Квадрокоптер кто изобрел


Винтокрылые игрушки, или Как выбрать квадрокоптер

IT ExpertМир технологийЭто интересно

Сергей Грицачук | 29.11.2013

История квадрокоптеров

Как устроен современный квадрокоптер

Какие модели приобрести

История квадрокоптеров

О летающем механизме под названием «квадрокоптер» впервые заговорили в 1922 году, когда в Дейтоне (США) поднялся в воздух вертолет с четырьмя винтами.

 Впоследствии он совершил около 100 полетов, но в серийное производство так и не пошел: изобретение попросту опередило свое время – производить столь сложные летательные аппараты в ту пору было технологически нецелесообразно. Автор проекта Георгий Александрович Ботезат, несмотря на успех, к винтокрылым машинам больше не возвращался. Вновь о квадрокоптерах вспомнили в 1950-х, однако дальше прототипов дело не продвинулось, хотя уже тогда их позиционировали как беспилотные аппараты.

Несмотря на прохладное отношение со стороны большой авиации, квадрокоптеры снискали популярность среди авиамоделистов: простота в постройке и наладке, возможность серийного изготовления простых и недорогих узлов для сборки, появление микроконтроллеров (упростивших управление) сделали их доступными каждому.

Впрочем, игрушками дело не ограничилось, энтузиасты нашли применение квадролетам в аэрофотосъемке, использовали их при отладке взаимодействия между роботами. А военные рассматривают эти устройства в качестве разведчиков и легких средств подавления огневых точек: способность нести небольшой вес (до 10 кг, в редких случаях – до 50) позволяет без проблем оснастить их взрывчаткой или легким пулеметом. 

Используют квадрокоптеры и в спасательных операциях, метеорологии, в спортивных целях и пр. Но до сих пор эти устройства так и не переросли стадию средств развлечения.

Как устроен современный квадрокоптер

Каждый его пропеллер приводится в действие собственным электромотором, питаемым от мощных батарей и управляемых микрокомпьютером. Задача последнего – поддерживать машину в полете, обеспечивая синхронность работы двигателей в зависимости от показаний датчиков, преобразовывать команды оператора в изменения режимов работы двигателей.

Размещены все узлы на раме, которую можно приобрести готовой или сделать самому. Последнее непросто: рама должна быть сбалансированной (значим вес каждого винтика), жесткой (чтобы выдерживать нагрузки) и упругой (чтобы гасить колебания и не рассыпаться при неудачном приземлении). Соблюсти все эти условия, грамотно разместить узлы и дополнительное оборудование, выдержать требования к прочности и виброзащите под силу лишь опытному авиамоделисту (начинающим лучше взять готовую раму).

Для изменения скорости вращения используются регуляторы оборотов – по одному на каждый привод. Соединяется все это хозяйство при помощи специальных коннекторов, приобретаемых отдельно. Разумеется, не обойтись без аппаратуры для дистанционного управления.

Итого требуется: две пары пропеллеров, четыре бесколлекторных двигателя, четыре контроллера, плата-микрокомпьютер, комплект соединительных коннекторов, литий-полимерная батарея (одна или несколько), рама для крепления узлов, комплект радиоаппаратуры ДУ. И, разумеется, все это должно быть объединено по рекомендуемой схеме.

Два слова о бортовом компьютере. Дешевые модели оснащены минимумом датчиков и не могут самостоятельно поддерживать летательный аппарат в равновесии, так что все необходимые манипуляции возлагаются на пилота (а значит, требуется опыт). Модели подороже несут на борту компас, акселерометр, датчик высоты и прочие приборы, что позволит автоматически поддерживать горизонт и равновесие в полете. С таким аппаратом справится и новичок.

Какие модели приобрести

Перед тем как удариться в конструирование, есть смысл попробовать силы на готовой модели – вполне вероятно, этого хватит для удовлетворения желания управлять квадрокоптером. В ином случае покупка поможет понять, чего именно хочется от квадролета, и приступить к его изготовлению самостоятельно, с учетом необходимых характеристик.

Тем, кто планирует только поиграть недорогой моделькой, рекомендую Syma X1-Spacecraft (1970 рублей) или Syma X1 Bumblebee (3500 рублей): обе на радиоуправлении (порадуют и детей, и вас), легкие, подойдут как для дома, так и для улицы (если нет ветра, конечно). Владельцев iPhone заинтересует Walkera QR W100S (6500 рублей): управляемая по Wi-Fi со смартфона, эта модель оснащена камерой, так что можно будет не только управлять игрушкой, но и снимать с ее борта видео.Чтобы обеспечить более продвинутое видео, возьмите квадрокоптер с камерой GoPro, такой как DJI Phantom (24 900 рублей). Модель отличается простотой в управлении и высокой стабильностью полета, дальность которого может достигать 300 метров. Аппараты для профессиональной съемки способны преодолевать расстояние до километра, неся на себе значительный груз. К примеру, Skygadget Alien Y-6 (107 000 рублей) поднимет камеру весом до 2 кг и продержится с ней в воздухе 15-18 минут.

Если миниатюрные устройства приобретать не хочется, присмотритесь к GAUI 500X (23 000 рублей): хорошая устойчивость и управляемость, приличная дальность полета (до 300 м) и возможность нести оборудование весом до килограмма.

Выводы

Квадрокоптер – полезная игрушка, которая поможет не только получить навыки управления летательным аппаратом, но и выполнить интересные задания, например фото- или видеосъемку. А некоторые модели позволят даже поиграть в интерактивные игры с дополненной реальностью. Ну а тем, кто всерьез заинтересуется темой, советую собрать аппарат самостоятельно, потому что готовому решению вряд ли удастся угодить вашим высоким запросам.

Ключевые слова: новости iphone, экшен-камеры

Журнал IT-Expert № 12/2013    [ PDF ]    [ Подписка на журнал ]

www.it-world.ru

Топ-10 необычных квадрокоптеров

Слово «дрон» вызывает у большинства современных людей ассоциации с угловатой жужжащей конструкцией, которая зигзагами носится над головой. Но инженеры всего мира не останавливаются на достигнутом и ищут новые формы, изобретая необычные квадрокоптеры.

С каждым годом летательные аппараты становятся всё причудливее, появляются механизмы в виде облаков, насекомых и даже бижутерии.

Уже сегодня можно увидеть необычные дроны, которые удивляют, а порой шокируют.

Беспилотник-браслет

Разработанный в 2014 году мини-дрон Nixie – это необычное украшение и персональный фотограф в одном. С помощью стандартных моделей коптеров получаются волшебные панорамные кадры, но если вы хотите запечатлеть себя с нужного ракурса, придется приложить немало усилий, и результат все равно может быть далек от идеала. Nixie разработан специально для любителей эффектных селфи: устройство поддерживает режим, в котором оно будет следовать за вами по воздуху, ведя съемку.

Беспилотник весит всего 200 граммов, а его размеры не превышают лист формата А4. Гаджет оценят поклонники экстремальных видов спорта, которым нужны свободные руки и легкое снаряжение: коптер можно носить прямо на запястье и не возиться с чехлами и переносными сумками.

Дрон-облако

Разработчики из Panasonic соединили дрон и воздушный шар, в результате получилось устройство, похожее на парящее под потолком облако. Гаджет под названием Balloon Cam ведет фото- и видеосъемку и проецирует различные изображения на свою поверхность. Вся кибер-начинка спрятана внутри, и использование бесшумного, мягкого на вид беспилотника производит wow-эффект на выставках и презентациях.

Коптер-рыболов

Знакомьтесь, PowerRay – подводный дрон для рыбалки. На нем закрепляется блок с приманкой для рыбы, навигатор GPS, HD-камера и гидролокатор, также есть встроенная подсветка. Управлять моделью можно с помощью смартфона: изображение с камеры выводится на экран, и рыбак просто сбрасываете подкормку в нужном месте.

Гаджет спускается на глубину до 30 метров, аккумулятор держит заряд до 4 часов. Помимо телефона и планшета, дрон может работать даже с очками виртуальной реальности! Бонус для звезд Instagram – устройство поддерживает режим подводной съемки.

Квадрокоптер-квадроног

Инженеры из Швейцарии объединили квадрокоптер c четырехногим роботом StarlETH и явили миру футуристическое животное, отдаленно напоминающее собаку. Принцип действия механизма заключается в том, что пользователь управляет коптером, который, в свою очередь, задает направление квадроногу – и тот движется по заданному маршруту.

Квадропсу доступна не только ровная поверхность, он умеет преодолевать препятствия и ходить по склонам. Всего устройство поддерживает три режима: «прогулочный шаг», «бег трусцой» и «бег с ускорением». Примечательно, что «ноги» механизма имитируют работу мыщц живого существа, движения завораживают – такой эффект достигнут благодаря работе уникальных электродвигателей.

В длину StarlETH достигает 60 см. При весе в 23 кг квадроног может переносить до 25 кг! По мнению ученых, в будущем он будет эффективно использоваться в поисково-спасательных операциях.

Большой плюс такого необычного на первый взгляд тандема механизмов в том, что коптер анализирует команду человека-оператора и разрабатывает маршрут, оптимизируя его под возможности квадропса – это позволит избежать застревания последнего на пересеченной местности.

Дрон-стрекоза

Bionicopter от компании Festo выглядит как большая стрекоза. В длину коптер достигает около 45 см, его крылья из углеродистого оптоволокна делают до 20 взмахов в секунду. В тело дрона встроен ARM-чип, позволяющий управлять сложным устройством и удивительно точно копировать полет насекомого.

В каждом крыле есть контролеры амплитуды и наклона, которые учитывают сопротивление воздуха, направление движения и другие нюансы. Гаджет запускается в воздух с помощью приложения на смартфоне. Интересно, что дроном управляет человек, но устройство самостоятельно регулирует полет, чтобы не потерять устойчивость в воздушных вихрях, создаваемых крыльями.

Дрон-оригами

Ни для кого не секрет, что жители Страны восходящего солнца трепетно относятся к оригами. Разработчики японской компании ROHM взяли за основу принцип оригами-проектирования и поместили внутрь красочной фигурки бумажного журавля микрокомпьютер с интересным названием «Лазуритовая муха».

Строго говоря, с технической точки зрения все сложнее: это не просто прикрепленная к картону электроника. Дрон реалистично машет крыльями и не свернут из бумаги, а напечатан на 3D-принтере из нейлона. Журавлик поддерживает дистанционное управление и разные скоростные режимы, весит 31 грамм и держится в воздухе около пяти минут. Завораживающее зрелище.

Жук-киборг

Инженеры из Калифорнии представили шпионящий дрон. Как это ни удивительно, дешевле и проще всего оказалось не разрабатывать с нуля механизм, а взять за основу… живого жука! Подопытной бронзовкой управляют с помощью радиопередатчиков.

Весь механизм работает от литий-ионной батареи, присоединенной к электродам в крыльях и долях мозга насекомого, электрическая стимуляция приводит мышцы в движение. При этом не требуется постоянный контроль оператора: киборги самостоятельно придерживаются заданного курса, вмешательство человека необходимо только в случае изменения маршрута.

В дальнейшем специалисты планируют расширить функционал насекомого-киборга, снабдив его тепловизором и микрофоном. Терминатор отдыхает.

Портативный складной дрон

Летающий аппарат цилиндрической формы под названием Sprite никак не связан с охлаждающими напитками. Его разработчики нескромно называют свое детище сaмым пopтaтивным и пpoчным бecпилoтником в миpe.

Устройство оборудовано aвтoпилoтoм и навигатором GPS и выглядит как цилиндp. Благодаря особенности дизайна у коптера отсутствует xвocтoвoй пpoпeллep (кoмпeнcaтop), пара лопастей в его верхней части складывается – а чем меньше мелких хрупких деталей, тем целее будет механизм. 35-сантиметровый дрон поддерживает несколько режимов полета и умеет снимать видео HD-качества, дaльнocть марш-броска дocтигaет 6 км.

Большим плюсом стала неприхотливость устройства в выборе места посадки: если по приземлении не обнаружится открытой площадки, коптер может высадиться прямо на ветку кустарника, к примеру, а это открывает возможности для работы в труднодоступных для человека местах.

Предполагается, что складной дрон будут использовать не только любители активного отдыха, но и работники служб спасения, инженеры, экологи и другие специалисты, которым на руку компактность и прочность беспилотника.

Дрон-DeLorean

Знаменитое транспортное средство из трилогии «Назад в будущее» наконец можно увидеть не только на экране, но и вживую – правда, в уменьшенном виде. В отличие от дрона-автомобиля, о котором шла речь выше, это устройство не ездит, только летает, и управляется дистанционно.

Копию машины времени из знаменитого фильма изобрел российский энтузиаст. Внутри дрона литиум-полимерный аккумулятор и двигатель Turnigy 2204-14T. В воздухе автомобиль выглядит эффектно: сияет светодиодами и вращает колесами.

Космический корабль из Star Wars

Еще один мини-дрон, изобретенный фанатом художественного произведения. Пилотом «Тысячелетнего сокола» из эпопеи «Звездные войны», а точнее его уменьшенной копии, стал инженер с ником Olivier C. За основу модели взят обычный квадрокоптер, а декоративный корпус изготовлен из листов пенополистирола шириной 2 и 3 см. Игрушка получилась довольно увесистой – килограмм с небольшим.

К сожалению, эксклюзивный дизайн стал причиной нарушения баланса и проблем с управлением. По канону кабина на «Тысячелетнем соколе» расположена сбоку, поэтому дрон слегка кренится, а из-за увесистого корпуса его скорость чуть превышает 31 км/ч.

Бонус: дрон-гамак

В Нидерландах запустили шуточный рекламный ролик о летающем гамаке, который крепится на двух огромных квадрокоптерах и с легкостью переносит релаксирующего хозяина с места на место. Герои ролика совершают моцион, выгуливают собаку и даже судят футбольный матч, не вставая с гамака.

Весьма заманчивое изобретение, которое в мгновение ока стало бы популярным, однако к сожалению, воплотить эту идею в жизнь не так просто. Во-первых, в настоящее время только единичные дроны выдерживают большой вес, и стоит технология немало. Во-вторых, чем внушительнее размер квадрокоптеров, тем больше от них шума, а возлежать вблизи жужжащих роторов – не лучший способ отдохнуть. Однако не исключено, что инженеры поколдуют в своих лабораториях и вскоре летающие гамаки станут обыденным средством передвижения.

Формы и виды беспилотных аппаратов становятся все более разнообразными, вместе с ними расширяется функционал механических помощников человека. Хорошо это или плохо – увидим через несколько лет.

robo-sapiens.ru

Что такое квадрокоптер?

Квадрокоптер – разновидность мультикоптера. Мультикоптер – многомоторный или мультироторный летательный аппарат (вертолет), несущие винты которого осуществляют вращение диагонально в противоположных направлениях.

Различаются мультикоптеры по количеству моторов (или по количеству несущих винтов). В наше время применение получили мультикоптеры с 3-мя и более несущими винтами. Самые распространенные схемы это: 4 / 6 / 8 несущих винтов.

Аппарат с 3-мя несущими винтами называется – трикоптер; с 4-мя – квадрокоптер; с 6-ю — гексакоптер и 8-ю несущими винтами — октокоптер. Применение каждой из схем в основном определяет такой параметр как – масса полезной нагрузки, или проще говоря, вес который мультикоптер может взять собой на борт.

Из истории

Все началось в далеком 1922 году с русско-американского авиаконструктора Георгия Александровича Ботезат. Который изобрел первый в своем роде действующий квадрокоптер. Его аппарат смог не только оторваться от земли, но и продержаться в воздухе некоторое время. На тот момент такие аппараты имели один существенный недостаток – принцип работы.

Из 4-х несущих винтов ведущим был лишь один (вращение задавалось двигателем внутреннего сгорания), т.е. крутящий момент посредством сложной трансмиссии передавался одним мотором на остальные 3-ри несущих винта. До серийных разработок дело не дошло. А такие изобретения как «Хвостовой винт»  и «Автомат перекоса» заставили полностью отказаться от разработок многороторных летательных аппаратов, впоследствии чего позднее был создан первый в мире вертолет.

С наступлением ХХI века мультикоптеры пришли в нашу жизнь уже как беспилотные летательные аппараты или дроны.

Основные компоненты мультикоптеров

Чисто технически примерно 5-ть лет назад появилось три основных компонента мультикоптеров (дронов):

  1. Аккумуляторная батарея – литий полимерная (LiPo), реже литий-ионная (Li-Ion)
  2. Бесколлекторные либо коллекторные двигатели на редкоземельных элементах
  3. Контроллер дистанционного управления (пульт управления / аппаратура / трансмиттер)

Принцип действия

Принцип действия современного мультикоптера прост. В зависимости от схемы применения (3 / 4 / 6 / 8-мь несущих винтов) каждый несущий винт приводится во вращение эл.двигателем (эл.мотором). Одна половина моторов осуществляет вращение винтов по часовой стрелки, а вторая против. Благодаря такому подходу для осуществления управления мультикоптером не требуется применение в конструкции дрона хвостового винта и сложного в работе автомата перекоса.

*порядок направления вращения несущих винтов мультикоптера

Пример управления полетом:

  • Увеличение оборотов на всех несущих винтах – подъем
  • Уменьшение оборотов на всех несущих винтах — опускание
  • Увеличение оборотов одной половины винтов и уменьшении оборотов другой половины – задаст движение в сторону
  • Увеличение оборотов у винтов с вращением по часовой стрелки и уменьшении оборотов у винтов вращающихся против часовой – обеспечат поворот аппарата

*схема управления полетом вращением несущих винтов

Моторы

На современных мультикоптерах (дронах) в настоящий момент применяются два типа электромоторов — коллекторные и бесколлекторные. Бесколлекторными в основном оснащают дорогие и профессиональные дроны. Коллекторными же моторами оснащают только бюджетные варианты. Подробнее об их различиях можно узнать здесь.

Управление

Управление мультикоптером осуществляется контроллером дистанционного управления (он же пульт управления, аппаратура, трансмиттер) посредством исходящих радиоволн (как правило, на частотах 2.4Ггц либо 5.8Ггц).

Чтобы заставить мультикоптер отвечать на запросы пульта управления, дрон оснащают целым комплексом электронных систем:

  • Микропроцессор (полетный контроллер, реализован в виде микросхемы) – отвечает за работу и управление всей электронной начинки дрона.
  • Гироскоп – отвечает за стабильное поведение дрона в процессе полета (как правило, обеспечивает стабилизацию по 6-ти осям направления).
  • Акселерометр – с помощью него процессор может устанавливать дрон в горизонтальное положение относительно земли.
  • Баросенсор (барометр) – обеспечивает дрону стабильное зависание на выбранной пилотом высоте.
  • Сонар (ультразвуковой сенсор) – обеспечивает автоматическую посадку и удержание незначительной высоты (1.5 – 3.5 метров), может применяться так же для облета препятствий.
  • GPS модуль – обеспечивает географическое позиционирование дрона, посредством полученных данных со спутниковых систем. Благодаря его присутствию реализуется функция полета по точкам, возврат в место взлета в случае потери связи либо низкого заряда АКБ, а так же позволяет снимать показания полета, как на момент полета, так и после.

*простейшая схема устройства квадрокоптера

В настоящее время рынок бытовых беспилотников предлагает огромное количество мультикоптеров (дронов) но в целом их можно разделить на 3-ри большие группы: для новичков / любительские / профессиональные.

Для новичков – подходят как детям, так и взрослым, с целью первого ознакомления и обучения. Как правило, оснащены микропроцессором,  6-ьти осевым гироскоп и простейшим баросенсором для обеспечения удержания высоты.

Любительские – для пилотов уже имеющих опыт владения БПЛА. Больше подходят для конкретного применения. Например, для аэросъемки либо для спортивных состязаний, таких как дронрейсинг. Дроны этой группы могут иметь автономные качества полета.

Профессиональные – подходят исключительно для опытных пилотов, которые используют возможности мультикоптеров (дронов) в профессиональной сфере. Например, профессиональная фото и видео съемка, геодезия, мониторинг угодий, трафика, в спасательных операциях и т.д. В большинстве случаев дроны имеют автономные функции полета, электронная начинка собирается из высокоточных современных систем обеспечивающих удаление на большие расстояния, а питание позволяет проводить значительно большее времени в полете. Характерным отличием таких мультикоптеров является их цена.

Для более полного ознакомления с беспилотными системами рекомендуем тему «Что такое дрон?»

dronomania.ru

Первый квадрокоптер

Сейчас любой взрослый, ответственный и зарабатывающий деньги мужчина может позволить себе купить квадрокоптер, чтобы с его помощью пугать коллег по работе в офисе или на улице.

А первым действующим прототипом такой игрушки (и заодно всех ныне существующих вертолетов) был вертолет русского изобретателя Ботезата, поднявшийся в воздух в далеком 1922 году. Более того, в рамках одного из экспериментальных полетов этот аппарат смог поднять на высоту в 4 метра груз весом 450 кг.

Ниже подробности и видео с испытаний...

Георгий Александрович Ботезат был американцем российского происхождения, изобретателем, профессором Петроградского технологического института. Также он окончил два института, в Харькове и Бельже (Бельгия), был инженером-электриком. Но главное, почему его помнят, это вертолет.

Испытания одного из первых вертолетов, оснащенного четырьмя винтами, начались в 1922 году. Многовинтовая схема позволяла упростить управление аппаратом: поворот осуществлялся изменением положения носовой части вертолета. Каждый винт изменяемого шага состоял из шести лопастей. В конструкции использовались растяжки из струн… от рояля.

Разработка квадрокоптера велась на деньги армии США. Цель — создать летательный аппарат с вертикальными взлетом и посадкой. У Ботезата не было терпения на разработку прототипов, так что он сразу принялся строить полноразмерный аппарат.

Несмотря на потраченные на программу 200 000 долларов, что было большой суммой в первой половине прошлого века, проект был прикрыт из-за некоторых проблем. В частности, чтобы просто лететь вперед, был нужен попутный ветер. Ботезат хотел продолжить работу и исправить эту проблемой, но не успел.

Изобретатель рядом с летательным аппаратом. 

Ручка управления, хранится в Смитсоновском музее авиации и космонавтики.

Технические характеристики

Управление: 1 пилотГрузоподъемность: до четырех пассажировГабариты длина/ширина/высота: 20 х 20 х 3 метраМасса: 1633 кгДвигатель: 1 роторный двигатель Le Rhone мощностью 180 лошадиных силМаксимальная скорость: 48 км/чРабочая высота: 5 мМаксимальная высота: 9,1 м

www.stena.ee


Смотрите также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>