial Vehicle) v překladu bezpilotních letadel / dronů. Dále se dozvíte, jak takový dron sestavit, a to od A až do Z, zapomocí videí, které vám v článku doporučíme.
Dovolujeme si připomenout, že budování dronu není běh na minuty nebo hodiny. Je to něco, co zabere klidně dny / týdny, zvláště, pokud jste začátečník. Pokud si chcete opravdu rychle zalétat, bude pro vás nejlepší zvážit koupi modelu RTF (Ready-To-Fly) v překladu připraven k letu, tedy ten typ dronu, se kterým můžete létat téměř ihned po rozbralení z krabice.
Když jsme si v roce 2014 sestavili náš první dron, zabralo nám několik pokusů, než se nám podařilo vše udělat správně. Nicméně když už se nám to konečně podařilo – by to úžasný pocit. Pokud tedy čtete tyto řádky tak předpokládáme, že přijímáte výzvu a jdete do toho!
ZÁKLADY STAVBY – ČÁST 1: POROZUMĚNÍ ZÁKLADNÍ TERMINOLOGII
Ještě než přejdeme k samotnému budování vašeho nového dronu, čeká vás spousta základní terminologie, kterou byste měli bez problému znát a ovládat. Nemusíte se obávat, není to nic, čemu by se nedalo porozumět.
Pro vaše pohodlí jsme rozdělili všechny termíny, které potřebujete znát podle kategorie:
DRON – Synonymum pojmu “kvadrokoptéra” nebo také UAV – “bezpilotní letoun”. Termín dron je obecně vyhrazen pro bezpilotní letouny převážně vojenského směru.
DIY – (Do It Yourself) česky doslova “udělej si sám”, v našem případě znamená vytvoření / sestavení vlastní kvadrokoptéry pomocí různých částí, které mohou ale nemusejí být navrženy přímo pro toto využití.
UAV – (Unmanned Aerial Vehicle) česky “bezpilotní letoun”, je letoun bez posádky, který může být řízen na dálku, nebo létat samostatně pomocí předprogramovaných letových plánů.
RTF –(Ready To Fly) česky “připraven k letu”, definuje libovolnou kvadrokoptéru, která je továrně dodávána se všemi součástkami a díly včetně ovladače potřebných pro let.
BNF – (Bind And Fly) česky “spáruj a leť”, definuje libovolnou kvadrokoptéru, která je továrně dodávána se všemi součástkami a díly, kromě ovladače. Ten si budete muset vybrat (v rámci kompatibility s dronem) sami.
ATF – (Almost ready To Fly) česky “téměř připraven k letu”, definuje drony, které nejsou zcela sestaveny a budou potřebovat další součásti / příslušenství, než budou moci létat.
ESC – (Electronic Speed Controller) česky “Elektronický regulátor otáček” nebo také “Elektronický regulátor rychlosti“ je elektrotechnické zařízení regulující podle řídícího signálu proud tekoucí centrálním okruhem. (Dozvíte se později.)
Li-Po – (Lithium-Polymer) je typ elektrického akumulátoru, který se používá téměř ve všech osobních elektronických zařízeních, tedy ve většině případů včetně RC modelů.
Motor – je součástka každého dronu, která se stará o roztočení vrtulí. Větší drony obvykle používají “bezkartáčové” motory, zatímco menší drony používají motory “kartáčové”. (Rozdíl mezi těmito variantami vám vysvětlíme později.)
Akcelerometr – Tento snímač je určen k měření zrychlení stroje.
Barometr – Tento snímač je navržen tak, aby dron věděl, jak vysoko nad zemí je. To dělá měřením tlaku. Vzhledem k tomu, že se tlak vzduchu mění s nadmořskou výškou, dron může určit svou vlastní výšku pomocí barometru.
Gyroskop – Gyroskop je určen k měření úhlové akcelerace na ose X, Y nebo Z. V zásadě je zodpovědný za to, že umožní dronu létat stabilním způsobem.
GPS – (Global Positioning System) česky “globální polohovací systém“ umožňuje GPS satelitům určit polohu dronu, takže pilot (vy) může dělat věci, jako nastavit dronu specifické souřadnice k letu, nebo dokonce přivolat dron zpět do původní polohy vzletu, i přestože není ve vašem zorném poli.
FPV – (First Person View) česky “zobrazení první osobě”, je termín, který definuje možnost živého videopřenosu do vašeho telefonu nebo tabletu, o jež se při přenosu stará kamera na dronu.
LCD – (Liquid Crystal Display) česky “displej z tekutých krystalů”, je typ obrazovky, sloužící k zobrazení obrazu přicházejícího z přijímače.
Gimbal – je zařízení, které během letu zajišťuje kameru a umožňuje jí poskytovat stabilní, neroztřesené záběry.
GoPro – jsou populární sportovní / akční kamery, které mohou být (se správným držákem) připojeny i k dronům.
ZÁKLADY STAVBY – ČÁST 2: VÝBĚR SPRÁVNÉHO RÁMU
V této části průvodce se dozvíte o různých typech rámů, které můžete použít k výrobě dronu. Níže se budeme zabývat těmi nejběžnějšími a nejzákladnějšími druhy rámů, které existují. Stejně tak si ukážeme různé typy materiálů, ze kterých mohou být vyrobeny.
TYPY RC DRONŮ / RÁMŮ
Nejen, že vám ukážeme nejběžnější typy rámů, ale také prozradíme výhody, nevýhody a vlastnosti každého z nich. Pojďme začít.
Typ rámu #1: Kvadrokoptéra
Jedním z největších přínosů pro použití rámu typu kvadrokoptéra je, že téměř všechny letové řídící jednotky na trhu, dnes mohou pracovat s tímto typem designu. Je to také jedna z nejjednodušších konstrukcí, kterou můžete použít, což je perfektní, pokud se učíte postavit dron poprvé.
Žádný rám není dokonalý – dokonce ani tento. Nevýhodou tohoto typu rámu je, že pokud selže jeden motor nebo vrtule, zbývající motory / vrtule nebudou schopny kompenzovat výkon, což způsobí ve většině případů pád dronu. Je tedy velmi zásadní zvolit správný způsob montáže a součástek! K tomu se ještě dostaneme.
Typ rámu #2: Trikoptéra
Pokud hledáte něco, co je z hlediska estetiky “odlišné”, pak je trikoptéra přesně pro vás. Když je trikoptéra v pohybu, připomína svým letem spíše letadlo, než dron. Dalším faktem je, že pro sestavení trikoptéry je potřeba menšího počtu bezkartáčových motorů – vyjde vás o kus levněji.
Vzhledem k tomu, že tento návrh vyžaduje servomotor pro otáčení zadního motoru (protože rám není symetrický), celkový stavební proces je teoreticky mnohem komplikovanější. I když se nedostaneme do detailů, dalo by se říct, že zadní rameno vyžaduje spoustu složité práce, abyste dosáhli požadovaného efektu.
Typ rámu #3: Hexakoptéra
Jedním z hlavních výhod rámu typu hexacoptéra je, že je možné dodat více tahu. To je užitečné pro zvedání těžších užitečných zatížení. Také, pokud selže jeden z motorů, je tu stále šance s dronem bezpečně přistát. Další velkou výhodou tohoto návrhu je, že téměř všechny řídicí jednotky podporují tento typ rámu.
Obecně platí, že budování hexacoptéry bude dražší než budovaní například trikoptéry nebo kvadrokoptéry. To je pochopitelně způsobeno větším počtem částí potřebných k tomu, aby byla schopna létat. Mějte také na paměti, že více částí se rovná větší hmotnost, takže bude nutné zvolit pochopitelně silnější a větší typy baterií a motorů.
Typ rámu #4: Oktokoptéra
Vysoký počet přítomných motorů znamená schopnost vysokého tahu. Oktokoptéra je tedy schopna zvedat velice těžké věci. Další velkou výhodou pro tento typ konstrukce je, že pokud dojde k selhání některého z motorů, dron bude ve většině případů schopný i tak bezpečně přistát.
Jak jste pravděpodobně uhodli, více motorů se rovná více peněz na stavbu, stejně tak větší a silnější baterie. Většina lidí, kteří staví větší oktokoptéry, se zajímá o vážné letecké fotografování a nebo natáčení na profesionální úrovni. Netvrdíme však, že je to pro začátečníka nemožné.
ZÁKLADNÍ TYPY MATERIÁLŮ RÁMŮ
Nyní, když jste se seznámili s různými typy rámů, pojďme se podívat na nejběžnější typy materiálů, které lze použít při stavbě vlastního dronu. Tento seznam samozřejmě neobsahuje úplně všechny druhy materiálů, vybrali jsme pro vás ale ty nejoblíbenější a nejpříznivější.
DŘEVO
UHLÍKOVÉ VLÁKNO
DPS – deska plošných spojů
PLAST
G10
Aluminum, neboli HLINÍK
VELIKOST DRONU
Když se učíte stavět dron, musíte se seznámit se standardními rozměry. Například, některé drony se vejdou do dlaně – tzv. “Nano” drony. Větší, tzv. “mega” drony, jsou extrémně velké a často musí být přepravovány v nákladních automobilech. Oba příklady jsou jen pro vaší představu toho, jak velký dron vlastně chcete mít. Začátečníkům doporučujeme velikosti v rozmezí mezi 40 cm až 50 cm.
Tento rozsah velikostí vám poskytne:
- Spoustu výhod (létání, přeprava, váha, atp.)
- Hodně všestrannosti.
JSOU VĚTŠÍ DRONY NÁKLADNĚJŠÍ, NEŽ TY MENŠÍ?
Ne vždy. Jakmile se dostanete k samotné stavbě dronu zjistíte, že celkové náklady závisí spíše na tom, jak pokročilá je vaše řídící jednotka, jestli se rozhodnete pro namontování kamery a tak podobně. Obecně bude rám ta nejméně drahá část vašeho dronu. Neznamená to však, že je nejméně důležitá, ba naopak.
ZÁKLADY STAVBY – ČÁST 3: MOTORY, VRTULE A POHON
V této části průvodce byste tedy měli ovládat základní terminologii a znát základní tvary rámů a materiálů, ze kterých je následně můžete vybudovat. V této části budeme psát o pohonu. Přesněji řečeno, budeme mluvit o většině materiálech, které ve skutečnosti přivedou váš dron do vzduchu (motory, vrtule, baterie a tak dále). Při stavbě vlastního dronu je tato část mimořádně důležitá, věnujte jí dostatek pozornosti.
MOTORY
Motory jsou srdcem a duší dronu. Motory nám umožňují zvednout rám ze země, vznášet se a létat ve směru podle vašeho výběru. Obecné pravidlo zní, že by měl být každý motor napájen stejným napětím. V opačném případě narazíte na problémy se stabilitou. V následujících sekcích budeme psát o celkové anatomii, funkcích a následně o různých typech motorů, které můžete potenciálně využít při stavbě vašeho dronu.
JAK MOTORY PRACUJÍ
Všechny elektromotory jsou tvořeny dvěma komponenty: magnety a “cívky” (cívky drátu). Nebojte se, nebudete muset hledat v učebnici fyziky, abyste pochopili, co vás chceme naučit. Elektromotory fungují na principu využití silových účinků magnetického pole. Laicky lze tento princip vysvětlit tak, že dochází k využití vzájemného přitahování a odpuzování elektromagnetů nebo přitahování elektromagnetů a železa. Polaritu a sílu elektromagnetu lze řídit velikostí elektrického proudu, který do něj vtéká.
STEJNOSMĚRNÉ (kartáčové) MOTORY (brushed)
Stejně jako všechny RC motory, stejnosměrné motory obsahují vinutí (cívky) a magnety. S tímto konkrétním typem motoru zůstávají magnety pevně fixovány, zatímco cívka rotuje. Obecně řečeno, kartáčové motory jsou docela populární mezi menšími, levnějšími modely kvadrokoptér (jako Syma X5C nebo Cheerson CX-10). Jednou z potenciálních nevýhod pro tento typ motoru je, že se mohou kartáče opotřebovávat poměrně rychle, takže jejich životnost je obvykle menší, než u bezkartáčového motoru. Je to však jen obecný názor, je možné, že existují vyjímky. Osobně jsme postavili několik malých dronů pomocí kartáčových stejnosměrných motorů a pokaždé nás po relativně krátkém časovém úseku téměř vždy potkaly problémy.
STŘÍDAVÉ (bezkartáčové) MOTORY (brushless)
Když se učíte stavět dron, je nutné pochopit, jak střídavé motory fungují. Střídavé motory působí přesně opačným směrem: jejich cívky zůstávají fixní, zatímco jejich magnety rotují. Jak naznačuje jeho název, bezkartáčový motor neobsahuje žádné kartáče, což vede k dlouhé životnosti. Když učíme lidi, jak postavit dron, skoro výhradně doporučujeme střídavé bezkartáčové motory kvůli jejich trvanlivosti, všestrannosti a schopnosti generovat hodně síly. Zde jsou nejběžnější typy střídavých stejnosměrných motorů, se kterými se můžete setkat:
- Inrunner: Tyto typy střídavých motorů mají cívky, které jsou upevněny na vnějším plášti, zatímco mobilní magnety se otáčejí uvnitř.
- Outrunner: Jak pravděpodobně hádáte, tyto typy bezkartáčových motorů mají své magnety na vnějším plášti a jsou otočeny kolem pevných cívek, které se nacházejí ve středu pláště motoru.
POROZUMĚNÍ KV
V tomto kontextu se nejedná o kilovolty, nýbrž o počet otáček na 1V napájecího napětí. KV hodnocení motoru se vztahuje k tomu, jak rychle je schopno se točit za určitého napětí. Pro průměrný dron je doporučeno nízké KV (něco mezi 500 a 1000). Proč? Protože pomáhá dronu zůstat stabilním i v silnějším větru. Pokud plánujete dělat více akrobatických kousků, doporučuje se hodnota KV vyšší (něco mezi 1000 a 1500).
Pojďme si to vysvětlit jednoduchým výpočtem.
Pokud je hodnota KV pro určitý motor 650 otáček za minutu (dále jen ot./min), pak při 11.1Voltu (dále jen V) se motor otáčí přibližně na 7,215 ot./min (650 x 11,1 = 7,215). Pokud však stejný motor pracuje s nižším napětím, například 7,4V, pak bude nová hodnota 4,810 ot./min (650 x 7,4).
Nezapomeňte, že KV hodnocení motoru by mělo být k dispozici v jeho specifikaci již při nákupu.
Jak můžete vidět, pochopit KV je poměrně jednoduché. Při stavbě vašeho prvního dronu je velice důležité, abyste se při vybírání motorů v závislosti na velikosti dronu, vážně zamysleli. Tímto způsobem budete schopni sestavit dron úplně sami, bez pomoci někoho zkušenějšího. To však ještě zdaleka není vše, pojďme se teď podívat na další důležitou část dronu – vrtule.
VRTULE
ROTACE VRTULÍ
Všechny vrtule, které se používají ke stavbě dronů jsou navrženy tak, aby se otáčely jedním ze dvou způsobů, a to:
- Rotace po směru hodinových ručiček (CW)
- Rotace proti směru hodinových ručiček (CCW)
Je velice důležité určit, která vrtule má rotovat směrem nahoru a která směrem dolu.
ZÁKLADNÍ TYPY MATERIÁLŮ VRTULÍ
Pokud jste pozorně četli, jistě si pamatujete alespoň malou část materiálů, které jsme vám ukazovali při stavbě rámu. Pravdou je, že se materiály pro vrtule nijak výrazně neliší.
Podívejte se na nejběžnější materiály, ze kterých se vrtule vyrábí:
PLASTOVÉ VRTULE
DŘEVĚNÉ VRTULE
VRTULE Z ÚHLÍKOVÝCH VLÁKEN (karbonové)
PŘIPOJENÍ VRTULÍ K MOTORU
Většina vrtulí je vybavena speciálním adaptérovým závitem, díky němuž se našroubují k motoru. Pokud při montáži vrtulí zjistíte, že “závit” (střed) vrtule je příliš velký pro hřídel motoru, budete potřebovat adaptérový prstenec / distanční podložku. Nikdy však preventivně nepočítejte s tím, že vrtule, které pořídíte, budou za každou cenu závity vybaveny. Pokud by se vám však nešťastnou náhodou stalo, že vám dorazí nesprávné vrtule, doporučujeme je vyměnit za jiné, vhodnější, místo toho, abyste se je snažili jakkoli upravovat sami.
Na schématu můžete vidět standartní přidělání vrtule k motoru:
ZAJIŠTĚNÍ VRTULÍ O-Kroužky
Jsou navrženy tak, aby nahrazovaly normální šroubový adaptér na motoru. O-Kroužky jsou malé gumičky, které pomáhají udržet vrtuli na svém místě. V případě, že s dronem někam narazíte, pozitivně vám pomohou ochránit motory i vrtule.
Mají však několik nevýhod:
- Na O-kroužcích se časem mohou objevit malé praskliny, které následně vedou k prasknutí kroužku.
- Pokud je špatně umístíte, může to vést k nepříjemným vibracím dronu.
- Vrtule bude umístěna výše nad motorem, než obvykle.
OCHRANA VRTULÍ PLASTOVÝMI KRYTKAMI
“Krytka na vrtule” je věc, která obklopuje vrtule a zabraňuje tomu, aby se vrtule dostala do kontaktu s jakýmkoli předmětem z vnějšího prostředí.
Pokud stavíte svůj první dron a ještě jste ke všemu nikdy předtím nelétali, vřele doporučujeme zvážit pořízení těchto krytek.
Kvadrokoptéry, jako například UDI U818A nebo FQ777-124 Pocket Dron, jsou s těmito krytkami dodávány.
I tyto krytky mají pár nevýhod:
- Přidávají váhu vašemu dronu, což může snížit celkový letový čas.
- Fungují pouze při “lehkých” haváriích.
- Mohou přispět k vibracím dronu.
ELEKTRONICKÝ REGULÁTOR OTÁČEK (ESC)
Elektronická regulace otáček (ESC) je věcí, která poskytuje řízenému letounu možnost řídit směr a rychlost motorů. Stručně řečeno, je to velmi důležitá součást, kterou je třeba při stavbě dronu dobře znát.
Nejen, že by ESC mělo regulovat správné napětí, ale také musí být schopno zvládnout maximální proud, který motory spotřebují. Většina elektronických regulátorů otáček jsou v továrním nastavení vyrobeny tak, že “otáčí” vrtule pouze jedním směrem. Avšak se pravým firmwarem je můžete nakonfigurovat tak, aby je otáčeli ve dvou směrech, tedy přesně tak, jak je potřeba.
Pokud ovládáte angličtinu, doporučujeme shlédnout následující video. (Můžete si zapnout automatické titulky pro překlad)
KONEKTORY
Když se podíváte na elektronický regulátor otáček, můžete si všimnout několika různých druhů vodičů.
Podívejme se, k čemu jsou:
- 3-Pin R/C servo konektor: Slouží k přijímání signálu.
- 3 konektory ve tvaru náboje: Jedná se o konektory, které se připojují ke třem pinům, které najdete na (bezkartáčovém) motoru se střídavým proudem.
- Napájení: Dvojice tlustých vodičů (jeden červený a druhý černý), slouží k získání energie z rozvodové desky.
PDB (Power Distribution Board) – ROZVODOVÁ DESKA
Elektronické regulátory otáček jsou napájeny pomocí hlavní baterie dronu. Při stavbě dronu však musí být jeden jediný konektor baterie rozdělen mezi čtyři různé elektronické regulátory otáček. Abyste toho dosáhli, budete potřebovat rozvodovou desku. Tato součást pomáhá (laicky řečeno) tyto konektory “rozmnožit” na čtyři, a více. Docela jednoduché, že?
BATERIE
Téměř všechny drony jsou napájeny bateriemi typu Lithium Polymer (Li-Po). Jiné varianty těchto baterií sice existují, ale v této oblasti to považujeme spíše za vzácnost. Jedním z důvodů, proč jsou tyto baterie vynikajícími zdroji energie, je to, že jsou:
- Velice lehké.
- Dokáží vydat velkou energii.
Snad jedinou nevýhodou je, že mohou být dražší, než ostatní baterie a pokud nebudou správně řešeny (nekvalitní, špatné provedení), mohou se stát bezpečnostním problémem.
Opět zde máme video, kde je popis baterií výborně vysvětlen. Pokud neumíte anglicky, zkuste si zapnout automatický překlad.
Napětí baterie je pro stavění dronu velice důležitá hodnota. V podstatě by napětí baterie mělo odpovídat zvoleným motorům, jinak vás mohou potkat nežádoucí problemy. Přehled o napětí je tedy velice důležitá věc.
KAPACITA BATERIE A RYCHLOST VYBÍJENÍ
Kapacita akumulátoru se měří v ampérhodinách (dále jen Ah). Menší baterie mají kapacitu přibližně 0,1Ah (100 mAh), zatímco větší baterie mohou mít kapacitu 2-3 Ah (2000 mAh – 3000 mAh). Jako obecné pravidlo platí, že čím vyšší je kapacita, tím déle si zalétate (nezapomeňte však, že čím větší kapacita baterie bude, tím větší bude samotná baterie a tím těžší bude dron).
Po sestavení vašeho dronu se pravděpodobně dopracujete k 10 minutám letového času, přičemž 5 minut bývá průměrným minimem a 20 minut je průměrné maximum.
Rychlost vybití baterie se měří v jednotce “C”. Průměrná rychlost vybíjení většiny baterií Li-Po je asi 5C (tedy pětinásobek kapacity).
ZÁKLADY STAVBY – ČÁST 4: VÝBĚR ŘÍDÍCÍ JEDNOTKY
V tomto bodě byste měli:
- Ovládat základní typy terminologie.
- Mít vybraný a koupený typ rámu.
- Mít vybrané vhodné baterie, motory, vrtule a elektronické regulátory otáček.
Ale víte co? Nic z toho nemůže fungovat bez řídící jednotky. Jednoduše řečeno, řídící jednotka je “mozkem” celého stroje. Je to věc, která obsahuje všechny mikroprocesory a senzory, které vám umožňují manévrovat váš dron.
SENZORY
Řídících jednotek může být celá řada. Jsou navrženy tak, aby shromažďovaly informace o rychlosti, směru, výšce atd. Jako naprostý základ považujeme tříosý gyroskop (gyroskopy pomáhají dronům udržet stabilitu ve vzduchu). Podívejme se na několik různých typů snímačů, které mohou, nebo nemusejí být přítomny:
- Gyroskop: Detekuje úhlovou změnu až na tři úhlové osy (alfa, beta a gamma). Jednotka měření intenzity (IMU): Malá deska, která obsahuje gyroskop a akcelerometr.
- Kompas: Jak pravděpodobně tušíte, kompas čte / předává informace o směru dronu.
- Barometr: Má na starost měření výšky dronu, a to pomocí atmosferického tlaku. Když vyletíte vzhůru do vzduchu, zvyšuje se tlak.
- GPS: Pomáhá určit specifické zeměpisné souřadnice dronu.
STAVBA DRONU – ČÁST 5: SLOŽENÍ A ZPROVOZNĚNÍ DRONU
Nyní, když jste pochopili všechny základní teorie o tom, jak postavit dron, je čas dát všechny součástky dohromady. Vybrali jsme pro vás dle našeho názoru jedny z nejlepších videí na internetu. Díky nim hravě zvládnete dron složit dohromady a zprovoznit ho.
Dobrý den.
Líbí se mi váš článek, týkající se stavby dronů. Díval jsem se také na jiné stránky a youtube. Nikde jsem však nenašel nějaký odkaz na nějaký technický popis nebo příručku nebo návod v papírové formě a ještě v češtině. Jelikož se o drony zajímám a rád bych si zkusil nějaký postavit, chtěl jsem se zeptat jestli existuje nějaká příručka nebo knížka jak postupovat, abych nemusel mít při stavbě u sebe počítač.
Děkuji Fabian.